基于PLC的交通灯控制系统论文

1、 PAGE 1第 PAGE 30页 共19页第 PAGE 0页 共19页毕 业 设 计（论 文） 基于PLC的交通灯控制系统 姓 名 系 部 专 业 班 级班 学 号 23 指导老师 20 12 年 4 月摘要 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。关键词 交通灯 PLC 程序设计 目录PLC的特点及应用1.1概述41.2plc的特点41.3plc的应用4第二章plc的结构及原理2.1plc的分类62.2plc的结构62.3plc的工作原理7

2、2.4plc的汇编语言72.5plc的基本指令92.6plc交通等毕业论文编程器件12第三章交通信号灯控制的实现3.1控制要求123.2工作时序图133.3 I/O分配表133.4梯形图153.5指令表173.6plc控制交通等的运行18致谢18参考文献18第一章 PLC的特点及应用1.1 概述 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超

3、过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.2 PLC的特点1 可靠性高，抗干扰能力强；2 通用性高，使用方便；3程序设计简单，易学，易懂；4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；5系统设计周期短；6安装简便，调试方便，维护工作量小；7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；1.3 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1开关量的逻辑控制

4、这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/

5、O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5 数据处理 现代PLC具有数学运算

6、（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第二章 PL

7、C的结构及原理2.1 PLC的分类1 按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。2 按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。3按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。2.2 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，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的基本结构框

8、图如下：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 CPU板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件2.3 PLC的工作原理 1.plc的工作方式 1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 2） 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。2.4 PLC汇编语言采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，

9、常用的有：梯形图，语句表，功能图等。梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。主要特点：1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行，起使左母线。 2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。 4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。 2.语句表：又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。例：下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例： X000 X001 Y000 X

10、010 END它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，用以 结束程序。梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为： 地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图2.5 PLC的基本指令1 输入输出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示

11、形式、操作元件以列表的形式加以说明： 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 LD（取） 常开触点与母线相连 X，Y，M，T，C,S LDI（取反）常闭触点与母线相连 X，Y，M，T，C,SOUT（输出） 线圈驱动 Y，M，T，C，S,F LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。 X000 Y000 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y0002 触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/O

12、RI） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 AND（与） 常开触点串联连接 X，Y，M，T，C,S ANDI（与非） 常闭触点串联连接 X，Y，M，T，C,S OR（或） 常开触点并联连接 X，Y，M，T，C，S ORI（ 或非） 常闭触点并联连接 X，Y，M，T，C，S AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。 OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。 X001 X002 Y001 地址 指令 数据 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 3 电路块的并联和串

13、联指令（ORB、ANB） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 ORB（块或） 电路块并联连接 无 ANB（块与） 电路块串联连接 无 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用

14、7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 ANB X000 X002 X003 Y006 X001 X004 X005 ORB X006 X003 地 址 指 令 数 据 0000 LD X000 0001 OR X001 0002 LD X002 0003 AND X003 0004 LDI X004 0005 AND X005

15、0006 OR X006 0007 ORB 0008 ANB 0009 OR X003 0010 OUT Y006 4 程序结束指令（END）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件结束 END（结束） 程序结束 无 在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。 其他的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等，

16、同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍了。下面同学们可练习由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。并由后面的GPP软件传输到PLC中，实时运行。2.6 PLC交通灯毕业论文编程器件一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。3 交通信号灯控制的实现3.1控制要求信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南.北绿灯和东.西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并

17、立刻报警。（2）南.北红灯亮维持25s，在南.北红灯亮的同时东.西灯也亮，并维持20s，到20s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东.西黄灯熄灭 ，东.西红灯亮。同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东.西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。3.2交通灯工作时序图图2 交通灯时序图3.3.3I/O分配表图3 I/O分配表序号输入设备端号输出设备端号1启动按钮SB1X0南北绿灯Y0002南北黄灯Y0013南红红灯Y0024报警灯

18、Y0035东西绿灯Y0046东西黄灯Y0057东西红灯Y006通过上述的分析，可以看到，系统需要1个输入和7个输出，对于这样一个小型的系统可以选择一些小型PLC就可以满足需求，可以选择FX2-48MR型PC机。 MG MY SR SY SG MR 北 西 东 SG SY SR 南 MG MY MR 图4 交通灯的面板示意图 该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其标号分别为MG、MY、MR和SG 、SY、SR。其中，其中，交通灯选用5V直流电，COM端为交通灯的公共端。而灯与程控器之间的接线图如下 程 Y000 控 Y001 器 Y002 的 : 输 : 出 : 5

19、V 端 COM 图 5 从上图可看出，控制器的公共端接5V电源的负极，而灯的公共端接电源的正端，灯的另一端接到程控器的输出端，如Y000，Y001 等。3.4 梯形图 3.指令表 地址指令变量0000LDT00001ANDX00002ANIT40003OUTT00004K2500005LDT00006OUTT40007K3000008LDIY30009ANDX00010ANIT00011OUTT60012K2000013LDT60014OUTT70015K300016LDT70017OUTT50018K200019LDT00020OUTT10021K2500022LDT10023OUTT200

20、24K300025LDT20026OUTT30027K200028LDIT00029ANIY30030ANDX00031OUTY20032LDT00033OUTY60034LDY20035ANIT60036LDT60037ANIT70038ANDT100039ORB0040OUTY40041LDT70042ANIT50043OUTY50044LDY60045ANIT10046LDT10047ANIT20048ANDT100049ORB0050OUTY00051LDT20052ANIT30053OUTY10054LDY00055ANDY40056OUTY30057LDX00058ANIT1100

21、59OUTT100060KT50061LDT100062OUTT110063K50064END3.6.PLC控制交通灯的运行十字路口的交通控制灯，应在事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好，按照设计的程序运行。在正式运行之前，应进行模拟测试，避免不必要的损失！致谢 在设计过程中，我通过查阅相关资料，经过一个多月的努力，终于完成了这篇论文。写论文的过程中我发现自己有很多不足，在很多地方还需要老师、同学的指导。在设计的过程中，我懂得了许多，也培养了我的工作能力。相信在以后的工作中，我也能更加积极的投入到工作中去！在这里我要感谢我的老师们，感谢你们的照顾，不论是在学

22、习上亦或者是生活上，谢谢！最后再次衷心的感谢各位指导老师！参考文献1 原理及应用俞国亮主编，清华大学出版社，20052.廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，20013.张万忠可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社20044.台方可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社20015.常斗南可编程序控制器原理应用实验 北京：机械工业出版社1998 附录资料:不需要的可以自行删除测量平差程序设计角度（度分秒）到弧度AngleToRadian#define PI 3.14159265double AngleToRadian（double angle）int D，M；doub

23、le S,radian,degree, angle,MS；D=int（angle+0.3）；MS=angle-D；M=int（MS）*100+0.3）；S=（MS*100-M）*100;degree=D+M/60.0+S/3600.0;radian=degree*PI/180.0;return radian;注意:防止数据溢出,要加个微小量,例如0.3.弧度换角度(度分秒) RadianToAngle#define PI 3.14159265double RadianToAngle(double radian)int D,M;double S,radian,degree,MS,angle;de

24、gree=radian*180/PI;D=int(degree);MS=degree-D;M=int(MS*60);S=(MS*60-M)*60;angle=D+M/100.0+S/10000.0;return angle;已知两点求坐标方位角Azimuth#include double Azimuth(double xi,double yi,double xj,double yj)double Dx,Dy,S,T;Dx=xj-xi;Dy=yj-yi;S=sqrt(Dx*Dx+Dy*Dy);if(S1e-10) return 0;T=asin(Dy/S);if(Dx0&(Dy0)|T0) T=

25、2*PI+T;return T;4.开辟二维数组的动态空间的宏#include #define NewArray2D(type,A,i,n,m)A=(type*)malloc(n*sizeof(type*); for(i=0;im;i+) Ai=(type*)malloc(m*sizeof(type); 5.释放开辟的二维数组的空间#define FreeSpace(A,i,m)for(i=0;im;i+) free(Ai); free(A); 注意:释放空间与开辟空间相反,释放空间是先释放列,后释放行.6.矩阵求转置transformmatrixvoid transformmatrix（do

26、uble *A，double *B，int i,int j）int m,n;for(m=0;m=i;m+)for(n=0;n=j;n+)Bnm=Amn:7.矩阵相乘(mulmatrix)void mulmatrix(double *A,double *B,double *C,int i,int j,int k)int m,n,p;for(m=0;mi;m+)for(n=0;nj;n+)Cmn=0;for(p=0;pk;p+)Cmn+=Amp*Bpn:8.矩阵求逆(countermatrix)#include void countermatrix(double *T, double *s, do

27、uble *r, double *Q,double *N, double *rt,int n)for(i=0;in;i+)s=Nii;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tki;Tii=sqrt(s)for(j=i+1;jn;j+)s=Nij;for(k=0;ki;k+)s-=Tki*Tkj;Tij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;j=0;i+)rii=1/Tii;for(j=i+1;jn;j+)s=0;for(k=i;kj-1;k+)s-=rik*Tkj;rij=s/Tii;for(i=0;in;i+)for(j=0;jn;j+)rij=0;transformm

28、atrix(r,rt,n,n)mulmatrix(r,rt,Q,n,n)9.平差主程序之读入数据typedef struct POINTchar name8;double x,y;int type;POINT;typedef struct READVALUEPOINT *begin;POINT *end;double value;READVALUE;POINT *GETPOINT(char *name,POINT *pPoint,int nPoint)int i;for(i=0;inPoint;i+)if (strcmp(pP,name)=0)return (pPoint+

29、i) for(i=0;i0)pPoint=(POINT*)malloc(nDirect*sizeof(POINT);if(nDirect0)pDirect=(READVALUE*)malloc(nDirect*sizeof(READVALUE);if(nDistance0)pDistance=(READVALUE*)malloc(nDistance*sizeof(RAADVALUE);fscanf(fp,”%lf,%lf,%lfn”,&mo,&mf,&ms);for(i=0;inKnownPoint;i+)fscanf(fp,”%s,%lf,%lfn”,pP,&pPoint

30、i.x,&pPointi.y);type=1;for( ;inPoint;i+)pP=NULL; pPointi.x=0;pPointi.y=0;pPointi.type=0; for(i=0;inDirect;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,begin,end,&pDirecti.value);pDirecti.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDirecti.end=GetPoint(end,pPoint,nPoint);for(i=0;inDistance;i+)fscanf(fp,”%s,%s,%lfn”,

31、begin,end,&pDistancei.value);pDistancei.begin=GetPoint(begin,pPoint,nPoint);pDistancei.end=GetPoint(end,pPoint,nPoint);fclose(fp);10.角度检验（checkangle）#include int checkangle(double angle)int M,S;double MS;if(angle=0&angle360)MS=angle-(int)(angle);if(M6)S=(int)(MS*1000);if(S%106)return 1;return 0;11.前

32、方交会#define PI=3014159265/*此处调用程序角度换弧度AngleToRadian*/Qianfang(double XE, double YE, double XF, double YF, doubleDEG, double DEF, double DFG, double DFE, double *DFE, double *DFG)double C,A,B;C=DGE-DGF;A=DEF-DEG;B=DFG-DFE;if(C-2*PI)|(C0&C-PI&CPI&C2*PI)XG=(XE/tan(B)+XF/tan(A)+YE-YF)/(1/tan(A)+ 1/tan(B)

33、;YG=(YE/tan(B)+YF/tan(A)-XE+XF)/ (1/tan(A)+ 1/tan(B);12.坐标概算全方向法子函数取出观测方向GetAllDirectint GetAllDirect(char *name,int nDirect,READVALUE *pDirect, READVALUE *pStation)int i,nCount=0;for(i=0;iname,name)=0)pStationnCount.begin=p(pDirectnCount.begin;pStationnCount.end=p(pDirectnCount.end;pStationnCount.v

34、alue=p(pDirectnCount.value; nCount+;return nCount;坐标概算全方向法子程序实现流程(coordinate)coordinate (入口参数设置)READVALUE pStation50,pObject50;int nCount,i,j,k,m,n,p,nobject;for(i=0;i1)|( nCount=1)for(j=0;jtype=1)for(k=0;ktype=0) nobject=GetAllDirect(pStationj.end-name,nDirect,pDirect,pobject)m=-1;n=-1;for(p=0;pnam

35、e,pP)=0)m=p; if(strcmp(pobjectp.end-name,pStationk.end-name)=0)n=p;if(m=0&n=0)pPointi=pStationk.end-pStationj.end;pStationj.end=pObjectm.value-pObjectn.value; Xe=pPointi.x; Ye=pPointi.y; Xf=pStationj.end-x; Yf=pStationj.end-y; Lef=pStationj.value; Leg=pStationk.value; Lfe=pObjectm.value; L

36、fg=pObjectn.value; Qianfang(Xe,Xf,Ye,Yf,Lef,Leg,Lfe,Lfg,*Xg,*Yg;) pStationk.end-x=*xg; pStationk.end-y=*yg; pStationk.end.type=2; 13.坐标增量法(calcoordinate)子函数由端点名称得边长值的函数GetDistancedouble GetDistance(char *begin,char *end,int nDistance,READVALUE *pDistance)int i;for(i=0;iname,begin)=0&strcmp(pDistance

37、i.end-name,end=0)|(strcmp(pDistancei.begin-name,end)=0&strcmp(pDistancei.end,begin)=0)return pDistancei.value;return -1;/*函数取出观测方向GetAllDirect*/void calcoordinate(int nDirect,READVALUE *pDirect,int nDistace,READVALUE *pDistance,int nPoint,POINT *pPoint) int nPoint,nCount,nDirect,nDistance; int m=-1,

38、i,j,k; double x1,y1,x2,y2,A0,A,S,dx,dy; READVALUE*pDirect=NULL; READVALUE pStation50; for(i=0;i0) nCount=GetAllDirect(pP,nDirect,pDirect,pStation50); for(j=0;jtype0)m=j; if(m!=-1) for(k=0;ktype=0) x1=pPointi.x; y1=pPointi.y; x2=pStationj.end-x; y2=pStationj.end-y; A0=Bearing(x1,y1,x2,y2);

39、A=A0-(DMSToRAD(pStationm.value)-DMSToRAD(pStationk.value); if(A2*PI)A=A-2*PI; S=GetDistance(pPointi,pStationk.end,nDistance,pDistance); if(Sx=pPointi.x+dx; pStationk.end-y=pPointi.y+dy; pStationk.end-type=2; 14.高斯正反算高斯正算：#include #include #define PI 3.14159265double DMSToRAD（double dDMS）int L1,L2；double T,L3；L1=(int)（dDMS+0.3）；L2=(int)(dDMS-L1)*100+0.3)；L3=(dDMS-L1)*100-L2)*100；T=(L1+L2/60.0+L3/3600.0)*PI/180.0;return T;void PreGausePositive(double B,double L,double L0, double a, double b, double *N, double *l, do