PLC交通信号灯毕业论文.doc

PLC交通信号灯毕业论文第一章 绪论当今，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。中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。 从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。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。第二章 课题介绍及研究意义可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。随着PLC 性能价格比的不断提高,一些过去使用专用计算机的场合,也转向使用PLC，PLC 的应用范围在不断扩大。在未来的工业生产中,PLC 技术和机器人以及CAD/ CAM技术将并列成为实现工业生产自动化的三大支柱。鉴于PLC 这种新型工业控制装置在工业应用中的重要性和广泛性,为适应工业生产自动化发展的需求，毕业设计中PLC控制系统设计的选题有着重要的意义。采用PLC可实现交通信号灯常规控制和实现交通信号灯的精确位移控制。PLC可靠性高，程序设计方便灵活随着科学技术的发展及人们对交通信号灯要求的日益提高，在用交通信号灯的改造正朝着实用化、舒适化、美观化等方向发展城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率来设计的。但是交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。第三章 可编程控制器（PLC）概述3.1 可编程控制器（PLC）的简介可编程控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC,是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心，集微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用，成为各行业的通用控制核心产品。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。3.2 可编程控制器（PLC）的主要特点1、可靠性高可靠性是指可编程控制器平均无故障工作时间。可靠性既反映了用户的要求，又是可编程控制器生产厂家追求的技术指标。目前各生产厂家PLC的平均无故障安全运行时间都远大于国际电工委员会（IEC）规定的10万小时的标准。可编程控制器在设计、制作、元器件的选取上采用了精选、高度集成化和冗余量大等一些列措施，以延长元器件工作寿命，提高系统的可靠性。在抗干扰性上，采取了软、硬件多重抗干扰措施，使其能安全地工作在恶劣的工业环境中。国际大公司制造工艺的先进行，也进一步提高了可编程控制器的可靠性。2、控制功能强可编程控制器不但具有对开关量和模拟量的控制能力，还具有数值运算、PID调节、通信控制、中断处理、高速计数等功能。PLC具有扩展灵活的特点，还具有功能的可组合性，PLC的多种智能模版，使PLC的过程控制能力和实时性大为增强。如运动控制模块可以对伺服电机和步进电机速度与位置进行控制，实现对数控机床和工业机器人的控制。3、组成灵活可编程控制器品种很多。小型PLC为整体结构，并可外接I/O扩展机箱构成PLC控制系统。中、大型PLC采用分体模块式结构，设有各种专用功能模块（开关量、模拟量输入/输出模块，位控模块，伺服、步进驱动模块等）供选用和组合，由各种模块组成大小和要求不同的控制系统。PLC外部控制电路虽然仍为硬接线系统，但当受控对象的控制要求改变时，可以在线使用编程器修改用户程序来满足新的控制要求，极大限度的缩短了工艺更新所需要的时间。4、操作方便PLC提供了多种面向用户的语言，如常用的梯形图LAD(Ladder Diagram)、指令语句表STL（Statement List）、控制系统流程图CSF(Control System Flowchart)等。PLC的最大优点之一就是采用易学易懂的梯形图语言，它是以计算机软件技术构成人们惯用的继电器模型，直观易懂。极易被现场电气工程技术人员掌握，为可编程控制器的推广应用创造了有利条件。现在的PLC编程器可以采用个人计算机或手扶式编程器两种形式。手扶式编程器有键盘、显示功能，通过电缆线与PLC相连，具有体积小、重量轻、便于携带、易于现场调试等优点。用户也可以用个人计算机对PLC编程，进行系统仿真调试，监控运行。各厂家都提供适用于个人计算机使用的编程软件，编程软件的汉化界面非常有利于PLC的学习和推广应用。同时，CRT的梯形图显示，使程序输入及运行的动态监视更方便、直观。PC机程序的键盘输入和打印、存储设备，更是极大的丰富了PLC编程器的硬件资源。目前，PLC编程大多采用台式或笔记本个人计算机。5、网络功能网络和通信能力是PLC应用技术发展水平和先进行的标志，通过PLC的通信接口，利用Profibus现场总线和以太网等网络通信技术可以很方便地将多个PLC、PLC与上层计算机、操作面板和工业现场设备相连，组成工业控制网络系统。3.3 可编程控制器（PLC）与其他控制装置的比较专为工业现场控制而设计的工业计算机控制装置主要有PLC、DCS和工控机三大类，其中PLC以开关量控制为主，兼顾模拟量的控制，尤其是小型PLC具有存储容量大、体积小、价格低等优点，迅速成为现代工业控制的主导产品。20世纪70年代与PLC同时发展起来的还有集散控制系统（DCS），集散控制系统以模拟量控制为主，有很强的数值运算功能。他的主要特点是能够实现集中管理和分散控制，为过程控制的主流产品。近几年来，以各种总线结构为支持，以个人计算机为基础发展起来的工业控制计算机（简称工控机），以其专门设计的工业控制模板（插件板）和总线连接方式，被越来越多的应用于工业现场控制。其数值运算功能、模拟量和开关量信号的处理能力较强，同时具有与个人计算机良好的兼容性，丰富的组态软件功能，较强的抗干扰能力，有着广阔的应用前景。但工控机目前还存在着应用技术相对复杂、价格相对昂贵以及体积较大等问题。第四章 十字路口交通信号灯的具体设计4.1 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4-1所示，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，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。图4-1按照城市交通控制的需要，本文讨论了用PLC实现系统24小时循环运行，工作规律按时序图运行（见图4-2）绿灯闪烁时按0.5秒间隔运行。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4-2 时序图正常控制时： （1）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，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。（2）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。（3）当左转允许通行（绿灯）时，南北方向和东西方向应禁止通行（红灯）。（4）信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。4.2 PLC输入/输出端口分配表4-1 I/O端口分配表输入信号输出信号名称符号地址名称符号地址起动开关停止开关SQ-ON SQ-OFF I0.0东西红灯R-EWQ0.0东西黄灯Y-EWQ0.7东西绿灯G-EWQ0.6东西左绿L-EWQ0.5南北红灯R-SNQ0.4南北黄灯Y-SNQ0.3南北绿灯G-SNQ0.2南北左绿L-SNQ0.14.3 PLC外部接线图图4-3 PLC外部接线图，选用的是西门子S7-200系列CPU224的PLC第五章 十字路口交通信号灯的控制程序及程序的调试5.1 十字路口交通信号灯控制程序梯形图（LAD）5.2 十字路口交通信号灯控制程序语句表（STL）- 14 -Network 1 / 网络标题/ 网络注释：秒数累计，周期90sLD I0.0A SM0.5LD M0.0ON I0.0CTU C0, 90Network 2 LD C0= M0.0Network 3 / 东西红灯LD I0.0AW= C0, 55= Q0.0Network 4 / 南北左转灯LDW= C0, 10AW= C0, 40AW= C0, 45A I0.0= Q0.3Network 7 / 南北红灯LDW= C0, 45A I0.0= Q0.4Network 8 / 东西左转灯LDW= C0, 45OW= C0, 47OW= C0, 49A I0.0= Q0.5Network 9 / 东西绿灯LDW= C0, 55AW= C0, 85A I0.0= Q0.5.3 十字路口交通信号灯控制程序的调试在调试程序的过程中，当程序未完成一个完整周期的运行时，如果断开开关I0.0，时钟脉冲SM0.5仍会不停地发出时钟脉冲信号，计数器C0仍然不停的进行计数。当程序再次开始运行时，程序不能从初始状态开始运行。经过多次对程序的检测和调试后发现，出现以上情况的原因是当程序未完成一个完整周期的运行时，断开开关I0.0，计数器C0不能够复位，所以当程序停止运行后，计数器C0仍然在不停地计数，当程序再次开始运行时，整个程序则按照计数器C0的记数值时刻开始运行。解决这个问题最好的方法就是给控制计数器C0复位的中间继电器M0.0并上一个常闭触头I0.0，这