PLC控制的人行道红绿灯的设计.doc

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1、毕业论文（设计）题目：PLC控制的人行道红绿灯的设计系 部 电气工程系 专 业 名 称 检测技术及应用 班 级 检测1316 学 号 1030303131623 姓 名 张静 指 导 教 师 张庆玲 2013年 月 日 目 录摘 要 1 斑马线的介绍2 2 PLC的简介3 2.1 PLC概述3 2.2 PLC的结构及产品介绍3 2.3 PLC基本指令52.4 PLC工作原理7 2.5 PLC 汇编语言 7 2.6 PLC的应用82.7 PLC交通灯毕业设计编程器件9 3 硬件设计9 3.1 控制要求9 3.2 PLC控制人行道红绿灯的梯形图103.3 PLC I/O端口分布及外部接线图10 3

2、4 时序图11 4 软件设计12 4.1 交通灯控制流程图 12 4.2源程序设计图 13 4.3 交通灯指令表15 结 束 语16 参考文献17 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,它们也曾有效地改良了

3、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.其中用尺

4、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,而我对单片机应用来进行系统的设计开发也不是很熟习,因此,最后选择了用可编程的掌握器PLC来实现系统功效的设计,完成本次课设的标题.关键字:PLC 交通灯 程序 报告 设计 1 ABSTRACT Along with the development of the society economy, the city transportation problem causes peoples concern more and more.The coordination of the person,car,the roa

5、d threes relation, have become one of the important problems that the transportation management section demand resolve.The city transportation control system is the calculator that useds for the city transportation data monitor,the transportation signal beacon control and transportation to appease c

6、omprehensive management system, it is in the modern city transportation supervision conductor system to constitute part most importantly. Carry out the control method of the street corner transportation light system a lot of, can carry out with the standard logic spare part,programmable preface cont

7、roller PLC,single slice machine etc. project.Carries out the influence that the electric circuit wants to be subjected to the logic spare part,such as door, electric circuit to a large extent etc. with the standard logic spare part among them, adjust to try a work extremely not easy, and writer to s

8、ingle slice the luck use is not very either to acquaint with to the design development of carry on the system, therefore, the end writer chooses to use programmable controller PLC to carry out the design of the system function, completion originally time the lesson establishof topic.Key word:The PLC

9、 transportation light procedure report design 1 斑马线的介绍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、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路

10、的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，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。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。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通

11、提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。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。2 PLC的简介可编程控制器（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，它主要用来代替继

12、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。 2.1 PLC概述 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，易懂，易学；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 安装简单，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； PLC的分类： 1 按PLC的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。2 按PLC的I/O点数分类：1）小型

13、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。2.2 PLC的结构及产品介绍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的基本结构框图如图（1）所示: 图（1） PLC的基本结构框图CPU:是PLC的核心，在很大程度上决定了PLC的整体性能。

14、PLC由运算器、控制器、寄存器 和各种总线构成，这些电路一般都集中在一块芯片上。CPU通过地址总线、数据总线和控制总线与寄存器、输入/输出接口电路相连接。主要功能有（1）从存储器中读取指令（2） 执行指令（3） 准备取下一条指令（4） 处理中断存储器:存储器用于存放程序和数据。PLC常用的存储器类型有RAM、ROM、EPROM和EEPROM。I/O:输入接口和输出接口简称为I/O接口，是将CPU与现场I/O设备相连接的部件。它的作用是将输入信号转换为CPU能够接受和处理的信号，并将CPU送出的弱电信号转换为外部设备所需的强电信号。编程器：编程器用来输入和编辑用户程序、发出命令和监视PLC的工作

15、状态。常有手持式简易编程器和微型计算机。电源:PLC电源用来将交流电转换成供CPU、存储器等工作所需的直流电压。目前大部分PLC采用开关式稳压电源供电，其特点是输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强。PLC的产品介绍：目前，国际上PLC产品按生产厂家可分为美国产品、欧洲产品和日本产品三大类。美国的生产厂商有A-B公司、通用电气公司的德州仪器公司等；欧洲的厂商代表为西门子公司；日本的厂商代表为三菱公司。美国A-B公司的产品类型多、系列全；西门子公司主要生产大中型产品；三菱公司主要生产小型产品。各PLC生产厂家的产品都自成系列，其指令和外设具备兼容性，因此设计控制系统时，选择同一系列

16、产品使用比较方便。例如美国A-B公司的PLC-5系列，西门子公司的S7系列PLC，三菱公司的FX系列PLC。2.3 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（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,S OUT（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

17、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

18、ORI是用于一个触点的并联连接指令。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

19、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。 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

20、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。2.4 plc工作原理 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：

21、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。2.5 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

22、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。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，用以 结束程序。地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004ENDl 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： 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图2.6 PLC的应用目前，PLC在国内外

23、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

24、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 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

25、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

26、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，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。2.7 PLC交通灯毕业设计编程器件 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。3 硬件设计3.1 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。信号灯受到一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，并周

27、而复始地循环工作；当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。左右两边红灯亮，持续20s后，闪3s后灭；左右两边绿灯亮，持续20s，闪3s后灭，周而复始。如表（1）所示：公路两边红绿灯状况左边红灯亮20S 绿灯灭20S 绿灯亮20s 红灯灭20S右边绿灯亮20S 红灯灭20S 红灯亮20S 绿灯灭20S 表（1） 交通灯控制要求3.2 PLC控制人行道红绿灯的梯形图（2）图（2） PLC控制人行道红绿灯的梯形图3.3 PLCI/O端口分布及外部接线图根据信号灯控制要求，I/O分配及其接线图如图（3）所示:图（3）PLC外部接线图交通信号灯PLC的输入/输出点分配表输入信号定时元件输出信号名称代号输入点

28、编号T1:左右红灯工作23S名称输出点编号启动按钮SB1X0T2:左右绿灯工作20S左右红灯Y0停止按钮SB2X1T3:左右红灯闪烁3S左右绿灯Y1表（2） PLC I/O端口分布3.4 时序图人行道交通信号灯控制的时序图如图（4）所示:图（4） 人行道交通信号灯控制的时序图4 软件设计4.1 流程图（5） 图（5）图（6）交通灯模拟控制系统流程图当开关启动时，系统开始运行，左右两边的红灯亮绿灯灭，红灯亮的状态保持20S，从第21S开始，红灯开始闪，红灯闪3S；红灯闪后，绿灯开始亮，绿灯的状态保持20S，从第21S开始，绿灯开始闪，绿灯闪3S后，红灯开始亮，周而复始地运行。4.2 源程序设计图

29、7） 源程序设计4.3 该梯形图的指令语句表（3）:ORM8002ORM0ANIM1OUTM0LDM0ANDX0ORM1ANIM2OUTM1OUTY1OUTT1K20SLDM1ANDT1ORM2ANIM3OUTM2OUTY1OUTT2K3SLDM2ORM3ANIM4OUTM3OUTY2OUTT3K20SLDM3ANDX0ORM4ANIM4OUTM4OUTY2OUTT4K3S 表（3） 指令语句表 结束语 通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中，也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕

30、业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端，毕业设计是我对所学理论知识的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综合性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做得最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。毕业的时间一天天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断地努力下，我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现

31、自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原有知识太理论了，面对单独的课题感觉很迷茫。自己要学习的东西还很多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为，只有

32、真正会用的时候，才是真的学会了。 参考文献1 杨亚萍,电气控制与PLC 北京：化学工业出版社，20092 台方,可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社，20013 常斗南,可编程序控制器, 北京：机械工业出版社，19984 廖常初,PLC基础及应用,北京：机械工业出版社， 20045 余雷声,电气控制与PLC, 北京：机械工业出版社，19956中华人民共和国国家标准 电气制图，北京：中国标准出版社，19877余雷声主编，电气原理与PLC应用。北京：机械工业出版社，19968钟肇新，范建东编. 可编程控制器基础及应用.广州：华东理工大学，20029 张万忠可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社200410 台方可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社200111 常斗南可编程序控制器原理应用实验 北京：机械工业出版社199812邦田电子电路实用抗干扰技术北京：人民邮电出版社 199413钱晓龙，李鸿倩智能电器与Microloeix控制器北京：机械工业出版社200416