PLC交通信号指示灯毕业设计.doc

毕 业 论 文论文题目：plc交通信号指示灯教 学 系 工业工程系专 业 机电一体化年 级 2009级姓 名 指导教师 职 称（2012 年 3 月）摘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系统中最重要的组成部分。 实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用可编程序控制器plc、单片机等方案来实现。其中用单片机来实现电路在很大程度上要受到软件程序的影响，调试工作极为不易，而采用可编程控制器plc来实现系统功能的设计灵活性高。plc梯形图程序的设计是实现plc控制的重要内容，本文就plc自动控制交通灯设计给出顺序控制设计法的梯形图编程方法，通过分析对交通信号灯的控制要求，对plc控制系统进行了设计。有效解决现有交通的道路拥挤、交通秩序混乱等问题。关键词： plc；梯形图；编程方法目录摘要一、plc的特点及应用 （一）、概述（二）、plc的特点二、控制方案设计 （一）、技术控制要求 （二）、总体方案确定 1、方案的原理 2、方案的选择依据三、硬件、软件选择、plc指令图接线图（一）、器件选择 1、器件 2、软件 3、硬件（二）、plc指令图 1、输入输出指令（ld/ldi/out） 2、触点串连指令（and/andi）、并联指令（or/ori） 3、电路块的并联和串联指令（orb、anb） 4、程序结束指令（end）（三）、接线图 四、软件编程 （一）、编写程序流程图 （二）、编写梯形图 （三）、采用步进梯形指令双流程编程实现五、总结 致谢 参考文献 附件：程序梯形图： 程序指令表： plc接线图 一 、plc的特点及应用（一）、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。（二）、 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；plc主体由三部分组成，主要包括中央处理器cpu、存储系统和输入、输出接口。plc基本结构如图所示：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件 二、控制方案设计（一）、技术控制要求设计一个十字路口交通灯控制系统电路，要求使用三菱plc进行控制，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行，并且设计出十字路口交通灯控制系统的实物模型。功能：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。如下表所示。黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。同步设置人行横道红、绿灯指示。具体交通灯控制电路状态如表1-1所示：表1-1 交通灯控制电路状态表状态 直行灯（南北） 左转灯（南北） 直行灯（东西） 直行灯（东西） 持续时间（s） 红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿 s0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 27 s1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 3 s2 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 27 s3 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 3 s4 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 27 s5 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 3 s6 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 27 s7 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 3 s0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 27注：0表示灯灭，1表示灯亮。（二）、总体方案确定1、方案的原理 本方案所要实现的是模拟十字路口交通灯的运行，并利用plc对十字路口交通灯进行控制：总共有2个输入点和16个输出点，两个输入是系统的开和关，用代替交通灯的发光二极管的亮、灭和闪烁作为信号的输出，把灯分为东西两组，南北两组，各有红、黄、绿三种，分别用来指示左转弯和直行，另外，还有四组人行道上的红绿灯。首先，按照控制要求利用计算机编程软件编写好科学合理的程序并输入plc，plc按照所输入的程序给出输出并通过外部中间继电器对硬件电路进行相应的逻辑顺序控制，使交通灯按控制要求进行亮、灭和闪烁来完成科学的交通控制要求。2、方案的特点plc运用与交通灯控制系统有较强的优势,： (1)、plc具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；(2)、编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实 现；(3)、抗干扰能力强，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3、方案的选择依据 利用plc进行的十字路口交通灯的控制与继电器-接触器控制系统相比省去了很多的继电器、接触器，不但节约了成本，而且传输速率高，更便捷稳定，抗干扰能力强,因此我们选用了plc对交通灯系统进行控制。外部的执行设备我们选择了中间继电器，这里用它主要是为了保护plc的触点不被意外烧坏，因为plc毕竟比中间继电器贵多了，且可以由一个输入控制几个输出动作，减少了plc的输出点数。交通灯我们用发光二级管代替，这种二极管压降只有2v。 三、硬件、软件选择、plc指令图、接线图(一）、 器件选择1、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。 2、软件选择至于编写程序的软件，本系统的设计使用了三菱电机的swopc-fxgp/win-c编程软件，它是专为fx系列plc设计的中文编程软件，可在windows9x、windows3.1以上操作系统运行。此软件可用梯形图、指令表、顺序功能图符号来创建plc的程序，并可将程序储存为文件，用打印机打印出来。可给编程元件、程序块建立注释、设置寄存器数据。通过串行口，可将用户程序与plc进行通讯、文件传送，可实现各种监控和测试功能。所以，我们利用里面的梯形图和指令表进行编程。3、硬件连接硬件连接需要根据附录中的各图进行相应的连接，首先要根据布置图进行大体的硬件布置规划，将相应的器件安装到相应的地方。然后，根据plc的输入输出端接线图进行相应的连接，并根据转换电源图把转换电源和plc相连接，最后再根据控制电路电气原理图把控制电路和其他部分相连接。同时我们尽量做到线路敷设平直，固定点位置正确，导线剖削规范，线路安装正确，导线压接规范，元件安装整齐、紧固。（二）、plc指令图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,sout（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 y0002 、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 ani（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 注： and、ani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。 x1 x2 y1 地址 指令 数据 1 ld x1 x3 2 andi x2 3 or x3 4 out y1 3、的并联和串联指令（orb、anb）符号(名称) 功能 梯形图表示orb（块或） 电路块并联 anb(块与) 电路块串联 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。 anb x0 x2 x3 y1 x1 x4 x5 orb x6 x7 地址 指令 数据 0 ld x0 1 or x1 2 ld x2 3 and x3 4 ldi x4 5 and x5 6 orb 7 or x6 8 anb 9 or x7 10 out y14、程序结束指令（end）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件end 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。4、 软件编程 （1） 、交通灯控制1、 控制对象有六个： 东西方向红灯两个，南北方向红灯两个 东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个 东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个图1是十字路口交通灯信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下启动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如表1所示。 （2） 、控制思路 1、控制思路设计步骤 （1）、观察十字路口交通灯的工作时序。 （2）、设计i/o口。 （3）、画出状态转移图。 （4）、写出指令图。 （5）、用编程器输入指令。 （6）、调试运行。 （7）、i/o端子接线图。2、硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：启动按钮sb1，停止按钮sb2，红黄绿色信号灯各四只，输入/输出端口接线如图2所示： 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 以采用输出继电器现代东中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。（3） 、软件设计及调试 根据十字路口交通信号灯的控制要求，可作出信号灯的控制时序图，如 图3所示：梯形图 ：五、总结用plc控制交通信号灯要充分利用其特点，高可靠性，丰富的l/o接口模块，采用模块化结构，编程简单易学，安装简单，维修方便。主要的难点、中甸是编程思路。通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头