基于PLC交通灯控制毕业论文

扬州大学毕 业 设 计题目 基于 PLC 交通灯控制 系别 专业 班级 姓名 孙行知 学号 指导教师 日期 2017 年 3 月 扬州大学本科生毕业设计（论文）设计任务书设计题目：基于 PLC 的交通灯控制设计要求：设计一个用 PLC 控制的十字路口交通灯的控制系统，其控制要求如下：按一下启动按钮，信号灯系统按图所示要求开始工作，按一下停止按钮，所有信号灯熄灭，如图 1.0 所示。图 1.0 交通灯自动运行的动作要求设计进度要求：第一周：选定毕业设计题目； 第二周：收集和查找相关资料；第三周：硬件的分析和设计；第四周：软件的分析和编译程序；第五周：上机调试并验证结果；第六周：撰写毕业设计论文；第七周：定稿毕业设计论文；第八周：准备毕业答辩。指导教师（签名）： I摘 要交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通管制的控制系统，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应用于交通管理中，随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出特别是由 PLC 实现的控制系统，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时间，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单因此现在越来越多地将PLC 应用于交通灯系统中。同时，PLC 本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。关键词：交通灯，PLC ，程序，设计II目 录摘 要 .II1 PLC 的特点及应用 .11.1 概述 .11.2 PLC 的基本结构 .21.3 PLC 的特点 .31.4 PLC 的工作原理 .41.5 PLC 的主要性能指标 .42 硬件设计 .62.1 CPU226 介绍 .62.2 主机 CPU 及扩展模块的选择 .102.3 控制系统 I/O 分配表 .112.4 系统接线图 .113 软件设计 .133.1 功能指令介绍 .133.2 PLC 交通灯的控制梯形图设计 .154 系统调试 .304.1 硬件调试 .304.2 软件调试 .30结 论 .32致 谢 .3301 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。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 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/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.数据处理 现代 PLC 具有数学运算（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。这些数扬州大学本科生毕业设计（论文）1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，5.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。1.2 PLC 的基本结构PLC 可编程序控制器主机的硬件电路由 CPU、存储器、基本 I/O 接口电路、外设接口、电源等五部分组成。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。1.中央处理器CPU 是可编程序控制器的控制中心，在系统监控下工作，承担将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域，然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU 常用的微处理器有通用型微处理器、单片机和位片式计算机等。小型 PLC 的 CPU 多采用单片机或专用 CPU；大型 PKC 的 CPU 多采用位片式结构，具有高速数据处理能力。2.存储器可编程序控制器的存储器由只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM 两大部分构成。只读存储器 ROM 用以存放系统程序；中间运算数据和用户程序存在随机存储器RAM 中，断电时，中间运算数据和用户程序保存在只读存储器 EEPROM 或由高能电池支持的 RAM 中。3.基本 I/O 接口电路1) 输入接口单元PLC 内部输入电路的作用是将 PLC 外部电路（如行程开关、按钮、传感器等）扬州大学本科生毕业设计（论文）2提供的符合 PLC 输入电路要求的电压信号，通过光耦电路送至 PLC 内部电路。输入电路通常以光电隔离和阻容滤波的方式提高抗干扰能力，输入响应时间一般在0.1s15ms 之间。多数 PLC 的输入接口单元都相同，通常有两种类型。一种是直流输入；另一种是交流输入。2) 输出接口单元PLC 输出电路用来将 CPU 运算的结果变换成一定形式的功率输出，驱动被控负载（电磁铁、继电器、接触器线圈等） 。PLC 输出电路结构形式分为继电式、晶体管式和晶闸管输出型三种。3) 公共端点通常将一组 PLC 输入/输出电路公共端与 PLC 内部连在一起，以减少 PLC 外部接线。比如 PLC 一般以 3、4 个输出接点为一组，在 PLC 内部连成一个输出公共端，公共端点之间是绝缘隔离的。分组后，不同组的负载可以采用不同的驱动电源。4.接口电路PLC 接口电路分为 I/O 扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。1)I/O 扩展接口电路I/O 扩展电路用于连接 I/O 扩展单元，可以用来扩充开关量 I/O 点数和增加模拟量的 I/O 端子。 I/O 扩展接口电路采用并行接口和串行接口两种电路形式。2)外设通信接口电路外设通信接口电路用于连接手持编程器、其他图形编程器和文本显示器等，并能组成 PLC 的控制网络。 PLC 通过 PC/PPI 电缆或使用 MPI 卡同通过 RS-485 接口与电缆和计算机连接可以实现编程、监控、联网等功能。5.电源PLC 内部配有一个专用开关式稳压电源，将交流/直流供电电源转化为 PLC 内部电路需要的工作电源（5V 直流） 。当输入端子为非干接点（无源接点）结构时，为外部输入元件提供 24V 直流电源（仅供输入端子使用） 。1.3 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；扬州大学本科生毕业设计（论文）34.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；1.4 PLC 的工作原理扫描工作方式PLC 的工作原理和计算机的工作原理基本上一致。但是工作方式有所不同，计算机采用的是等待命令的工作方式，而 PLC 采用循环扫描的工作方式。PLC 有运行（ RUN)与停止（STOP)两种工作方式。处于停止工作模式时，PLC只进行内部处理和通信服务等内容。当处于运行工作模式时，PLC 要进行内部处理、通信服务、输入处理、执行程序和输出处理的操作，然后按上述过程循环扫描工作。PLC 的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。循环扫描的工作方式是 PLC 的一大特点，也可以说 PLC 是“串行”工作的，这种传统的继电器控制系统“并行”工作有本质的区别，PLC 的串行工作方式避免了继电器控制系统中触点竞争和时序失配的问题。1.5 PLC 的主要性能指标可编程控制器的种类很多，用户服务可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的 PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面：1.I/O 点数可编程控制器的 I/O 点数指外部输入、输出端子数量的总和，又称主机的开关量 I/O 点数。它是描述 PLC 大小的一个重要参数。2.存储容量PLC 的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC 存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和，表征系统提供给用户的可用资源，是系统性能的一项重要技术指标。3.扫描速度可编程控制器采用循环扫描工作方式。扫描速度与周期成反比。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和 PLC 产品的类型。PLC 中 CPU 的类型、机器字长等直接影响 PLC 运算精度和运行速度。4.指令系统扬州大学本科生毕业设计（论文）4指令系统是指 PLC 所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多，软件功能就越强，但掌握应用也相对较复杂。用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。5.可扩展性小型 PLC 的基本单元（主机）多为开关量 IO 接口，各厂家在 PLC 基本单元的基础上大力发展模拟量处理、高速处理、温度控制、通信等智能扩展模块。智能扩展模块的多少及性能也已成为衡量 PLC 产品水平的标志。6.通信功能通信有 PLC 之间的通信和 PLC 与计算机或其他设备之间的通信。通信主要涉及通信模块、通信协议和通信指令等内容。PLC 的组网和通信能力也成为 PLC 产品水平的重要衡量指标之一。52 硬件设计2.1 CPU226 介绍S7-200 系列 PLC 有 CPU21X 和 CPU22X 两代产品，CPU21X 系列 PLC 现在已经很少用，CPU22X 系列 PLC 用得较多，CPU22X 型 PLC 有CPU222、CPU224、CPU226 四种基本型号。CPU226 具有 24 输入、16 输出，共计 40 个数字量 IO 点，13KB 程序和数据存储空间。可以连接 7 个扩展模块，最大扩展 248 路数字量 IO 或 35 路模拟量 IO 点，也有高速计数和高速输出端，同时增加了通信口的数量，使其通信能力大大增强。1.CPU226 系统的外形结构中各部分的名称及作用1) 输入端子。输入 24 点共 26 个接线端子，名称为 I0.0-I0.7、I1.0-I1.7、I2.0-I2.7 和公共端子 1M、2M。用于连接主令信号及检测信号，如启停按钮、行程开关、传感器等，与 PLC 内部的输入位存储器相对应。2) 传感器电源端子。接线端子两个，名称为 24V、0V，是 PLC 提供给传感器的电源。3) 输入状态指示灯。当输入信号由 0 变 1 后对应指示灯亮。4) 状态指示灯。PLC 状态指示灯用于显示电源、运行、停止等。5) 通信口。用于通过通信电缆与上位计算机、其它 PLC、变频器或自控仪表连接。6) 输出状态指示灯。用于显示输出信