电器控制与PLC结课论文-城市交通信号控制

1、塔里木大学 电器控制与PLC结课论文（西门子S7-300机型）交通信号灯控制学号 5011213316所属学院信息工程学院专业 计算机科学与技术班 级 17-3班学生姓名 杨江塔里木大学制目录 TOC o 1-5 h z 引言3一、PLC的产生4二、PLC的结构4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document （一）中央处理单元 （CPU） 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document （二）存储器5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document （三）电源5 HYPERLINK l

2、 bookmark10 o Current Document （四）I/O模块5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三、PLC的编程6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1基本指令系统特点6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2图形式指令结构6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.21 “逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式。 6 HYPERLINK l bookmark20 o Curre

3、nt Document 四、交通信号灯控制系统设计 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1系统工作时的要求7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4.2状态转移图8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.3硬件图9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.4交通灯程序梯形图9 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 五、仿真14 HYPERLINK l

4、 bookmark48 o Current Document 六、小结15引言城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人 和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、 模糊性和不确定性的复杂系统， 建立数学模型非常困难，有时甚 至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论 研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方 法，以单个十字路口 4相位交通灯为例，把 PLC作为一个模糊 控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠， 能根据不同

5、的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时， 从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。关键字：可编程 PLC 交通智能控制PLC的产生PLC是可编程序控制器的简称，它是一种数字运算电子系统，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 的自动控制中。PLC是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的， 并逐渐发展成以微 处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业 控制装置。1、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

6、上与微型计算机相同:（一）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

7、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。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个 CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。 进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规CPU主要由运算器、控制器、CPU单元还包括外围芯片、总定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 寄存器及实现它们之间

8、联系的数据、控制及状态总线构成,线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。（二）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。PLC常用的存储器类型（1） RAM （Random Assess Memory），这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速 度最快，由锂电池支持。（2）EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory），这是一种可擦除的只读存 储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。（3）EEPROM（Electrical Erasable Programmab

9、le Read Only Memory），这是一种电可擦 除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。（三）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（四）I/O模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了 PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电 信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块

10、相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO）,模拟量输入（AI ），模拟量输出（AO）等模块。三、PLC的编程3.1基本指令系统特点PLC的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。3.2图形式指令结构程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统 的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形， 用户根据 自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。3.21 “逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式当控制逻辑是串联和并联的复杂组合时，CPU的扫描顺序是先“与”后

11、“或” 先串联后并联的特点是触点组先串联，再将整个触点组和其他触点组并联。10.010. 1MO. 1Q4.0Q4+010. 2H I先并联后串联的特点与先串联后并联的次序正好相反。10.010. 1mo. 1Q4*0Q4 010*22.加法运算指令四、交通信号灯控制系统设计城市交通道路十字路口是靠交通信号指挥灯来维持交通秩序， 在每个方向上 都有红、黄、绿三种指挥灯，信号灯受一个启动开关控制。当按下一个启动按钮， 信号系统开始工作，直到按下停止开关，系统停止工作。某城市路口交通信号图4.1系统工作时的要求1、南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮，如果同时亮就立即关闭系统和发 出警报信号。南北

12、红灯维持25s，同时都东西绿灯也亮，持续 20s，到20s时，东西绿灯 开始亮，亮3s后灭。然后东西黄灯亮维持2s后灭，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，绿灯亮。东西红灯亮30s，同时南北绿灯亮25s，闪亮3s灭，接着南北黄灯维持2s灭, 同时南北红灯亮，东西绿灯也亮。两个方向的信号灯，按上面要求周而复始的工作。信号灯控制要求表余西方问信号绿灯亮绿灯闪烁黄灯亮红灯亮时间25秒3秒（三次）2秋30秒南北方向信号红灯亮绿灯亮绿灯闪烁萤灯亮吋间50秒25秒3 （三次）2秒數据来源：根携实验室实验要求喝制4.2状态转移图111W1r1Fi南翎闪Ir裔圜T亮4.3硬件图机架：S300P IM CfMi临

13、5MU1K W(11 莊的丫栅可 J1D2JH SLftm EdCbest ft.C gw C|ftars WYfcw 准* 乾丙匪色Era歌*?戶Id咋EMIPS血兔hzI 円J和忖甘啊旳：P朋.MW尼wJJ34DI1&W1&2肌如里弓Difi曲i地grv间弘SJMA/fiO2At7rt站| MDdijfeObdnnJfhHFimwwMRttJdivti；aCmmH1占刃弘粧畀缈1EM4UU)23J CPU J15F 3PMJPPGE$7?15p2F414aAADlVJ12AT-W7*| WJ0j 3jue-d Tw*54礙対3&1凯曲W0a .1a i51 囂Daae:心血虫sE5 7 S

14、lEniWfl446fl Kr2 29H?&J10iV4.4交通灯程序梯形图O9SES3MI： ntie；菽西红灯控制：相当亍匠烁电眛 通玄电卜断25枚 丁h T2*别控制输出如口的齢笳和通路 TOC o 1-5 h z 10.0T2T1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document H IM so)_IS5TJT25S etOElf 2 : Title:CQent:T1T2审北红灯的控制；相当于闪烁耳只農加皮向单元即可，T*分剔控制QL.Q的iAKWK札5秋断31建甲的方袪和韦西红灯一舞的構莎图.T3 _|S5TI25S10,0T4H I14Retro-

15、rk 4 : Title: jConmcnt;T4S5Tf3QST3QI, 0HntTcrk b : Tit：10.0T6uT5SD)|S5T*S3Sletvrk 6: Title:T5T6SDJ|S5TJZSQl.loIVetvork 7 :栖黄灯控制：由两部觥就第一部吩是常灭益秒，龍二部分是常亮2秒 当19北虹灯见 映10为上升沿臥则将23*熾T1D定时器QLOK0JEH曲0IKOUT4 Ip S5T#23S-Irttork 8 : Title:10.0Q1.0T?何I冊3EHSSSISI Title：|常亮龙时掘TT宦时完毕时席亮宦lT时虹低T7TSI血IS5T42SNetvork 10

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18、H r ：Connent:TilT12H10.5W14QI* 2TH1/b五、仿真画 STPLCSIMI常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查 (包括接线检查、绝 缘检查、接地电阻检查、保险检查等)，避免损坏PLC块(用STEP7的诊断程序对 所有模块进行检查)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。 其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用STEP?能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外 围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随 时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。在线调试设备开停时，必须先调试空开关的运行情况；如果设备设有运行监 视开关，则可把监视开关强制为正式运行时，撤销强制)0调试单台设备时可针对性地建立该设备的变量表，对该设备及其与该设备相关 的变量进行实时监视。这样既可判断逻辑操作是否正确，对模拟量的变化也可一 目了然。比如调试电动执行器时，可建立一变量表，对执行