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jl051
基于
plc
交通灯
程序设计
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【JL051】基于PLC的交通灯程序设计,jl051,基于,plc,交通灯,程序设计
- 内容简介：
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本科毕业设计论文 题 目 基于 交通灯程序设计 专业名称 自动化 学生姓名 沈世兴 指导教师 冯 超 毕业时间 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 毕业 任务书 一、 题目 基于 交通灯程序设计 二、 指导思想和目的要求 通过毕业设计，使学生对所学传感器技术，转换技术、机械基础、自动控制原理、电子技术、 理与应 用、组态软件控制等的基本理论和基本知识加深理解和应用，掌握交通灯控制原理和控制方法，明确交通灯控制系统的设计步骤和方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后的工作打下一定的理论和实践基础。 要求认真复习有关基础理论和技术知识，认真对待每一个设计环节，全身心投入，认真查阅资料，仔细分析被控对象的工作原理、特性和控制要求，按计划完成毕业设计各阶段的任务，重视理论联系实际，写好毕业论文。 三、 主要技术要求 1. 自己动手设计和搭建硬件线路。 2. 动控制交通灯的顺序过程，上位计算机做组态监控画面。 四、 进度与 要求 1. 第 1 3 周：布置毕业设计及英译汉任务，学习组态软件组态王 阅资料，完成总体设计方案论证，确定控制系统框图。 2. 第 4 周：研究交通灯的组成，各部分的工作原理， 3. 第 5 周：确定控制系统具体详细的方案。 4. 第 6 7 周：对 行点的分配，用梯形图编程，组态王做上位监控画面。 5. 第 8 9 周：实际调试，并按要求编写论文初稿，交指导老师审阅修改。 6. 第 10 11 周：修改论文第二稿。 7. 第 12 13 周：定最终稿打印，复印，交评阅。 8. 第 14 15 周：准备答辩，评阅，答辩。 设计 论文 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 五、主要参考书及参考资料 1 张希川 X/列 用技术 M. 北京：中国电力出版社， 2009 2 王也仿 M. 北京：机械工业出版社， 2005 3 马小军，等 M. 南京：东南大学出版社， 2007 4 廖常初 程及应用（第三版） M械工业出版社， 2008 5 易铭，李秀忠 制的交通灯控制系统设计 J. 工业控制计算机， 2003 6 何衍庆 M. 北京：化学工业出版社， 2000 7 罗宇航 用程序及设计 2006 8 徐林国 用技术 M械工业出版社， 2007 9 张运刚等 术与应用 M. 北京：人民邮电出版社， 2007 10 常斗南 M. 北京：机械工业出版社， 1998 11 吕景泉 械工业出版社， 2005 12 王永华 用技术北京航空航天大学出版社， 2003 13 周美兰 气控制与组态设计科学出版社， 2003 学生 沈世兴 指导教师 冯 超 系主任 史仪凯 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 摘要 近 年来随着科技的飞速发展， 应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月异更新。，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。随着中国加入 们不但要在经济、文化、克己等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。 本文是利用 十字路口交通灯进行模拟控制 ，从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。我们利用发光二级管来代替交通信号灯作为被控制对象，通过 24V 转换电源为发光二极管供电。并且通过计算机软件编写程序，将编写好的程序写入到 ，通过 16个输出信号控制相应的中间继电器的通断，进而通过中间继电器控制发光二极管的亮、灭和闪烁等状态。最后通过有效的布局将相应的器件安装到相应的地方，组成模拟的十字路口交通灯控制系统。通过对真正的十字路口交通灯控制系统的模拟，使我们比较深刻的认识了真正的十字路口交通灯控制系统的工作过程，知道了许多交通灯的 相关知识。本控制系统可有效解决现有交通的道路拥挤、交通秩序混乱等问题。 关键词： 交通灯 ,编程控制器 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 n of , of so be of to we be in in of in be in is to of so as to a of We of as a 4V a 6 to LC be of us of of of 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 目录 第一章 前 言 . 1 题的背景和意义 . 1 题的现状和发展趋势 . 1 第二章 交通灯系统控制方案设计 . 3 制技术要求 . 3 制要求 . 3 制时序 . 3 体方案确定 . 4 案的原理 . 4 案的特点 . 4 第三章 硬件、软件选择和硬件连接 . 6 理及功能块 . 6 工作原理 . 6 基本结构 . 6 件选择 . 8 选择 . 8 机的面板结构和基本功能 . 8 件选择 . 10 . 10 态王 . 11 件连接 . 12 入点和输出点分配 . 12 部接线图 . 13 物演示 . 15 第四章 软件编程 . 16 写程序流程图 . 16 写梯形图 . 17 形图的分析 . 18 动功能块 . 18 统的控制规律 . 19 出接点 . 21 止功能快 . 22 第五章 组态画面模拟 . 23 态介绍 . 23 述 . 23 态王 主要功能特性 . 23 态模拟 . 23 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 第六章 系统调试 . 28 统程序调试 . 28 统硬件调试 . 28 机调试 . 29 计交通灯时出现的问题、原因与解决方法 . 29 第七章 总结 . 31 参考文献 . 32 致谢 . 33 毕业设计小结 . 34 附录 1 程序梯形图 . 35 附录 2 程序指令表 . 38 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 1 第一章 前 言 题的背景和意义 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。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高，较难实现功能的变更。随着社会经济的发展，车辆日益增多。所以，如何采用合适的控制方法最大限度利用好城市高速道路，缓解交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。由传统的交通灯控制系 统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。 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。由于 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。与此同时 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，实现科学化管理。 本次毕业设计， 让我对 计控制有了深刻的认识， 结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，并用上位机组态软件实现交通灯的实时监控。 让我了解了理论与实际相结合很重要，把所学的理论知识与实践相结合，提高了自己的实际动手能力和独立思考的能力。 题的现状和发展趋势 近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的可编程控制器（ 到了迅猛的发展。早期的 要用于顺序控制，今天的 经能够应用于闭环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而 便捷的方式。由于 身具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比高、等优点，因而 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 2 在工业生产中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。而且随着集成电路的发展和网络时代的到来， 将能够获得更大的发展空间。 体由三部分组成，主要包括中央处理器 储系统和输入、输出接口。 每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自诊断正常，继续向下扫描，然后 查是否有与编程器、计算机等的通信请求。 如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处理。当 于停止 (态时，只循环进行前两个过程。而在 于运行（ 态时， 内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次以上五个阶段所需要的时间成为有一个扫描周期。一次扫描周期也可以简单的分为输入处理、程序执行、输出处理三个阶段。 由于 接触器控制系统更加的稳定、效率更高，而且减少了很多的外部继电器和接触器的使用，具有更高的可靠性和安全性，控制效果更 加明显，很好的弥补了原有控制系统的不足，更有效的解决现有的十字路口的交通控制方面所面临的交通拥挤，车流量不均衡，出行时间过长等问题。因此，我们利用 制系统来控制十字路口交通灯，使十字路口交通的管理更科学化，更有条理，也使交通更加的便捷畅通。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 3 第二章 交通灯系统控制方案设计 制技术要求 制要求 运用自己所学知识，了解交通灯的构成及工作原理，确定十字路口交通信号灯 制方案。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，并周而复始的循环工作 ，当按下停止按钮时，系统将所有信号灯灭。 制时序 信号灯受启动开关和一个停止开关控制，当要运行交通信号灯时，启动开关就可以运行，当程序在运行的任意时刻，要关闭信号灯控制，按下停止开关即可。具体控制如下：当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，首先所有方向右转灯绿灯齐亮，接着南北直行绿灯，且南北左行、东西直行、东西左转都是红灯，南北直行绿灯亮 10 秒，黄灯亮 2 秒，南北直行红灯置位 1，红灯亮，南北左行红灯复位 0，红灯灭；南北左行绿灯亮 10 秒，黄灯亮 2 秒，南北直左行红灯置位 1，红灯亮，东西直行红 灯复位 0，红灯灭；东西直行绿灯亮 10 秒，黄灯亮 2 秒，东西直行红灯置位 1，红灯亮，东西左行红灯复位 0，红灯灭；东西左行绿灯亮10 秒，黄灯亮 2 秒，东西左行红灯置位 1，红灯亮，南北直行红灯复位 0，红灯灭。周而复始。十字路口交通灯控制规律图如图 3示。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 4 图 3通灯控制规律图 体方案确定 案的原理 本方案所要实现的是模拟十字路口交通灯的运行，并利用 十字路口交通灯进行控制：总共有 2个输入点和 14个输出点，两个输入是系统的开关和停止按钮，用发光二极管的亮、灭和闪烁作为信号的输出，把灯分为东西三组，南北三组，各有红、黄、绿三种，分别用来指示直行、左转弯和右转弯，首先，按照控制要求利用计算机编程软件编写好科学合理的程序并输入 照所输入的程序给出输出并通过 外部中间继电器对硬件电路进行相应的逻辑顺序控制，使交通灯按控制要求进行亮、灭和闪烁来完成科学的交通 控制要求。 案的特点 用与交通灯控制系统有较强的优势： 1、可靠性高：高可靠性是电气控制设备的关键性能， 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。使用 成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关节点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 5 此外， 有硬件故障自我检测功能，出现故障时刻及时 发出警报信息，在应用软件中，应用者还可编入外围器件的故障自诊程序，使系统中除 外的电路及设备也获得故障自诊保护，提高整个系统极高的可靠性。 2、适应性强，抗干扰性好：由于 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。与此同时 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，实现科学化管理。其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境 ,其电压适用范围很 宽 ,具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性 ,性能极为稳定、可靠。所以十字路口交通灯的 制系统因为 应用也具有了这样的一些优点。小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。 3、由于 功能强大 ,实现灵活 ,可扩展性好，并可根据实际需要改变功能的控制过程及方式 ,并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能，在加上良好的性价比。本十字路口交通灯的 制系统，比之原有的交通灯控制系统，控制更加的灵活，功能更加的丰富。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 6 第三章 硬件、软件选择和 硬件连接 理及功能块 工作原理 可编程控制器，简称 ,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（ 布的 准草案中对 了如下定义：“ 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。 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。”如图 3工作原理。 图 3 工作原理 基本结构 1、中央处理器 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 7 主要作用： （ 1）接收从编程器输入的用户程序，并存入程序存储器中。 （ 2）用扫描方式采集现场输入状态和数据，并存入相应的数据寄存器中。 （ 3）执行用户程序，从程序存储器中逐条取出用户程序，经过解释程序解释后逐条执行，产生相应的控制信号去控制输出电路，实现程序规定的各种操作。 （ 4）通过故障自诊断程序，诊断 各种运行错误。 2、存储器 （ 1）系统程序存储器，存入系统程序，包裹监控程序，件事程序，故障自诊断程序，标准子程序库及其他管理程序等，一 般固化在 ，用户不能直接存取。 （ 2）用户程序存储器，存取用户程序，用户程序是用户为解决实际问题并根据指令系统而编制的程序，通过编程器输入，经过 放入用户程序存储器。为了方便程序调试、修改、扩充等，存储器采用 （ 3）变量存储器，存放 内部逻辑变量，如内部继电器， I/O 寄存器，定时器 /计数器中逻辑变量的现行值等。 3、 输入输出接口（简称 I/O） 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 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 统，输出模块相反。 I/O 分为开关量输入（ 开关量输出（ 模拟量输入（ 模拟量输出（ 模块。常用的 I/O 分类如下： （ 1）开关量：按电压水平分，有 22011024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（ 40电压型（ 0，按精度分，有 121416。 （ 3）除 了上述通用 ，还有特殊 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 本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制输入输出接口是工业现场装置之间的连接部件，是 重要组成部分，每个 I/O 点都解忧指示灯，某点接通时，相应的指示灯发光。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 8 4、 外部设备 外部设备是 统不可分割的一部分，它有四大类： （ 1）编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控 控制的 系统的工作状况。编程器是 发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 （ 2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 （ 3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 入器等。 （ 4）入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 了解了 基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理， 尽可能发挥 提供的最佳。 件选择 选择 本系统使用的 可编程控制器 高功能的程序一体化型 及若干发光二极管、电阻。 可编程控制器（简称 集计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型自动控制装置。由于其性能的优越，已被广泛地应用于工业控制的各个领域。现在， 成为工业自动化的三大支柱（ 业机器人、 一，应用 经成为一个世界潮流。 21 世纪， 术将在我国得到更全面的推广应用。 目前， 日本欧姆龙新推出的整体式小型机，是一款性价比高、功能完备的通用控制器。其特点是结构紧凑，集成了开关量控制、模拟量控制、高速计数、 4 轴高速脉冲输出、串行通信等功能于一身， 令丰富，采用任务编程方式，并支持功能块编程方法使编程更加清楚、简便。 消了手持编程器配置，使用的是 口。 机的面板结构和基本功能 具有高度扩展性的小型一体化 要包括 准型）、拟量内置型）和 速定位型）这 3 种型号。 J 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 9 各种功能为一体，通过内置的多种功能充实、强化了应用能力，并且缩短了追加复杂程序的设计时间。 整体式结构，除中央处理单元、存储器、输入单元、输出单元、电源外，还有 口、通信端口，还可以加装扩展单元等。现将 组成部分功能逐一简要说明，具体 如图 3列 。 1、电池盖。打开盖可将电池放入，用作 后背电源。 2、工作指示 示 工作状态。主机面板的中部有 6 个工作状态显示 3、外部设备 口。与计算机连接，由安装在上位机的软件 4、 7 段 示。在 2 位的 7 段 显示 元的异常信息及模拟电位器操作时的当前值等 元的状态。 有此功能。 5、模拟电位器。通过旋转电位器，可视 值在 0255 范围内任意更变。 6、外部模拟设定输入连接器。通过外部施加 010V 电压，可将 值在 0255 范围内任意更变。 7、拨动开关。共有 6 个波动开关。 8、内置模拟输入 /输出端子台（仅限 ）。模拟输入 4 点、模拟输 出 2点。模拟量输入 /输出端子台排列及引脚功能。 9、内置模拟输入切换开关（仅限 ）。将各模拟输入在电压输入下使用还是电流输入下使用间切换。切换开关的 14 分别用来设定模拟输入 1模拟输入 4 的电流或电压输入。谋一切换开关为 相应模拟输入为电流输入； 10、存储器卡槽位。安装存储器卡，可将 元的梯形图程序、参数、数据内存（ 传送并保存到存储器卡。 11、电源、接地、输入端子台。电源端子供电电源（ 40V）。接地端子，为了强化抗干扰性，防止电击，必须 接地。输入端子，连接输入设备，内置24 点输入端子： 12、选件板槽位。槽位 1 和槽位 2 上可分别选装 85 口 示操作面板 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 10 13、输入指示 置 24 点输入端子对应的指示灯。输入端子的节点为，指示灯亮。 14、扩展 I/O 单元连接器。可连接系统的扩展 I/O 单元（ 40 点、输出型 32点、 20 点、输出型 16 点、输入型 8 点和输出型 8 点）及扩展单元（模拟输入 /输出单元 、训读传感器单元），最大为 7 台。 15、输出指示 置 16 点输出端子 应的指示灯。输出端子的节点为 ，指示灯亮。 16、外部电源供给、输出端子台。对外部提供 大 300电源。可作为输入设备或现场传感器的服务电源。 图 3列 件选择 于 编 写 程 序 的 软 件 ， 本 系 统 的 设 计 使 用 了 程由梯形图、地址和网络细节、 存内容、 、扩展指令以及符号组成。每一个 程文件都是独立的，是一个单独的文档。 同一时刻只能够打开一个工程文件 。但是马上就能够使用 处理多个工程文件。 程文件具有 者 文件扩展名（通常使用 件，它是 件的一个压缩版本） 。如图 3启动画面。 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 11 图 3启动画面 形图编程支持软件为使用者提供了从操作界面到程序注释的全中文操作环境，支持 拖拉及粘贴操作，以及完备的检索功能和常用标准位简易输入功能。为使用者创造了一个高效的编程操作环境，用梯形图、指令表、顺序功能图符号来创建 程序，并可将程序储存为文件，用打印机打印出来。可给编程元件、程序块建立注释、设置寄存器数 据。通过串行口，可将用户程序与 行通讯、文件传送，可实现各种监控和测试功能。所以，我们利用里面的梯形图和指令表进行编程。图3 工具栏。 图 3工具栏 态王 态王 件。可用于工业自动化的过程控制和管理监控。组态王 活、易用的开发环境和广泛的功能，能够快速建立、测试和部署自动化应用，来连接、传递和记录实时信息。使用户可以实时查看和控制工业生产过程。组态王 供了丰富的简捷、易用的配置界面，提供大量的图形元素和图库精灵， 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 12 也为用户创建图库精灵提供简单易用的接口。使用户创建工程应用和重用这些工程应用 更加方便。组态王 可以安装在单节点上应用，也能够适用于分布式的客户机 /服务器结构。也可以通过浏览器查看内容。组态王 扩展性，支持多种标准，提供强大的与各种自动化设备连接的能力。提供 1500多种工业自动化设备的驱动连接，支持世界知名工业自动化设备厂商的绝大多数设备，如 门子、施奈德、欧姆龙、三菱等。支持 通讯规范。提供与关系数据库连接的途径和方法。图 3 图 3程管理器 件连接 入点和输出点分配 I/0模块是 现场用户设备进行联系的桥梁。 I/O 接口是 控制信号，输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备。 I/以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。 I/O 点数是 统通过其 I/0接口模板检测被控对象的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控对象进行控制的信息。同时，控制器通过I/O 模板将控制器的处理结果送给被控对象，以驱动各种机构实现控制。由于被控对象状态参量和控制参量的多样性，及现场工作环境的不同，一般的 提 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文 13 供了具有各种操作电平与输出驱动能力的 I/O 模块和各种用途功能模块，以方便用户的选择。 根据对交通信号灯系统控制要求分析，本系统采用了自动控制方式，有系统开启按钮、停止按钮 2个 输入点。输出点有东西方向、南北方向、直行、左转、红黄绿灯等 14个输出点，具体输入 /输出分配如表 3。 图 3，
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