電氣自動化畢業(yè)論文PLC控制紅綠燈運(yùn)行

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目 plc控制紅綠燈運(yùn)行 系（分院）機(jī)械電子工程系學(xué)生姓名 學(xué) 號 09112055 專業(yè)名稱 電氣自動化 指導(dǎo)教師 年 月 日摘 要 傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來實現(xiàn)的，交通燈控制系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠性與抗干擾能力較差，隨著社會經(jīng)濟(jì)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)雜而工作不穩(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，隨時修改控制程序，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(jì)實用性。本論文就是運(yùn)用pl

2、c原理來實現(xiàn)對十字路口的交通燈的控制，介紹了基于plc在交通系統(tǒng)的運(yùn)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(yùn)算、定時、計數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實際只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱plc（programmable logic controller）。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，采用了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

3、能上都有了新的突破。采用微處理器之后，這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，增加了數(shù)值運(yùn)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(jī)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)表了第二稿，1987年2月又頒布了第三稿。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(yùn)算操

4、作的電子裝置，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(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)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(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌湎嚓P(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(kuò)展其功能的原則設(shè)計?！?.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(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)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，底板或機(jī)架。這些模

5、塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。接口部件輸出輸入接口部件件中央處理單元 cpu板 接收現(xiàn)場信號驅(qū)動受控原件 電源部件圖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)由傳感器，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

6、結(jié)果送到輸出映像寄存器?，F(xiàn)代的plc已經(jīng)具備了處理模擬量的功能，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(fù)載驅(qū)動能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器。在plc處于運(yùn)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(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)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幾類：（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，又可

7、用于多機(jī)群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)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(yùn)動控制 plc可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)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(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運(yùn)動控制模塊。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、機(jī)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

8、序，完成閉環(huán)控制。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(yùn)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(yùn)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，紛紛推出各自的網(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)備公司

9、（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?？偟膩碚f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(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴(kuò)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(qiáng)外部故障的檢測與處理能力。外部故障的幾率很大，因此，plc廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，

10、進(jìn)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(bǔ)與發(fā)展是plc進(jìn)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后熄滅，同時東西方向黃燈亮，維持2s后熄滅，這時南北方向綠燈

11、亮，東西方向紅燈亮。（3）上述動作循環(huán)進(jìn)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：原始狀態(tài)i0.0南北綠燈亮，東西紅燈亮，定時25秒狀態(tài)1 s0.025秒時間到南北綠燈閃亮，定時3秒狀態(tài)2 s0.13秒時間到南北黃燈亮，定時2秒狀態(tài)3 s0.22秒時間到東西綠燈亮，南北紅燈亮，定時25秒狀態(tài)4 s0.325秒時間到東西綠燈閃亮，定時3秒狀態(tài)5 s0.43秒時間到東西黃燈亮，定時2秒狀態(tài)6 s0.52秒時間到圖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

12、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(jī)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。表1 plc i/o端口分配表輸入功能輸出功能i0.0啟動q0.0南北紅燈i0.1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編制程序略總結(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?，很多指令不知如何去寫。我只好再去查看它的使用手冊。?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、專業(yè)技能分析和解決