毕业论文（设计）：PLC交通灯设计.doc

无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 i 目目 录录 PLC 交通灯毕业论文交通灯毕业论文 3 摘要摘要 .3 第一章第一章 PLCPLC 的特点及应用的特点及应用 4 1.1 概述4 1.2 PLC 的特点.5 1.3 PLC 的应用.5 2.1 PLC 的分类.7 2.2 PLC 的结构.7 2.3 PLC 的工作原理.7 2.4 PLC 汇编语言.8 2.5 PLC 的基本指令.9 2.6 PLC 交通灯毕业论文编程器件 .13 第三章第三章 梯形图的设计与编程方法梯形图的设计与编程方法 .13 31 控制要求13 32 控制时序13 3.3 PLC 交通灯毕业论文硬件及外围元器件 .14 41 梯形图16 44 软件设计21 第五章第五章 PLC 交通灯毕业论文设计总结交通灯毕业论文设计总结 .21 谢谢 辞辞 .22 参考文献参考文献 .22 第第 1-100 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目23 第第 100-200 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目26 第第 201-300 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目28 第第 301-400 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目30 第第 401-500 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目33 第第 501-600 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目35 第第 601-700 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目38 第第 701-800 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目40 第第 801-900 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目42 第第 900-1000 个个 PLC 毕业设计论文题目毕业设计论文题目45 论文代写论文代写(如果没有以上适合你的题目如果没有以上适合你的题目,可以选择定做可以选择定做)46 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 ii PLC 交通灯毕业论文交通灯毕业论文 摘要摘要 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. 关键词：交通灯 PLC 程序 设计 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 iii 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（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 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 iv 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 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 v 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。 第二章第二章 PLCPLC 的结构及原理的结构及原理 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 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 vi 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， 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。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 vii 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 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 0000LDX000 0001ORX010 0002ANDX001 0003OUTY000 0004END 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） END 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 viii 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 个指令可连续使用。 OR、ORI 是用于一个触点的并联连接指令。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 ix 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。 ANB X000 X002 X003 Y006 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 x 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 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， 结束 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xi 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。 第三章第三章 梯形图的设计与编程方法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。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xii 3.3 PLC 交通灯毕业论文硬件及外围元器件 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。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xiii 34 I/O 分配表 第四章第四章 程序设计程序设计 41 梯形图 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xiv 42 PLC交通灯毕业论文指令图 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xv 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xvi 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xvii 43 流程图 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xviii 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。 第五章第五章 PLC 交通灯毕业论文设计总结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， 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 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xix 说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中 发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 谢谢 辞辞 当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生 中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞” ，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦 从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人 值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是 一笔宝贵的财富。 三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多 美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这 个能自我展示的平台，感谢我们的指导教师，李佐平、李建兰老师，你们从一 开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指 导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给 我指出错误，修改论文。谢谢我们班主任老师，从大一到大二是你的悉心教导、 孜孜不倦我们才能顺利的完成学业。我要感谢在我二年的学习中无私传授我知 识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学 业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育 我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我 的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。 参考文献参考文献 1. 廖常初主编. PLC 基础及应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 2. 廖常初等.PLC 的顺序控制编程方法.工业自动化， （香港） ，1997 3. 廖常初主编. PLC 基础及应用.北京：机械工业出版社，2002 4. 廖常初.PLC 梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，2001 5. 电机及拖动.高等教育出版社， 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xx 6. 朱献清 编著.物业供用电.北京.机械工业出版社.2003 7. 刘介才主编.实用供配电技术手册.北京：中国水利水电出版社，2002 8. 常斗南主编 可编程序控制器原理*应用*实验.北京:机械工业出版社,2005 9. 求是科技编著 PLC 应用开发技术与工程实践.电子工业出版社.2004 10.中华人民共和国国家标准 电气制图，北京：中国标准出版社，1987 11.余雷声主编，电气原理与 PLC 应用。北京：机械工业出版社，1996 12.钟肇新，范建东编. 可编程控制器基础及应用.广州：华东理工大学，2002 13 张万忠可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社 2004 14 台方可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社 2001 15 常斗南可编程序控制器原理应用实验 北京：机械工业出版社 1998 16 邦田电子电路实用抗干扰技术北京：人民邮电出版社 1994 17 钱晓龙，李鸿倩智能电器与 Microloeix 控制器北京：机械工业出版社 2003 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xxi 用用 PLCPLC 控制的交通信号灯控制的交通信号灯 摘要：摘要：当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与 计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制 等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人 工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发 展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系 统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定 的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车 能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和 通信技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计 算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的 话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来 实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。 关键词：关键词：交通灯控制 计算机技术 智能 单片机 十字路口交通灯 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xxii 目录 前言前言1 1 第一章第一章 P PLCLC 的概述的概述 2 2 1.11.1 PLCPLC 的简介的简介 2 2 1.2 PLC 的用途与特点 2 1.2.1 PLC 的用途 2 1.2.21.2.2 PLCPLC 的特点的特点 3 3 第二章第二章 PLCPLC 控制系统设计概要控制系统设计概要 5 5 2.1设计任务和内容.6 2.2 控制系统设计概要.9 第三章 十字路口交通信号灯的具体设计 3.1 十字路口交通信号灯的控制要求 .11 3.2 十字路口交通信号灯控制系统电路图 .13 3.3 PLC 硬件控制电路设计14 3.4 PLC 控制程序设计15 3.4.1 PLC 的状态转移15 3.4.2 PLC 的状态转移图15 3.4.3 十字路口交通信号灯 PLC 的程序设计说明 .16 第四章第四章 交通灯系统的设计交通灯系统的设计 1717 4.1 交通系统的发展趋势 .17 4.2 选择 VHDL 硬件描述语言设计的优势 17 4.3 红绿灯交通信号系统功能描述 .18 4.4 红绿灯交通信号系统的 VHDL 模块 19 4.4.1 时钟脉冲发生电路 .19 4.4.2 计数秒数选择电路 .21 4.4.3 倒计时控制电路 .23 4.4.4 红绿灯信号控制电路 .26 4.4.5 建立程序包 .27 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 xxiii 第五章第五章 课程总结课程总结2929 附录附录3030 附录一：交通信号灯控制的梯形图 .30 附录二：红绿灯交通信号系统的 VHDL 程序代码 30 谢辞谢辞3232 参考文献参考文献3333 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 1 前言前言 当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效 的手段。但这一技术在 19 世纪就已出现了。 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械 扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年， 英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世 界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示 “停止”，绿色表示“注意”。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤， 遂被取消。 电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组 成，1914 年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿 灯亮表示“通行”。 1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯， 一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音 器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿 灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能 把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 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。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 2 第第 1 1 章章 PLCPLC 概述概述 可编程控制器（PLC）是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来 的一种新型的工业自动控制设备，它以微处理为核心，集自动化技术、计算机技 术、通信技术为一体，广泛应用于自动化的各个领域。PLC 从原来具有逻辑控制、 顺序控制等功能，发展到现在已具有模拟量输入/输出、定位控制、旋转角度检 测、高速计数、数据处理、联网通信等功能。PLC 使用面向控制过程、面向用户 的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，是可靠性高的新一 代通用工业控制装置。 1.11.1 PLCPLC 的简介的简介 PLC 是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置,是带 有存储器,可以编制程序的控制器。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序 控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型 的机械和生产过程。PLC 及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式 一体,易于拓展其功能的原则设计。 事实上,PLC 就是以嵌入式 CPU 为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工 业控制领域的装置。PLC 与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的 三大支柱。 1.21.2 PLCPLC 的用途与特点的用途与特点 1.2.11.2.1 PLCPLC 的用途的用途 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来 由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使 PLC 的成本下降,同时又由于 PLC 的功能大大增强,使 PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化 工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC 的应用通常 可分为五种类型： （1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC 可应用 于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、 随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC 的功能也越来越强大，更多地具有 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 3 计算机的功能，所以又简称 PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER） ，但是为了不和切 纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。 （2）运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控 制模版。在多数情况下，PLC 把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一 轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度， 确保运动平滑。 相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更 低，速度更快，操作方便。 （3）闭环过程控制 PLC 能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。 PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使 PLC 具有闭环控制功 能,即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。当过程控制中某一个变量 出现偏差时,PID 控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。 （4）数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的 PLC 和计算机数值控制（CNC）设 备紧密结合的趋向。著名的日本 FANUC 公司推出的 Systen10、11、12 系列，已 将 CNC 控制功能作为 PLC 的一部分。为了实现 PLC 和 CNC 设备之间内部数据自由 传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由 PLC 送至 CNC 设备使用。美国 GE 公司的 CNC 设备新机种也同样使用了具有数据处理的 PLC。预计今后几年 CNC 系统将变成以 PLC 为主体的控制和管理系统。 （5）通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统 （FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展 PLC 之间，PLC 和上级 计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅 PLC 数据通信速率要求高，而 且要考虑出现停电故障时的对策。 1.2.21.2.2 PLCPLC 的特点的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 4 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设 备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害 大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、 时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC 用软件代替大量的中间继 电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器 控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 而 PLC 采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部 分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 (2)配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种 规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运 算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗 透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强 及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程 语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路 图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路 的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工 业控制打开了方便之门。 (4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设 计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经 过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5)体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗 仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 5 第二章第二章 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计 2.12.1 设计任务和内容设计任务和内容 任务：任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。并且要求交通信号 灯按照交通规则的模试来运行。实验通过控制六个交通灯就好了。 内容：内容：因为本课程设计是交通灯的单片机控制设计，所以要了解实际交通灯 的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。然后转状态 1 南北红灯， 东西绿灯通车。过一段时间转状态 2 东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。 再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态 4，南北绿灯灭，闪 几次黄灯，东西仍然红灯。最后循环至状态 1 2.22.2 控制系统设计概要控制系统设计概要 我们在学习了 PLC 的大量的相关知识后，要能够把其运用在实际训练当中。 当然要设计经济、可靠、简洁的 PLC 控制系统，需要丰富的专业知识和实际的工 作经验。 一、 PLC 控制系统设计的基本原则 1） 最大限度地满足被控对象的控制要求。 2） 保证控制系统的高可靠、安全。 3） 满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方 便。 4） 选择 PLC 时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。 二、 PLC 控制系统设计的基本内容 1) 选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象。 2) 分配 I/O，设计电气接线图，考虑安全措施。 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 6 3) 选择适合系统的 PLC. 4) 设计程序 5) 调试程序,一个是模拟调试，一个是联机调试。 6) 设计控制柜，编写系统交付使用的技术文件，说明书、电气图、电 气元件明细表。 7) 验收、交付使用。 三、 PLC 控制系统设计的一般步骤 1 流程图功能说明 1） 分析生产工艺过程。 2） 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，分配 I/O。 3） 选择 PLC。 4） 设计 PLC 接线图以及电气施工图。 5） 程序设计和控制柜接线施工。 2 PLC 程序设计的步骤 1） 对于复杂的控制系统，最好绘制编程流程图，相当于设计思路。 2） 设计梯形图。 3） 程序输入 PLC 模拟调试，修改，直到满足要求为止。 4） 现场施工完毕后进行联机调试，直至可靠地满足控制要求。 5） 编写技术文件 6） 交付使用。 3 设计步骤框图如下： 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 7 分析控制要求 确定 I/O 设备 选择 PLC 分配 I/O、设计电气图 编写流程图 设计梯形图 编制程序清单 输入程序并检查 调试满足 N Y 联机调试 满足 N N 编制技术文件 交付使用 设计控制柜 现场连接 四、控制系统执行程序的过程及特点 PLC 执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出 刷新阶段。 1输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行 采样，并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处 理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器 的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能 被采样到。 2程序执行阶段 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 8 在程序执行阶段，PLC 对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示， 则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转 条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC 从 输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果 再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过 程而变化。 3输出刷新阶段 程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里，PLC 将输出映象寄存 器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方 式输出，驱动外部负载。 因此，PLC 在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。 当 PLC 进入程序执行阶段后输入端将被封锁，直到下一个扫描周期的输入采样阶 段才对输入状态进行重新采样。这方式称为集中采样，即在一个扫描周期内，集 中一段时间对输入状态进行采样。 在用户程序中如果对输出结果多次赋值，则最后一次有效。在一个扫描周期 内，只在输出刷新阶段才将输出状态从输出映象寄存器中输出，对输出接口进行 刷新。在其它阶段里输出状态一直保存在输出映象寄存器中。这种方式称为集中 输出。 对于小型 PLC，其 I/O 点数较少，用户程序较短，一般采用集中采样、集中 输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但使 PLC 工作时大 多数时间与外部输入/输出设备隔离，从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强 了系统的可靠性。 而对于大中型 PLC，其 I/O 点数较多，控制功能强，用户程序较长，为提高 系统响应速度，可以采用定期采样、定期输出方式，或中断输入、输出方式以及 采用智能 I/O 接口等多种方式。 从上述分析可知，当 PLC 的输入端输入信号发生变化到 PLC 输出端对该输入 变化作出反应，需要一段时间，这种现象称为 PLC 输入输出响应滞后。对一般 的工业控制，这种滞后是完全允许的。应该注意的是，这种响应滞后不仅是由于 PLC 扫描工作方式造成，更主要是 PLC 输入接口的滤波环节带来的输入延迟，以 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 9 及输出接口中驱动器件的动作时间带来输出延迟，同时还与程序设计有关。滞后 时间是设计 PLC 应用系统时应注意把握的一个参数。 第三章第三章 十字路口交通信号灯的十字路口交通信号灯的具体设计具体设计 3.13.1 十字路口交通信号灯的控制要求十字路口交通信号灯的控制要求 随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交 通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而， 交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。 交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通 行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道 信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉 道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或 停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口 的通行能力，保障路口畅通和安全。 十字路口交通信号灯现场示意图如图 3-1 所示，南北和东西每个方向各有红、 绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。 1）采用 PLC 构成十字路口的南北向和东西 向交通信号灯的电气控制。 系统上电后，交通 指挥信号控制系统由由一个3 位转换开关 SA1 控制。SA1 手柄指向左 45时，接点 SA1-1 接 通，交通指挥系统开始按常 规正常控制功能工 作，按照如图 3-2 所示工作 时序周而复始，循 环往复工作。 SA1 手柄指向 中间 0时，接点 SA1-2 接通，交通指挥系统南 北向绿灯常亮， 东西向红灯常亮，。 SA1 手柄指向右 45时， 接点 SA1-3 接通，交通指挥 系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮。图 3- 1 交通灯现场示意图 2）正常控制时 当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯） ；同样， 无锡科技职业学院毕业设计论文 用 PLC 的控制交通信号灯设计 10 当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯） 。 在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明 显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。 信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。 信号灯动作的时序图如图 3-2 所示，它是按信号灯置 1 与置 0 两种状态绘制 的，置 1 表示信号灯点亮。 图 3-2 十字路口交通灯正常工作时序 3）输入/输出信号分配 输入/输出信号分配如表 3-1 所示。 表 3-1 十字路口交通灯控制信号说明 输 入输 出 文字符号信号地址说 明文字符号信号地址说 明 SA1-1X0 交通灯正常工作控制开关 H1Y0