哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)題目：丁字路口交通信號(hào)燈的PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)年級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語(yǔ)學(xué)生姓名：學(xué)院：哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化任務(wù)起止時(shí)間：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：丁字路口交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名：指導(dǎo)教師職稱：評(píng)閱教師對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的評(píng)語(yǔ)：評(píng)閱教師簽名：評(píng)閱教師職稱：答辯委員會(huì)對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的評(píng)語(yǔ)：答辯委員會(huì)評(píng)定，該生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)椋捍疝q委員會(huì)主席簽名：職稱：年月日哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院?？粕厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名：學(xué)院：哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院專業(yè)：機(jī)電一體化畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：丁字路口交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作內(nèi)容：1.設(shè)計(jì)一個(gè)丁字路口交通指揮信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)，燈的供電電壓為220V。2.明確對(duì)控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行工作過程分析3.確定控制系統(tǒng)的形式，進(jìn)行控制系統(tǒng)輸入、輸出參數(shù)的確定4.確定控制系統(tǒng)方案5.繪制所需的種類圖及編制技術(shù)文件資料：1肖寶興主編.西門子S7-200PLC的使用經(jīng)驗(yàn)與編程技巧.機(jī)械工業(yè)出版社.2008年9月2袁仁光編著.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)與實(shí)例.華南理工大學(xué)出版社.1997年6月.3霍罡，樊曉兵等編著.歐姆龍CP1HPLC應(yīng)用基礎(chǔ)與編程實(shí)踐.機(jī)械工業(yè)出版社.2008年1月.4廖常初主編.PLC編程及應(yīng)用.機(jī)械工業(yè)出版社，2003指導(dǎo)教師意見：簽名：年月日系主任意見：簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\u目錄 I前言 1第一章緒論 21.1本課題研究的背景 21.2本課題研究的意義 2第二章PLC的定義及工作原理 42.1PLC的定義 42.2PLC的結(jié)構(gòu) 42.3PLC的工作原理 5第三章丁字路口信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 63.1控制對(duì)象及要求 63.1.1控制對(duì)象 63.1.2控制要求 73.2系統(tǒng)簡(jiǎn)介 73.3硬件選型 83.4系統(tǒng)I/O分配表 83.5軟件設(shè)計(jì) 93.6實(shí)驗(yàn)步驟 103.7由順序功能圖繪出的PLC梯形圖 113.8根據(jù)梯形圖寫出的指令 14結(jié)論 17致謝 18參考文獻(xiàn) 19前言交通是一個(gè)城市經(jīng)濟(jì)的動(dòng)脈，它不但體現(xiàn)了一個(gè)城市的發(fā)展活力，也直接與老百姓的生活息息相關(guān)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對(duì)私家車、公交車的需求越來越大。相應(yīng)地，我國(guó)進(jìn)入WTO以后，我國(guó)經(jīng)濟(jì)貿(mào)易與世界接軌，汽車業(yè)關(guān)稅大大降低，使很多人都能負(fù)擔(dān)得起，買私家車已經(jīng)不再是遙不可及的夢(mèng)。但是，車輛的增加無疑會(huì)對(duì)我國(guó)城市交通系統(tǒng)帶來沉重的壓力。而交通燈在這個(gè)交通環(huán)境中起著一個(gè)重要的角色，交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故；交通燈能為當(dāng)?shù)厝嗣癯鲂泄?jié)省大量時(shí)間，創(chuàng)造出更多的社會(huì)價(jià)值；交通燈為交通順暢提供了保障，對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)起著一個(gè)不可估量的作用。緒論1.1本課題研究的背景隨著汽車進(jìn)入家庭步伐的加快和城市汽車數(shù)量的增多，城市道路交通問題顯得越來越重要。馬路上經(jīng)常會(huì)看到這種現(xiàn)象:一旦整個(gè)路口的交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障，若沒有交警的及時(shí)疏導(dǎo)，該路口就會(huì)塞得一塌糊涂，甚至造成嚴(yán)重的交通事故。原交通信號(hào)控制大都采用繼電器實(shí)現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、維護(hù)量大等缺點(diǎn),越來越不能適應(yīng)城市道路交通高速發(fā)展的要求。另外，根據(jù)人車流量的多少，可能隨時(shí)增加路口的交通信號(hào)，比如增加轉(zhuǎn)彎或人行道交通信號(hào)，原有系統(tǒng)的制約性就更加明顯了。為了彌補(bǔ)原交通信號(hào)燈系統(tǒng)存在的以上缺點(diǎn)，我們引入了基于PLC控制的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。本文對(duì)丁字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，運(yùn)用可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設(shè)計(jì)，能基本達(dá)到控制要求。系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了小型PLC系統(tǒng)的一個(gè)雛形，在完善各項(xiàng)功能方面都還需要進(jìn)一步的分析、研究和調(diào)試工作。如果進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，形成一個(gè)較為成型的產(chǎn)品，則需要作更多、更深入的研究。1.2本課題研究的意義城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。交通控制研究的發(fā)展旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設(shè)的暫時(shí)不足和交通工具的快速增長(zhǎng)，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對(duì)整個(gè)交通線路車輛的多少實(shí)時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)移多條線路的分流也十分必要。交通網(wǎng)絡(luò)是城市的動(dòng)脈，象征著一個(gè)城市的工業(yè)文明水平。交通關(guān)系著人們對(duì)于財(cái)產(chǎn)，安全和時(shí)間相關(guān)的利益。具有優(yōu)良科學(xué)的交通控制技術(shù)對(duì)資源物流和人們出行都是十分有價(jià)值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準(zhǔn)時(shí)到位，甚至是生命通道的延伸。生活中常見的是丁字路口交通燈，本課題為相對(duì)少見的丁字路口信號(hào)的的設(shè)計(jì)，頗具實(shí)用性。第二章PLC的定義及工作原理2.1PLC的定義可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,簡(jiǎn)稱PLC)根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在1987年的可編程控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)第三稿中，對(duì)其作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！笨删幊炭刂破髯鳛槟壳肮I(yè)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)設(shè)備，被稱為“工業(yè)自動(dòng)化三大支柱性產(chǎn)業(yè)之一”，在各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮愈來愈大的作用。2.2PLC的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下2-1所示：接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元CPU板現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)電源部件電源部件圖2-1plc基本結(jié)構(gòu)圖2.3PLC的工作原理1輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時(shí)，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。2程序執(zhí)行階段：PLC對(duì)用戶程序掃描。3輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。丁字路口信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1控制對(duì)象及要求3.1.1控制對(duì)象本系統(tǒng)的控制對(duì)象有八個(gè)，分別是：東西方向紅燈（R—EW）兩個(gè)；南北方向紅燈(R—SN)一個(gè)；東西方向黃燈（Y—EW）兩個(gè)；南北方向黃燈(Y—SN)一個(gè)；東西方向綠燈（G—EW）兩個(gè)；南北方向綠燈(G—SN)一個(gè)；東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(L—EW)一個(gè)；南北方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(L—SN)一個(gè)。說明：R代表紅色，Y代表黃色，G代表綠色，L代表左，E、W、S、N分別代表東西南北。圖3-1丁字路口交通燈示意圖3.1.2控制要求1系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動(dòng)開關(guān)ON則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開關(guān)OFF則系統(tǒng)停止工作；2交通信號(hào)燈按圖3-2所示時(shí)序控制t0t1t2t3t4t5t6t0t1t2t3t4t5t6圖3-2信號(hào)燈時(shí)序控制3.2系統(tǒng)簡(jiǎn)介本系統(tǒng)是一個(gè)丁字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)，利用西門子公司的S7-200可編程邏輯控制器對(duì)丁字路口的交通燈進(jìn)行控制?？刂品桨笧椋?、南北方向左轉(zhuǎn)彎燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，同時(shí)東西方向紅燈亮；2、南北方向綠燈亮30秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；3、南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續(xù)亮；4、東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；5、東西方向綠燈亮30秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮；6、東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮，然后跳至第（1）步依次循環(huán)。3.3硬件選型城市道路交通信號(hào)控制是典型的開關(guān)量順序控制，采用PLC能充分利用它的優(yōu)點(diǎn)。在這里我們采用德國(guó)西門子公司的S7-200可編程控制器，它是積木式結(jié)構(gòu)，安裝比較方便，中央處理單元和信號(hào)模板有多種類型，另外還具有如位控單元、PD調(diào)節(jié)等特殊功能模塊。根據(jù)本系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)及控制要求，中央處理單元可選用CPU224，該CPU板上本身具有10個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，6個(gè)非隔離數(shù)字量輸出點(diǎn)，最多能夠帶8個(gè)數(shù)字量信號(hào)模板。綜上，得到系統(tǒng)硬件配置如表3-1所示：表3-1硬件配置表名稱數(shù)量DC24V電源1CPU2241PC/PPI編程電纜1STEP7編程軟件1PC機(jī)13.4系統(tǒng)I/O分配表分析PLC的輸入和輸出信號(hào),在滿足控制要求的前提下,要盡量減少占用PLC的I/O點(diǎn)。由系統(tǒng)控制要求可見，由控制開關(guān)輸入的啟、停信號(hào)是輸入信號(hào)。由PLC的輸出信號(hào)控制各指示燈的亮、滅。在交通燈布置圖中，東西方向的三色燈共六盞，同顏色的燈在同一時(shí)間亮、滅；所以，可將同色燈兩兩并聯(lián)，用一個(gè)輸出信號(hào)控制。同理，南北方向的三色燈也依次設(shè)計(jì)。再加上東西方向左轉(zhuǎn)和南北方向左轉(zhuǎn)的兩色燈共八盞，所以其占8個(gè)輸出點(diǎn)。由此可得系統(tǒng)I/O分配如表3-2所示：表3-2系統(tǒng)I/O分配表輸入/輸出設(shè)備/器件名稱I/O地址符號(hào)名數(shù)據(jù)類型輸入控制按鈕I0.0SB1BOOL輸出東西方向綠燈Q0.0Q1DINT東西方向黃燈Q0.1Q2DINT東西方向紅燈Q0.2Q3DINT南北方向綠燈Q0.3Q4INT南北方向黃燈Q0.4Q5INT南北方向紅燈Q0.5Q6INT東西方向左轉(zhuǎn)彎燈Q0.6Q7INT南北方向左轉(zhuǎn)彎燈Q0.7Q8INT3.5軟件設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的控制原理是：用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)來判定是否對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行初始化，用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)分別用作程序的啟動(dòng)和停止控制，每一方向有紅、黃、綠及轉(zhuǎn)彎四種信號(hào)燈，分別對(duì)應(yīng)四位數(shù)字量輸出，兩個(gè)方向共有8位數(shù)定量輸出；在某一方向用兩個(gè)延時(shí)脈沖定時(shí)器分別控制該方向黃燈閃爍的亮、滅時(shí)間。該程序?qū)崿F(xiàn)了信號(hào)由東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)依次循環(huán)變化。如果需要將幾個(gè)路口集中到一臺(tái)PLC控制，根據(jù)實(shí)際需要的I/O點(diǎn)數(shù)，硬件上再增加相應(yīng)的數(shù)字量輸出模板即可。3.6實(shí)驗(yàn)步驟（1）由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和分析控制過程，得出控制規(guī)律，根據(jù)以上分析繪出順序功能結(jié)構(gòu)，如下圖：圖3-4控制結(jié)構(gòu)圖10—40s0—10s40—45s45—55s55—85s85—90s東西方向紅燈，南北方向紅燈和南北方向左轉(zhuǎn)綠燈亮；其他燈滅。南北方向綠燈亮,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向黃燈閃爍,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向紅燈、東西方向紅燈和東西方向左轉(zhuǎn)彎燈亮；其他燈滅。東西方向綠燈亮，南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。東西方向黃燈閃爍,南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。3.7由順序功能圖繪出的PLC梯形圖3.8根據(jù)梯形圖寫出的指令結(jié)論1.交通燈控制在交通運(yùn)輸領(lǐng)域有著非常重要的作用。本文完成了基于PLC交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與模擬。包括通行方案的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件模擬、軟件編程與仿真調(diào)試等。在論文完成過程中，主要做的工作有：（1）確定交通系統(tǒng)具體的通行方案，規(guī)定“丁”字路口車輛的行止?fàn)顟B(tài)。（2）以西門子公司的S7-200PLC為核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，輸出控制交通信號(hào)燈亮滅狀態(tài)。（3）采用梯形圖語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)的軟件編程，便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。2.設(shè)計(jì)過程遇到的難點(diǎn)分析其實(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況車輛的流量是變化的，本設(shè)計(jì)只是對(duì)其路燈起到一個(gè)開關(guān)的作用，即開關(guān)量控制系統(tǒng)。由于所學(xué)知識(shí)及設(shè)備有限，無法對(duì)其路燈進(jìn)行智能化控制，所以在編程時(shí)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、電氣控制圖、程序圖等方面遇到很多的困難，再加上時(shí)間資源有限，不能更詳細(xì)深入的分析。3.設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。使我在PLC的基本原理、PLC應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語(yǔ)言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。致謝通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下，獲得了豐富的理論知識(shí)，極大地提高了實(shí)踐能力，并對(duì)當(dāng)前電子領(lǐng)域的研究狀況和發(fā)展方向有了一定