PLC交通信号灯的控制设计 毕业论文.doc

plc 交通灯毕业论文 摘 要 随着城市机动车量的不断增加，自 80年代后期,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。传统的交通信号灯控制一般采用 电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高,较难实现功能的 变更。而可编程控制器(plc)以微处理器为核心，具有可靠性高，控制功能 强，使用灵活方便等优点。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问，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。 本文就是基于可变成控制通过调试完成对交通信号灯的控制设计。 关键词：可编程控制器；交通灯；设计； abstract with the increasing amount of urban automobiles, since the 80 s, many big cities such as beijing, shanghai, nanjing and other appeared traffic overload running. the traditional traffic light control general use of the electronic circuits and relay to realize the complex structure, reliability, low failure rate high, are difficult to achieve the change of function. and programmable controller (plc) to microprocessor as the core, with high reliability, control function is strong, flexible and convenient use, etc. especially the plc control system, the widespread use of the relay contact device control system based on electrical diagram of ladder diagram language program design, simple structure, strong anti-jamming capability, stable operation, can easily set timing of time, programming easy, function expansion is convenient, modify, and have a perfect flexible the diagnosis and display function, repair work is extremely simple. this paper is based on can be turned into control through the commissioning the completion of the traffic lights control design key words: programmable logic controller; transportation light; design; 目 录 plc 交通灯毕业论文 . 摘要 . 第一章 plc 的特点及应用 1 1.1 概述 .1 1.2 plc的特点 1 1.3 plc的应用 1 第二章 plc 的结构及原 理3 2.1 plc的分类 3 2.2 plc的结构 3 2.3 plc的工作原理 4 2.4 plc汇编语言 4 2.5 plc的基本指令 6 2.6 plc交通灯毕业论文编程器件 .9 第三章 梯形图的设计与编程方法 .9 31 交通灯控制要求 9 32 交通灯控制程序设计 12 谢 辞 .19 参考文献 .20 第 1 页 共 20 页 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 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 第 2 页 共 20 页 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 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。 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 第 3 页 共 20 页 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。 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 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 cpu 板 电 源 部 件 接 口 部 件 输 出 第 4 页 共 20 页 2.3 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， 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： 第 5 页 共 20 页 x000 x001 y000 x010 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 end 第 6 页 共 20 页 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： 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 第 7 页 共 20 页 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 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。 第 8 页 共 20 页 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 0007 orb 0008 anb 0009 or x003 0010 out y006 第 9 页 共 20 页 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。 其他的一些指令，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，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍 了。 下面同学们可练习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 交通灯毕业论文编程器件 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 代表数据寄存器，mov 代表传输等。 第三章 梯形图的设计与编程方法 3.1 交通灯控制要求 （1）起动后，南北红灯亮并维持 25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也 亮。到 20s时，东西绿灯闪亮，3s 后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮。黄 灯亮 2s后灭东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。南北绿灯亮了 结束 第 10 页 共 20 页 20s后闪亮，3s 后熄灭， ，黄灯亮 2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。 交通灯控制图 (2)i/o分配 输入 起动按钮：i0.0 输出 南北红灯：q0.0 东西红灯：q0.3 南北黄灯：q0.1 东西黄灯：q0.4 南北绿灯：q0.2 东西绿灯：q0.5 第 11 页 共 20 页 （3） plc 硬件接线图 q0.0 q0.1 plc q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 i0.0 南北红灯 南北黄灯 南北绿灯 东西红灯 东西黄灯 东西绿灯 交通灯控制 plc i/o 端口 第 12 页 共 20 页 3.2 交通灯控制程序设计 （1）流程图 第 13 页 共 20 页 （2）时序图 启 动 南北红 东 西 绿 东西黄 东西红 南北绿 南 北 黄 20s 3 s 2 s 20s 3 s 2 s 25s 20s 3 s 2 s on off 十字路口主干道交通灯模拟控制时序图 第 14 页 共 20 页 （3）交通灯控制语句表 1 ld i0.0 26 = q0.3 51 an t60 2 o m0.0 27 ld q0.0 52 ton t59,+5 3 = m0.0 28 an t43 53 ld t59 4 ld m0.0 29 = q0.3 54 ton t60+5 5 an t41 30 ld q0.0 55 ldn sm0.7 6 ton t37，+250 31 an t43 56 r m0.0,100 7 ld t37 32 ld t43 8 ton t41，+300 33 an t44 9 ld m0.0 34 a t59 10 an t37 35 old 11 ton t43，+200 36 = q0.5 12 ld t43 37 ld t44 13 ton t44，+30 38 an t42 14 ld t44 39 = q0.4 15 ton t42，+20 40 ld q0.3 16 ld t37 41 an t38 17 ton t38，+