1、可編程控制器課程設(shè)計院系：天平學(xué)院專業(yè)：機(jī)械制造及其自動化班級：0823姓名：至俊學(xué)號：0730114326指導(dǎo)教師：享E麗華lihuaguo2008目錄第一章交通信號控制系統(tǒng)實況1.1 十字路口交通燈控制實際情況描述1.2 結(jié)合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖第二章可編程控制器程序設(shè)計2.1 十字路口交通燈模擬控制時序圖2.2 可編程控制器I/O端口分配2.3 程序梯形圖及語句表第三章總結(jié)3.1 程序調(diào)試3.2 難點分析3.3 PLC智能化控制交通燈的方法3.4 收獲與體會參考文獻(xiàn)第一章交通信號控制系統(tǒng)分析1.1 十字路口交通燈控制實際情況描述(1)南北方向綠燈和東西方向的綠燈不能同時亮；如果

2、同時亮，則應(yīng)自動立即關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立即發(fā)出報警信號。(2)系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持25s；與此同時，東西綠燈亮，并維持20s時間，到20s時，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。(3)在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮并維持2s,然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。(4)東西紅燈亮并維持30s；與此同時，南北綠燈亮并維持25s；然后，南北綠燈閃亮3s后熄滅。(5)南北綠燈熄滅時，南北黃燈亮維持2s后熄滅；同時南北紅燈亮，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一個工作循環(huán)。1.2 十字路口交通燈的路況畫由模擬圖北綠黃紅teL0綠西紅名)黃東黃區(qū)紅綠0n000紅黃綠南交通指揮燈示意圖1.3

3、 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗在PLR通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有3個控制燈，分別為：禁止通行燈（亮?xí)r為紅色）準(zhǔn)備禁止通行燈（亮?xí)r為黃色）直通燈（亮?xí)r為綠色）另外行人道東西南北每面都有2個控制燈，分別為：禁止通行燈（亮?xí)r為紅色）直通燈（亮?xí)r為綠色）結(jié)合十字路口交通燈實際情況設(shè)計交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動開關(guān)接通時，南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有綠燈10S,綠燈閃亮2S（亮0.1滅0.1），黃燈2s和紅燈148當(dāng)南北主干道紅燈點亮?xí)r，東西住干道應(yīng)依次點亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當(dāng)東西主干道紅燈點亮?xí)r，南北主干道依次點亮綠燈，綠燈閃，黃燈。南北向和東西向

4、行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道綠燈點亮?xí)r點亮，當(dāng)南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮?xí)r南北行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點亮是點亮，當(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮?xí)r東西行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時間為紅燈。除此之外另設(shè)兩個功能，使用10個脈沖開關(guān)。實現(xiàn)讓盲人可以方便通過十字路口和手動控制車流量。其中8個安裝在人行道的兩邊當(dāng)東西方向行走的盲人要過馬路的時候，按下脈沖開關(guān)東西向行人道綠燈亮起，南北向主干道紅燈閃亮，延遲10秒恢復(fù)原來的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同，另外兩個脈沖開可以控制車流量，當(dāng)東西向主干道等待車

5、量較多的時候，按下東西向控制脈沖開關(guān)，東西向主干道延長綠燈點亮?xí)r間到15秒。東西向行人道綠燈也要對應(yīng)延長。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同。第二章交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計2.1 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計1 .1.1PLC智能化控制交通燈的方法傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)

6、展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模

7、糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動態(tài)變化量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器。在十字路口的四個方向（E、S、WN）的近端J（斑馬線附近）和遠(yuǎn)端Y（距斑馬線約100米處）各設(shè)置一個傳感器，分別統(tǒng)計通過該處的車輛數(shù)。為了實現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分：其一是固定的10秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時間t1;其二是根據(jù)兩個方向車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的延時t2。然后通過傳感器采集后的排隊等候的車輛數(shù)送往PLC進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得出延遲時t2,最后由t1和t2來實現(xiàn)對十字路口車流量的

8、靈活控制。2 .1.2PLC選擇一、PLC機(jī)型和容量的選擇步驟與原則隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的PLC其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用PLC對于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點：3 、合理的結(jié)構(gòu)型式PLC主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。整體式PLC的每一個I/O點

9、的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式PLC的功能擴(kuò)展靈活方便在I/O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(shù)的比例、I/O模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。4 、安裝方式的選擇PLC系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程I/O式以及多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式。集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠(yuǎn)程I/O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程I/O式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程I/O可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠(yuǎn)程I/O電源；多臺PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場合，可以選用小型PLC但必

10、須要附加通訊模塊。5 、相應(yīng)的功能要求一般小型（低檔）PLC具有邏輯運(yùn)算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。對于以開關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLG對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn)PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔PLG但是中、高檔PLC價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。6 、響應(yīng)速度要求PLC是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，不同檔次PLC的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用PLC或者某些功能或信號有特殊的速

11、度要求時，則應(yīng)該慎重考慮PLC的響應(yīng)速度，可選用具有高速I/O處理功能的PLC或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的PLC等。7 、系統(tǒng)可靠性的要求對于一般系統(tǒng)PLC的可靠性均能滿足。對可靠性要求很高的系統(tǒng)，應(yīng)考慮是否采用冗余系統(tǒng)或熱備用系統(tǒng)。6、機(jī)型盡量統(tǒng)一主要考慮到以下三方面問題：1）機(jī)型統(tǒng)一，其模塊可互為備用，便于備品備件的采購和管理。2）機(jī)型統(tǒng)一，其功能和使用方法類似，有利于技術(shù)力量的培訓(xùn)和技術(shù)水平的提高。3）機(jī)型統(tǒng)一，其外部設(shè)備通用，資源可共享，易于聯(lián)網(wǎng)通信，配上位計算機(jī)后易于形成一個多級分布式控制系統(tǒng)。二、PLC容量的選擇步驟與原則PLC的容量包括I/O點數(shù)和用戶存儲容量兩個方面。

12、1 、I/O點數(shù)的選擇PLC平均的I/O點的價格還比較高，因此應(yīng)該合理選用PLC的I/O點的數(shù)量，在滿足控制要求的前提下力爭使用的I/O點最少，但必須留有一定的裕量。通常I/O點數(shù)是根據(jù)被控對象的輸入、輸出信號的實際需要，再加上10%15%的裕量來確定。2 、存儲容量的選擇用戶程序所需的存儲容量大小不僅與PLC系統(tǒng)的功能有關(guān)，而且還與功能實現(xiàn)的方法、程序編寫水平有關(guān)。一個有經(jīng)驗的程序員和一個初學(xué)者，在完成同一復(fù)雜功能時，其程序量可能相差25%：多，所以對于初學(xué)者應(yīng)該在存儲容量估算時多留裕量。PLC的I/O點數(shù)的多少，在很大程序上反映了PLC系統(tǒng)的功能要求，因此可在I/O點數(shù)確定的基礎(chǔ)上，按下式

13、估算存儲容量后，再加20%30的裕量。存儲容量（字節(jié)）=開關(guān)量I/O點數(shù)X10+模才H量I/O通道數(shù)X100、本系統(tǒng)選擇的PLC本次交通燈設(shè)計用的是來自O(shè)MRON的CPM1A-30CDR-A可編程控制器。產(chǎn)品規(guī)格：CPM1ACPU單元CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實現(xiàn)了具有10點-100點輸入輸出點數(shù)的彈性構(gòu)成。而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求，AC電源輸入，繼電器輸出，能加擴(kuò)展單元。2.1.3 可編程控制器I/O端口

14、分配根據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟與停止按鈕信號；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號和故障指示驅(qū)動信號。由于每一個方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時工作，為了節(jié)省輸出點數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為2,輸出點數(shù)為7,全部是開關(guān)量，則可將I/O分配用表表示。表交通指揮燈的I/O分配表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址開啟按鈕SB10.00南北綠燈F010.00停止按鈕SB20.01南北黃燈F110.01南北紅燈F210.02警燈（故障指示）F310.03東西綠燈F410.04東西黃燈F510.05東西紅燈F610.06

15、2.1.4 PLC的外部接線圖根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點數(shù)只有9點，故選用CPM2A微型PLC即可。但本書還是以CS1為例，則PLC外部輸入輸出的信號接線如圖所示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用PLC的同一個輸出點。r2BS10.0310.0410.0510.06COM000000M10.000.0110.0110.02F5F6南綠北綠南黃北黃南紅北紅警燈東綠西綠東黃東紅西紅電源圖系統(tǒng)的I/O接線圖2.2交通燈控制系統(tǒng)軟件件設(shè)計2.2.1 十字路口交通燈模擬控制時序圖交通指揮信號燈控制系統(tǒng)工作時，對指揮燈的控制要求按一定時序進(jìn)行，如圖6-18所示。啟動/停止南北

16、紅燈東西綠燈東西黃燈nm東西紅燈南北綠燈南北黃燈圖交通信號燈時序狀態(tài)示意圖2.2.2流程圖根據(jù)交通燈的實際控制情況，可得出其流程圖如下:2S10S2S南北紅燈亮南北綠燈閃啟動開關(guān)北行人道南北綠燈閃4S結(jié)束14S東西行人道交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖盲人脈沖按鍵控制流程圖2.2.3程序梯形圖根據(jù)對交通信號燈的控制要求及PLC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計，其梯形圖如圖所示。下面對所設(shè)計的梯形圖作幾點說明：(1)當(dāng)按下啟動按鈕，0.00接通，中間繼電器200.00接通，10.02線圈得電，南北紅燈亮，與此同時，10.02的常開觸點閉合，10.04線圈得電，東西綠燈亮。(2)延

17、時20秒后，TIM006的常閉觸點接通，與該接點串聯(lián)的TIM008的常開接點共同控制產(chǎn)生0.5秒的鐘脈沖信號，使東西綠燈閃爍3s(閃爍6次)。(3)經(jīng)過3秒后，TIM007的常閉接點斷開，10.04線圈失電，東西綠燈熄滅。此時TIM007的常開接點閉合，10.05線圈接通，東西黃燈亮2s。(4)經(jīng)過2秒后，TIM005的常閉接點斷開，10.05線圈失電，東西黃燈滅，這是啟動TIM000進(jìn)入延時。(5)延時25s后，TIM000的常閉接點斷開，10.02線圈失電，南北紅燈滅；同時，TIM000的常開接點閉合，10.06接通，東西紅燈亮；由于10.06的常開接點閉合，10.00線圈得電，南北綠燈亮

18、。南北綠火T工作25s后，系統(tǒng)的工作情況與上述類同。如果發(fā)生南北、東西綠燈同時亮，則系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)立即報警處理。當(dāng)系統(tǒng)需要停止工作時，只要按下停止按鈕即可。交通燈控制的PLC梯形圖如下002038(0000-ri03380000TIM0004kILeTIM0000#0250IIM0000TIM00041#0250002003380000TIM0000IJTIM00064TIM0006#0200TIM0007TIM0007#0030TIM0005TIM0000#0020TIM0001TIM0001#0250TIM0002TIM0002#0030一TIM0003#0020380000000000

19、000001002003TIM00003800000020024+IIOTIM0000002006HIOTIM0006TIM0007TIM0008002004HIIIO002002TIM0006TI4+-TIM0007TIM00050020054+OTIM0002TIM0003002001HI4+O002000002004002003啟動/停止按鈕南北紅燈工作延時東西紅燈工作延時東西綠燈工作延時東西綠燈閃爍延時東西黃燈工作延時南北綠燈工作延時南北綠燈閃爍延時南北黃燈工作延時南北紅燈工作東西紅燈工作東西綠燈閃爍東西綠燈工作東西黃燈工作南北綠燈閃爍南北綠燈工作南北黃燈工作事故報警END(001)2

20、.2.4梯形圖對應(yīng)的語句表步序指令0LD0.001OR200.002AND-NOT0.013OUT200.004LD-NOT10.035AND200.006AND-NOTTIM0047OUTTIM0008#02509LDTIM00010OUTTIM00411#025012LD-NOT10.0313AND200.0014AND-NOTTIM00015OUTTIM00616#020017LDTIM00618OUTTIM00719#003020LDTIM00721OUTTIM00522#002023LDTIM00024OUTTIM00125#020026LDTIM00127OUTTIM00228#0

21、03029LDTIM00230OUTTIM00331#002032LD-NOT10.0333AND-NOTTIM00034AND200.0035OUT10.0236LDTIM00037OUT10.0638LDTIM00639AND-NOTTIM007注解啟動停止南北紅燈工作延時東西紅燈工作延時東西綠燈工作延時東西綠燈閃爍延時東西黃燈工作延時南北綠燈工作延時南北綠燈閃爍延時南北黃燈工作延時南北紅燈工作東西紅燈工作4041424344454647484950515253545556575859606162636465666768ANDTIM008LD10.02AND-NOTTIM006OR-LDO

22、UT10.04LDTIM007AND-NOTTIM005OUT10.05LDTIM001AND-NOTTIM002ANDTIM008LD10.06AND-NOTTIM001OR-LDOUT10.00LDTIM002AND-NOTTIM003OUT10.01LD200.00AND-NOTTIM009OUTTIM008#0005LDTIM008OUTTIM009#0005LD10.00AND10.04OUT10.03END東西綠燈工作及閃爍東西黃燈工作南北綠燈工作及閃爍南北黃燈工作振蕩電路振蕩電路事故報警第三章總結(jié)3.1 程序調(diào)試經(jīng)過設(shè)計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。

23、剛開始的時候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時候第二周期就再沒有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動西。3.2 難點分析其實現(xiàn)場實況車輛的流量是變化的，本設(shè)計只是對其路燈起到一個開關(guān)的作用，即開關(guān)量控制系統(tǒng)。由于所學(xué)知識及設(shè)備有限，無法對其路燈進(jìn)行智能化控制，所以在編程時就沒把智能控制這一塊加上去，再加上編程軟件無法下載，在畫梯形圖方面受到一點阻礙。下面我就對智能化控制路燈作一些原理上的介紹。本程序