PLC交通灯毕业论文.doc

1 毕 业 设 计 题 目: 交通灯毕业论文 系 别 ： 机 电 工 程 系 专 业 : 机电一体化专业 班 级 ： 09 级机电一体化四班 学 号 ；0902010439 姓 名 ： 指 导 教 师 ： 2 目 录 摘 要-3 绪 论 交通信号灯的作用和意义-3 第一章 plc 的特点及应用-3 1.1 概述.3 1.2 plc 的特点 .4 1.3 plc 的应用 .4 第二章 plc 的结构及原理-6 2.1 plc 的分类 .6 2.2 plc 的结构 .6 2.3 plc 的工作原理 .7 2.4 plc 汇编语言 .7 2.5 plc 的基本指令 .9 2.6 plc 交通灯毕业设计编程器件 13 第三章 plc 交通灯控制的梯形图的设计与编程方法-13 31 控制要求.13 32 控制时序.13 33 plc 交通灯毕业设计硬件及外围元器件 14 第四章 程序设计-16 41 plc 交通灯毕业设计梯形图 .16 42 plc 交通灯毕业设计指令图 18 43 软件设计.21 第五章 plc 交通灯毕业论文设计总结-21 谢 辞-22 参考文献-22 3 plc 交通灯毕业论文 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灯管制的控制系统，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的 plc 设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于 各个行业。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 the appearance of the traffic signal lamp, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, increase road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. in order to realize the road traffic management, traffic management, to advanced scientific. using programmable controller to realize the control of traffic lights control system, and the system hardware and software design method, the experiment proves the system to achieve a simple, economic, and can effectively improve the flow of traffic, traffic capacity. analysis of modern city traffic control and management of the status quo, combined with the actual traffic situation of a traffic light control system principle of work, gives a simple and practical city traffic light control system design of the plc. the programmable controller in the industrial automation position is extremely important, is widely used in every industry. with the development of science and technology, the function of the programmable controller is 4 increasingly perfect, coupled with the miniaturization, low price, high reliability, in modern industry in a more prominent rol 关键字：交通 可编程控制器 plc 绪论 交通信号灯的作用和意义 随着社会经济的发展，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中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交 通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路， 在 高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交 通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出 预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的 交通 状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所以，如何采用合适的 控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道， 城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待 解决的主要问题， 根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司 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，可以接 各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信 设备是系统所必需的，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。本系统采用 plc 是基于以下四个原因： （1）plc 具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在 30 万小时以上； （2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强； （3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰 日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环 境下正常工作的 plc； （4）近年来 plc 的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。 5 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 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 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 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。 7 4 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。 5 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 plc 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。 8 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 的基本结构框图如下： 接受 驱动 现场信号 受控元件 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， 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 cpu 板 电 源 部 件 接 口 部 件 输 出 9 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，常用的有：梯 形图，语句表，功能图等。 1. 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 x010 end 10 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 0000 ld x000 0001 or x010 0002 and x001 0003 out y000 0004 end 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、梯形图表示形式、操作元件 以列表的形式加以说明： 11 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,s out（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 y000 2 触点串连指令（and/andi） 、并联指令（or/ori） 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 12 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 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 13 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 0006 or x006 14 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 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。 其他还有一些指令，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。 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 交通灯毕业设计编程器件 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 结束 15 代表数据寄存器，mov 代表传输等。 第三章 plc 交通灯梯形图的设计与编程方法 31 控制要求 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并 周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯 都熄灭。 32 控制时序 交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯， 分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是 南北向的2倍(40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯 闪烁3次，计6s，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮 40s，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去 周而复始，直到停止按钮被按下为止。 16 33 plc 交通灯毕业设计硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱fx系列plc、起动按钮sb1、停止 按钮sb2、红黄绿色信号灯各4 只，输入输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮sb1接于输入继电器x0 端，停止按钮sb2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器y5端， 东西方向黄灯接于输出继电器y4端，东西方向的红灯接于输出继电器y3端，南北 方向绿灯接于输出继电器y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器y1，南北方向红 灯接于输出继电器y0。将输出端的com1及com2用导线相连，输出端的电源为交流 220v。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用 17 一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中 间继电器驱动信号灯。 第四章 程序设计 18 41 plc 交通灯毕业设计梯形图 19 42 plc交通灯毕业设计指令图 20 21 22 23 43 软件设计 采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转移图如图4所 示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分 别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现 差错。现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相 同，在此不再赘述。系统起动时，利用m8002开机脉冲自动进入xo状态，系统处 于等待状态。当启动按钮sb1按下时，xo11接通， y1和y4同时起动，y1使南北绿 灯亮，y4使东西红灯亮(东西方向以下不分析)，x0起动的同时to开始计时，20s 后利用 常开接点的闭合使状态进入t4，此时y3和y5起动，t4使南北黄灯亮，t1 计时6s，6s后进入t2，在t3状态下，起动co和t2，此时南北黄灯灭，co计数加 1，t2时间到时，如果co,j-数不到3次，状态转到t0循环，如果co计数到3次，状 态转入t4，这样就做到了南北方向黄灯闪烁3次的要求。南北方向黄灯闪烁3次后， 系统进入t4状态，在t4状态下，为下次闪烁作好准备，同时起动y3和y5，y1使南 北红灯亮，亮46s后进入x0状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方 向也应该完成，在 两个方向都完成后(必须都完成)，又重新进入x0和x11，如此反复 工作。在任何时候按下停止按钮sb2，xl接通，并复位相关状态和计数器，系统 自动停止。 第五章 plc 交通灯毕业论文设计总结 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可 以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识 太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容 有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在 电路中的使用有了更多的认识。 经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，