交通红绿灯系统毕业设计.doc

山西工程职业技术学院毕业论文系 别： 电气工程系 专 业： 自动化生产设备与应用 班 级： 设备03班 姓 名： 高格格 学 号： 10803100305 指导教师： 杨国生 2013年 6 月 1 日摘 要随着社会经济和城市交通的快速发展，城市规模的不断扩大，交通日益繁忙，红绿灯已经成为疏导交通最常见和最有效的手段。红绿灯采用红、黄、绿_三种颜色组成。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左右转弯;红灯是禁止通行信号，面对红灯所有车辆必须停止前进;黄灯是等待信号，面对黄灯所有车辆不能越过停车线，等待信号指示。城市的红绿灯一般采用可编程控制器，其中采用PLC程序控制的在实际使用中占有很大的比例。用plc实现交通灯的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。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。关键词：交通灯 PLC 程序 设计目 录摘 要1.PLC的概况11.1 概述11.2 PLC的特点21.3 PLC的工作原理21.4 PLC的结构32.硬件系统的设计42.1本设计的控制要求42.2控制原理42.3 控制电路的设计52.4外部电路接线图53.软件系统的设计63.1 十字路口交通灯示意图63.2 I/O的分配63.3 时序图73.4梯形图说明84.系统检测与调试114.1硬件调试114.2软件调试125.心得体会12参考文献13- 14 -PLC的概述1.1 概述 可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.2 PLC的特点 可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点。 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。1.3 PLC的工作原理 当可编程逻辑控制器投入运行后，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，可编程逻辑控制器的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，可编程逻辑控制器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映象区中的相应的单元内。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，可编程逻辑控制器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。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器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，才是可编程逻辑控制器的真正输出。1.4 PLC的结构可编程逻辑控制器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，基本构成为： 一、电源 可编程逻辑控制器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，可编程逻辑控制器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 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器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。当可编程逻辑控制器投入运行时，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。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双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。 三、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。 四、输入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 五、功能模块 如计数、定位等功能模块。 六、通信模块2.硬件系统的设计2.1本设计的控制要求当系统启动时，马路东西红灯亮30s，同时马路南北绿灯亮25s，之后由3s的闪烁，紧接着为黄灯亮2s。马路东西红灯30s结束后绿灯接上，绿灯亮25s后变为黄灯亮2s之后变为红灯，如此循环。系统启动同时，人行道南北红灯亮30s，东西绿灯亮25s之后闪烁3s在变为黄灯亮2s 。人行道东西绿灯亮25s后闪烁3s变为黄灯亮2s在变为红灯亮30s又变为绿灯如此循环。2.2控制原理本设计为简单的红绿交通灯系统设计，根据原理图进行红绿交通灯控制循环系统的硬件、软件系统设置。2.3 控制电路的设计根据设计要求得出，只需要一个启动按钮SB1和一个停止按钮SB2两个输入信号，而 马路上有六组信号灯，人行道上有四组信号灯，共十组输出信号。为避免大材小用，秉承经济节约方针，我们应尽量选择最经济的方案。这次设计我们选用了S7-200 CPU224型号PLC，外加CPU221作为外加的模块。2.4外部电路接线图3.软件系统的设计3.1 十字路口交通灯示意图3.2 I/O的分配3.3 时序图3.4梯形图说明当按下启动按钮I0.3，中间继电器M0.1得电其常开触点闭合代替了I0.3达到自锁使得MO.1在一直通电的状态。中间串上M0.0常闭触点是为了当需要切断电源时，按下I0.2，继电器M0.0得电，其常闭触点断开，而此断开M0.1的自锁程序达到切断电源的效果。 1）当按下启动开关后，以下接触器得电： aQ0.0通过中间继电器M0.1的常开触点闭合接通电源，马路南北红灯亮。而计时器也接通，它是为Q0.0计时作用的。当T37计时30s后，它的常闭触点断开，断开Q0.0的电源。T42常闭触点在这里起循环作用，就是在此程序运转一个周期时，控制最后一个接触器的计时器计时完成，断开T37使得T37重新计时，以达到循环效果。bQ0.4得电，马路东西绿灯亮。与之串连的是计数器C21（计数3次，作用是Q0.4闪烁3次时断开其电源），T43、T44在这里起控制Q0.4闪烁并计时作用。cQ0.7接通人行道东西方向红灯亮，Q0.7与Q0.0公用一个计时器，所以Q0.7的显示时间与Q0.0一样。 d Q1.0得电人行道南北方向绿灯亮，它的显示与Q0.4相同。C22、T48、T49的功能叶相同（2）延时25s后，Q0.4马路东西方向绿灯开始闪烁。计时器T43计时到，它的常闭触点先断开，使得Q0.4失电，同时它的常开触点闭合，接通计时器T44。T44、T45（接通T44后，T44开始工作，0.5S后接通QO.4与T45，再过0.5s后计时器T45工作，先断开T44。如此循环工作。而这里加上计数器C21的3次计数达到绿灯闪烁功能。（3）经过3s后，C21计数完成，断开Q0.4（熄灭绿灯）接通Q0.5马路东西黄灯和计时器T46（T46在这里起计时作用，2s后它先断开Q0.5，然后其常开触点闭合接通Q0.3，达到红绿灯循环效果。 （4）延时2s后，T46常开触点闭合接通Q0.3马路东西红灯。这时计时器T47接通开始工作。T47计时2s后，它的敞开触点闭合，复位C21。使得Q0.4重新开始工作，如此一直循环。5）当人行道红灯Q0.7亮30s后，T37计时30s动作，其常闭触点先端开，切断Q0.7。然后其常开触点闭合接通Q0.6(人行道东西绿灯)，Q0.6接通27s后闪烁3s（频率1s/次）其工作过程与马路闪烁3次相类似。 此次设计的红绿灯系统工作情况就向上面介绍的循环工作。4.系统检测与调试4.1硬件调试硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。 动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的 器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。4.2软件调试程序调试在PLC模拟电路板上进行。先按硬件接线图完成实物的接线。接线时各个接口按图正确接线，并且每个接口牢靠。完成此步骤后再连接上传输线。在做调试时，首先将事先编好的程序系在到PLC上（至于怎么下载这里就不作讨论）。完成后可进行通电试运行。PLC一上电电路应无任何反应，这时线路可进行下一步调试。这时电脑上可进行程序状态监控。按下启动按钮SB1，启动后Q0.1、Q0.3、Q1.1、Q2.0四个接口上的接触器马上吸合，25s后Q0.1接口上的接触器考试跳动，跳动3次后断开，改为Q0.2后面的接触器吸合。2s后Q0.4、Q1.0、Q2.1吸合，25s后Q0.4接口上的接触器开始跳动3次，跳动3次后断开，改为Q0.5后面的接触器吸合。2s后Q0.5断开，Q1.0后面的接触器开始跳动3次后断开。后面动作一直如此循环作业。在没有按下SB2停止按钮之前，电路一直循环作业。 5.心得体会 写毕业论文是毕业必不可少的程序，我体会了其中的艰辛，为写这份论文曾多次去实地取材，并做记录。为把身边最常见的红绿灯原原本本的概述在报告里是件很困难的事情，也为此提前很久就开始做准备。这次设计的红绿灯适用于一般交通十字路口。此设计使用方便，从经济方面算成本也不高，适合在一般中小城市推广。在设计时还有人性化设计，使用时可根据当地的交通状态调整红绿灯的时间或在红绿灯上面加计时器。为适应时代变化，将会有更多的功能更全面的推出，总之一切都是为了顺应时代变化。 设计过程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至让我想打退堂鼓。不过经过不断的完善，终于完成了这次设计并写完报告，这给了我很大的信心，在才过程中我对PLC可编程控制又有了新的了解。但是设计中存在许多不足，这些不足限制了更多的功能。 通过这次红绿灯设计业让我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在这过程中还得到了许多人的帮助，是他们让我顺利的完成了这次设计。总之一句话，过程了痛苦的，成果是欣慰的。这将是我大学阶段一个很好的总结，也将为我将来的路作了一个很好的铺垫。并感谢在编写论文过程中帮助过我的所有老师和同学。参考文献1.廖常初可编程序控制器的编程方法与工程应用重庆大学出版社，2001 2.廖常初