毕业设计基于PLC对交通灯的控制

1、图书分类号：密 级：毕业论文(设计)基于plc对交通灯的控制姓 名刘为学 号专 业机电一体化指导教师陆志鹏2014年4月20日徐州工程学院成人教育学院毕业论文(设计)摘要随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注.人、车、路三者关系的和谐,已成为交通治理部分须要解决的主要问题之一.城市交通节制系统是用于城市交通数据监测、交通讯号灯把持与交通劝导的盘算机综合治理体系,它是现代城市交通监控指挥体系中最主要的组成部分.随着城市灵活车量的不断增添,很多大城市如北京、上海、南京等呈现了交通超负荷运行的情形,因此,自80年代后期,这些城市纷纭修建城市高速道路,在高速途径建设完成的初期,它们也曾有

2、效地改良了交通状态.然而,随着交通量的快速增加和缺少对高速道路的系统研讨和掌握,高速道路没有充足施展出预期的作用.而城市高速道路在结构上的特色,也决议了城市高速途径的交通状态必定受高速道路与普通途径耦合处交通状态的制约.所以,如何采取适合的控制方式,最大限度应用好消耗巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地域的交通拥堵状况,越来越成为交通运输治理和城市计划部分亟待解决的重要问题.为此,笔者进行了深刻的研讨,本文就城乡交通灯模仿控制系统的电路原理、设计盘算和试验调试等问题来进行具体剖析讨论.实现交通灯体系的节制方式很多,可以用尺度逻辑器件、可编程序把持器plc、单片机等计划来实现.

3、其中用尺度逻辑器件来实现电路在很大水平上要受到逻辑器件如门电路等的影响,调试工作极为不易,而笔者对单片机应用来进行系统的设计开发也不是很熟习,因此,终极笔者选择了用可编程的掌握器plc来实现系统功效的设计,完本钱次课设的标题.关键词 plc；交通灯；程序；报告；设计i徐州工程学院成人教育学院毕业论文(设计)目 录i1 绪论12 plc的特点及应用221 plc的特点222 plc的应用23 plc的结构及原理331 plc的分类332 plc的结构533 plc的工作原理534 plc汇编语言53.5 plc的基本指令63.6 plc交通灯毕业论文编程器件94 梯形图的设计与编程方法114.1

4、 控制要求114.2 控制时序114.3 plc交通灯毕业论文硬件及外围元器件125 程序设计1451 梯形图145.2 plc交通灯毕业论文指令图155.3 流程图185.4 软件设计20结论21致谢22参考文献23附录24附录124附录224241 绪论plc可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,plc、机器人、ca

5、d/cam将成为工业生产的三大支柱。由于plc具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。因此现在越来越多地将plc应用于交通灯系统中。同时,plc本身还具有通讯联网功能,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.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

6、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 plc的特点及应用21 plc的特点1 可靠性高，抗干扰能力强；2 通用性高，使用方便；3程序设计简单，易学，易懂；4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；5系统设计周期短；6安装简便，调试方便，维护工作量小；7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；22 plc的应用目前，plc在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运

7、输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1开关量的逻辑控制 这是plc最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（analog）和数字量（digital）之间的a/d转换及d/a转换。plc厂家都生产配套的a/d和d/a转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3 运动控制

8、plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要plc厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，plc能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。pid调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型plc都有pid模块，目前许多小型plc也具有此功能模块。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化

9、工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5 数据处理 现代plc具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6 通信及联网 plc通信含plc间的通信及plc与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各plc厂商都十分重视plc的通信功能，

10、纷纷推出各自的网络系统。新近生产的plc都具有通信接口，通信非常方便。3 plc的结构及原理31 plc的分类plc产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对plc的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和i/o点数的多少等进行大致分类。 1按结构形式分类 根据plc的结构形式，可将plc分为整体式和模块式两类。 （1）整体式plc 整体式plc是将电源、cpu、i/o接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型plc一般采用这种整体式结构。整体式plc由不同i/o点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有cpu、i/o接口、与i/o扩展单元相连的扩

11、展口，以及与编程器或eprom写入器相连的接口等。扩展单元内只有i/o和电源等，没有cpu。基本单元和扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式plc一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 （2）模块式plc 模块式plc是将plc各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如cpu模块、i/o模块、电源模块（有的含在cpu模块中）以及各种功能模块。模块式plc由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式plc的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型plc一般采用模块式结构。 还有一些plc将整体式和

12、模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式plc。叠装式plc其cpu、电源、i/o接口等也是各自独立的模块，但它们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。 2按功能分类 根据plc所具有的功能不同，可将plc分为低档、中档、高档三类。 （1）低档plc 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。 （2）中档plc 除具有低档plc的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程

13、i/o、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、pid控制等功能，适用于复杂控制系统。 （3）高档plc 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档plc机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。3按i/o点数分类 根据plc的i/o点数的多少，可将plc分为小型、中型和大型三类。 (1).小型plci/o点数 2048点；多cpu，16位、32位处理器，用户存储器容量816k 如：s7-400 德国西门子公司ge- ge公司c-2000 立石公司k3 三

14、菱公司等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。32 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：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号

15、受控元件 电 源 部 件33 plc的工作原理1.plc的工作方式 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。34 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

16、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

17、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0000ldx0000001orx0100002andx0010003outy0000004end 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图3.5 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 ld（

18、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,sout（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 y0002 触点串连指令（and/andi）、并联指令（or/ori） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 and（与） 常开触点串联连

19、接 x，y，m，t，c,s andi（与非） 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 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

20、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

21、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 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 x

22、003 0010 out y006 4 程序结束指令（end）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件结束 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。 其他的一些指令，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，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍了。下面同学们可练习由梯形图写出与

23、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。3.6 plc交通灯毕业论文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。编程器在台湾是叫烧录器，因为台湾的半导体产业发展的早，到大陆后,客户之所以叫它为“编程器”是因为现在英文名为programmer，这个英文名与一般编写软件程式设计师是同名，所以就叫“编程器”，编程器实际上是一个把可编程的集成电路写上数据的工具,编程器主要用于单片机（含嵌入式）/存储器(含bios)之类的芯片的编程（或

24、称刷写）。 编程器在功能上可分通用编程器和专用编程器.专用型编程器价格最低，适用芯片种类较少，适合以某一种或者某一类专用芯片编程的需要，例如仅仅需要对pic系列编程。全功能通用型一般能够涵盖几乎（不是全部）所有当前需要编程的芯片，由于设计麻烦，成本较高，限制了销量，最终售价极高，适合需要对很多种芯片进行编程的情况。 像比如：一般万用型编程器，能烧录6万多种ic；t51prog2、 pikprog2、sf200、sf100都属于专用编程器；beehive204、beehive208s属于量产编程器； isd1700编程器，他针对的是isd1700全系统语音芯片，isd1700编程器又可以分为多片

25、编程器和 单片拷贝机，还有如：pm50编程器，pm60编程器，isd3340编程器 4 梯形图的设计与编程方法4.1 控制要求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，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。4.2 控制时序交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南北向的2倍(40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯闪烁3次，计6s，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s

26、，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。4.3 plc交通灯毕业论文硬件及外围元器件根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱fx系列plc、起动按钮sb1、停止按钮sb2、红黄绿色信号灯各4只，输入输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮sb1接于输入继电器x0端，停止按钮sb2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器y5端，东西方向黄灯接于输出继电器y4端，东西方向的红灯接于输出继电器y3端，南北方向绿灯接于输出继电器y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器y1，南北方向红灯接于输出继电器y0。将输出端的com1及c

27、om2用导线相连，输出端的电源为交流220v。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。34 i/o 分配表5 程序设计51 梯形图5.2 plc交通灯毕业论文指令图5.3 流程图plc采用micrologix1000中型号为1761l16bwa的控制器，它有10个数字量输入点和6个数字量输出点。交通灯控制系统硬件结构图如图1所示。图1 交通灯控制系统硬件结构图plc输入输出端口的分配如图1所示。控制时序图如图2所示。图2 交通灯正常时序控制时序图把南北向控制、东西向控制和急通车控制

28、看成为三条分支流程控制过程，其程序总流程图如图3所示。南北向控制和东西向控制都是按正常时序顺序动作，控制相应信号灯循环发亮，其中南北向控制子程序流程图如图4所示，东西向控制子程序流程图与图4相似。急通车控制分南北向急通车控制和东西向急通车控制两路，当南北向急通车开关i/1合上，则控制南北向绿灯亮，东西向红灯亮，让南北急车放行，当东西向急通车开关i/2合上，则控制东西向绿灯亮，并设置南北、东西强通互锁，避免冲突的发生，急通车控制子程序流程图如图5所示图3 程序总流程图图4 南北向控制子程序流程图 图5急通车控制子程序流程图5.4 软件设计采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转

29、移图如图4所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现差错。现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相同，在此不再赘述。系统起动时，利用m8002开机脉冲自动进入xo状态，系统处于等待状态。当启动按钮sb1按下时，xo11接通， y1和y4同时起动，y1使南北绿灯亮，y4使东西红灯亮(东西方向以下不分析)，x0起动的同时to开始计时，20s后利用 常开接点的闭合使状态进入t4，此时y3和y5起动，t4使南北黄灯亮，t1计时6s，6s后进入t2，在t3状态下，起动co和t2，此

30、时南北黄灯灭，co计数加1，t2时间到时，如果co,j-数不到3次，状态转到t0循环，如果co计数到3次，状态转入t4，这样就做到了南北方向黄灯闪烁3次的要求。南北方向黄灯闪烁3次后，系统进入t4状态，在t4状态下，为下次闪烁作好准备，同时起动y3和y5，y1使南北红灯亮，亮46s后进入x0状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在两个方向都完成后(必须都完成)，又重新进入x0和x11，如此反复工作。在任何时候按下停止按钮sb2，xl接通，并复位相关状态和计数器，系统自动停止。结论在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。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，我们了解了很多元件的功能