1、HUB(lV 01 SClfWCE AHO TECHNOLC*PLCiM程設計課程設計報告題 目交通信號燈控制學 院 電子與信息工程學院專 業(yè) 電氣工程及其自動化班 級姓 名指導教師2012年 12月 4 日電子與信息工程學院1 緒論 32 PLC及PLC簡介 32.1 PLC 簡介32.2 PLC的一般結構 42.2.1 可編程控制器的結構分類 42.2.2 可編程控制器的配置 51.4 PLC的應用領域 61.5 PLC的發(fā)展趨勢 73 系統(tǒng)總體方案及硬件設計 73.1 系統(tǒng)總體方案73.1.1 設計目的 73.1.2 設計任務及要求 73.1.3 設計思路 83.2 硬件設計84 交通燈

2、的軟件設計 94.1 順序功能圖 94.2 交通燈工作時的程序 105 交通燈的仿真 116 總 結 12參考文獻 13湖北科技學院 PLC課程設計1緒論隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人，車，路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負荷運 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，在高速公路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況

3、。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，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)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，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，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴充設 備，有豐富的特殊擴展設備， 其中的模擬輸入設備和通信

4、設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程控制器(PLC)對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：(1) PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在 30萬小時以上； (2)系統(tǒng)設計周期短，維護方便，改造容易，功能完善，實用性強；(3)干擾能力強，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PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應用成為可能。2 PLC及PLC簡介2.1 PLOW 介可編程控制器簡稱 一一PLC是以微處

5、理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設 備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱?？删幊炭刂破?PLC是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設備，它通過檢測輸入端 口，并根據(jù)輸入端口的狀態(tài)，按照程序控制輸出口， 可編程控制器的程序一般要使用一定的軟件編寫，使用人員通過輸入預先編寫的程序，使可編程控制器按預定的控制方案執(zhí)行控制任務。目

6、前大多數(shù)城市采用的交通信號燈指揮控制系統(tǒng)，采用電子線路加繼電器構成，也有少數(shù)采用單片機構成。對信號燈的要求也越來越高，采用電子線路加繼電器的控制方式，則需要加入大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器等器件。而且交通控制智能化需要按實際情況而改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實現(xiàn)。如使用單片機控制，則需要引入大量 I/O接口電路、硬件設計，而且這兩種控制方式的抗干擾能力十分有限。采用可編程控制器 對交通信號燈進行管理，技能滿足控制要求，又具有高的抗干擾和穩(wěn)定性。2.2 PLC的一般結構2.2.1 可編程控制器的結構分類(1)按硬件的結構類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的。為了便于在工

7、業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結構與普通計算機有很大區(qū)別，常見的有箱體式，模 塊式，及疊裝式三種結構。箱體式PLC一般用于規(guī)模小，輸入輸出點數(shù)固定，不需要擴展的場合。模塊式PLC一般用于規(guī)模較大，輸入輸出點數(shù)多，輸入輸出點數(shù)比例靈活的場合。 疊裝式PLC具有二者的優(yōu) 點°(2)按應用規(guī)模及功能分類：為了適應不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應用要求，PLC能夠處理的輸入信號數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個店，將輸入輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將 PLC分為超小，小，中，打，超大等五類型如下表2-1所示：表2-1 PLC按規(guī)模分類超小型小型中型超大型64點以下64128 點

8、128 512 點512 8192 點8192點以上2.2.2 可編程控制器的配置可編程控制器雖然外觀各異，但硬件結構大體相同。主要由中央處理器( CPU ,存儲 器(RAM/ROM,輸入輸出(I/O接口),電源及編程設備幾大部分組成。 PLC的硬件結構框 圖如下圖2-2所示：接受輸現(xiàn)場信號入 接口 部 件圖2-2基本構成2.3 PLC的特點(1)抗干擾能力強，可靠性高繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的 可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于

9、觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出 有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100 ,因觸點接觸不良造成的故障大為減少。而PLC采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。(2)配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領域。近年來 PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控

10、制、溫度控制、 CN%各種工業(yè)控制中。加上 PLC通信能力的增強及人機界面技術的發(fā)展，使用 PLC組成各 種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3) 易學易用，深受工程技術人員歡迎PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。 梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。(4) 系統(tǒng)的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系

11、統(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)過改變程序改變生 產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(5) 體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm重量小于150g,功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設備。2.4 PLC的應用領域目前，PLC在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：(1)開關量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序

12、控制，既可用于單臺設備的控制， 又可用于多機群控制 及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、 電鍍流水線等。(2)模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，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，PLC廠家生產(chǎn)有配套的 A/D、D/A轉換模塊，使PLC可用于模擬量控制。(3)運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在可使用專門的運動控制模塊。廣泛的運用于各種機床、機械、機器人、電器等場合。(4)過程控制 這是對溫度、壓力、流量等模

13、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處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用(5)數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。(6)通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包含PLC之間的通信以及 PLC與其他智能設備間的通信。在工業(yè)自動化網(wǎng)絡發(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)絡系統(tǒng)，通訊十分方便。2.

14、5 PLC的發(fā)展趨勢(1)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具有更好的響應速度和更大的儲存容量。(2)向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應不同的自動控制系統(tǒng)的需要。(3)PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準，已構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。(4)增強外部故障的檢測與處理能力。外部故障的幾率很大，因此，PLC廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠。(5)編程語言多樣化。PLC結構不斷發(fā)展的同時，PLC的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補與發(fā)展是 PLC進步的一種趨勢。3系統(tǒng)總體方案及硬件

15、設計3.1 系統(tǒng)總體方案3.1.1 設計目的(1)掌握十字路口交通信號燈的控制原理。(2)掌握計數(shù)器的工作原理與使用方法。(3)掌握順序控制設計法及順序功能圖的畫法。(4)掌握根據(jù)系統(tǒng)的順序功能圖設計梯形圖的方法。3.1.2 設計任務及要求利用PLC設計控制十字路口交通燈的全自動運行，系統(tǒng)啟動后，根據(jù)設置好的東西南北方向的通車時間控制東西南北方向指示燈按照一定的規(guī)律運行，完成一個周期工作后自動進入下一個周期繼續(xù)運行。3.1.3 設計思路某交通信號燈采用 PLC控制。信號燈分東西、南北兩組，分別有紅黃綠三種顏色，假 設東西方向交通比南北方向繁忙一倍，因此東西方向的綠燈通行的時間多一倍。其控制要求

16、按照圖1時序控制圖所示，按下啟動按鈕開始工作，按下停止按鈕停止工作，“白天/黑夜”選擇開關閉合時為黑夜工作狀態(tài)，這時只有黃燈閃爍，斷開時按時序控制圖工作。3.2券1黃1南北向黃2東西向紅2£圖1硬件設計91.型號選擇：輸入控制 X0,輸出端有東西、南北方向紅綠黃燈和東西、南北方向左轉彎紅綠燈共十個輸出點，所以選用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N系列。2. I/O分配表：如表 1:輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號啟動按鈕SB1X0紅1HL1Y0停止按鈕SB2X1黃1HL2Y1白天/黑位開關SX2綠1HL3Y2紅2HL4Y3黃2HL5Y4綠2HL6Y5湖北科技學院 PLC課

17、程設計3.硬件電路圖連接：如圖2所示:圖2硬件電路接線圖4交通燈的軟件設計4.1 順序功能圖如圖3所示:綠1、紅2亮黃1閃、紅Z亮紅1、綠2亮黃2閃、紅1亮圖3交通燈順序功能圖10湖北科技學院 PLC課程設計4.2 交通燈工作時的程序如圖4所示:11圖4交通燈程序湖北科技學院 PLC課程設計ii5交通燈的仿真交通燈仿真圖:湖北科技學院 PLC課程設計6 總結在近兩星期的日子里， 經(jīng)過這次設計我學到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設計使我明白了自己原來知識太理

18、論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設計，我才明白學習是一個長 期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質。而且通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正的學到知識， 從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力?？傊还軐W會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此 外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了?？傊还軐W會的還是學不會的的確覺得困難比較多， 真是萬事開頭難，不知道如何入 手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值！有些東西