十字路口交通信号灯PLC课程设计

2010～2011学年第1学期课程设计任务书设计名称：可编程控制器课程设计班级：08机械电子地点：CAD3一、课程设计目的本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查询，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。二、课程设计内容（含技术指标）（一）课题一十字路口交通信号灯PLC控制系统设计A．控制要求：1．系统工作受开关控制：起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。2．控制对象有八个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个；东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个；东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个；东西方向左转弯绿灯两个；南北方向左转弯绿灯两个；正常时段控制按纽1个；高峰时段控制按纽1个；晚上时段控制按纽1个。3．控制规律：1）正常时段按时序图1（见附图1）运行；2）高峰时段按时序图2（见附图2）运行；3）晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.5秒，暗0.5秒的规律反复循环。II正常时段时序图图1正常时段时序图高峰时段时序图图2高峰时段时序图B、课题要求：1．按题意要求,画出PLC端子接线图、控制梯形图。2．完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书。C、思考问题：1．讲述程序设计思路、顺序功能图及工作流程。2．交通信号灯的闪烁是如何实现的?III3．初始状态应该注意什么，需完成哪些动作？4．顺序功能图中选择单序列还是并行序列，为什么?5．若需将黄灯闪烁规律由亮0.5秒、暗0.5秒改为亮0.6秒、暗0.4秒，程序将如何改动？6．如果要求：当系统故障使东南西北绿灯同时亮时，系统除自动报警外，自动关闭全部信号灯，梯形图应如何修改？三、进度安排1．明确设计任务和控制要求1天2．查阅资料，系统设计方案论证1天3．系统硬件选型及外部连线设计1天4．控制系统控制程序设计调试2天5．设计资料软硬件联机调试2天6.设计资料汇总、撰写设计报告2天7.答辩1天四、基本要求通过本课程设计的实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求。1.了解可编程控制器的原理、硬件结构；2.掌握基本的编程语言；3.掌握系统硬件配置的方法与步骤；4.掌握PLC软件编程与调试的操作方法与步骤。机械电子系2010年10月IV目录摘要.................................................................2第一章绪论..........................................................3第二章PLC的基础知识2.1PLC的基本概念...................................................52.2PLC的主要特点...................................................52.3PLC的结构及其工作原理...........................................6第三章交通灯控制系统的设计任务、设计思路及实现方案3.1交通灯控制系统的设计任务.........................................83.2交通灯控制系统的设计思路.........................................103.3交通灯控制系统的实现方案.........................................11第四章十字路口交通灯程序设计内容4.1十字路口交通灯模拟顺序功能图...................................124.2程序设计的梯形图及语句表........................................134.3可编程控制器I/O端口分配........................................184.4程序运行过程和实验操作过程......................................18第五章总结5.1程序调试........................................................205.2收获与体会......................................................20致谢..................................................................21V参考文献.............................................................211摘要近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。关键字：PLC；交通灯；设计；23绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦安装了世界上最早的煤气红绿灯。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。但随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。通过分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，我们给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档。这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤，实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率。42PLC的基础知识2.1PLC的基本概念可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。国际电工委员会（IEC）先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一种可编程的存储器，用于存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时以及计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式I/O控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。2.2PLC的主要特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。2.控制系统结构简单，通用性强在PLC控制系统中，只需要在PLC输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路，大大简化了控制系统的结构。3.编程方便，易于使用PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。4.体积小，维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。52.3PLC的结构及其工作原理2.3.1PLC的基本结构图1PLC结构图PLC专为工业现场而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。1.中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)一般由控制器运算器和寄存器组成。它们都集成在一个芯片内，CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元输入/输出接口电路相连接。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。2.存储器PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。(1)系统存储器系统存储器是指用来存放PLC的系统程序的存储器，它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。(2)用户存储器用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成，其主要任务作用是用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。3.输入/输出接口单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。4.扩展接口和通信接口主机电源微处理器(CPU)运算器控制器输入单元存储器EPROM(系统程序)RAM(用户程序)外设I/O接口I/O扩展接口用户输入设备输出单元用户输出设备I/O扩展接口PLC或上位计算机图形监控系统EPROM写入器打印机盒式磁带机编程器外部设备6PLC具有扩展接口和通信接口的能力，其作用如下：(1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是PLC的配置更加灵活以满足不同控制的系统需求。(2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的，PLC或计算机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间的对话。5.电源部分PLC一般使用220交流电源，内部的开关电源位于PLC的中央处理器、存储器等中。电路提供5V、12V、24V等直流电源使PLC能正常工作。6.编程设备编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。7.其他部件有些PLC还可以有ERROM写入器、存储器卡等其他外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展功能。2.3.2PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1.输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在扫描每一条梯形图时，又