基于PLC十字路口交通灯课程设计论文

目录摘要………………………………………………………………………I1绪论…………………………………………………………………11.1课题研究的目的及其意义…………………………………………11.2所用的方法及其优缺点……………………………………………11.3研究的内容及分工…………………………………………………22PLC简介……………………………………………………………32.1可编程控制器(PLC)的定义………………………………………32.2简要介绍PLC控制技术的发展和应用……………………………32.3PLC的特点………………………………………………………52.4PLC的软硬件构成及其工作原理………………………………63系统总体方案及硬件设计…………………………………………103.1系统总体方案………………………………………………………103.2硬件设计……………………………………………………………114软件设计……………………………………………………………134.1定时器的设置……………………………………………………134.2系统顺序功能图设计……………………………………………134.3PLC控制梯形图设计……………………………………………15自我总结………………………………………………………………16参考文献………………………………………………………………17致谢………………………………………………………………18I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。专家认为可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。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；程序；报告；科技11绪论1.1课题研究的目的及其意义通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。交通信号灯的控制系统，是城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。PLC在工业控制中得到了广泛应用，但是目前国内利用PLC实现交通信号灯自动控制还不是十分广泛。本文重点讨论用PLC实现交通灯自动控制的设计方法。基于我国城市道路交通控制的现状根据十字路口交通灯的控制要求介绍了应用西门子s7-200系列PLC实现交通信号灯的自动控制。通过分析对交通信号灯的控制要求，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过软件实验证明该系统简单、经济、运行可靠，达到了预期目标,具有很高的实用价值。控制交通灯部分，并且完成了软件部分设计，并且用实际证明了它也是一种简单可靠且实用的应用软件.1.2所用的方法及其优缺点电气控制技术是随着科学技术发展，生产工艺不断提出新的要求而不断发展的。随着电力拖动方式的演变与发展，电力控制的控制方式也由手动控制向自动控制方向发展．而在电气控制技术的发展所经历的三个发展阶段中PLC又因其自身的特点成为自动控制中应用最广泛的控制装置，本文就是针对PLC控制十字路口交通灯所做的研究，PLC相对于继电接触器系统有以下优势：①功能强，性能价格比高②硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强③可靠性高，抗干扰能力强④系统的设计、安装、调试工作量少⑤体积小、编程简单、能耗低⑥维修工作量少，维修方便2当然PLC控制也有自身的缺点：在控制简单的装置时由于PLC没有接触器控制系统有成本优势，而且所以至今仍是机床和其他许多机械设备广泛使用的基本电气控制方式。1.3研究的内容及其分工交通信号灯的控制系统，是城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。PLC在工业控制中得到了广泛应用，但是目前国内利用PLC实现交通信号灯自动控制还不是十分广泛。本文重点讨论用西门子SL7-200型PLC实现交通灯自动控制的设计法。因为在所接触的控制系统中基本的电气控制（接触继电器控制系统）和可编程控制（PLC）都占有很大的比重，所以这次设计内容以这两部分为重点，这在论文中也有体现。本文中的PLC和接触器系统中我们两人各有分工，李志宏主要负责电气控制的设计，我主要负责PLC编程和其设计部分。其他相关的交叉部分由两人共同完成。32PLC简介2.1可编程控制器(PLC)的定义作为通用工业控制计算机，30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。可编程控制器，简称PLC（ProgrammablelogicController）,PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”2.2简要介绍PLC技术的发展和应用2.2.1PLC的发展可编程序控制器问世于20世纪60年代，1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称ProgrammableController（PC）。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。2.2.2PLC运用领域4可编程序控制器的应用十分广泛，现将其应用领域简要概括如下：（1）逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。（2）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。现在各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种运动控制中。（3）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（4）数据处理现代PLC具有数学运算的功能可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（5）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。52.3PLC的特点2.3.1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。很多同等规模的PLC控制系统和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.3.2配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。2.3.3易学易用，深受工程技术人员欢迎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。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。2.3.4系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。2.3.5体积小，重量轻，能耗低6以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.4PLC的软硬件组成及其工作流程2.4.1PLC硬件组成从硬件结构上分PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。PLC电源用于为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC或110VAC），直流电源（常用的为24VDC）。大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个