PLC控制论文.doc

郑州*学院毕 业 设 计设计题目：十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计所属系别 机电工程系 专业班级 * 姓名 * 学号 * 指导教师 * 撰写日期 * 年 * 月摘 要近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。本文主要讲述：PLC在交通灯中的主要作用，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。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应适合社会实际情况。因此，本人选择制作十字路口交通灯。关键字：交通灯，PLC，自动控制，国际化AbstractWith the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and autom atically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, shoulalso follow the structure of the concrete ardware , and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, perfect .The appearance of the traffic signal lamp , make the traffic be controlled effectively, for dredging the flow of traffic, improving the traffic capacity of the road, there are obvious results to reduce the traffic accident. As China joins WTO, we will not only be in economy ,culture ,sciencandtechnology ,etc. should be in line with international standards too in traffic control. As the saying goes want rich , repair the roads first , but way build up if cont rol do road well to be unable to ensure the unblocked security in traffic. The traffic signal lamp of the important composition component controlled as the traffic should be suitable for the social actual conditions too. So, I choose to make the crossroad.Key word: Traffic light, PLC, automatic allies control目 录1引言12 PLC的基础知识12.1 概述12.2 PLC的定义12.3 PLC的工作原理22.4 PLC的结构32.4.1 中央处理单元(CPU)32.4.2 存储器42.4.3 电源52.4.4 I/O 模块53十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计63.1 实训63.2 时序图64指令表8总结9致谢10参 考 文 献111 引言1858年，在英国伦敦主要街头安装可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。如今，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。英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯密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。它由红绿两色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，这种红绿灯有红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年开始安装于纽约市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按在地下，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喇叭，就是红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上压力敏感期的路面时，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的效果。2 PLC的基础知识2.1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。1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。2.2 PLC的定义可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.3 PLC的工作原理PLC(Power Line Communication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）以及低压(10kV以下)的各个领域，数据传输的通讯数率不断提高。现阶段，在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率，传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面，高于10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。 PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的影响。为了解决以上低压配电网中各因素对数据传输的影响，在国际范围内，低压配电网的高速数据通信普遍选择了正交频分复用技术OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）作为核心调制技术。OFDM技术采用多路窄带正交子载波，同时传输多路数据，每路信号的码元时间较长，可以避免码元间干扰。通过动态选择可用的子载波，该技术可以减少窄带干扰和频率的谷点的影响。OFDM技术起源于二十世纪六十年代，主要用于军用高频通信系统。70年代，随着离散傅立叶变换来实现多载波调制技术的提出，以及近年来数字信号处理(DSP)技术的飞速发展，OFDM作为一种可以有效对抗信号波形间干扰的高速传输技术被广泛应用于民用通信系统中。目前在无线局域网已经采用了该技术，第四代移动通信（4G）中将采用OFDM技术。PLC的几种接入方案在低压配电网数据传输系统一般情况下，由头端（HE）和用户端（CE）组成。头端一般安装在配电变压器低压出线端，它主要实现PLC高频信号和传统的宽带通信信号的互相转换。PLC头端的一侧通过电容或电感耦合器连接电力电缆，注入和提取高频PLC信号；另一侧通过传统电信接入方式，如xDLS、光纤或以太网等连接至Internet。用户侧称为“电力猫”的设备，主要由接口、调制解调和耦合等三部分组成用户的计算机通过以太网接口或USB接口、普通话机通过RJ-11接口与“电力猫”相连。实现高速上网、IP电话以及IP视频等多媒体接入服务。12.4 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。2.4.1 中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模2.4.2 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。1 、PLC 常用的存储器类型（1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。（2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 2、PLC 存储空间的分配虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区；用户程序存储区；系统软设备存储区。(1)系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC 的性能。(2)系统RAM 存储区系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。I/O 映象区，由于PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区，一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字(16 个bit)， 因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区，模拟量I/O 映象区。2（3）系统软设备存储区除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC 断电时数据被清零1) 逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 (4) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。2.4.3 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。2.4.4 I/O 模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输（AO）等模块。常用的I/O分类如下： 1、开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 2、模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。3、除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 4、按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。33十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计3.1 实训题目开关合上后，南北红灯亮8s，东西红灯不计时，同时东西绿灯亮4s闪2s，东西黄灯亮2s，之后东西红灯亮8s，此时南北绿灯亮4s闪2s，南北黄灯亮4s此后程序自动循环43.2时序图 开关合上之后（由于设置自锁，所以按下后常闭，只有再次按下才断开），南北红灯得到启动信号持续8s，同时东西绿灯得到信号持续4s闪2s（此时东西黄灯、东西红灯、南北绿灯、南北黄灯没有得到信号。）接着东西黄灯得到信号持续4s（此时东西红灯、南北绿灯、南北黄灯没有得到信号）接着南北绿灯得到信号持续4s闪2s（此时南北黄灯没有得到信号）最后南北黄灯得到信号。程序完成然后进行循环。 时序图如图3-1所示 图3-1 时序图表3-2 信号灯控制编程元件表输 入输 出机 内 器 件交通灯工作开关I0.0报警灯：Q0.0T33：南北红灯工作8S南北红灯：Q0.1T97：东西红灯工作8S东西绿灯：Q0.2T99：东西绿灯工作4S东西黄灯：Q0.3T100：东西绿灯闪烁2S东西红灯：Q0.4T98：东西黄灯工作2S南北绿灯：Q0.5T34：南北绿灯工作4S南北黄灯：Q0.6T35：南北绿灯闪烁2ST36：南北黄灯工作2S注：上表中南北红灯和东西红灯互相自锁，当南北红灯亮的时候，东西绿灯亮且，东西红不亮，东西绿灯时间到后，东西黄灯亮，东西黄灯时间到后，东西红灯亮。东西红灯亮后，南北绿灯亮，南北绿灯亮后，南北黄灯亮。程序完成后，按章这样的顺序依次循环。当各路口的车辆滞留量达一定值溢满时(相当于比较严重的堵车)，红绿灯切换采用现有的常规定时控制方式;当东、西向路口的车辆滞留量比南、北向路口的大时(反之亦然)，该方向的通行时间=最小通行定时时间自适应滞环比较增加的延时时间(是变化的)，但不大于允许的最大通行时间。其中最小定时时间是为了避免红绿灯切换过快之弊;最大通行时间是为了保障公平性，不能让其它的车或行人过分久等。自适应滞环比较(本例的核心控制规律)增加的时间的确定若东、西向车辆滞留量南、北向一个偏差量，(如30辆车或其它值)时，先让东、西向的左转弯车左行15s(定时控制，值可改)，再让直行车直行30s(直行时间的最小值，值可改)后再加一段延时保持，直至东、西向的车辆滞留量比南、北向的车辆滞留量还要少一个偏差量，才结束该方向的通行，切换到其它路上，否则一直延时继续通行下去，直至到达最大通行时间而强制切换。44指令表LD I0.0 /按下开关 LD I0.0 /按下开关AN Q0.0 / 报警器不响 AN T33 /南北红灯不计时AN T97 /东西红灯不计时 AN Q0.0 /报警器不响= T33 /南北红灯计时 = Q0.1 /南北红灯亮LD T33 /南北红灯计时 LD T33 /南北红灯计时= T97 /东西红灯计时 = Q0.4 /东西红灯亮LD Q0.0 /报警器不响 LD Q0.1 /南北红灯亮A I0.0 /开关按下 AN T99 /东西绿灯不计时AN T33 /南北红灯不计时 O T99 /或者南北绿灯计时= T99 /东西绿灯计时 AN T100 /东西绿灯闪烁 A T32 /东西绿灯亮LD T99 /东西绿灯计时= T100 /东西绿灯闪烁 LD T100 /东西绿灯闪烁 A T98 /东西黄灯计时LD T100 /东西绿灯闪烁 = Q0.3 /东西黄灯亮= T98 /东西黄灯计时南北和东西的红绿灯闪亮的方式一样，在此例中只列举东西红绿灯，南北红绿灯同上。5 总结 PLC及PLC的多机连用与计算机的联网通信应用越来越多，它综合了计算机与PLC的长处，计算机作为上位机提供良好的人机界面，进行全系统的监控和管理PLC作为下位机执行可看有效的分散控制，利用工控组态软件实现PLC与上位计算机通信的方法简单易行，它降低了对用户的要求，大大缩短了设计周期，系统继承性较好，尤其对大规模复杂控制系统来说，这点尤为突出。城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各个路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。致 谢首先,由衷的感谢我的老师*；本课题的大量研究工作都是李老师的精心指导下完成的,在我整个大学学习过程中,包括这篇论文的完成,都受到老师大量的帮助.从论文的选题,研制计划的安排到论文的具体的内容,老师都给矛了悉心的指导.值此论文完成之际,谨向老师致以最崇高的谢意!再一次向他表示衷心的感谢,感谢他为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习,生活上的无私帮助!在这次毕业论文设计中，我第一次亲身尝试到了作为一个缺乏社会实践经验的学生所面临的困难。使我学会了如何利用所学的知识,把理论结合于实践中,进一步掌握了局域网安全问题及对策,从而对本专业有了更深刻的认识。此后,我会加倍努力的去研究,在熟练的基础上掌握更多的新型技术,来提高自己的开发水平。通过这一阶段的学习和研究，该论文终于完成，虽然耗费了许多精力和时间，但是它也验证了我的知识和能力，让我有了不断提高自身素质的意识。在这里我衷心的感谢我的指导老师对我的指导和启发。没有他的指导和帮助，我是不可能顺利圆满地完成论文。 最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人参 考 文 献1胡晓波.先进制造技术对PLC技术的影响J.机械研究与应用;2005年03期2胡晓波,马庆龙.制造技术对PLC技术的影响J.郑州牧业工程高等专科学校学报;2005年02期3LiuLi, WangDong editor.motor soft starter practical technologyM.北京：中国电力出版社,2010.14黄双喜,张友良.面向CSCW的PLC系统设计J.中国电气工程,1999年03期 5周丹.SOFT型CNC数控系统控制软件的开发M.浙江大学,2004年6乔宗立.基于Windows环境的CNC系统软件设计M.武汉科技大学,2002年 7王改政.发展微机网络PLC实现设计技术现代化J.中国勘察设计,1994年06期8范晓莉,何倬,蔡青.网络PLC技术应用与展望J.PLC讲解,2001年02期9ChenBoShi editor.electric power drag braking control syst