平顶山工业职业技术学院毕业论文
摘 要
PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。
本设计是以PLC控制为核心的交通灯，选用西门子S7-200系列CPU226型主机，5个EM222 （DO8×直流24V）型数字量扩展模块，并利用定时、计数器作定时计数用，LED七段数码管作为计时显示用。利用CPU226的2个输入点作为启动按钮和停止按钮，16个输出点和一个EM222扩展模块的输出点作为东西方向和南北方向的左转、右转、直行的红、黄、绿灯。并利用4个EM222的28个输出点分别作为东西方向和南北方向的数码管个、十位显示输出。本交通灯系统简单，实用性强，成本低，使用维护方便，软件功能强，运行稳定可靠等优点。
关键词：PLC，交通灯，倒计数，显示，调试
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目 录
摘 要 ................................................................ 1 1 PLC的概述 ........................................................... 2
1.1 PLC的发展历程 ......................................................................................................................... 2 1.2 PLC的构成 ................................................................................................................................. 3 1.3 PLC的特点 ................................................................................................................................. 4 1.4 PLC的功能 ................................................................................................................................. 5 1.5 PLC的工作原理 ......................................................................................................................... 5
2 硬件设计 ............................................................ 6
2.1 硬件设计步骤 ............................................................................................................................ 6 2.2 主机CPU及扩展模块选择 ........................................................................................................ 7 2.3 I/O端口分配 ........................................................................................................................... 8 2.4硬件设计框图 ............................................................................................................................. 9 2.5 接线图 ........................................................................................................................................ 9
3 软件设计 ............................................................ 9
3.1 PLC编程软件的基本思路 ......................................................................................................... 9 3.2 梯形图 ...................................................................................................................................... 10
4 系统调试 ........................................................... 23
4.1 硬件调试 .................................................................................................................................. 23 4.2 软件调试 .................................................................................................................................. 23
5 结 论 ............................................................. 24 致谢………………………………………………………………………………………..25 参考文献…………………………………………………………………………………..26
第一章 PLC的概述
1.1 PLC的发展历程
虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路
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技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：
一、早期的PLC（60 年代末—70 年代中期）
早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式—梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装、体积小、能耗低、有故障指示、能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
二、中期的PLC（70 年代中期—80 年代中后期）
在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 的应用范围得以扩大。
三、近期的PLC（80 年代中后期至今）
进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变化。
1.2 PLC的构成
PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。 PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则
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根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。
1.3 PLC的特点
1.3.1可靠性高，抗干扰能力强
可靠性高是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
1.3.2配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 1.3.3易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
1.3.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 1.3.5体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅
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