基于PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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)生姓名專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)電氣自動(dòng)化指導(dǎo)教師河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械電子工程系（分院）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)姓名專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)092畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）土戸生|殲芹,汁、-廠題目PLC控制紅綠燈運(yùn)仃畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的目的與意義畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的資料收集情況（含指定參考資料）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)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(zhǎng)）簽名：年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(jiàn)表一姓名一學(xué)號(hào)性別男專(zhuān)業(yè)電氣自動(dòng)化班級(jí)092畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目PLC控制電鍍專(zhuān)用行車(chē)運(yùn)行評(píng)

2、閱意見(jiàn)成績(jī)指導(dǎo)教師簽字年月日摘要傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來(lái)實(shí)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來(lái)越不能滿足日益增長(zhǎng)的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來(lái)取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，采用PLC控制城市交通信號(hào)燈，能根據(jù)不同的路況要求，隨時(shí)修改控制程序，以改變各信號(hào)燈的工作時(shí)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(shí)用性。本論文就是運(yùn)用PLC原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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)；P

3、LC；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(jì)1可編程序控制器PLC的概況1.1PLC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(chǔ)器程序指令完成順序控制而設(shè)計(jì)的。它僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，采用開(kāi)關(guān)量控制，實(shí)際只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以稱(chēng)為可編程邏輯控制器，簡(jiǎn)稱(chēng)PLC(ProgrammableLogicController)。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(jì)、性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

4、的可編程控制器(ProgrammableController)，簡(jiǎn)稱(chēng)為PC。但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)PC(PersonalComputer)相區(qū)別，長(zhǎng)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(guó)際電工委員會(huì)(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(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲(chǔ)器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲(chǔ)和執(zhí)行命令，進(jìn)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，并通過(guò)數(shù)字式和模

5、擬式的輸入、輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)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(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)?！?.2PLC的工作原理PLC實(shí)質(zhì)上是一種專(zhuān)用與工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)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(gè)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。這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。圖1PLC操作過(guò)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

6、器通過(guò)循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，其操作過(guò)程如上圖1所示。PLC輸入模塊的輸入信號(hào)狀態(tài)與傳感器信號(hào)相對(duì)應(yīng)，為傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離和濾波后的有效信號(hào)。開(kāi)關(guān)量輸入電路通過(guò)識(shí)別傳感器0、1電平，識(shí)別開(kāi)關(guān)的通斷。CPU在每個(gè)掃描周期的開(kāi)始掃描輸入模塊的信號(hào)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(hù)程序中的程序指令來(lái)處理傳感器信號(hào)，并將其處理的結(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(duì)于開(kāi)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(dòng)能力，在額定負(fù)載以?xún)?nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器。在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通

7、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。1.3PLC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(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類(lèi)：開(kāi)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、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)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

8、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。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(lái)說(shuō)，早期直接用開(kāi)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(zhuān)門(mén)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。過(guò)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(zhuān)用的PID子程序。過(guò)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

9、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(wú)人控制的柔性制造業(yè)。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。1.4PLC的發(fā)展趨勢(shì)1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)首先研制出第一臺(tái)符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國(guó)GE公司的汽車(chē)自動(dòng)裝配上試用獲得成功。此后，這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展，從美國(guó)、日本、歐洲普及到全世界?？偟膩?lái)說(shuō)發(fā)展趨勢(shì)如下：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

10、量。向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類(lèi)型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。PLC大力開(kāi)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)。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(zhuān)用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性編程語(yǔ)言多樣化。PLC結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí),PLC的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富。多種語(yǔ)言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。2控制要求主要程序要求如下：信號(hào)燈受啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接同時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，先南北綠燈亮，后東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。東西方向紅

11、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(shí)南北方向黃燈亮，維持2s后熄滅，這時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。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(shí)東西方向黃燈亮，維持2s后熄滅，這時(shí)南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。上述動(dòng)作循環(huán)進(jìn)行。3交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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3.2I/O分配及接線圖硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須了解各個(gè)對(duì)象的控制要求,分析對(duì)象的控制要求,確定輸入/輸出(I/O)接口的數(shù)量，確定所控

12、制參數(shù)的精度及類(lèi)型。如對(duì)開(kāi)關(guān)量，模擬量的控制,用戶(hù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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1PLCI/O端口分配表輸入功能輸出功能I0.0啟動(dòng)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SBI100Q00丄QD1Q0.2101ILLJUQ04QG5O-QMO-2LGND-220V+24VL1N圖5電路原理圖3.3編制程序略總結(jié)由于本人對(duì)PLC學(xué)習(xí)不精，這在編程中給我?guī)?lái)了很多麻煩，很多指令不知如何去寫(xiě)。我只好再去查看它的使用手冊(cè)。經(jīng)過(guò)不懈努力，最后終于把程序編出來(lái)了，雖然還可能存在一些問(wèn)題設(shè)計(jì)，但是心情還是很愉快的。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專(zhuān)業(yè)知識(shí)、專(zhuān)業(yè)技能分析