PLC交通燈課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、PLC課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目父通信號(hào)燈控制學(xué)院電子與信息工程學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化班級(jí)姓名指導(dǎo)教師2012年 12月 4 日電子與信息工程學(xué)院目錄1 緒論 32 PLC及PLC簡(jiǎn)介 32.1 PLC 簡(jiǎn)介32.2 PLC的一般結(jié)構(gòu) 42.2.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類 42.2.2 可編程控制器的配置 52.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 62.5 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 73 系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 73.1系統(tǒng)總體方案73.1.1設(shè)計(jì)目的 73.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 73.1.3設(shè)計(jì)思路 83.2硬件設(shè)計(jì)84 交通燈的軟件設(shè)計(jì) 94.1順序功能圖 94.2 交通燈工作時(shí)的程序 105 交通燈的仿真 1

2、16 總 結(jié) 12參考文獻(xiàn) . 131緒論隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn) 行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在

3、構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法， 最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，根據(jù)交通等工藝控制要求和特點(diǎn)，我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點(diǎn)，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴(kuò)充設(shè) 備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備， 其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程控制器（PLC）對(duì)十字路口交通控制等實(shí)現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采

4、用PLC是基于以下四個(gè)原因：（1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時(shí)間都在 30萬小時(shí)以上；（2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)；（3）干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC;（4）近年來PLC的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，是的實(shí)際應(yīng)用成為可能。2 PLC及PLC簡(jiǎn)介2.1 PLC簡(jiǎn)介可編程控制器簡(jiǎn)稱 一一PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和 通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等

5、優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè) 備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱?？删幊炭刂破?PLC是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設(shè)備，它通過檢測(cè)輸入端 口，并根據(jù)輸入端口的狀態(tài)，按照程序控制輸出口， 可編程控制器的程序一般要使用一定的軟件編寫，使用人員通過輸入預(yù)先編寫的程序，使可編程控制器按預(yù)定的控制方案執(zhí)行控制任務(wù)。目前大多數(shù)城市采用的交通信號(hào)燈指揮控制系統(tǒng)，采用電子線路加繼電器構(gòu)成，也有少數(shù)采用單片機(jī)構(gòu)成。對(duì)信號(hào)燈的要求也越來越高，采

6、用電子線路加繼電器的控制方式，則需要加入大量的中間繼電器，時(shí)間繼電器，計(jì)數(shù)器等器件。而且交通控制智能化需要按實(shí)際情況而改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實(shí)現(xiàn)。如使用單片機(jī)控制，則需要引入大量 I/O接口電路、硬件設(shè)計(jì)，而且這兩種控制方式的抗干擾能力十分有限。采用可編程控制器 對(duì)交通信號(hào)燈進(jìn)行管理，技能滿足控制要求，又具有高的抗干擾和穩(wěn)定性。2.2 PLC的一般結(jié)構(gòu)2.2.1可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類(1) 按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的。為了便于在工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別，常見的有箱體式，模 塊式，及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。箱體式PLC一

7、般用于規(guī)模小，輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，不需要擴(kuò)展的場(chǎng)合。模塊式PLC一般 用于規(guī)模較大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，輸入輸出點(diǎn)數(shù)比例靈活的場(chǎng)合。 疊裝式PLC具有二者的優(yōu) 點(diǎn)。(2) 按應(yīng)用規(guī)模及功能分類：為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，PLC能夠處理的輸入信號(hào)數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號(hào)稱作一個(gè)店，將輸入輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為超小，小，中，打，超大等五類型如下表2-1所示：表2-1 PLC按規(guī)模分類超小型小型中型大型超大型64點(diǎn)以下64128 點(diǎn)128512 點(diǎn)5128192 點(diǎn)8192點(diǎn)以上222可編程控制器的配置可編程控制器雖然外觀各異，但硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由

8、中央處理器(CPU，存儲(chǔ)器(RAM/ROM，輸入輸出(I/O接口)，電源及編程設(shè)備幾大部分組成。 PLC的硬件結(jié)構(gòu)框 圖如下圖2-2所示：現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸 入 接 口 部 件圖2-2基本構(gòu)成2.3 PLC的特點(diǎn)(1) 抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開閉時(shí)受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的 可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出 有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的

9、1/10-1/100 ，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。(2) 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來 PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3) 易學(xué)

10、易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。 梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、 不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。（4）系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建 造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生 產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合

11、。（5）體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。2.4 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PLC在國(guó)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(gè)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(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制， 又可用于多機(jī)群控制 及自動(dòng)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

12、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(hào)，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(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(chǎng)合。（4） 過程控制 這是對(duì)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)控制。 PID控制時(shí)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PI

13、D子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)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(chǔ)在存儲(chǔ)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(dòng)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。2.5 PLC的發(fā)展趨勢(shì)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(chǔ)存容量。(2) 向

14、超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。以適應(yīng)不同的自動(dòng)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(cè)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(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠。(5) 編程語言多樣化。PLC結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí),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(shì)。3系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)總體方案3.1.1設(shè)計(jì)目的(1)掌握十字路口交通信號(hào)燈的控制原理。(2 )掌握計(jì)數(shù)器的工作原理與使用方法。(

15、3 )掌握順序控制設(shè)計(jì)法及順序功能圖的畫法。(4)掌握根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖設(shè)計(jì)梯形圖的方法。3.1.2設(shè)計(jì)任務(wù)及要求利用PLC設(shè)計(jì)控制十字路口交通燈的全自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)設(shè)置好的東西南 北方向的通車時(shí)間控制東西南北方向指示燈按照一定的規(guī)律運(yùn)行，完成一個(gè)周期工作后自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)周期繼續(xù)運(yùn)行。3.1.3設(shè)計(jì)思路某交通信號(hào)燈采用 PLC控制。信號(hào)燈分東西、南北兩組，分別有紅黃綠三種顏色，假設(shè)東西方向交通比南北方向繁忙一倍， 因此東西方向的綠燈通行的時(shí)間多一倍。 其控制要求 按照?qǐng)D1時(shí)序控制圖所示，按下啟動(dòng)按鈕開始工作，按下停止按鈕停止工作，“白天/黑夜”選擇開關(guān)閉合時(shí)為黑夜工作狀態(tài)，這時(shí)只有

16、黃燈閃爍，斷開時(shí)按時(shí)序控制圖工作。南北向董” 口 I!1東西向黃2 ；:mr紅2:1IliI 2血J, 価丄焉產(chǎn)丿小T叫丿產(chǎn)*|圖13.2硬件設(shè)計(jì)1.型號(hào)選擇：輸入控制 xo,輸出端有東西、南北方向紅綠黃燈和東西、南北方向左轉(zhuǎn) 彎紅綠燈共十個(gè)輸出點(diǎn)，所以選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列。2. I/O分配表：如表1：輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1X0紅1HL1Y0停止按鈕SB2X1黃1HL2Y1白天/黑夜開關(guān)SX2綠1HL3Y2紅2HL4Y3黃2HL5Y4綠2HL6Y53.硬件電路圖連接：如圖2所示:220VCOM圖2硬件電路接線圖I U -220Vo oX

17、2COM4交通燈的軟件設(shè)計(jì)4.1順序功能圖如圖3所示:綠1、紅2亮黃1閃.紅2亮紅1、綠2亮黃2閃、紅1亮圖3交通燈順序功能圖4.2交通燈工作時(shí)的程序如圖4所示:圖4交通燈程序5交通燈的仿真交通燈仿真圖:6總結(jié)在近兩星期的日子里， 經(jīng)過這次設(shè)計(jì)我學(xué)到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)太理論化了，面對(duì)單獨(dú)的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)

18、是一個(gè)長(zhǎng) 期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 而且通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的學(xué)到知識(shí)， 從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此 外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。總之，不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)