基于PLC控制的交通灯.doc

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1、摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路

2、的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，我们进行了深入的研究，本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。 实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而我们对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，我们选择了

3、用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。 目录摘要1第一章PLC的基础知识31.1概述31.2PLC的由来31.3PLC的功能41.4PLC的工作原理51.5PLC的结构5第二章交通灯控制要求72.1工作过程72.2路况示意图8第三章PLC控制系统设计93.1PLC控制系统软件设计93.1.1系统设计的基本步骤：93.1.2执行程序的过程及特点103.2PLC硬件系统设计方法113.2.1应用系统总体方案设计113.2.4输入/输出模板的选择123.2.5系统硬件设计文件12第四章 可编程控制器程序设计134.1模拟图134.2信号灯控制编程元件表134.3梯形图15第

4、五章设计总结18感言19参考文献20C第一章PLC的基础知识1.1概述可编程控制器（Programmable Controller）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（Programmable Logic Controller），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，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC.1.2PLC的由来在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统

5、基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，

6、能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。

7、于1977年开始工业应用。1.3PLC的功能1、数据采集与输出。2、控制功能。包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。3、数据处理功能。包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。4、输入/输出接口调理功能。具有A/D、D/A转换功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。5、通信、联网功能。现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。在系统构成时，可由一台计算机与多

8、台PLC构成集中管理、分散控制的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。6、支持人机界面功能。提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整，实现工业计算机的分散和集中操作与监视系统。7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。1.4PLC的工作原理PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配电网结构、电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输的

9、影响。1.5PLC的结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式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。第二章交通灯控制要求2.1工作过程信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪

10、亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线

11、圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒

12、，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。2.2路况示意图第三章PLC控制系统设计3.1PLC控制系统软件设计3.1.1系统设计的基本步骤：1. 系统设计与设备选型 a. 分析你所控制的设备或系统。PLC最主要的目的是控制外部系统。这个系统可能是单个机器，机群

13、或一个生产过程。b. 判断一下你所要控制的设备或系统的输入输出点数是否符合可编程控制器的点数要求。c. 判断一下你所要控制的设备或系统的复杂程度，分析内存容量是否够。2. I/O赋值（分配输入输出） a. 将你所要控制的设备或系统的输入信号进行赋值，与PLC的输入编号相对应。b. 将你所要控制的设备或系统的输出信号进行赋值，与PLC的输出编号相对应。其硬件连线如图所示：3.1.2执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。1输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入映象寄存器中，此时输

14、入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变，输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。2程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时，PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。3输出刷新阶段程序执行完毕后，进入输出处

15、理阶段。在这一阶段里，PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动外部负载。3.2PLC硬件系统设计方法3.2.1应用系统总体方案设计1.PLC控制系统类型(1)由PLC构成的单机控制系统。(2)由PLC构成的集中控制系统。(3)由PLC构成的分布式控制系统。(4)用PLC构成远程I0控制系统。3.2.4输入/输出模板的选择1数字量输入模块的选择2数字量输出模块的选择3模拟量模块的选择4智能I0模块的应用选择3.2.5系统硬件设计文件1系统硬件配置图2模块统计表第四章 可编程控制器程序设计4.1模拟图4.2信号灯控制编程元件表输 入输

16、出机 内 器 件交通灯工作开关I0.0报警灯：Q0.0T33：南北红灯工作8S南北红灯：Q0.1T97：东西红灯工作8S东西绿灯：Q0.2T99：东西绿灯工作4S东西黄灯：Q0.3T100：东西绿灯闪烁2S东西红灯：Q0.4T98：东西黄灯工作2S南北绿灯：Q0.5T34：南北绿灯工作4S南北黄灯：Q0.6T35：南北绿灯闪烁2ST36：南北黄灯工作2S4.3梯形图第五章设计总结难点：交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽

17、然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。经过艰苦奋斗，设计成果终于要出来了，我才松了一口气，俗话说：“万事开头难”这话一点也不假，回想当初确定这个，还是挺茫然的。不知怎下手。最后采用了采集资料、进行实际考察后设计的方法。查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。花了整整十几天，终于完成了设计，不过调试的时候却发现结果和想的有所不同，通过监控和修改才得出了需要的设计。这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。最后，我们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢？我把体会用十个字概括：天下无难事，只怕有心人。一

18、次又一次的学习，探索又探索 ，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于开始领会到将近成功的那一份喜悦，从撰写报告开始，查找资料，程序设计，到整理每一次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。感言从十月份到现在一个月的时间里，为完成毕业课题，我一直努力学习相关的知识，收集不少有用材料，感觉自己在不断的成长，在这短短的时间里，学到了好多东西，在大学期间能得到这样的机会非常的

19、难得。但应为自己是自动化方向，因此对机电方面的知识知之甚少，再加上一个星期的实习，时间非常紧，任务非常重，最能完成毕业设计任务，我要在这里感谢所有帮助我、与我共同进退的人。毕业设计的完成首先要感谢我的指导老师胡仁侃。胡XX老师具有渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。其次要感谢和我一起作毕业设计的几位同学，她们在本次设计中勤奋工作，克服了许多困难来完成此次毕业设计，并承担了大部分的工作量。如果没有她们的努力工作，此次设计的完成将变得非常困难。！他们不嫌麻烦耐心的学习态度让我受益匪浅。参考文献1 张万忠 可编程控制器入门与应用实例北京：中国电力出版社， 20042 台方 可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社，20013 常斗南 可编程序控制器原理应用实验北京：机械工业出版社， 19984：西门子(中国)有限公司.S7-200可编程序控制器产品目录.200413