1、常州信息职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系 别 ： 电 子 与 电 气 工 程 学 院 专 业 ： 楼 宇 智 能 化 工 程 技 术 班 号 ： 学 生 姓 名 ： 学 生 学 号 ： 设 计 （ 论 文 ） 题 目 ： 基 于 S7-200PLC 交 通 信 号灯 系 统 设 计 指 导 教 师 ： 秦 益 霖 、 何 解 平 设 计 地 点 ： 常 州 信 息 职 业 技 术 学 院 起 迄 日 期 ： 2011.9-2011.11 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书专业 楼宇智能化工程技术
2、 班级 楼智 091 姓名 董永振 一、课题名称： 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 二、主要研究内容：1、研究以 S7-200 PLC 和 TP178Micro 触 摸 屏 为核心的自动控制技术； 2、研究交通信号灯的功能及监控要求； 3、研究西门子 S7-200 PLC 与 TP178Micro 触摸屏在电气控制系统中的应用； 4、基于 S7-200 PLC 和 TP178Micro 触 摸 屏 的交通信号灯监控系统的设计方法。 三、工作内容和要求：1、掌握以 S7-200 PLC 和 TP178Micro 触 摸 屏 为核心自动控制技术， 成果形成书面材料；2、对真实交通信号
3、灯的功能及监控要求进行现场观察及研究，结果形成书面材料； 3、采用 S7-200 PLC 对交通信号灯监控进行硬件设计及 LAD 编程、调试，运行正常； 4、采用 TP178Micro 触摸屏设计交通信号灯 HMI 人机界面并调试，实现自动控制功能；5、完成毕业设计论文，理论性与实践性相结合，成果具有现实推广应用价值； 6、加强团队协作与交流，积极思考，独立操作，完善论文，提出改进方案。 四、主要参考文献：1、王淑英主编 S7-200 西门子 PLC 基础教程 2、姚立波主编 干燥设备电控系统规划与调试 3、西门子公司 WinCC flexible 使用手册 4、程子华主编 西门子 S7-20
4、0PLC 应用技术 5、赵光主编 西门子 S7-200 系列 PLC 应用实例详解 6、薛迎成主编 PLC 与触摸屏控制技术 学 生（签名） 年 月 日指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日系 主 任（签名） 年 月 日- 2 -目 录摘要Abstract第 1 章 前言 .11.1 课题背景 .11.2 研究的目的和意义 .11.3 本文的主要工作 .2第 2 章 可编程逻辑控制器介绍 .32.1 PLC 概述 .32.1.1 可编程控制器的历史 .32.1.2 PLC 的发展趋势 .42.2 PLC 的基本功能与特点 .52.2.1 PLC 的基本功能 .52.2
5、.2 PLC 的特点 .62.3 PLC 的硬件结构 .72.4 PLC 的工作原理 .82.4.1 扫描工作原理 .82.4.2 S7-200 的工作方式及扫描周期 82.4.3 采样方式、输出方式及响应滞后 .82.4.4 PLC 对 I/O 的处理原则 .82.4.5 PLC 的工作参数 .9第 3 章 K-TP178Micro 触摸屏介绍 123.1 K-TP178Micro 触摸屏基础知识 123.1.1 K-TP178Micro 概述 .123.1.2 安装与连接 123.2 WinCC Flexible 编程软件介绍 .143.2.1 WinCC Flexible 的元素 .14
6、3.2.2 软件的使用操作 15第 4 章 系统设计 .184.1 控制要求 184.2 系统设计方案分析 184.3 硬件设计 214.3.1 PLC 的选型 214.3.2 PLC 的地址分配 224.3.3 PLC 及 K-TP178Micro 触摸屏的接线形式 .234.4 系统的程序设计 244.4.1 语句表 244.4.2 系统程序分析 254.5 系统的组态设计 254.5.1 组态画面 254.5.2 变量连接 27第 5 章 系统检测与调试 28第 6 章 结束语 29常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 答谢辞参考文献- 4
7、 -摘要自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。可编程控制器（PLC ）是一种以微处理器为核心的用作数字控制的新型控制器，专为在工业环境下应用而设计。PLC 技术已成为现代工业自动化的三大支柱之一。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，在交通、汽车、钢铁、航空航天、船舶、化工、纺织、食品、造纸、军工等工业领域获得了广泛的应用。
8、本论文以西门子公司 S7200 PLC 和 K-TP178Micro 触摸屏在交通信号灯上的应用作为主要对象，详细介绍了 PLC 的工作原理、软硬件构成、指令系统、通信应用等相关知识和 K-TP178Micro 触摸屏基础知识、安装与连接以及 WinCC Flexible 编程软件的介绍。在选材上，特别注意从应用角度出发，以大量的编程方法、PLC 的工程应用实例和 K-TP178Micro 触摸屏应用实例基贯穿全书，能更快地理解和掌握 PLC 技术、 K-TP178Micro 触摸屏技术及使用方法。本文选择西门子可编程控制器 S7-200 和 K-TP178Micro 触摸屏 为核心部件，着重
9、进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程以及 WinCC Flexible 进行组态，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。全书共分 5 章。第 1 章介绍了交通信号灯的发展历史和选题的意义第 2 章介绍了 PLC 的发展应用以及功能第 3 章介绍了 K-TP178Micro 触摸屏的基础知识和WinCC Flexible 编程软件介绍第 4 章交通信号灯 PLC-200 的梯形图设计和 WinCC Flexible 画面组态第 5 章系统测试与安装。 关键词： PLC；触摸屏；交通控制常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 AbstractS
10、ince traffic lights since birth, its internal control system on the circuit continuously be improved. Design began to diversity, so that the lights appear more intelligent.Programmable logic controller ( PLC ) is a microprocessor as the core of digital control is used as a new type of controller, de
11、signed for applications in the industrial design environment. PLC technology has become a modern industrial automation is one of the three pillars. It uses a programmable memory, used in the implementation of its internal storage logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operation
12、s such as instructions, and through digital, analog output, control various types of machinery or production process. Programmable controller with its simple, convenient operation, high reliability, small volume, universal flexible, long service life and a series of advantages, in transportation, au
13、tomotive, steel, aerospace, shipbuilding, chemical, textile, food, paper making, military and other industries has been widely used.In this paper, Siemens S7200 PLC and K-TP178Micro touch screen in the traffic signal lamp of the application as the main object, introduces in detail the work principle
14、 of PLC, the composition of hardware and software, instruction system, communication applications and other related knowledge and the K-TP178Micro basic knowledge of touch screen, installation and connection and WinCC Flexible programming software introduction. In the selection, special attention fr
15、om the application point of view, with a large number of programming method, the PLC application and K-TP178Micro touch screen application base throughout the book, can quickly understand and master the technology of PLC, K-TP178Micro touch screen technology and method of use. This paper selects Sie
16、mens programmable controller S7-200 and K-TP178Micro touch screen as the core component, focuses on the design of hardware interface, using the ladder diagram and sentences to programming and WinCC Flexible configuration, realization of the crossroads traffic light control system automation.The book
17、 consists of 5 chapters. The first chapter introduces the history of the development of traffic signal lamp and the meaning of the second chapter introduces the development of PLC application and the function of the third chapter introduces the basic knowledge of K-TP178Micro touch screen and WinCC
18、Flexible programming software is introduced in the fourth chapter of the traffic signal lamp PLC-200 ladder diagram design and WinCC Flexible configuration screen fifth chapter system test and installation.Key words: PLC; Touch screen; Traffic control常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 1第 1 章
19、 前言1.1 课题背景1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意 ”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。 1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“ 停止” ，绿灯亮表示“通行”。 1918 年，又出现了带控制的红绿灯
20、和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过
21、人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2 研究的目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的
22、，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题
23、。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣2的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器交通灯控制系统的特点：脱机手动工作；联机自动就地工作；上
24、机控制的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、自动停机控制方式。近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用 PLC 是基于以下四个原因：PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以上；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC。根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司 S7-200 型PLC。西门子 PLC 有小型化、高速度、高性能等
25、特点，西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。1.3 本文的主要工作第一章，回顾交通灯的历史：随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。第二章，叙述可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构、原理，建立 PLC 的总体认识。第三章，叙述 K-TP178Mic
26、ro 触摸屏的基础知识 WinCC Flexible 编程软件，通过论述 K-TP178Micro 触摸屏的各种优点、卓越性能以及安装与连接和 WinCC Flexible 编程软件的产生、发展、应用的历程，对 K-TP178Micro 触摸屏和WinCC Flexible 编程软件有了初步的了解。 第四章，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。第五章，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。第六章，回顾了完成毕业设计过程中遇到的困难以及解决方法，这次毕业设计的启发和对
27、我们以后的学习的重要性。 常州信息职业技术学院电子与电气工程学院 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 3第 2 章 可编程逻辑控制器介绍2.1 PLC 概述2.1.1 可编程控制器的历史可编程逻辑控制器（Programmable Controller, PC）是近几年迅速发展并得到广泛应用的新一代工业自动化控制装置。早年的可编程控制器在功能上只能进行逻辑运算，因此被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller, PLC） 。20 世纪 70 年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展，一些 PLC 生产厂家开始采用微处理器作为 PLC 的中央处
28、理器，大大增加了 PLC 的功能，并且具有算术运算和对模拟量的控制功能，真正成为一种电子计算机工业控制装置。因此，美国电气制造协会（National Electrical Maunfacturers Association NEMA）于 1980 年将它正式命名为可编程控制器，简称 PC。但由于 PC 容易与个人计算机（personal computer）相混淆，为了区别，人们仍习惯地用 PLC 作为可编程控制器的缩写。国际电工委员会（ICE）于 1985 年在颁布的可编程控制器标准草案第二稿中对 PLC 的定义如下： “可编程控制器是一种数字运算器，是一种进行数字运算操作的电子系统，是专为在
29、工业环境下的应用而设计的工业控制器，它采用了可以编程序的储存器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。 ”近年来，PLC 的发展非常迅速，除了具有逻辑(logic)判断等功能，还同时具有数据处理，PID 调节和数据通信功能，因此其功能已远远超出了上述定义的范围。世界上第一台 PLC 于 1969 年由美国数字设备公司(DEC)研制成功。1968 年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，开始寻求一种比继电器更可靠、功能更完善、响应速度更快的新兴工业控制器，提出了著名
30、的“GM 十条”：编程方便、可现场修改程序；维修方便、采用插件式结构；可靠性高于继电器控制柜；体积小于继电器控制柜；数据可直接送入管理计算机；成本与继电器控制柜相当；输入可为交流 115V（美国电压标准） ；输出可为 115V、2A 以上，可直接驱动接触器、电磁阀等；扩展时原系统改变量小；用户存储器最少扩展到 4KB。这些要求实际上提出了如下设想：能否把计算机完善、灵活、通用的优点与继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一个通用控制装置，并把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程，使不熟悉计算机的人也能方便使用。这一设想提4
31、出后，美国 DEC 公司首先响应，于 1969 年首先研制出了第一台 PLC，型号为PDP-14。用它代替传统的继电器控制系统，在美国 GM 公司的汽车自动化装置上试用并获得成功。那之后这一项新技术就迅速发展起来了。这一新技术的成功使用，在工业界产生了巨大的影响。从此，可编程控制器在世界各地迅速发展起来。20 世纪 70 年代，随着微电子技术的发展，出现了微处理器和微型计算机。微机技术被应用到 PLC 中，计算机的成功得到了充分发挥，使其真正成为一种电子计算机工业控制设备。1971 年日本从美国引进技术，很快研制成功了日本的第一台可编程控制器 DCS-8。19731974 年德国和法国也研制除
32、了他们的可编程控制器。我国从 1974 年开始研制，1977 年研制成功了以微处理器 MC14500 为核心的可编程控制器，并开始工业应用。进入 20 世纪 80 年代，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的快速发展，以 16 位和 32 位的外微处理器构成的微机化 PLC 得到了迅猛发展，这使PLC 在各个方面都有了新的突破。2.1.2 PLC 的发展趋势由于工业生产对自动控制系统要求的多样性，今后几年的 PLC 技术将围绕如下几个方面发展。进一步加快 CPU 的处理速度。可以采用的方法有：全面使用高速 CPU 芯片和 24 位、32 位、64 位 RIST 芯片，采用多 CPU 并行处
33、理、分时处理或分任务处理；采用新型体系结构（即有别于现有 PLC 的扫描式体系结构的中断驱动式体系结构） ，工作方式是扫描和中断并存；各种模块智能化，部门系统程序用门阵列电路固化，这样可以使速度达到 ns 级。变革操作控制方式。由于处理速度的加快和多 CPU 的使用，操作控制不再采用单一的循环扫描方式，将大量使用中断驱动方式，以增加对输入/输出（I/O）的快速反应能力。发展智能化模块。智能化模块主要有：通信模块、位置控制模块、数据处理与控制模块、数/模（D/A）转换模块、PID 控制模块及一些智能化 I/O 模块。进一步提高可靠性。有些场合对 PLC 的可靠性要求特别高，根据不同需要可采用相应
34、技术，除提高半导体的可靠性外，PLC 将在硬件上采用多 CPU 的自诊断和外部故障检测功能等。提供更方便灵活的编程方法，使 PLC 的使用更加方便。PLC 的结构和规模将更加两极分化，即大型化和小型化。大型化 PLC 着眼于完善其处理能力，向分散型、多层分布式工厂自动化网络化方向发展；小型PLC 则强调容易、经济、采用平板薄型一体化结构，以适应单机控制和机电一体化的需要，同时适当增加一些特殊 I/O 模块和简单的联网功能，扩大其应用范围。PLC 产品更加规范化、标准化。标准化将有利于 PLC 的设计、生产、使用和维修。用户将迫使生产厂家把 PLC 做成兼容产品，至少 PLC 的基本部件的技术规
35、格、I/O 模块、接线端子以及通信协议、编程工具和语言要规范化、标准化，能相互兼容。主要的标准有：工作环境、物理和电气接口、功能板和插座特性、PLC 总线、通信协议和编程语言等。加强 PLC 的联网功能。加强 PLC 与 PLC、PLC 与计算机的联网能力，为常州信息职业技术学院电子与电气工程 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 5实现工厂自动化提供必要的条件。PLC 存储容量及存储特性。从发展角度看，单机的存储量达到 1MB 就能满足通常的要求。对于特殊要求，可采用外部存储方式。为增加外部存储的容量和存储的速度，将采用激光光盘取代普通的磁盘和磁带。为满足对存储器芯片的存取速度、RA
36、M 的可重写性和 ROM 的非易失性等要求，必须研制和采用新型存储器芯片。2.2 PLC 的基本功能与特点2.2.1 PLC 的基本功能1.逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是可编程控制器的基本功能之一。PLC 设置有“ 与” 、 “或 ” 、 “非”等逻辑指令。利用这些指令，根据外部现场（开关、按钮或其他传感器）的状态，按照制定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、接触器、继电器、指示灯等） 。因此 PLC 可以代替继电器进行开关控制，完成触点的串联、并联等各种连接。另外，在 PLC 中一个逻辑位的状态可以无限次地使用，逻辑关系的修改变更也十分方便。2.定时控
37、制功能PLC 中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC 将根据用户用计数器指令指定的计数器，对某个操作进行限制或延时控制，以满足生产工艺的要求。3.计数控制功能PLC 为用户提供了很多计数器。计数器计到某一定值时（设定值） ，产生一个状态信号，利用该控制信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。程序执行时，PLC 将根据用户用计数器指令的计数器，对某个控制信号的状态改变次数（如某个开关的闭合次数）进行计
38、数，以完成对某个工作过程的计数控制。4步进控制功能PLC 为用户提供了若干个状态器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转移条件的步进控制，即在一道工序完成后，在转移条件满足时，自动进行下一道工序。大部分 PLC 都有专用的步进控制指令，应用步进指令编程十分方便。5.数据处理功能大部分 PLC 都有数据处理功能，可实现算术运算、数据比较、数据传递、数据移位、数据转换、解码编码等操作，还可以和 CRT、打印机连接、实现程序、数据的显示和打印。6.过程控制功能有些 PLC 具有 A/D、D/A 转换功能，可以方便地完成对模拟量的控制和调节。7.通信联网功能有些 PLC 采用通信技术，可以实现多
39、台 PLC 之间的同位链接、PLC 与计算机之间通信等。利用 PLC 之间的同位链接，可以把数十台 PLC 用同级或分级的6方式连接成网络，使各台 PLC 的 I/O 状态互相透明。采用 PLC 和计算机之间的通信连接，可用在计算机为上位机，下面连接数十台 PLC 作为现场控制，目前PLC 的联网和通信技术正迅速发展并趋于完善。8.监控功能PLC 设置了较强的监控功能。操作人员利用编程器或监视器可对 PLC 的运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值，并根据需要改变PLC 内部逻辑信号的状态及数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。9.停电记忆功能PLC 内部的部分存储器所使
40、用的 RAM 设置了停电保持器件（如备用电池等） ，以保证断电后这部分存储器中的信息不会丢失。10.故障诊断功能PLC 可对系统组成、某些硬件状态及指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出警报并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。它的故障自诊断功能大大提高了 PLC 控制系统的安全和维护性。2.2.2 PLC 的特点1.可靠性高，抗干扰能力强PLC 是专为工业控制而设计的，选用的电子器件一般是工业级，有的甚至是军用级，在硬件和软件两个方面还采用了屏蔽、滤波、光电隔离、故障诊断和自动恢复等措施，使可编程控制器具有很强的抗干扰能力，其平均无故障时间已达2 万小时以上。2.编程简单、直观P
41、LC 是采用了一种面向控制过程的梯形图语言。梯形图语言与继电原理图类似，形象直观，易学易懂。具有一定电工知识的人员都可以在短时间内学会，使用起来得心应手，计算机技术和传统继电控制技术之间的隔阂在 PLC 上完全不存在。3.适应性好，简单维护PLC 是通过程序实现控制的。当控制要求发生改变时，只要修改程序即可。由于可编程控制器产品已系列化、模块化，因此能灵活方便组成系统配置，组成规模不同、功能不同的控制系统，适应能力强。PLC 控制系统的维护非常简单，利用 PLC 的自诊断功能可监控功能，可以迅速地查找故障点，及时予以排除。4.速度较慢，价格较高PLC 的速度与单片机等计算机相比相对较慢，单片机
42、两次执行程序的时间可以是 ms 级甚至 s ，一般 PLC 两次执行程序的时间间隔是 10ms 级。PLC 的一般输入点在输入信号频率超过十几赫兹后就很难正常工作，为此，PLC 设有高输入点，可以输入数千赫兹的开关信号。PLC 的价格也价高，是单片机系统的 23 倍。，PLC 的性价比是令人满意的。 PLC、继电器控制系统、单片机控制系统性能比较见下表 2-1。表 2-1 PLC、继电器控制系统、单片机控制系统性能比较表项 目 PLC 继电器控制系统 单片机控制系统功能 用程序可以实现各种复杂控制用大量继电器布线逻辑实现循序控制用程序可以实现各种复杂控制改变控制内容修改程序简单内容 改变硬件接
43、线，工作量大修改程序，技术难度大常州信息职业技术学院电子与电气工程 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 7可靠性 平均无故障工作时间长受机械触点寿命限制 一般比 PLC 差工作方式 顺序扫描 顺序控制 中断处理，响应最快接口 直接与生产设备相连 直接与生产设备相连 要设计专门的接口环境适应性 可适应一般生产环境 环境差会降低可靠性 要求有较好的环境，项 目 PLC 继电器控制系统 单片机控制系统抗干扰 一般不用专门考虑抗干扰问题能抗一般电磁干扰 要专门设计抗干扰措施，易受干扰 维护 现场检查，维修方便 定期更换继电器，维修费时技术难度较高系统开发 设计容易，安装简单，调试周期短图样多
44、，安装接线工作量大，调试周期长系统设计复杂，调试技术难度大项 目 PLC 继电器控制系统 单片机控制系统通用性 较好，适应面广 一般是专用 要进行软、硬件技术改造才能作其他用硬件成本 比单片机控制系统高 少于 30 个继电器时成本较低一般比 PLC 低2.3 PLC 的硬件结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机相同，从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可
45、以按照一定规则组合配置。其结构如图 2-1 所示。中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢，它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器 I/O 以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到
46、停止运行。8图 2-1 PLC 的结构图2.4 PLC 的工作原理2.4.1 扫描工作原理PLC 运行时是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作。但 PLC 不可能同时执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。由于 CPU 的运算处理速度很快，所以从宏观上来看，PLC 外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。这种串行工作过程称为 PLC 的扫描工作方式。2.4.2 S7-200 的工作方式及扫描周期1.工作方式S7-200 有 3 种工作方式：RUN(运行)、STOP(停止)、TERM(terminal，终端)工作方式，可通
47、过安装在 PLC 上的方式选择开关进行切换。RUN 方式：在 RUN 方式下，CPU 执行用户程序。STOP 方式：在 STOP 方式下，不能运行用户程序，可以向 CPU 装载用户程序或进行 CPU 设置。TERM 方式：在 TERM 方式下，允许使用工业编程软件 STEP7-Micro/WIN32 来控制 CPU 的工作方式当电源断电又恢复后，如果方式选择开关在 TERM 或 STOP 状态下，CPU 自动进入 STOP 方式；如果方式选择开关在 RUN 状态下，则 CPU 自动进入 RUN方式。2.扫描周期在 RUN 方式下，系统周期性地循环执行用户程序。PLC 在每次扫描工作过程中除了执
48、行用户程序外，还要完成内部处理、通信服务等工作。整个扫描工作过程包括内部处理、通信服务、输入采样、程序执行、输出刷新 5 个阶段。整个过程扫描执行一遍所需的时间称为扫描周期。即全部输入输出状态的改变，需要一个扫描周期。常州信息职业技术学院电子与电气工程 基于 S7-200PLC 交通信号灯系统设计 92.4.3 采样方式、输出方式及响应滞后1集中采样PLC 在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当 PLC进入程序执行阶段后，输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶段才对输入状态进行重新采样。2.集中输出在一个扫描周期内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映像寄存器中输出，对输
