PLC控制交通燈控制系統(tǒng)

1、畢業(yè)論文題目：PLC控制交通燈控制系統(tǒng)專 業(yè)：機(jī)電一體化班 級(jí)：學(xué) 生：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)老師：年 月 日9 目錄摘要1引言2一. PLC及其相關(guān)用途、分析31.1 PLC概述31.2 PLC的功能31.3 PLC的特點(diǎn)41.4 交通信號(hào)燈的作用和意義 41.5 任務(wù)分析5二梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法62.1 控制要求62.2 硬件設(shè)計(jì)62.3 軟件設(shè)計(jì)72.4 程序指令表9總結(jié)10參考文獻(xiàn)11摘要自從交通燈誕生以來(lái)，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。尤其是近幾年來(lái)，隨著電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計(jì)方法有了很大的改進(jìn)，電子

2、設(shè)計(jì)自動(dòng)化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，而現(xiàn)今PLC技術(shù)飛快發(fā)展，應(yīng)用越來(lái)越廣，在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。同時(shí)交通控制更是趨向智能化方向發(fā)展，LED交通信號(hào)燈在持續(xù)發(fā)光、雨淋、灰塵等惡劣的氣候條件下，仍然能保持較好的工作性能，而且價(jià)格更低廉。本文主要通過(guò)西門子PLC控制交通紅綠燈。關(guān)鍵詞：西門子S7-200、交通燈、PLC引言 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來(lái)控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來(lái)取代交通燈的情況)，這樣必然

3、產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長(zhǎng)時(shí)間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國(guó)家已采用智能方式來(lái)控制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來(lái)控制交通路況:制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來(lái)控制交通燈的時(shí)長(zhǎng)。具體如下:在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測(cè)出汽車的通過(guò)，

4、并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為編程控制器的控制輸入，并用PLC計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長(zhǎng)。就會(huì)比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象。一. PLC及其相關(guān)用途、分析1.1 PLC概述PLC是Programmable Logic Controller的縮寫，即可編程邏輯控制器。它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，所以現(xiàn)在仍然將可編程邏輯控制器簡(jiǎn)稱plc。它是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存

5、貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.2 PLC的功能1：控制功能邏輯控制，包括（定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序，邏輯）控制2：數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)與處理功能數(shù)學(xué)運(yùn)算功能3：輸入/輸出接口調(diào)理功能具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能，通過(guò)I/O模塊完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。 具有溫度測(cè)量接口，直接連接各種電阻或電偶。4：通信、聯(lián)網(wǎng)功能現(xiàn)代PLC大多數(shù)都采用了通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，有RS232或RS485接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程I/O控制，多臺(tái) PLC可彼此間聯(lián)網(wǎng)、通信，外部器件與

6、一臺(tái)或多臺(tái)可編程控制器的信號(hào)處理單元之間，實(shí)現(xiàn)程序和數(shù)據(jù)交換，如程序轉(zhuǎn)移、數(shù)據(jù)文檔轉(zhuǎn)移、監(jiān)視和診斷。通信接口或通信處理器按標(biāo)準(zhǔn)的硬件接口或?qū)Ｓ械耐ㄐ艆f(xié)議完成程序和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移。如西門 子S7-200的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線口，其通信速率可以達(dá)到12Mbps。在系統(tǒng)構(gòu)成時(shí)，可由一臺(tái)計(jì)算機(jī)與多臺(tái)PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，以便完成較大規(guī)模的復(fù)雜控制。通常所說(shuō)的SCADA系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)端和遠(yuǎn)程端也可以采用PLC作現(xiàn)場(chǎng)機(jī)。5：人機(jī)界面功能提供操作者以監(jiān)視機(jī)器/過(guò)程工作必需的信息。允許操作者和PC系統(tǒng)與其應(yīng)用程序相互作用，以便作決策和調(diào)整。6：編程、調(diào)試等使用復(fù)雜程度不同的手

7、持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進(jìn)行編程、調(diào)試、監(jiān)視 、試驗(yàn)和記錄，并通過(guò)打印機(jī)打印出程序文件。1.3 PLC的特點(diǎn)(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；(2)通用性高，使用方便；(3)程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易學(xué)，易懂；(4)采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；(5)系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短；(6)安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量??；(7)對(duì)生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)；1.4 交通信號(hào)燈的作用和意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)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(wèn)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

8、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(méi)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

9、地區(qū)的交通擁堵狀況，越來(lái)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(wèn)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(wú)障礙時(shí)間都在30萬(wàn)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

10、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(lái)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。1.5 任務(wù)分析交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，紅、綠、黃燈按一定時(shí)序輪流發(fā)亮。首先，南北紅燈亮，東西綠燈亮。南北紅燈維持35s（可由用戶設(shè)定），在南北紅燈亮同時(shí)東西綠燈也亮，并維持30s，到了30s時(shí)，東西路燈閃亮，閃亮周期為1s。綠燈閃亮3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持2s。到2s時(shí)，東西黃燈熄、紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄，綠燈亮。東西紅燈亮維持2

11、5s（可由用戶設(shè)定）,南北綠燈亮維持20s。到20s時(shí)，南北綠燈亮3s后滅，南北黃燈亮，并維持2s。到2s時(shí)，南北黃燈熄、紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮，開始下一周期的動(dòng)作；系統(tǒng)可進(jìn)行時(shí)間倒計(jì)時(shí)顯示；當(dāng)緊急狀態(tài)要一側(cè)方向通過(guò)時(shí)，可以使南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮或者南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮；在特殊情況下，系統(tǒng)可以人為根據(jù)各方向車流量，進(jìn)行各車道通行時(shí)間的變更；在某時(shí)段如23：00至次日6：00車流量很少情況下，系統(tǒng)可以設(shè)定為各方向的只有黃燈閃爍。二梯形圖的設(shè)計(jì)與編程方法2.1 控制要求交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：1.信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮

12、，東西綠燈亮。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。2.南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并報(bào)警。3.南北紅燈亮維持25S。在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持20S。到20S時(shí)，東西綠燈閃爍，閃爍3S后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持2S。到2S時(shí)，東西黃燈熄，東西紅燈亮。同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。4.東西紅燈亮維持30S。南北綠燈亮維持25S。然后閃爍3S，熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持2S后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。5.周而復(fù)始2.2 硬件設(shè)計(jì) 硬件主要采用日本松下電工生產(chǎn)的小型FP0C32CT型（帶日歷時(shí)鐘功能）PLC，其I/O分別各有16

13、個(gè)；根據(jù)系統(tǒng)要求需要進(jìn)行I/O擴(kuò)展要求，需要配一級(jí)擴(kuò)展單元FP0E16YT，其有16個(gè)輸出。其I/O分配如表1，其控制輸入輸出接線原理圖如圖1所示。輸出設(shè)備是電壓高，功率大的設(shè)備，可由PLC輸出給中間繼電器，再通過(guò)中間繼電器進(jìn)行外部設(shè)備的輸出控制。表2系統(tǒng)I/O分配表輸入功能輸出功能X0系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕SB1Y0南北紅燈X1系統(tǒng)停止按鈕SB2Y1東西綠燈X2南北方向急停開關(guān)S1Y2東西黃燈X3東西方向急停開關(guān)S2Y3東西紅燈X4南北方向時(shí)間增加按鈕SB3Y4南北綠燈X5南北方向時(shí)間減少按鈕SB4Y5南北黃燈X6東西方向時(shí)間增加按鈕SB5Y20-Y2F用于數(shù)碼時(shí)間顯示X7東西方向時(shí)間減少按鈕SB6圖

14、1外部接線原理圖2.3軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)內(nèi)容包括交通燈順序循環(huán)控制、兩方向的急?？刂啤?shù)碼時(shí)間顯示控制、定時(shí)時(shí)段控制、各路通行時(shí)間變更控制幾部分。順序循環(huán)控制主要采用定時(shí)器指令編寫，通過(guò)時(shí)間的順序運(yùn)行，來(lái)達(dá)到各路燈的按要求輸出；通過(guò)配合各路急停開關(guān)的閉鎖實(shí)現(xiàn)各方向的紅燈或綠燈亮，當(dāng)急停開關(guān)恢復(fù)后，又通過(guò)對(duì)定時(shí)器的內(nèi)部經(jīng)過(guò)值sv賦值，達(dá)到路燈進(jìn)行切換恢復(fù)的目的，程序參考圖2。我們可以通過(guò)plc內(nèi)部的日歷時(shí)鐘功能，對(duì)內(nèi)部運(yùn)行的時(shí)鐘數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行取值比較，用類似急停控制的方法，實(shí)現(xiàn)某時(shí)段各方向的黃燈閃（程序略）；由于前面采用的定時(shí)器獨(dú)立的，故對(duì)于各路通行時(shí)間變更控制可以采用對(duì)定時(shí)器tm0對(duì)tm4的

15、設(shè)定值sv賦值來(lái)改變，當(dāng)然各方向時(shí)間也不能無(wú)限增大和減小，我們可以通過(guò)比較指令限制其在指定的數(shù)值范圍（程序略）。通過(guò)對(duì)定時(shí)器tm0對(duì)tm4中變化的經(jīng)過(guò)值ev，我們可以通過(guò)指令實(shí)時(shí)把他們轉(zhuǎn)為bcd碼，再由專門指令直接轉(zhuǎn)換為七段碼數(shù)值，用于對(duì)各方向時(shí)間的倒計(jì)時(shí)顯示（程序略）。圖2順序循環(huán)控制和急停控制的程序2.4程序指令表圖3 PLC程序指令總結(jié)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),我們以前學(xué)過(guò)，我想這個(gè)課題是很容易的。當(dāng)真正做起來(lái)的時(shí)候，還是覺得有點(diǎn)困難的，有些東西以前學(xué)了，但現(xiàn)在用起來(lái)可能又有點(diǎn)疑問(wèn)。就如畫電氣原理圖吧，整體的構(gòu)造腦海里都有一個(gè)整體的概念。而你要畫出來(lái)的話，你可能會(huì)遇到細(xì)節(jié)上的問(wèn)題，比如說(shuō)

16、線路的連接是怎樣，以及怎么劃分區(qū)域等。遇到這些問(wèn)題的時(shí)候都能讓你主動(dòng)去翻書，復(fù)習(xí)這些陌生的知識(shí)。我認(rèn)為這是一種最好的學(xué)習(xí)方法通過(guò)實(shí)踐去檢驗(yàn)自己的知識(shí)。這個(gè)只有你自己投入進(jìn)去你才能發(fā)現(xiàn)自己知識(shí)點(diǎn)的欠缺。做為一名電氣工程專業(yè)的學(xué)生對(duì)電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻的認(rèn)識(shí)，知道它的重要性。要能看的懂，給你一張電氣原理圖，你要能夠?qū)懗鎏菪螆D。查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說(shuō)網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，我對(duì)以前的編程方法做了歸納，之前我習(xí)慣用功能流程寫程序，遇到難點(diǎn)的時(shí)候習(xí)慣翻書，對(duì)照例子提取點(diǎn)精華?，F(xiàn)在能靈活運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法、電氣原理圖設(shè)計(jì)法、順序

17、控制設(shè)計(jì)法。特別多順序控制設(shè)計(jì)有了一定的了解。這里面最經(jīng)典我認(rèn)為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個(gè)三個(gè)是很值得研究的，也是一種格式。只要你能熟悉掌握，靈活應(yīng)用的話，那么編程對(duì)你來(lái)說(shuō)將變的非常容易。一個(gè)流程圖無(wú)論多么復(fù)雜，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法編程了。當(dāng)然對(duì)于簡(jiǎn)單的流程也可以用順序設(shè)計(jì)。這種方法也是一種固定的格式，只要按照它的格式就可以寫出正確的程序，它的優(yōu)點(diǎn)可以說(shuō)易懂，條理清晰。但結(jié)構(gòu)多。對(duì)于活動(dòng)步多的設(shè)計(jì)我想用這個(gè)設(shè)計(jì)比較煩瑣。更加體會(huì)到PLC的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法

18、與各種基本指令。這次的課程設(shè)計(jì)使我把可編程控制器的理論知識(shí)用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相合，從中更懂得理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐又能檢驗(yàn)理論的正確性，讓我受益非淺，對(duì)我以后工作中遇到問(wèn)題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會(huì)產(chǎn)生巨大的幫助和影響。參考文獻(xiàn)【1】廖常初.PLC編程及應(yīng)用（第三版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 【2】田淑珍.S7-200.PLC原理及應(yīng)用M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 【3】張運(yùn)剛等.PLC技術(shù)與應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社，2007 【4】徐國(guó)林.PLC應(yīng)用技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007  【5】廖常初.S7-200PLC基礎(chǔ)教程(第二版)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009 【6】廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版）M.重慶重慶大學(xué)出版社,200畢業(yè)論文成績(jī)?cè)u(píng)定表專業(yè)班級(jí)姓 名論文題目PLC控制交通燈控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師初審成績(jī)?cè)u(píng)定內(nèi)容論文選題資料利用學(xué)術(shù)造詣知識(shí)掌握