精品毕业论文plc交通灯毕业设计

1 摘摘 要要 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 者关系的和谐,已成为交通治理部分须要解决的主要问题之一.城市交通节制系 统是用于城市交通数据监测、交通讯号灯把持与交通劝导的盘算机综合治理体 系,它是现代城市交通监控指挥体系中最主要的组成部分. 随着城市灵活车量的不断增添,很多大城市如北京、上海、南京等呈现了交通超 负荷运行的情形,因此,自 80 年代后期,这些城市纷纭修建城市高速道路,在高速 途径建设完成的初期,它们也曾有效地改良了交通状态.然而,随着交通量的快速 增加和缺少对高速道路的系统研讨和掌握,高速道路没有充足施展出预期的作用.而 城市高速道路在结构上的特色,也决议了城市高速途径的交通状态必定受高速道 路与普通途径耦合处交通状态的制约.所以,如何采取适合的控制方式,最大限度 应用好消耗巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地域的交 通拥堵状况,越来越成为交通运输治理和城市计划部分亟待解决的重要问题.为 此,笔者进行了深刻的研讨,本文就城乡交通灯模仿控制系统的电路原理、设计 盘算和试验调试等问题来进行具体剖析讨论. 实现路*通灯体系的节制方式很多,可以用尺度逻辑器件、可编程序把持器 PLC、单片机等计划来实现.其中用尺度逻辑器件来实现电路在很大水平上要受 到逻辑器件如门电路等的影响,调试工作极为不易,而笔者对单片机应用来进行 系统的设计开发也不是很熟习,因此,终极笔者选择了用可编程的掌握器 PLC 来 实现系统功效的设计,完本钱次课设的标题. 要害字:PLC 交通灯程序报告设计 2 目录目录 摘要1 第一章 PLC 的特点及应用3 1.1 概述.3 1.2PLC 的特点.3 1.3PLC 的应用.4 2.1PLC 的分类.6 2.2PLC 的结构.6 2.3PLC 的工作原理.7 2.4PLC 汇编语言.7 2.5PLC 的基本指令.8 2.6 编程器件.11 第三章梯形图的设计与编程方法12 31 控制要求.12 32 控制时序.12 3.3 硬件及外围元器件.13 41 梯形图.15 44 软件设计.17 第五章设计总结18 第六章调试图19 （4）22 （6）24 参考文献26 3 第一章第一章 PLCPLC 的的特点及应用特点及应用 1.1 概述 可编程控制器（ProgrammableController）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 （ProgrammableLogicController） ，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 （PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 1.2PLC 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； 1.3PLC 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。 4 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 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 5 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。 6 第二章第二章 PLCPLC 的结构及原理的结构及原理 2.1PLC 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。 2.2PLC 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 7 2.3PLC 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，电路 是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 2.4PLC 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： 8 X000X001Y000 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。 2.5PLC 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。 X000Y000 地址指令数据 0000LDX000 0001OUTY000 END 9 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，这两个指 令可连续使用。 OR、ORI 是用于一个触点的并联连接指令。 X001X002Y001 地址指令数据 0002LDX001 X0030003ANDIX002 0004ORX003 0005OUTY001 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 10 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。 X000X002X003Y006 X001X004X005 ORB X006 X003 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 结束 11 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 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。 12 第三章梯形图的设计与编程方法第三章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。 13 3.3 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。 14 34I /O分配表 交通指挥灯的 I/O 分配表 输入元件输入地址输出元件输出地址 开启按钮 SB1 X0 南北绿灯 F0 Y0 停止按钮 SB2 X1 南北黄灯 F1 Y1 南北红灯 F2 Y2 警灯（故障指示）F3 Y3 东西绿灯 F4 Y4 东西黄灯 F5 Y5 东西红灯 F6 Y6 15 41 梯形图 16 43流程图 启动开关 南北红灯亮 南北绿灯 南北绿灯闪 14S 10S 4S 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西红灯亮 10S 4S 14S 东西行人道 南北行人道 结束 10S 2S 2S 14 S 14S 10S 2S 2S 南北主干道 启动开关 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西黄灯亮 东西红灯亮 东西主干道 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪 南北黄灯亮 结束 交通灯模拟控制系统流程图 17 44 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。 18 第五章设计总结第五章设计总结 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， 也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴 滴无不令我回味无长。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远 不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会 服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以 说得是困难重重，这毕竟第