基于PLC控制的交通灯设计毕业设计（论文）word格式.doc

桂林电子科技大学实训说明书用纸编号： 单片机应用实训说明书题 目： 基于 PLC控制的交通灯设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012年1月5日摘 要交通信号灯的出现，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。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。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。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.关键词: 交通灯；PLC；程序；设计Abstract The emergence of traffic lights, let traffic can be effectively controlled, for ease traffic flow, increase road capacity and reduce traffic accidents have remarkable results. Analysis of the modern urban traffic control and management status, combined with the traffic situation described the traffic light control system working principle of a simple and practical urban traffic light control system PLC design. PLC programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology from a new type of industrial control devices. It has a simple structure, convenient programming, and higher reliability, has been widely used in industrial processes and control of the location. As the PLC with the use of environmental adaptability features, while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of progressive precise control of lights, in particular the control of multi-fork can be easily achieved. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lights system. Meanwhile, PLC itself with communications networking, will be the same signal on the road to form a unified LAN, scheduling management, vehicle traffic can reduce the waiting time to realize the scientific management.Key words：Traffic lights；Program; design 目 录引言51 PLC的基础知识61.1 PLC的概述61.2 PLC的由来61.3 PLC的工作原理81.4 PLC的结构92、交通信号控制系统分析102.1 控制要求102.2 控制时序102.3 程序梯形图与指令表132.4 程序指令表222.5 运行结果223、结论233.1 程序调试233.2 收获和体会23谢 辞24引言随着自动化控制技术和微电子技术的迅猛发展，PLC作为前沿的工业控制器，具有体积小、可靠性高、易操作、灵活性强、抗干扰能力强等一系列优点，广泛用于自动化控制领域。用内部编程取代继电器逻辑控制电路中大量的中间继电器和时间继电器，简化了控制路线，提高了系统控制的可靠性，这是PLC最大的优点。借助于书序控制图和梯形图来编制用户控制程序，实现自动控制系统顺序控制，是PLC的主要功能之一。 1 PLC的基础知识1.1 PLC的概述 可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置，涉及到很多自动控制、电器方面的知识。经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。1.2 PLC的由来 早期工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称继电器控制系统，随着20世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。 这就是著名的GM10条1.3 PLC的工作原理PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。 一. 扫描技术 当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三) 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。- 24 -1.4 PLC的结构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，如图所示： 1）. 中央处理单元(CPU) 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，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 2）、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 3）、电源 PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 2、交通信号控制系统分析2.1 控制要求信号灯受按钮的控制，当按下按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当停止按按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。2.2 控制时序车行道：南北向绿灯亮15S，绿灯闪烁5次，每次1S，黄灯亮2S，南北左转绿灯亮10S；绿灯闪烁5次，每次1S，黄灯亮2S，南北红灯亮39S东西红灯亮39S，绿灯亮15S，绿灯闪烁5次，每次1S，黄灯亮2S，东西左转绿灯亮10，绿灯闪烁5次，每次1S，黄灯亮2S。交通灯分布图如图2.2.1所示:图2.2.1 十字路口交通灯分布示意图PLC投入运行后，给交通灯模型提供24V电压。供交通灯模型工作使用。其工作流程图如下图2.2.2所示：图2.2.2正常时序流程图交通灯时序图2.2.3所示: 图2.2.3 交通灯时序图2.3程序梯形图与指令表2.4程序指令表 见附录表一2.5运行结果 编好梯形图后，在三菱软件中把梯形图内容烧到PLC当中，然后再按照梯形图输出线圈号数与交通灯相应的插孔相连接。插上电源开关，然后打开PLC开关，即可看到交通灯模型按照自己编好的梯形图设想工作了，并且一直循环工作下去。当关掉PLC开关后，交通灯模型即停止工作。试验完成后收拾好用到的东西，并记得关掉电源。 3、结论3.1程序调试经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误，刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，最后发现原来是程序后面没有并上完成这个循环的步号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要耐心的去做的话，肯定能学到有用的动西。3.2 收获和体会 通过这次PLC设计实训，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。 谢 辞在实训即将完成之际，我的心情无法平静，因为从刚开始进对PLC一知半解，到实训结束的深刻掌握，其间我们克服一个一个的困难和疑惑，才能完成老师所要求的功能的实训作品。通过自己从头到尾对交通灯的控制设计，才知道在日常生活中，很多需要自动控制的东西，都可以用我们所学到的知识进行设计，这样我们才真正的做到了学以致用。PLC实训 设 计 任 务 书年级： 09应本项目名称：PLC控制的交通灯实训项目类型设计特殊要求无承担学生姓名陈立川学号0901120105专业机电专业联系电目设计要求：（含如下内容）1、主要技术要求:（1）使用MELSEC-F FX AppLicetions在Windows下运行,设计并完成一个PL