基于PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 系（分院）機械電子工程系 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專業(yè)名稱 電氣自動化 指導(dǎo)教師 河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械電子工程系（分院） 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 姓名專業(yè)電氣自動化班級092 畢業(yè)魯計:論文）PLC控制紅綠燈運行 題LI 畢業(yè)設(shè)計（論文）選題的目的與意義 畢業(yè)設(shè)計（論文）的資料收集情況（含指定參考資料） 畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度計劃 接受任務(wù)日期年 月 日 要求完成日期年 月 日 學(xué)生簽名： 年月日 指導(dǎo)教師簽名： 年月日 系（分院） 主任（院長）簽名： 年 月日 畢業(yè)設(shè)計（論文）指導(dǎo)教師評閱意見表 姓 名 學(xué)號 性別男 專 業(yè) 電氣自動化 班級092 畢業(yè)

2、設(shè)計（論 文） 題目 PLC控制電鍍專用行車運行 評 閱 思 見 成績 指導(dǎo)教師簽 字 年月 日 傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)大多是山數(shù)字電路來實現(xiàn)的，交通燈控制系統(tǒng)穩(wěn)定性 可黑性與抗干擾能力較差，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來越不能滿 足日益增長的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來取代這種復(fù)雜而丄作不穩(wěn) 定的控制系統(tǒng)。 在實際應(yīng)用中，采用PLC控制城市交通信號燈，能根據(jù)不同的路況要求，隨 時修改控制程療;，以改變各信號燈的工作時間和工作狀況。與繼電器或邏輯電路 控制系統(tǒng)相比，PLC控制系統(tǒng)具有更高的可靠性、靈活性和經(jīng)濟實用性。本論文 就是運用PLC原理來實現(xiàn)對十字路口的交通燈的控制，介紹了

3、基于PLC在交通系 統(tǒng)的運用，系統(tǒng)介紹了 PLC的基本原理。 關(guān)鍵詞：交通燈控制系統(tǒng)；PLC：科學(xué)化管理；穩(wěn)定性；可靠性 基于PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計 1可編程序控制器PLC的概況 1. 1 PLC的定義 早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，采用存儲器程序指令完成 順序控制而設(shè)計的。它僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實 際只能進行邏輯運算，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC (Programmable Logic Controller)o進入20世紀(jì)80年代后，釆用了 16位和少數(shù)32位微處理 器構(gòu)成PLC,使得可編程邏輯控制器在概念、設(shè)計、性能上都有了新的突破。采

4、 用微處理器之后，這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運算，增加了數(shù)值運 算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器(Programmable Controller),簡稱為PC。但是為了與個人計算機PC (Personal Computer)相 區(qū)別，長將可編程控制器仍成為PLC。 隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。國際電工委員會(IEC) 曾于1982年11月頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿，1985年1月發(fā)表了笫 二稿，1987年2月乂頒布了第三稿。1987年頒布的可編程控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運算操作 的

5、電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行命令， 進行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作，并通過數(shù)字式和模擬 式的輸入、輸出，控制各種類型的機械或主產(chǎn)過程。可編程控制器及其相關(guān)的外 圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體、易于擴展其功能的原則設(shè)計?！?1.2 PLC的工作原理 PLC實質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算 機相近，在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）兩種，固定式PLC包括CPU 板，I/O板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。 模塊式PLC包括CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或

6、機架。這些 模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。 圖1 PLC操作過程 按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)山傳感器，可編程控 制器和執(zhí)行器組成，可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序 來實現(xiàn)控制任務(wù)，其操作過程如上圖1所示。 PLC輸入模塊的輸入信號狀態(tài)與傳感器信號相對應(yīng)，為傳感器信號經(jīng)過隔離 和濾波后的有效信號。開關(guān)量輸入電路通過識別傳感器0、1電平，識別開關(guān)的 通斷。CPU在每個掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到 輸入映像寄存器區(qū)域：CPU根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，并將 其處理的結(jié)果送到輸出映像寄存器。現(xiàn)代的PLC已經(jīng)具備了處理模

7、擬量的功能， 但是相對于開關(guān)量的處理較復(fù)雜一些。PLC輸出模塊具有一定的負載驅(qū)動能力， 在額定負載以內(nèi)，直接和負載相連，可以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器。 在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程 序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 1.3 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制 造、汽車、輕紡、交通運輸、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為 以下兒類： （1）開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳 統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，乂 可用于多機群控制及自動化流水線。

8、如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、 組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 （2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、 流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC能處理模擬信號，PLC廠家生產(chǎn)有 配套的A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊，使PLC可用于模擬量控制。 （3）運動控制PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來 說，早期直接用開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的 運動控制模塊。廣泛的運用于各種機床、機械、機器人、電器等場合。 （4）過程控制 這是對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC能編制各 種控制算法程序，完成閉環(huán)控

9、制。PID控制時一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方 法。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、 鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用 （5）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、 位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器 中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。 （6）通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設(shè)備間的通信。在 工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展加快前提下，廠家都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推岀各自的網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)，通訊十分方便。 1.4 PLC的發(fā)展趨勢 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公

10、司（DEC）首先研制出第一臺符合要求的控制器， 即可編程邏輯控制器，并在美國GE公司的汽車自動裝配上試用獲得成功。此后, 這項技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。 總的來說發(fā)展趨勢如下： （1）向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更 好的響應(yīng)速度和更大的儲存容量。 (2) 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類型的自動控制系統(tǒng)的需 要。 (3) PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴大適用范圍，廠家 還制定了通用的通信彼岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 (4) 增強外部故障的檢測與處理能力。外部故障的兒率很大，因此，PLC廠 家致力于研制、發(fā)展用

11、于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠 性 (5) 編程語言多樣化。PLC結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時,PLC的編程語言也越來越豐 富。多種語言并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。 2控制要求 主要程序要求如下： 信號燈受啟動開關(guān)控制。當(dāng)啟動開關(guān)接同時，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南 北綠燈亮，后東西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。 (1) 東西方向紅燈亮維持30s期間，南北方向綠燈亮維持25s,然后綠燈 閃亮3s后熄滅，同時南北方向黃燈亮，維持2s后熄滅，這時南北方向紅燈亮， 東西方向綠燈亮。 (2) 南北方向紅燈亮維持30s期間，東西方向綠燈亮維持25s,然后綠燈 閃亮3s后熄

12、滅，同時東西方向黃燈亮，維持2s后熄滅，這時南北方向綠燈亮， 東西方向紅燈亮。 (3) 上述動作循環(huán)進行。 3交通燈系統(tǒng)的設(shè)計與控制 順序圖I/O分配及接線圖編制程序 3.1順序圖I/O分配及接線圖 分析系統(tǒng)控制要求，可繪制系統(tǒng)功能順序圖如下圖4所示: 圖4 交通燈的功能順序圖 3.2 I/O分配及接線圖 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計必須了解各個對象的控制要求，分析對象的控制要求,確定輸 入/輸出（I/O）接口的數(shù)量，確定所控制參數(shù)的精度及類型。如對開關(guān)量，模擬量的 控制，用戶存儲器的存儲容量等。選擇合適的PLC機型及外設(shè)，以完成PLC的硬件 結(jié)構(gòu)配置。 根據(jù)上述選型及控制要求，繪制PLC控制交通燈的電路接線

13、原理圖，編制 I/O接口功能表，I/O分配及其接線原理圖分別如下表1和圖5所示。 O 10 nu Ti 2 L QI 4 Q0 V 24 2LGNDU N V 20 2 表1 PLC I/O端口分配表 輸入 功能 輸出 功能 10. 0 啟動 Q0. 0 南北紅燈 10. 1 停止 Q0. 1 南北黃燈 Q0. 2 南北綠燈 Q0. 4 東西紅燈 Q0. 5 東西黃燈 Q0. 6 東西綠燈 圖5 電路原理圖 3. 3編制程序 總結(jié) 由于本人對PLC學(xué)習(xí)不精，這在編程中給我?guī)砹撕芏嗦闊?，很多指令不?如何去寫。我只好再去查看它的使用手冊。經(jīng)過不懈努力，最后終于把程序編出 來了，雖然還可能存在一些問題設(shè)計，但是心情還是很愉快的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、