十字路口交通灯控制的模拟

PLC 课程设计 目录目录 1 概述 1 2 硬件设计 2 2 1 控制要求 2 2 2 PLC 介绍 3 2 2 1 PLC 的基本概念 3 2 2 2 PLC 的主要特点 4 2 2 3 PLC 的结构及其工作原理 4 2 4 I O 分配表 7 2 5 I O 接线图 8 3 软件设计 9 3 1 设计梯形图 9 3 2 设计指令表 12 4 调试 15 4 1 编程思想 15 4 2 控制系统的程序调试步骤 15 4 3 调试过程遇到的问题及解决方法 15 5 结束语 16 6 参考文献 17 1 PLC 课程设计 1 1 概述 十字路口交通指示灯在日常生活中随处可见 设计安全可靠的交通灯在正常生活中 起着重要作用 应用 PLC 设计满足要求实际要求的十字路口指示灯是一个非常重要的 手段 PLC 是以微处理器为基础 综合了计算机技术 半导体技术 自动控制技术 数字 技术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置 PLC 以其可靠性高 灵活 性强 使用方便的优越性 迅速占领了工业控制领域 本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制 通过对交通信号灯 的控制要求分析 对 PLC 控制系统进行了软 硬件设计 并通过实验证明该系统简单 经济 运行可靠 具有很高的实用价值 PLC 课程设计 2 2 硬件设计 2 1 控制要求 在十字路口南北方向以及东西方向均设有红 黄 绿 3 只信号灯 6 只信号灯 依一定的时序循环往复工作 信号灯受电源总开关控制 接通电源 信号灯系统开始 工作 关闭电源所有的信号灯都熄灭 程序自动关闭 在晚上车辆稀少时 要求交通 灯处于下班工作状态 即两个方向的黄灯一直闪烁 在信号灯工作期间 东西以及南北方向的红灯亮维持 30 秒 在红灯亮时的最后 2s 东西以及南北方向的黄灯同时闪烁 时间为 2s 东西以及南北方向的绿灯为长亮 25s 然后闪烁 3s 下图为交通灯示意图 2 2 总体思路 PLC 课程设计 3 上表显示了交通灯控制具体要求 启动 I0 0 东西绿灯 Q4 0 东西黄灯 Q4 1 东西红灯 Q4 2 南北绿灯 Q4 3 南北黄灯 Q4 4 南北红灯 Q4 5 30s 25s 3s 2s 此图为交通灯时序图 2 2 PLC 介绍 2 2 1 PLC 的基本概念 可编程控制器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 PLC 自 1966 年出现 美国 日本 德国的可编程控制器质量优良 功能强大 国际电工委员会 IEC 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 红灯亮信号灯绿灯 亮 绿灯闪 亮 黄灯 亮 黄灯亮 2s 东西方向 信号时 间 25s 3s 2s 30s 红灯亮信号灯 黄灯亮 绿灯亮绿灯闪亮黄灯亮 2s 25s 3s 2s 南北时间 信号时 间 PLC 课程设计 4 业环境应用而设计的 它采用一种可编程的存储器 用于存储程序 执行逻辑运算 顺序控制 定时以及计数与算术操作等面向用户的指令 并通过数字或模拟式 I O 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 2 2 2 PLC 的主要特点 1 可靠性高 抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术 采用严格的生产工艺制造 内部电路采取了先进的抗干扰技术 具有很高的可靠性 2 控制系统结构简单 通用性强 在 PLC 控制系统中 只需要在 PLC 输入 输出端子上接入相应的信号线即可 不 需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路 大大简化了控制 系统的结构 3 编程方便 易于使用 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 4 体积小 维护操作方便 PLC 体积小 质量轻 便于安装 不需要专门的机房 可以在各种工业环境下直 接运行 2 2 3 PLC 的结构及其工作原理 1 PLC 的基本结构 CPU EPROM RAM I O I O I O PLC EPROM PLC 课程设计 5 PLC 专为工业现场而设计 采用了典型的计算机结构 它主要由 CPU 电源 存 储器和专门设计的输入 输出接口电路等组成 1 中央处理器 CPU 中央处理器 CPU 一般由控制器运算器和寄存器组成 它们都集成在一个芯片内 CPU 通过数据总线 地址总线和控制总线与存储单元输入 输出接口电路相连接 用户 程序和数据事先存入存储器中 当 PLC 处于运行方式时 CPU 按循环扫描方式执行用 户程序 2 存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分 1 系统存储器 系统存储器是指用来存放 PLC 的系统程序的存储器 它由 PLC 生产厂家编写并固 化在 ROM 内 用户不能直接更改 2 用户存储器 用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成 其主要任务作用是用来 存放用户针对具体控制任务用规定的 PLC 编程语言编写的各种用户程序 3 输入 输出接口单元 PLC 的输入和输出信号类型可以是开关量 模拟量和数字量 4 扩展接口和通信接口 PLC 具有扩展接口和通信接口的能力 其作用如下 1 扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连 是 PLC 的配置更加 灵活以满足不同控制的系统需求 2 通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的 PLC 或计 算机相连从而实现 人 机 或 机 机 之间的对话 5 电源部分 PLC 一般使用 220 交流电源 内部的开关电源位于 PLC 的中央处理器 存储器等 中 电路提供 5V 12V 24V 等直流电源使 PLC 能正常工作 6 编程设备 编程设备的作用是供用户进行程序的编制 编辑 调试和监视 PLC 课程设计 6 7 其他部件 有些 PLC 还可以有 ERROM 写入器 存储器卡等其他外部设备 用于增强 PLC 的 存储容量和扩展功能 2 PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即输入采样 用户程序执行 和输出刷新三个阶段 完成上述三个阶段称作一个扫描周期 在整个运行期间 PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段 1 输入采样阶段 在输入采样阶段 PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据 并将它们存 入 I O 映象区中的相应得单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行和输出刷新阶 段 在这两个阶段中 即使输入状态和数据发生变化 I O 映象区中的相应单元的状态 和数据也不会改变 因此 如果输入是脉冲信号 则该脉冲信号的宽度必须大于一个 扫描周期 才能保证在任何情况下 该输入均能被读入 2 用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段 PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 梯形图 在扫描每一条梯形图时 又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路 并按 先左后右 先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算 然后根据逻辑运 算的结果 刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态 或者刷新该输出线圈 在 I O 映象区中对应位的状态 或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令 即在用户程序执行过程中 只有输入点在 I O 映象区内的状态和数据不会发生变 化 而其他输出点和软设备在 I O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能 发生变化 而且排在上面的梯形图 其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线 圈或数据的梯形图起作用 相反 排在下面的梯形图 其被刷新的逻辑线圈的状态或 数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用 在程序执行的过程中如果使用立即 I O 指令则可以直接存取 I O 点 即使用 I O 指 令的话 输入过程影像寄存器的值不会被更新 程序直接从 I O 模块取值 输出过程 影像寄存器会被立即更新 这跟立即输入有些区别 PLC 课程设计 7 3 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后 PLC 就进入输出刷新阶段 在此期间 CPU 按照 I O 映 象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 这时才是 PLC 的真正输出 2 3 系统设计流程示意图 Y N Y N 2 4 I O 分配表 输入设备 代号功能 输入继电器 SB1工作按钮I0 0 SB2停止按钮I0 1 停止运行 启动运行 指示灯按白天设定要求 指示 指示灯按夜间设定要 求闪亮 东西 南北红 灯亮均亮 切换夜间按 钮 ON 故障 PLC 课程设计 8 2 5 I O 接线图 SB1 SB2 SB3 SB3下班按钮I0 2 HL2G东西绿灯Q4 0 HL2Y东西黄灯Q4 1 HL2R东西红灯Q4 2 HL1G南北绿灯Q4 3 HL1Y南北黄灯Q4 4 HL1R南北红灯Q4 5 HL故障指示 4LQ4 1Q4 2Q4 3Q4 4Q4 5 4MI0 0I0 1I0 2 PLC 课程设计 9 3 软件设计 3 1 设计梯形图 PLC 课程设计 10 PLC 课程设计 11 PLC 课程设计 12 3 2 设计指令表 PLC 课程设计 13 PLC 课程设计 14 PLC 课程设计 15 4 调试 4 1 编程思想 本设计是用 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 而白天晚 上交通的流量有所不同 同时也为了适应不同路段的交通繁忙程度 所以本设计了白 天时段和晚上时段可以切换的程序 从而是本设计的实用性更强 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 检查得知是因为分段控制不当 对程序进行修改后 调试后都正常 PLC 课程设计 16 5 结束语 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 每个图亲手绘制起来真的好费劲 花了很多心思 但还是有好多地方不规范 请老师谅解 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 可以说得是困难重重 这毕竟第一次做 难免会遇