交通信號燈PLC課程設(shè)計(jì)

1、交通信號燈plc課程設(shè)計(jì) 院系 班級 姓名 學(xué)號 目錄第一章 摘要- 2 -第二章 簡述plc- 3 -2.1 plc簡介- 3 -2.2 plc工作原理- 4 -2.3 plc主要功能- 5 -第三章 plc的交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 7 -3.2 流程圖如下：- 8 -3.3程序梯形圖設(shè)計(jì)：- 9 -第四章 總結(jié)- 12 -4.1程序調(diào)試- 12 -4.2 收獲和體會- 12 -第一章 摘要隨著交通的不斷發(fā)展和汽車化進(jìn)程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問題之一。交通問題不僅在發(fā)展中國家，就在發(fā)達(dá)國家也是一個令人困擾的嚴(yán)重問題。眾所周知，緩解交通擁擠的最直

2、接和最有效辦法是提高路網(wǎng)的通信能力。但無論哪個國家的大城市，不可能無限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無節(jié)制增長。因此，無限制地修建道路難滿足日益增長的交通需求。與此同時，通過限制車輛增加削減交通需求也受到客觀因素的制約而無法取得滿意的結(jié)果。事實(shí)上，由于交通系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無論單獨(dú)從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。早在19世紀(jì)，人們就開始研究交通信號，用信號指揮車通行，控制車輛進(jìn)出交叉口的次序。據(jù)文獻(xiàn)記述，早在1868年，英國倫敦的威斯特明斯特(westminster)街就安裝了紅、綠色兩色的交通信號燈。到1917年，美國的鹽湖城開始

3、使用由人工控制的紅、黃、綠3色的信號燈。1925年，這種由人工控制的3色信號燈也首次出現(xiàn)在英國倫敦的皮克路口。次年，英國人研制出了自己的自動控制信號機(jī)。道路交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的主要組成部份，這個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何，直接反映了一個地區(qū)、一個城市的現(xiàn)代化管理水平。在這一系統(tǒng)中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機(jī)性。只有對這一系統(tǒng)的組成及其運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行科學(xué)客觀的分析研究，對能制定出科學(xué)有效的管理和控制對策，從而保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。隨著城市機(jī)動車量的不斷增加，許多大城市出現(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道路，在高速道路建

4、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和缺乏對高速路的系統(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與普通道路藕合處交通狀況的制約。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，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門待解決的主要問題第二章 簡述plc2.1 plc簡介 可編程序控制器（plc）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方

5、便等一系列的優(yōu)點(diǎn)。特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因此在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一。 可編程序控制器是一種存儲器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲器中利用程序來實(shí)現(xiàn)邏輯控制，完成控制任務(wù)。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)一個控制任務(wù)，首先要針對具體的被控對象，分析它對控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器將控制程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯某绦虼鎯ζ髦小Ｏ到y(tǒng)運(yùn)行時，可編程控制器依次讀取程序存儲器中的程序語句，對它們的內(nèi)容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設(shè)備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結(jié)果輸

6、出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對象工作?？删幊炭刂破魇抢密浖韺?shí)現(xiàn)控制邏輯的，能夠適應(yīng)不同的控制任務(wù)的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它的內(nèi)部存儲器可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3c技(computer control communication)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。plc早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不

7、斷擴(kuò)大 . 可編程控制器(programmable logical controller)簡稱pc或plc，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(dec )為美國通用公司(gm)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，plc軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代plc已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初，plc主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子(siemens)公司、bbc公司就開始研制plc，當(dāng)時主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。70年代初

8、，日本的omron也推出了他們的plc。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了plc制造者的行列。70年代中期，美國和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型plc。由于plc是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強(qiáng)，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降;加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)，所以具有極好的抗干擾性能;并且他的使用和維護(hù)都極為方便，實(shí)現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型plc開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢。據(jù)國外資

9、料介紹:1982年美國plc用戶中，有48%來自自動程序操作部門(如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等)、13%來自石油化工業(yè)、9%來自食品飲料業(yè)、7%來自冶金工業(yè)、其余部分來自造紙、采礦、污水處理等部門“。近年來，隨著我國對外開放，日、美、西德等國生產(chǎn)的plc己通過多種途徑進(jìn)入了我國，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺plc，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國和德國的plc?？删幊绦蚩刂破鞯姆诸悾簆lc的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此，plc的分類沒有一個嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而是按照結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模、實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行大致的分類。（1）按

10、結(jié)構(gòu)形式分類plc按照硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和組合式。整體式plc外觀上是一個長方形箱體，又稱為箱式plc。組合式plc在硬件構(gòu)成上具有一定的靈活性，其規(guī)?？梢韵衿捶e木一樣的進(jìn)行組合，構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的plc，因此這種plc又稱為積木式plc。 整體式plc：整體式plc的cpu、存儲器、輸入輸出安裝在同一機(jī)體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價(jià)格低；輸入輸出路數(shù)固定，實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，靈活性較低。 組合式plc：組合式plc為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽可安裝一個plc模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。plc的cpu、存儲器和電源等做

11、成一個模塊，該模塊在總線版上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成組合式plc所必需的。其他的模塊根據(jù)plc的控制規(guī)模、實(shí)現(xiàn)的功能選取，安裝在總線版的其他任一總線槽上。組合式plc安裝完成后，需進(jìn)行登記，使plc對安裝在個總線上的模塊進(jìn)行確認(rèn)。組合式plc的總線板又稱為基版。組合式plc的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成靈活性高，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的plc；價(jià)格較高。（2）按控制規(guī)模分類輸入輸出的總線數(shù)，又稱i/o點(diǎn)數(shù)，是表征plc控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對plc分類時，可根據(jù)i/o點(diǎn)數(shù)的不同大致分為小型、中型和大型plc。小型plc：i/o點(diǎn)數(shù)較少，在256點(diǎn)以下的plc。中型p

12、lc：i/o點(diǎn)數(shù)較多，在256點(diǎn)以上、2048以下的plc。大型plc：i/o點(diǎn)數(shù)較多，在2048點(diǎn)以下的plc。（3）按實(shí)現(xiàn)的功能分類按照plc所能實(shí)現(xiàn)的功能的不同，可以把plc大致的分為低檔、中檔、和高檔機(jī)三類。低檔機(jī)：具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時、計(jì)數(shù)、移位自診斷監(jiān)控等功能，還具有一定的算術(shù)、數(shù)據(jù)傳送和比較、通訊、遠(yuǎn)程和模擬量處理功能。中檔機(jī)：除具有低檔機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程、通訊、子程序、中斷處理和回路控制功能。高檔機(jī)：除具有中檔機(jī)的功能外，還具有帶符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算。函數(shù)、表格、crt顯示、打印機(jī)打印等功能。一般地，低檔機(jī)多為小型plc，采用整

13、體式機(jī)構(gòu)；中檔機(jī)可為大、中、小型plc，其中小型plc多采用整體式結(jié)構(gòu)，中型和大型plc多采用組合式結(jié)構(gòu)；高檔機(jī)多為大型plc，采用組合式結(jié)構(gòu)。目前，在國內(nèi)工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的是中、低檔機(jī)。2.2 plc工作原理 cpu連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。cpu的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行cpu自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。 plc可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運(yùn)行時，plc也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的plc

14、在一個周期中可完成以下5個掃描過程。 1.自診斷測試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠性，及時反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，plc都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時間監(jiān)視器完成。wdt是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復(fù)位。wdt的定時可由用戶修改，一般在100200ms之間。其它的執(zhí)行結(jié)果錯誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。 2.與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的plc系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于plc之間及plc與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。 3.用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以

15、通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間. 4.讀輸入與寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時間，每個掃描周期內(nèi)都包含這個掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。cpu在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，cpu把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，cpu把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。為了現(xiàn)場調(diào)試方便，plc具有i/o控制功

16、能，用戶可以通過編程器封鎖或開放io。封鎖io就是關(guān)閉io掃描過程。 在讀輸入階段，cpu對各個輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：(一) 掃描

17、過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。(二) 輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個工作周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。(三) 程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結(jié)果或下一個掃描周期的輸出結(jié)果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。(四)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以

18、作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是plc的主要缺點(diǎn)。各plc廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對所使用型號的plc的延遲時間的長短很清楚，它是進(jìn)行plc選型時的重要指標(biāo)。2.3 plc主要功能 plc的外部設(shè)備中，最重要的就是編程器，它用來對用戶程序進(jìn)行寫入，檢查，修改和調(diào)試，也可以在線監(jiān)視 plc的運(yùn)行，它經(jīng)過編程器接口與cpu聯(lián)系，完成人-機(jī)對話。目前，有很多plc都可以利用 微型計(jì)算機(jī)作為編程工具，這時應(yīng)配上相應(yīng)的編程

19、軟件及接口，由于微機(jī)的強(qiáng)大功能，使plc的編程和調(diào)試更為方便。 另外，plc的外部設(shè)備中還包括打印機(jī)：在用戶程序編制階段用來打印帶注解的梯形圖或指令語句表程序，以利于維修和系統(tǒng)的改造 ；外存儲器：存儲部分程序或改變生產(chǎn)工藝流程時需要調(diào)用的程序，它所存的程序也可重新裝入內(nèi)存，有利于plc的內(nèi)存程序的恢復(fù)；eprom寫入器：用語將用戶程序?qū)懭氲絜prom中去，它提供了一個非易失性的用戶程序保存方法。 plc是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，工作原理也與微機(jī)相同，但它在應(yīng)用時一般將其等效成輸入，輸出和內(nèi)部控制電路三部分。輸入部分用于接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是plc

20、與外部的開關(guān)，按鈕，傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口，每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點(diǎn)號，這個由接到輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由plc的電源部件提供，也可由獨(dú)立的交流電源供給，每個輸入繼電器可以有無數(shù)多個內(nèi)部觸電（動合，動斷的形式均可），供用戶設(shè)計(jì)plc的內(nèi)部控制電路時使用。 內(nèi)部控制電路是是用戶根據(jù)控制要求編制的程序，作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。plc的程序一般用梯形圖表示，而梯形圖是以繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，plc中的動合、動斷觸點(diǎn)、線圈等概念與繼電器控制電路相同，在plc內(nèi)部還有定時器、技術(shù)器、移位器、內(nèi)部輔助繼電器等。繼電

21、器控制系統(tǒng)中沒有器件，他們的線圈自動合，動斷觸點(diǎn)只能在plc內(nèi)部控制電路中使用，如要與外部電路相連，則必須通過輸出部分。 輸出部分作用是驅(qū)動外部負(fù)載，在plc內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器（有繼電器形、雙向硅形，晶體管形等三種形式），它也有無限多個軟件實(shí)現(xiàn)的動合，動斷觸點(diǎn)，可在plc內(nèi)部控制電路中使用，但對應(yīng)每個輸出只有一個硬件的動合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載，外部復(fù)雜的驅(qū)動電源接在輸出公共端（com）上。 總之，在使用plc時，可以把輸入端為一個繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器結(jié)點(diǎn)可以在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個動合觸點(diǎn)，驅(qū)動外部設(shè)備。 plc一般采用循環(huán)掃描方式工作，在plc加電后，先進(jìn)行初始化處理、開始運(yùn)行之后，串行的執(zhí)行器存儲器中的程序。plc的內(nèi)部工作過程用圖表示為如本章末之圖： 用plc 設(shè)計(jì)一個控制系統(tǒng)時，必須知道有一個輸入信號后plc要經(jīng)過多長時間才能有一個對應(yīng)的輸出信號，這樣才能精確的解決系統(tǒng)各個不見之間配合問題。從plc受到一個輸入信號