plc交通灯毕业论文

枣庄职业学院毕业设计（论文） 1 枣庄职业学院 毕 业 设 计（论 文） PLC 的交通灯控制系统 姓 名 杜 鑫 系 部 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 10 机电一班 学 号 1002010101 指导老师 霍启祥 2013 年 06 月 枣庄职业学院毕业设计（论文） 2 【摘要 】 交通信号灯的出现，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。 为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。可编程序控制器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 【关 键词 】 PLC 可编程控制器 交通型号灯 可靠性高。 枣庄职业学院毕业设计（论文） 3 目 录 枣庄职业学院毕业设计（论文） 4 绪 论 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。 如今，随着美国、日本、德国等国家的很多大公司相继投入对 PLC 的开发、应用和推广， PLC 得到了迅速发展，其产品的种类和数量越来越多，功能也越来越强。 PLC功能的增强，也使得 PLC 应用更加广泛，许多大中型企业不断采用 PLC 来完成各种工业控制，并取得了显著的经济效益和社会效益。 PLC 的广泛应用要求培养出更多的熟悉其应用的高技术人才，而实验是此课程教学的重要环节。近年来，一方面国民经济的发展对技术改造和技术更 新提出了更高的要求，工业生产的信息化和数字化成为必然趋势，所以很多院校新设了自动化类的专业。另一方面，随着国家对教育投入力度的增大，实验室建设已经成为高校建设的重要任务。 由于 PLC 本身的种类很多，基于不同 PLC 的实验设备也比较多，而设备生产厂家的选型和设计思想各不相同，所以对于不同情况的院校，在设备选型方面必须有不同的考虑。目前有众多厂家生产的设备可供选择，本文以清华同方的 TVT-90A，TVT-90C1， TVT-90C6， TVT-90E3；杭州天煌电气设备厂的 THPLC-A 型， THPLC-B 型，许昌 瑞新电气公司的 RXPLC 等型号为例讨论 PLC 实验室建设的一些问题，提出了应该注意的问题，应该根据本校的培养目标和实验开设情况合理选择设备，防止盲目性的“ 一次到位 ” 或仅考虑价格等不当的做法。 目前绝大部分称为 “PLC 实验 ” 装置或箱子的设备都只有数字 I O 点，而且实验方式多为模拟的。一般是用发光管或数码管表示输出输入的状态。比较 “ 逼真 ” 的则采用平面显示器（箭头、发光带等）。如电梯控制实验，通常是以图形表示楼层，用发光管或平面显示器表示轿箱的运动状态和位置。 枣庄职业学院毕业设计（论文） 5 第一章 .PLC 的简介及发展前景 1.1 PLC 定义及发展优势 PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会 NEMA（ National Electrical Manufactory Association） 经过四年的调查工作，于 1984 年首先将其正式命名为 PC（ Programmable Controller），并给 PC 作了如下定义 : “PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入 /输出模块，以控制各种机械或工 作程序。一部数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能着，亦被视为 PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 国际电工委员会（ IEC）又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通过了对它的定义： “可编程控制器是 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 现代社会要求制造业对市场需求作出速度的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必 须 具 有 极 高 的 可 靠 性 和 灵 活 性 ， 可 编 程 控 制 器 （ Programmable Ldgic Controller,PLC）正是顺应这一要求的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 PLC 的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的主要设备之一。 PLC枣庄职业学院毕业设计（论文） 6 已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中， PLC 在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。 1.2 PLC 的发展前景及应用范围 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展，其发展 过程大致可分三个阶段： 1.早期的 PLC（ 60 年代末 70 年代中期） 早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图。因此，早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言 梯形图一直沿用至今。 2中期的 PLC（ 70 年代中期 80 年代中后期） 在 70 年代微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元（ CPU）。 这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在 硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大。 3近期的 PLC（ 80 年代中后期至今） 进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功 能发生了巨大变化 . 枣庄职业学院毕业设计（论文） 7 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 2.3 PLC 的工作原理 1.plc 的工作方式 输入接口部件 中央处理单元 CPU 板 电 源 部 件 接口部件输出 枣庄职业学院毕业设计（论文） 8 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： X000 X001 Y000 X010 END 枣庄职业学院毕业设计（论文） 9 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 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 枣庄职业学院毕业设计（论文） 10 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） 非 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 ） 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 枣庄职业学院毕业设计（论文） 11 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 X001 X004 X005 ORB X006 X003 枣庄职业学院毕业设计（论文） 12 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，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。 结束 枣庄职业学院毕业设计（论文） 13 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。 枣庄职业学院毕业设计（论文） 14 第三章 应用 PLC 设计十字路口交通灯 3.1 输入输出点分配表 根据实验要求，应有一个输入控制变量，八个输出变量。它们分别为控制启停的 变量 I0.0，控制南北红灯 HL1、 HL2 的 Q0.0,控制南北黄灯 HL3、 HL4 的 Q0.3，控制东西黄灯 HL9、 HL10 的 Q0.4，东西绿灯 HL11、 HL12 的 Q0.5，控制南北车灯 HL14的 Q0.6 ， 控制东西车灯 HL13 的 Q0.7。得到 I/O 分配表如下所示： 枣庄职业学院毕业设计（论文） 15 3.2 十字路口交通灯的接线图 1 PLC 控制系统 I/O 接线图 根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图 3.1 所示的 PLC 控制系统I/O 接线图。 枣庄职业学院毕业设计（论文） 16 2 十字路口交通灯的接线图 根据十字路口交通灯的实际连线，画出如图 3.2 所示的十字路口交通灯的接线图 3 十字路口交通灯的实际接线图 图 3.3 十字路口交通灯的实际接线图 枣庄职业学院毕业设计（论文） 17 3.3 十字路口交通灯的控制时序图 根据十字路口交通灯的控制关系画出如图 3.3 所示的时序图。 图 3.4 十字路口交通灯的控制时序图 I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 10 20 30 40 50 60 70 t/s ON I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 10 20 30 40 50 60 t/s 正常时段的控制时序图 ON 高峰时段的控制时序图 枣庄职业学院毕业设计（论文） 18 3.4 十字路口交通灯的控制梯形图 图 3.5 十字路口交通灯的控制梯形图 枣庄职业学院毕业设计（论文） 19 3.5 十字路口交通灯的指令表 表 3.2 十字路口交通灯指令表 枣庄职业学院毕业设计（论文） 20 第四章 十字路口交通的程序调试 4.1 编程思想 本组的毕业设计是用 PLC 控制十字路口交通灯，用 PLC 控制可以实现更多功能，同时也比较简单。由于现在越来越多的人拥有自己的汽车，从而使交通变得很繁忙，而早晚上下班时间更是交通的高峰期，同时也为了适应不同路段的交通繁忙程度，所以本组设计了正常时段和高峰时段可以切换的程序，从而是本组设计的实用性更强。 4.2 控制系统的程序调试步骤 1） 对于比较复杂的控制系统，需要绘 制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。由于本控制系统简单就可以省略这一步。 2） 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 3） 将程序输入到 PLC 的用户存储器，并查找程序是否正确。 4） 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 4.3 调试过程遇到的问题及解决方法 1） 在起初情况，按下转换开关，根据设计的要求 ,应该亮的灯有“南北红灯”、“东西绿灯”，由于设计中未考虑周全，当按下转换开关时，不仅“南北红 灯”、“东西绿灯”亮，而且“南北绿灯”、“东西红灯”也亮，断电后，对程序进行检查，发现把程序转换到高峰时段后，没有对定时器终止，所以才会出现灯亮混乱的情况。 2）设计中，当程序处在早上八点之后的正常时段时，程序运行了一个周期后，就不再循环了。断电后对程序进行检查，发现程序执行完一个周期后，定时器没有被复位，检查得知是因为对 T37 的分段控制不当。对程序进行修改后，调试后都正常。 枣庄职业学院毕业设计（论文） 21 结 论 我们小组设计的是十字路口交通信号灯 PLC 控制系统设计与调试，由于这个课