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基于 plc 交通灯 设计 说明书 仿单 论文

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太原理工大学阳泉学院毕 业 设 计 说 明 书毕业生姓名 ： 王昆专业 ： 机械设计制造及其自动化学号 ： 120511078指导教师 杨德明所属系（部） ： 机械电子工程系2016 年 6 月I基于 PLC 的交通灯设计摘要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。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，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特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，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。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。交通灯监控系统包括上位监控系统和下位监控系统两部分。其中，上位监控系统由装有交通灯监控软件的计算机组成，用来实现交通信号灯和倒计时的监控，交通灯监控软件可以采用组态王、WinCC、MCGS 等工控软件进行开发。下位控制系统由 PLC 和控制对象组成，用来实现车行灯、人行灯和倒计时的控制。本设计采用 MCGS 模拟出十字路口交通灯画面，通过三菱 PLC 编程软件(GX Developer)编写交通灯程序，最后将 PLC 程序与 MCGS 画面进行连接模拟出交通灯的运行情况。关键词：交通灯 PLC MCGS 模拟IIAbstractThe programmable preface in PLC controller is a kind of new industry controls the device,it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator technique, automatic control technique to develop with the communication technique .It has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry process with the automatic control of the position inside.According to the covariance, the programmable controller is a kind of equipments that industry automate to equip the inside the application at most.The expert thinks, the programmable controller will become the main means that aftertime industry control with the one of the important foundation equipmentses, the PLC, robot, CAD/ CAM will become three major of pillar that industry produce.Because the PLC has to the strong characteristic in adaptability in environment in usage, its inner part settles at the same time the machine resources is abundant very, can to current widespread usage of“ enter the type gradually“ the signal beacon proceeds the precision controls, special the oscular control in a many branch roads can realizes expediently.So that is applied the PLC more and more now in transportation light system inside.At the same time, PLC still have the communication internet function, constitute the same of the signal beacon on the road a the bureau area net proceeds to unify to adjust a management, can shorten the vehicle go through waiting time, realizing scientific management.Keywords: The transportation light， PLC, MCGS， system simulation III目 录摘要 .IAbstract .II第一章 绪 论 .11.1 引言 .11.2 交通灯系统的发展背景 .11.2.1 英国 TRANSYT 路面交通控制系统 .11.2.2 澳大利亚 SCAT 路面控制系统 .11.2.3 英国 SCOOT 路面控制系统 .11.2.4 日本城市路面控制系统 .21.3 本课题的主要研究内容 .2第二章 PLC 的功能介绍 .32.1 PLC 的基本概念和基本结构 .32.1.1 PLC 基本概念 .32.1.2 PLC 基本结构 .32.2 PLC 的特点和应用领域 .52.2.1 PLC 的应用范围 .52.2.2 PLC 的技术特点 .52.3 PLC 的工作原理 .62.4 PLC 的性能指标和软件系统 .72.4.1 PLC 的性能指标 .72.4.2 PLC 的软件系统 .7第三章 基于 PLC 的交通灯控制系统设计 .93.1 PLC 型号的选定以及可行性分析 .93.2 PLC 交通灯的设计思路 .93.2.1 控制要求 .93.2.2 系统时序图 .113.2.3 I/O 点分配 .123.2.4 交通灯控制流程图 .133.2.5 控制程序的设计 .14第四章 GX Developer 编程软件的使用 .274.1 GX Developer 编程软件的主要功能 .274.2 GX Developer 编程软件的界面 .274.2.1.下拉菜单 .274.2.2.快捷工具栏 .284.2.3.编辑窗口 .284.2.4.管理窗口 .284.3 工程的创建和调试范例 .284.3.2.文件的管理 .284.4 编程操作 .304.5 程序调试及运行 .30第五章 用 MCGS 实现上位监控 .335.1 关于 MCGS 产品的介绍 .335.2 MCGS 的构成 .335.3 MCGS 实现监控的设计过程 .345.3.1 实时数据库的建立 .345.3.2 设备窗口的建立 .355.3.3 用户窗口的建立 .365.3.5 MCGS 的监控运行 .37总结 .40参考文献 .41外文资料 .42中文译文 .44附录 .45致谢 .48太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书0第一章 绪 论1.1 引言交通灯控制系统的发展有着悠久的历史，伴随着人类工业文明的发展，汽车以及其他各种交通工具呈现出一片欣欣向荣的景象。各种交通工具的大量使用使得人们的出行更加方便，但随之而来的是交通的压力越来越大，各个路口对于对于交通指挥系统的需求大量增加。早在 1868 年，全世界第一台煤气是红绿两色照明灯由英国工程师纳伊特安装在了伦敦威斯特敏斯特街口，它可以控制车辆的通行，但是不久，这种交通灯便消身匿迹了，原因是由于一场爆炸事故。盗了 1914 年左右，交通灯又重新出现了，美国的克利夫兰制造了一款由电力驱动的交通灯，它被安装在了纽约和芝加哥等地，这种交通灯的概念已经和现在大致相同。1926 年，自动化控制的交通灯得到利用，这为现代城市交通奠定了基础。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对交通灯的各种意义做出了明确的规定，绿灯行，绿灯车道的车辆可直行可左拐可右拐，如果前面有禁止标志的则除外。并且左右拐弯的车辆必须让直行车辆和行人先行。红灯停，红灯车道的车辆不准超过人行道。黄灯等一等，黄灯车道的车辆必须减速，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。交通灯的使用大大缓解了交通压力，使得城市的拥堵显现得到了一定程度的缓解，使人们的出行现状得到了改善。但是随着当今经济的飞速发展，汽车的拥有量不断上升，传统的交通灯系统已经越来越不能满足交通压力的需求。在这样的背景下，本次论文设计的任务主要是设计一款带有倒计时功能的交通灯系统，从而改善路面交通压力，同时也可以节约交通资源。1.2 交通灯系统的发展背景1.2.1 英国 TRANSYT 路面交通控制系统 英国道路研究所花费了十几年的时间，在大量的实验和经验的基础之上，研制出了TRANSYT 路面交通控制系统。被全球 400 多个车市广泛采用，可以说 TRANSYT 系统的成功是显而易见的。TRANSYT 内部通过有线来经行通信。采用静态模式来控制交通信号灯，这种控制方案中通过数学模型来控制绿信比和相位差。但是这种交通控制系统还是存在一定的缺陷，例如它无法优化周期，而且想要获得最优的整体分配方案是相当困难的。如果想要经行离线优化，必须采用大量的路网几何和交通数据流。1.2.2 澳大利亚 SCAT 路面控制系统 70 年代末期，澳大利亚开发了 SCAT 路面控制系统 。SCAT 采用分层递阶的计算机形式，这是一种较为先进的计算机网络控制技术。SCAT 通过有线来通信。在地区联机，在中央即采用联机也采用脱机模式。在控制的过程中，SCAT 会预先设定几个参数，在对路面情况经行分析的基础之上，根据实际的情况来选定具体采用那个数据。计算机结构好改变，控制方案好变换，而 SCAT 系统充分的利用了计算机的这些优点。但是，由于 SCAT 对于硬件的要求高，这也就限制了它的移植能力，以及信息的无即时反馈性。1.2.3 英国 SCOOT 路面控制系统 在 TRANSYT 系统改进和改良的基础之上，通过 8 年的研究，英国道路交通研究所又设计出了一款自适应的 SCOOT 路面控制系统，其全名为动态交通控制系统。由于采用动态的交通太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书1控制方式，其性能各个方面都要优于以静态为核心的路面交通控制系统。这种交通控制方式同样被许多国家大量的采用。 SCOOT 路面控制系统以有线的方式进行通信。通过联机的方式来控制各个路口的交通信号灯，这与传统的控制方式来比，其效率大大提高。但是 SCOOT 路面控制系统依然有他的缺点，其一它的相位一旦确定之后就不能自动的增减了，其二他对于固定的路口只有固定的相序，其三它的安装困难度也过高。1.2.4 日本城市路面控制系统日本设计的路面控制系统有交通控制中心和 VICS 中心，交通控制中心主要在东京等地区运营，它极具代表意义，在控制一般城市路面交通的同时有着显著的高效性。通过收集，处理和发布交通信息，控制中心不仅可以对交通信号进行控制还可以进行信息交流等。通过对超声波、雷达、红外检测器、直升机、摄像机等信息收集系统收集来的信息进行分析，该控制系统可以利用后台许许多多的计算机网络进行高速的运算，通过这种流量分析以及提前的预定方案的选择，可以实时的指挥路面各个交通灯路口的红绿灯情况。在指挥的同时，他还会以各种方式将车流量、堵塞情况等信息通过各种方式向社会发布。1.3 本课题的主要研究内容本设计的主要内容是在传统交通灯基础上，通过 PLC 编程，设计出一款带有倒计时功能的交通灯控制系统。能够实现某方向的强制响应，可以切换白天模式和晚上模式。实现 PLC和监控软件在交通灯控制系统中的综合应用。掌握上位监控系统和下位 PLC 控制系统的通讯方法。学习采用不同的编程方法实现同一控制要求。进行 PLC 控制系统的仿真调试。太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书2第二章 PLC 的功能介绍2.1 PLC 的基本概念和基本结构2.1.1 PLC 基本概念可编程序控制器一直在发展中，直到目前为止，还未能对其下最后的定义。美国电气制造商协会 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ）在 1980 年给可编程控制器作了如下的定义： “可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。1987 年国际电工委员会（IEC）在标准草案中对可编程控制器的定义是：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，转为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关外围设备，都按易于工业系统连城一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”2.1.2 PLC 基本结构1. 中央处理器（CPU）PLC 中的中央处理器(CPU)是 PLC 的核心，起中枢神经的作用，由微处理器、系统程序存储器和用户程序存储器组成。它按 PLC 的系统程序赋予的功能接受并存储用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态和数据，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的语法错误等。进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按质量规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现与它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行空会的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC不可缺少的组成单元CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震太原理工大学阳泉学院毕业设计说明书3荡信号控制CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并储存运算的中间结果，它也是在控制器的指挥下工作。CPU 模块的外部表现就是共组状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运算显示、运行显示、故障显示等。箱体式的 PLC 的主体箱也有这些显示。他的总接线口，用于接 I/O 模板或地板；有内存接口用于安装内存；有外设口，用于接外部设备；有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模块上有许多设定的开关，用于对 PLC 作设定，如设定起始方式、内存区等。2. 输入输出（I/O）模块输入模块和输出模块简称 I/O 模块，PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 接口模块和外界联系的，他是联系外部设备和 CPU 模块的桥梁。，按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。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。输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来送出 PLC运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。PLC 有多重I/O 模块，常见的有数字 I/O 模块、模拟量 I/O 模块、快速响应模块，高速计数模块和PID 控制模块等。3. 电源PLC 配有开关式稳压电源，用来将外部供电电源转换成供 PLC 内部的 CPU、存储器和I/O 接口等电路工作所需的直流电源。有些 PLC 中的电源是与 CPU 模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为 PLC 各个模块的集成电路提供工作电源。同事，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源按其输入类型分为：交流电源，交流 220V 或 110V;直流电源，通常为直流 24V。PLC 使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源。内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。小型的 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供 DC 24V 电源，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。小型 PLC 的电源往往和 CPU 单元合为一体，大中型 PLC 都有专门的外部电源部件，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。为防止 PLC 内部重要数据的丢失，PLC 还带有锂电池作为后备电源。4. 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：在电气上，实现各模块之间的联系，使 CPU 能够访问主板上的所有模块；在机械上，实现各模块间的连接，使各模块形成一个整体。5. PLC 的外部设备外部设备是是 PLC 系统不可分割的一部分，分为四大类（1）编程设备：有简易编程器和智能图形编辑器，用于编辑、对系统做一定的设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况。编程器是 PLC 开发应用、监视运行、检查维修不可或缺的器件，但它不直接参与现场控制运行。（2）监控设备：有数据监控器和图形监控器。直接监视数据或通过图形监视数据。（3）存储设备：有存储卡、存储磁带、磁盘或只读存储区，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 等.（4）输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条形读入器、输入模拟量的电位器、打印机等。6. PLC 的通信和联网PLC 具有通信联网的功能，它是 PLC 和 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的基于PLC的交通灯设计摘要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。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，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特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式” 灯进 控制，特 对多 的控制可方便 。 来 多 将PLC应用于交通灯 统中。同时，PLC具有通讯 ，将同一 的 灯 成一 进 统一 理，可通 等时， currency1化 理。交通灯控 统“ 位控 统和位控 统部分。其中， 位控 统由装有交通灯控fifl的计算机 成，用来 交通 灯和 计时的控，交通灯控fifl可以用 、WinCC、MCGS等工控fifl进 发。位控制 统由PLC和控制对 成，用来 灯、人 灯和 计时的控制。 设计用MCGS十 交通灯”，通过三PLC编程fifl(GX Developer)编交通灯程序，最后将PLC程序 MCGS”进 交通灯的 。交通灯PLC MCGS AbstractThe programmable preface in PLC controller is a kind of new industry controls the device,it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator technique, automatic control technique to develop with the communication technique .It has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry process with the automatic control of the position inside.According to the covariance, the programmable controller is a kind of equipments that industry automate to equip the inside the application at most.The expert thinks,the programmable controller will become the main means that aftertime industry control with the one of the important foundation equipmentses, the PLC, robot, CAD/ CAM will become three major of pillar that industry p