PLC十字路口红绿灯专业课程设计带梯形图

电气和电子信息工程学院《电气控制和PLC课程设计》设计汇报名称：十字路口红绿灯设计专业名称：电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导老师：设计时间：6月3日—6月14日设计地点：K3-218PLC试验室摘要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一个新型工业控制装置。它含有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多一个设备。教授认为，可编程控制器将成为以后工业控制关键手段和关键基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产三大支柱。因为PLC含有对使用环境适应性强特征，同时其内部定时器资源十分丰富，可对现在普遍使用“渐进式”信号灯进行正确控制，尤其对多岔路口控制可方便地实现。所以现在越来越多地将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在交通灯系统中实际应用。【关键词】：十字路口交通灯PLCAbstractThePLCprogrammablelogiccontrollerisanewindustrialcontroldevices,whichisbasedonmicroprocessor,synthesizescomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnologies.Ithasthesimplestructure,theconvenientprogramming,thereliablehighermerit,andhaswidelyusedinthecommercialrunandpositionautomaticcontrol.Statisticshaveindicated,theprogrammablecontrollerismostonekindofequipmentintheindustrialautomationinstallmentapplies.Theexpertbelievedthattheprogrammablecontrollerwillbecomethemainmethodandoneofimportantfoundationequipmentinfurther,PLC,therobot,CAD/CAMwillbecometheindustrialproductionthreebigprops.BecausePLCadaptstoenvironmentstrong,simultaneouslyitsinternaltimerresourcesareextremelyrich,whichcarryontheaccuracycontroltothepresentuniversalusemany“theevolutiontype”thesignallight,specialtothemulti-roadforkcontrol.ThereforethepresentPLCisusedinthetrafficlightsystem,whichmayreducethevehiclesgeneralwaitingtimeandrealizescientificstylemanagement.Inthisdesign,alsointroducestheEDAsimulationintersectiontrafficlighttoglistenandthevehiclestopassesthrough,whichvisualdemonstratesPLCinthetrafficlightsystempracticalapplication.【Keywords】crossroadstrafficlightPLC交通信号灯作用和意义伴随社会经济发展，城市交通问题越来越引发大家关注。人，车，路三者关系协调，已成为交通管理部门需要处理关键问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制和交通疏导计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中最关键组成部分。伴随城市机动车量不停增加，很多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行情况，所以，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在高速公路建设完成早期，它们也曾有效地改善了交通情况。然而，伴随交通量快速增加和缺乏对高速道路系统研究和控制，高速道路没有充足发挥出预期作用。而城市高速道路在结构上特点，也决定了城市高速道路交通情况肯定受高速道路和一般道路耦合出交通情况制约。所以，怎样采取适宜控制方法，最大程度利用好花费巨款修建城市高速道路，缓解主干道和匝道，城区和周围地域交通拥堵情况，越来越成为交通运输管理和城市计划部门亟待处理关键问题，依据交通等工艺控制要求和特点，我们采取了日本三菱企业FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，能够接多种输入，输出扩充设备，有丰富特殊扩展设备，其中模拟输入设备和通信设备是系统所必需，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控制。本系统采取PLC是基于以下四个原因：（1）PLC含有很高可靠性，抗干扰能力。通常平均无障碍时间全部在30万小时以上；（2）系统设计周期短，维护方便，改造轻易，功效完善，实用性强；（3）干扰能力强，含有硬件故障自我检验功效，现在空中多种电磁干扰日益严重，为了确保交通控制可靠稳定，我们选择了能够在恶劣电磁干扰环境下正常工作PLC；（4）多年来PLC性能价格比有较大幅度提升，使得实际应用成为可能。一、PLC基础PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布PLC标准草案中对PLC做了以下定义：可编程控制器是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境应用而设计。它采取一类可编程存放器，用于其内部存放程序、实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术操作等面向用户指令，并经过数字或模拟输入/输出控制多种类型机械或生产过程。可编程控制器及其相关外部设备，全部应按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功效标准设计。总而言之，可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计计算机，它是将传统继电器技术，计算机技术和通信技术相融合而发展起来一个新型控制装置。在具体中国工业应用中，因为它不是针对某一具体工业应用，所以它硬件应依据实际需要来进行配置，其软件则依据控制要求进行编写。伴随微处理器出现，大规模、超大规模、集成电路技术快速发展和数据通信技术不停进步，PLC也快速发展其发展过程大致能够分为三个阶段[1]。1.早期PLC早期PLC称为可编程逻辑控制器。这时，PLC关键功效只是实施原先由继器完成次序控制、定时等。早期PLC性能要优于继电器控制装置，其优点包含简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示及能反复使用等。其中PLC特有编程语言－－梯形图，一直沿用到现在。2.中期PLC这时PLC产品已使用了16位、32位高性能微处理器，而且实现了多处理器多通道处理，通信技术是PLC应用得到了深入发展。在硬件方面，除了保留原有开发模块外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、多种特殊功效模块。并扩大了存放器容量，使多种逻辑线圈数量增加，还提供了一定数量数据寄存器，使PLC范围更大。在软件方面，还增加了算术运算、数据处理和传送通信、直诊疗等功效。3.近期PLC因为超大规模集成电路技术快速发展，微处理器价格大幅度下降，使多种类型PLC所采取微处理器档次普遍提升。为了提升PLC处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片。世界上生产PLC产品厂家多达200多个，其中比较著名有美国AB、通用(GE)，日本三菱(MITSBISHI)、欧姆龙(OMRON)、松下，德国西门子(SIEMENS)，韩国三星(SUMSUNG)、LG等。PLC特点PLC含有以下关键特点：1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备关键性能。PLC因为采取现代大规模集成电路技术，采取严格生产工艺制造，内部电路采取了优异抗干扰技术，含有很高可靠性。因为PLC模块均采取大规模和超大规模集成电路，所以I/O接口电路均采取光电隔离;在结构上对、防潮、防尘、抗震等全部有周到考虑;在硬件上采取隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰方法;在软件上采取数字滤波等抗干扰和故障诊疗方法。以上这些使PLC含有较高抗干扰能力。2.控制系统结构简单，通用性强在PLC控制系统中，只需要在PLC输入/输出端子上接入对应信号线即可，不需要连接如继电器之类低压电器和大量而又复杂硬件接线线路，大大简化了控制系统结构。，PLC输入/输出可直接和交流220V、直流24V等强电相连，而且含有较强带负载能力。3.编程方便，易于使用PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业工控设备。它接口轻易，编程语言易于为工程技术人员接收。梯形图语言图形符号和表示方法和继电器电路图相当靠近，只用PLC少许开关量逻辑控制指令就能够方便地实现继电器电路功效。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.功效完善PLC发展到今天，已经形成了大、中、小多种规模系列化产品。能够用于多种规模工业控制场所。除了逻辑处理功效以外，现代PLC大多含有完善数据运算能力，可用于多种数字控制领域。多年来PLC功效单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等多种工业控制中。在PLC内部含有很多控制功效，如：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PID控制、数据控制、通信和联网，还有其它特殊功效模块。5.设计、施工、调试周期短PLC用存放逻辑替换接线逻辑，大大降低了控制设备外部接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同时维护也变得轻易起来。更关键是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量生产场所。6.体积小，维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门机房，能够在多种工业环境下直接运行。使用时只需将现场多种设备和PLC对应I/O端相连接，即可投入运行。多种模块上全部有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。PLC结构和工作原理PLC基础结构在种类繁多PLC中，其组成结构和工作原理全部基础相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入/输出转换，并将这个转换给物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场而设计，采取了经典计算机结构，它关键由CPU、电源、存放器和专门设计输入/输出接口电路等组成[2]。1.中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)通常由控制器运算器和寄存器组成。它们全部集成在一个芯片内，CPU经过数据总线、地址总线和控制总线和存放单元输入/输出接口电路相连接。和通常计算机一样，CPU是PLC关键，它根据PLC中系统程序给予功效指挥PLC有条不序地进行工作。用户程序和数据事先存入存放器中，当PLC处于运行方法时，CPU按循环扫描方法实施用户程序。CPU关键任务以下：(1)按PLC系统程序给予功效接收并存放从编程器输入用户程序和数据。(2)用扫描方法接收现场输入装置状态和数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。(3)诊疗电源或PLC内部电路工作状态和编程过程中语法错误。(4)在PLC进入运行状态后，从存放器中逐条读取用户，程序经过命令解释后，按指令要求任务产生对应控制信号，去启、闭相关控制电路，分时地去实施数据存取、传送、组合、比较、变换等动作。完成用户程序中要求逻辑运算或算术运算等任务。依据运算结果更换相关标志位状态和输入映像寄存器内容，实现输出、制表、打印或数据通信等控制。2.存放器PLC存放器包含系统存放器和用户存放器两个部分。(1)系统存放器系统存放器是指用来存放PLC系统程序存放器。它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC含有基础功效，能够完成PLC设计者要求各项工作。其关键内容包含3个部分：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块和系统调试。(2)用户存放器用户存放器由用户程序存放器和数据存放器两部分组成，其关键任务作用是用来存放用户针对具体控制任务用要求PLC编程语言编写多种用户程序。PLC使用存放器有3种类型：随机存取存放器(RAM)、只读存放器(ROM)和可擦除可编程只读存放器(EEPRO)。3.输入/输出接口单元PLC输入和输出信号类型能够是开关量、模拟量和数字量。输入/输出接口单元从广义上可分为2个部分：一部分是和被控制设备相连接口电路，另一部分是输入和输出映像寄存器。4.扩展接口和通信接口PLC含有扩展接口和通信接口能力，其作用以下：(1)扩展接口作用是将扩展单元和功效模块和基础单元相连，是PLC配置愈加灵活以满足不一样控制系统需求。(2)通信接口作用是经过这些通信接口能够和监视器打印机和其它，PLC或计算机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间对话。5.电源部分PLC通常使用220交流电源，内部开关电源位PLC中央处理器、存放器等。电路提供5V、+-12V、24V等直流电源使PLC能正常工作。6.编程设备编程设备作用是供用户进行程序编制、编辑、调试和监视。7.其它部件有些PLC还能够有ERROM写入器、存放器卡等其它外部设备，用于增强PLC存放容量和扩展功效。PLC工作原理PLC在程序运行方法、输入输出操作、特殊功效模块等方面做了尤其考虑[2]。1.PLC3个工作阶段当PLC投入运行后，其工作过程通常分为输入采样阶段、用户程序实施阶段和输出刷新阶段三个阶段完成。上述3个阶段即为一个周期。在整个运行期间PLCCPU以一定扫描速度反复实施上述3个阶段。(1)输入采样阶段PLC。在输入采样阶段，先扫描所以输入端子并将各输入端子状态存入对应输入元件映像寄存器。此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进入用户程序实施阶段。在用户程序实施阶段或输出阶段，输入元件映像寄存器和外界隔离，不管输入端子信号怎样改变，输入元件映像积存器一直保持不变，直到下个扫描周期输入采样阶段才将输入端子新内容重新写入。(2)用户程序实施阶段。依据PLC梯形图程序扫描规则，PLC以先左后右，先上后下步序逐句扫描。当指令中包含输入/输出时，PLC从输入映像寄存器中读入上一阶段采入对应输入端子状态，从输出映像寄存器读入对应输出映像寄存器目前状态。然后，进行对应运算，运算结果在存入元件映像寄存器中。对元件映像来说，每一个元件状态会随程序实施过程而改变。(3)输出刷新阶段。在全部指令实施完成后，输出映像寄存器中全部继电器状态在（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，经过一定方法输出驱动外部负载。对于小型PLC，I/O点数较少，用户程序较短，用集中采样集中输出工作方法，即使在一定程度上降低了系统响应速度，但从根本上提升了系统抗干扰能力，增强了系统可靠性。2.PLC对输入/输出处理规则PLC对输入/输出处理规则以下：输入映像寄存器数据取决于输入端子板上各输入点在上有个刷新期间通/断状。二、交通灯信号控制系统2．1十字路口交通灯控制实际情况南北主干道：右转绿4S，左转绿4S，直行绿10S，黄2S，红20S；b．东西人行道：红30S，绿10S；c．东西主干道：红20S，右转绿4S，左转绿4S，直行绿10S，黄2S；d．南北人行道：红30S；绿10S；e．循环控制方法；f．交通灯改变次序表（单循环周期40秒）。2.1.1南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯10S，右转绿灯4S，左转绿灯4S，黄灯2S和红灯20S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮右转绿灯，左转绿灯，直行绿灯和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮右转绿灯，左转绿灯，直行绿灯和黄灯。2.1.2南北向和东西向人行道向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南主干道直行绿灯点亮时点亮10S，其它时间为红灯30S。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，其它时间为红灯。2.2结合十字路口交通灯路况模拟控制试验在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面全部有3个控制灯，分别为：●严禁通行灯（亮时为红色）●准备严禁通行灯（亮时为黄色）●直通灯（亮时为绿色） 另外行人道东西南北每面全部有2个控制灯,分别为：●严禁通行灯（亮时为红色）●直通灯（亮时为绿色）结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统以下：2.3步骤图东西红20S开启开关东西红20S开启开关南北右转绿4S南北右转绿4S主干道东西右转绿4S南北左转绿4S主干道东西右转绿4S南北左转绿4S东西左转绿4S南北直行绿10S东西左转绿4S南北直行绿10S南北黄2S南北黄2S东西直行绿10S南北红20S东西黄南北红20S东西黄2S结束结束人行道开启开关人行道开启开关南北人行道红8S东西人行道红28S南北人行道红8S东西人行道红28S东西人行道绿10S南北人行道绿东西人行道绿10S南北人行道绿10S东西人行道红2S结束南北人行道红22S东西人行道红2S结束南北人行道红22S三、可编程控制器程序设计3.1可编程控制器I/O端口分配南北主干道绿灯Y001东西主干道绿灯Y011南北主干道黄灯Y002东西主干道黄灯Y012南北主干道红灯Y003东西主干道红灯Y013南北右转绿灯Y004东西行右转绿灯Y014南北左转绿灯Y005东西行左转绿灯Y015南北人行道绿灯Y006东西人行道绿灯Y016南北人行道红灯Y007东西人行道红灯Y017控制开关X0243.2程序梯形图3.3程序语句总结经过两周PLC设计，让我愈加深刻学习和巩固了PLC这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学知