毕业设计（论文）-PLC在交通信号灯中的应用.doc

正文第 25 页 共 24页南通农业职业技术学院学生毕业论文 PLC在交通信号灯的应用南通农业职业技术学院 毕业论文（设计）课题名称PLC在交通信号灯中的应用专业及班级电气自动化3111学号1162306121姓名指导老师2013年 5 月 22 日PLC在交通信号灯中的应用摘要 古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，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。本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于可编程序控制器在交通系统的运用，系统介绍了可编程序控制器的基本原理。我们所设计出来的交通灯必须美观、大方、经济适用、有多种变化，为了达到要求，并考虑到节省电子元件的成本，以达到最大经济效益，运用欧姆龙系列的PLC来控制红绿灯的变化，经过对现今交通灯控制系统进行实地考察，选择一种最优方案，用以在一定程度上缓解目前交通压力。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,实现科学化管关键词 交通信号灯 PLC 程序 设计PLC application in traffic lightsAbstractThe most ancient trafficl light control unit was designed by digital electric circuit. With the development of science and technology,the traffic light which designed by electric circuit can not contain the increseing pressure of the traffical day by day,so we must find a new method to replace the control unit which is complex and worked insteady.Nowaday,the technical of programbal logic controller advanced raiply,and use more and more wide.PLC（Programmable Controller）is one of the most important components of the industry automation. PLC provide automation solution across a broad range of many industries. With the development of science and technology, the function of PLC is more and more perfect, and its get smaller, smarter, more interoperable, more reliable.this thesis was designed by PLC to control the traffical light.we design a traffical lightBased on application of PLC in the traffic system, this paper systematically describes the foundational principium,the request of the design must be beautiful, generous, the economy apply, has many varieties. Should request for the sake of attain, and consider the cost of the economical electronics component, to attain the biggest and economic performance,adopt little programbal logic controller to control the change of the traffical light,we have checed the present traffic control unit,shoose a best plan,in orde to alleviate the present traffic pressure.PLC programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. It has a simple structure, convenient programming, high reliability, has been widely used in industrial processes and automatic control of the position. According to statistics, the programmable controller is the most widely used industrial automation devices of a device. Experts believe that the programmable controller will become the primary means of industrial control infrastructure and important one, PLC, robotics, CAD / CAM will become the three pillars of industrial production. As the PLC with the use of environmental adaptability characteristics, while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of the progressive signal for precise control, especially for multi-fork can be easily controlled. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lights system. Meanwhile, PLC itself also has a communications networking capabilities, on the same road lights form a unified LAN management can shorten the waiting time for vehicles to achieve scientific tube.Keywords Traffic lights PLC programming 目 录1 引言 62 PLC特点及应用 62.1 PLC特点 62.2 PLC应用 73 PLC的结构及原理 83.1 PLC的分类 83.2 PLC的结构 83.3 PLC的工作原理 83.4 PLC汇编语言 93.5 PLC的基本指令 103.6 PLC交通信号灯毕业设计编程器件 134 梯形图的设计与编程方法 134.1 控制要求 134.2 控制时序 134.3 PLC交通信号灯毕业设计硬件及外围元器件 145 程序设计 165.1 梯形图 165.2 指令图 185.3 软件设计 21设计总结 22致谢 23参考文献 241 引言可编程控制器（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。2 PLC特点及应用2.1 PLC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；2.2 PLC的应用2.2.1 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。2.2.2 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。 2.2.3 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。2.2.4 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。2.2.5 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。 2.2.6 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。3 双面钻孔组合机床的结构与工作原理3.1 PLC的分类按plc的结构形式分类为整体式、模块式。按plc的I/O点数分为小型256点以下、中型256点以上、2048点以下、大型2048点以上。按plc功能分为抵挡型、中挡型、高档型。3.2 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3.3 PLC的工作原理3.3.1 PLC的工作方式 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。 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 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。3.4 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。3.4.1 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：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。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”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。 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。3.4.2 语句表语句表又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。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。l 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0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图3.5 PLC的基本指令3.5.1 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 Y0003.5.2 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。 X001 X002 Y001 地址 指令 数据 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 3.5.3 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 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 3.5.4 程序结束指令（END）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件结束 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。3.6 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代表数据寄存器，MOV代表传输等。4 梯形图的设计与编程方法4.1 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。4.2 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。4.3 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。5 程序设计5.1 PLC交通灯毕业设计梯形图5.2 PLC交通灯毕业设计指令图5.3 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。设计总结本课题的设计主要是针对于南北方向和东西方向直行通道的红绿灯设计，对斜行通道的控制设计在今后还应该结合实际继续进行研究。 对现在所确定的最优循环时间，还应当结合现今交通网络的特点进行针对性的改进。对于PLC在交通灯控制系统中的应用还应当进一步去学习和研究。本课题的设计主要是针对于南北方向和东西方向直行通道的红绿灯设计，对斜行通道的控制设计在今后还应该结合实际继续进行研究。 对现在所确定的最优循环时间，还应当结合现今交通网络的特点进行针对性的改进。对于PLC在交通灯控制系统中的应用还应当进一步去学习和研究。通过做这次论文，让我能够把