十字路口交通灯基于PLC控制毕业设计论文

-...-可修遍-.-..-可修遍-毕业设计说明书课题名称:十字路口交通灯PLC控制系统设计学生专业班级时间指导教师电子工程学院【摘要】:PLC可编程序控制器是以微处理器为根底，综合了计算机技术，自动化控制技术和通讯技术开展而来的一种新型工业控制装置。它具有构造简单，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。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中的主要手段和重要的根底设备之一，PLC，机器人，CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的准确控制，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。可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还引入EDA模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，十分形象地显示出了PLC在交通灯控制系统中的实际应用。【关键词】:十字路口交通灯PLC目录绪论-3-第1章可编程程序控制器PLC-4-1.1PLC概述-4-1.1.1PLC的开展历程-4-1.1.2PLC的开展趋势-6-1.1.3PLC的应用-7-1.2PLC的硬件构造-8-1.3PLC的工作原理-9-1.4本章小结-10-第2章十字路口交通灯的介绍-11-2.1十字路口交通灯的原理-11-2.2电路中主要元器件的介绍-12-熔断器-12-中间继电器-12-第3章交通灯控制系统-13-3.1控制要求-13-3.2控制对象-13-3.3控制规律-13-第4章应用PLC设计十字路口交通灯-14-4.1I/O点分配-14-4.2十字路口交通灯的接线图-15-4.3十字路口交通灯的实际接线图-16-4.4十字路口交通灯的控制时序图-16-4.5交通信号灯PLC控制的梯形图-17-4.6交通信号灯PLC控制的指令表-18-第五章总结和展望-19-致-20-参考文献-21-绪论随着社会经济的开展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成局部。不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在穿插口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建立的开展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步开展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或顶峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的为难现象是未对实际情况进展实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。单片基控制系统设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难度较大，所以使用可编程控制器，其主要原因是因为PLC具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进展了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。第1章可编程程序控制器PLC1.1PLC概述可编程序控制器ProgrammabieLogicController,缩写PLC，是以微处理器为根底，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.开展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来虽然至今还不到40年但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的开展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的开展努力开展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术应该是广阔技术人员努力的方向。〞1.1.1PLC的开展历程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点,特别是其接线复杂、不易更改对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司"G.M〞为了适应汽车型号的不断更新生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低本钱，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格廉价等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的"自然语言〞进展编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司"DEC〞根据美国通用汽车公司的这种要求研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用取得很好的效果。从此这项技术迅速开展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器"ProgrammableLogicController〞。随着微电子技术和计算机技术的开展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速开展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速开展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高、功耗、体积减小、本钱降低、编程和故障检测更加灵活方便、而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。PLC的开展过程大致可以分为如下几个阶段：1970—1980年：PLC的构造定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现〔如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等〕，但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC构造形成，取得了市场的认可，得以迅速开展.推广。PLC的原理、构造、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。1980—1990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开场系列化，并且形成了固定I/O点型、根本单元加扩展块型、模块化构造型这三种延续至今的根本构造模型。PLC的应用围开场向顺序控制的全部领域扩展。比方三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。1990—2000年：PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今，PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的开展与工厂自动化的需要PLC的各种功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用围开场涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速开展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络为工厂自动化奠定了根底。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，包括最新的FX3u系列产品，Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。1.1.2PLC的开展趋势从当前产品技术性能来看，PLC开展趋势仍然主要表达在体积的缩小与性能的提高两大方面。①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术开展的必然结果。现代PLC无论从部元件组成还是硬件、软件构造都已经与早期的PLC有了很大的不同PLC体积被大幅度缩小。②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序控制器在我国的开展状况如下：(1)我国可编程序控制器的开展与国际上的开展有所不同，国际上可编程序控制器的开展是从研制、开发、生产到应用，而我国那么是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：①可编程序控制器的初级认识阶段〔70年代后期到80年代初期〕国际上可编程序控制器的开展，首先引起了国工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中，当时的宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并局部取代了模拟量控制和小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。②可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段〔80年代初期到90年代初期〕80年代初期开场，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开场涌入国市场。许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。③可编程序控制器的广泛开展阶段〔90年代初期到现在〕进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛开展阶段，主要表现在以下几个方面：(2)政府重视，可编程序控制器的开展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步开展打下了根底。1.1.3PLC的应用1.PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的本钱下降，另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用围通常可分成以下5种类型：1顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如注塑机械、印刷机械、、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。(2)运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。〔3〕过程控制PLC还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定植上。〔4〕数据处理在机械加工中PLC作为主要的控制和管理系统用于C和NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。〔5〕信网络PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备如计算机、变频器、数控装置之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，以组成"集中管理、分散控制〞的分布式控制系统。2.PLC在我国的应用在PLC生产方面比拟弱，在PLC应用方面，国是很活泼的，年来每年约新投入10万台套PLC产品，销售额30多亿人民币，用的行业也很广。在我国，般按I/O点数将PLC分为以下级别〔但不绝对外分类有些区别〕：微型32I/O小型：256I/O中型：1024I/O大型：4096I/O巨型：8192I/O，我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。1.2PLC的硬件构造PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件构造根本上与微型计算机从构造上分，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、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、存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规那么组合配置。其构造如图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以及戒备定时器的状态，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5I/O映象区或数据存放器，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存放器的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停顿运行。编程器编程器输出电路输出电路输入电路输入电路中央处理单元中央处理单元〔CPU〕电源系统程序存储器系统程序存储器电源系统程序存储器系统程序存储器图1-1PLC的构造图1.3PLC的工作原理PLC的CPU那么采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后，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。1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。输入采样完毕后，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，那么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。2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展逻辑运算，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。3输出刷新阶段当扫描用户程序完毕后PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区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。PLC的扫描工作过程如图1-2所示用户输入设备输入端子输入端子输入锁存器输入锁存器输入映像存放器输入映像存放器读程序执行程序执行读写输出映像存放器输出映像存放器输出锁存器输出锁存器输出端子输出端子用户输出设备图1-2PLC扫描工作过程图1.4本章小结本章介绍的是PLC的产生、开展及应用，通过这些根底知识，更好地理解PLC的控制基于PLC在交通灯控制系统上应用这一畴，使下一步PLC的程序设计开发和实际需要有机地融合在一起。第2章十字路口交通灯的介绍2.1十字路口交通灯的原理随着城市和经济的开展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。因此，在实际设计时要遵循一定的原那么和要求。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示制止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面穿插道口信号灯。交通信号灯用于道路平面穿插路口，通过对车辆、行人发出行进或停顿的指令，使各个方向同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和平安。在本设计中，我们仅以机动车信号灯为例，来说明它的控制要求。一般的十字路口交通信号灯现场示意图如图1-2所示。〔其南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。〕图2.1十字路口交通信号灯的示意图2.2电路中主要元器件的介绍2.2.1熔断器①作用熔断器是一种简单的保护电器，串接于电路，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断自动断开电路，保护其他电气设备。②型号8A③符号FU④工作要求熔体的额定电流要小于或等于熔断器的额定电流熔断器的电压大于或等于被保护的工作电压2.2.2中间继电器①作用中间继电器作用是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件，它的构造和交流接触器根本一样，只是电磁系统小些，触点多些。②型号DC24V③符号线圈常开触点常闭触点④工作要求中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大(额定电流5—10A)⑤优点体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。第3章交通灯控制系统3.1控制要求系统工作受开关控制启动开关"ON〞那么系统开场工作启动开关"OFF〞那么系统停顿工作所有灯关闭。假设因故障使东南西北的绿灯同时亮系统能自动报警并自动关闭所有红、绿灯转入提示警告方式。3.2控制对象东西方向红灯两个，南北方向红灯两个，东西方向绿灯两个，东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个，南北方向绿灯两个，报警灯一个。3.3控制规律A.当启动按钮按下南北红灯亮并维持25S。当南北红灯亮时，东西绿灯也亮，维持20S后，东西绿灯闪烁3S后熄灭，然后东西黄灯亮2S后熄灭，接着东西红灯亮，南北绿灯亮。B.东西红灯亮，并维持30S。当东西红灯亮时，南北绿灯也亮，维持25S后，南北绿灯闪烁3S后熄灭，然后南北黄灯亮2S后熄灭，接着南北红灯亮，东西绿灯亮。按以上方式周而复始地工作。如表2-3东西信号绿灯亮绿灯闪黄灯亮红灯亮时间20S3S2S30S南北信号红灯亮绿灯亮绿灯闪黄灯亮时间25S25S3S2S表2-3交通灯亮闪表第4章应用PLC设计十字路口交通灯4.1I/O点分配输入信号输出信号输入点编号代号名称输出点编号代号名称I0.0SB1启动按钮Q0.0HL1-1HL1-2南北向绿灯指示I0.1SB2停顿按钮Q0.1HL2-1HL2-2南北向黄灯指示Q0.2HL3-1HL3-2南北向红灯指示Q0.3HL4报警灯Q0.4HL5-1HL5-2东西向绿灯指示Q0.5HL6-1HL6-2东西向黄灯指示Q0.6HL7-1HL7-2东西向红灯指示表4.1输入输出点分配表4.2十字路口交通灯的接线图根据十字路口交通灯的实际连线，画出如图4.3所示的十字路口交通灯的接线图。接接线柱FU1FU2Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5~220V南北绿灯南北黄灯南北红灯报警灯东西绿灯东西黄灯图4.2十字路口交通灯的接线图4.3十字路口交通灯的实际接线图图4.3十字路口交通灯的实际接线图4.4十字路口交通灯的控制时序图图4.4十字路口交通灯的控制时序图4.5交通信号灯PLC控制的梯形图图4.5十字路口交通灯的控制梯形图4.6交通信号灯PLC控制的指令表..LDI0.0OM0.0ANI0.1=M0.0

LDM0.0LPSANQ0.3ANT41TONT37+250LRDAT37TONT38+250LRDAT38TONT39+30LRDAT39TONT40,+20LRDAT37TONT41,+300LRDAT44TONT42,+20LRDANQ0.3ANT37TONT43,+200LRDAT43TONT44,+30

LRDANT46TONT45,+5LRDAT45TONT46,+5LRDANT37ANQ0.3=Q0.2LRDLDQ0.6ANT38LDT38ANT39

AT45OLDALD=Q0.0LRDANT38ANT40=Q0.1LRDLDQ0.2ANT43LDT43ANT44AT45OLDALD=Q0.4LPPLPSAT44ANT42=Q0.5LRDAT37=Q0.6LPPAQ0.0AQ0.4=Q0.3..-..-可修遍-第五章总结和展望本文描述了一个十字路口交通灯PLC控制的系统，该系统具有在复杂路段指挥车辆运行的功能，该系统在设计上有简介、方便、稳定的特色。由于时间有限，该系统还存在着实用性的缺乏，可以采用分时间段显示的方法解决。随着技术的开展，该系统将向着更加智能的方向开展，为将该系统开展与完善，笔者还将做后期的改良与设计。俗话说万事开头难，一开场我们没有头绪，但是在教师的指导下，我们慢慢的就理解了，然后就开场了设计。首先我们自己研究普通的十字交通灯，在了解透彻的情况下，教师又跟我们具体讲解这次设计的思想。把具体的要求给我们，然后又给我们提出了可能会遇到的问题让我们加以注意。分析这些问题之后，我们就开场做准备工作。首先我们做硬件设计，先画原理图和硬件接线图，在教师的指导下，我们顺利的完成了。然后就是确定元器件的型号，列元器件清单去购置。之后就是设计元器件的位置，使电路看起来整齐美观。接下来就是吧元器件按照原理图连