plc控制紅綠燈畢業(yè)論文

PLC 控制紅綠燈運(yùn)行 摘 要 傳統(tǒng)的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，交通燈控制系統(tǒng)穩(wěn)定性可靠性與抗干擾能力較差，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來越不能滿足日益增長的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。 在實(shí)際應(yīng)用中，采用 PLC 控制城市交通信號燈，能根據(jù)不同的路況要求，隨時(shí)修改控制程序，以改變各信號燈的工作時(shí)間和工作狀況。與繼電器或邏輯電路控制系統(tǒng)相比， PLC 控制系統(tǒng)具有更高的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。本論文就是運(yùn)用 PLC 原理來實(shí)現(xiàn)對十字路口的交通 燈的控制，介紹了基于 PLC 在交通系統(tǒng)的運(yùn)用，系統(tǒng)介紹了 PLC 的基本原理。 關(guān)鍵詞： 交通燈控制系統(tǒng)； PLC；科學(xué)化管理；穩(wěn)定性；可靠性 基于 PLC 交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 可編程序控制器 PLC 的概況 1.1 PLC 的定義 早期的可編程控制器是為了取代繼電器控制線路，采用存儲器程序指令完成順序控制而設(shè)計(jì)的。它僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，采用開關(guān)量控制，實(shí)際只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，所以稱為可編程邏輯控制器，簡稱 PLC（ Programmable Logic Controller）。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，采用了 16 位和 少數(shù) 32 位微處理器構(gòu)成 PLC，使得可編程邏輯控制器在概念、設(shè)計(jì)、性能上都有了新的突破。采用微處理器之后，這種控制器的功能不再局限于當(dāng)初的邏輯運(yùn)算，增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量的處理、通信等功能，成為真正意義上的可編程控制器（ Programmable Controller），簡稱為 PC。但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī) PC（ Personal Computer）相區(qū)別，長將可編程控制器仍成為 PLC。 隨著可編程控制器的不斷發(fā)展，其定義也在不斷變化。國際電工委員會（ IEC）曾于 1982 年 11 月頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985 年 1 月發(fā)表了第二稿， 1987 年 2 月又頒布了第三稿。 1987 年頒布的可編程控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入、輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其相關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計(jì)?！?1.2 PLC 的工作原理 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種專用與工業(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)相近，在結(jié)構(gòu)上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)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架。這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。 圖 1 PLC 操 作過程 按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器 系統(tǒng)由傳感器，可編程控制器和執(zhí)行器組成，可編程控制器通過循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)，其操作 過程 如上圖 1 所示 。 PLC 輸入模塊的輸入信號狀態(tài)與傳感器信號相對應(yīng)，為傳感器信號經(jīng)過隔離和濾波后的有效信號。開關(guān)量輸入電路通過識別傳感器 0、 1 電平，識別開關(guān)的通斷。 CPU 在每個(gè)掃描周期的開始掃描輸入模塊的信號狀態(tài)，并將其狀態(tài)送入到輸入映像寄存器區(qū)域； CPU 根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號，并將其處理的結(jié)果送到輸出映像寄存器 。 現(xiàn)代的 PLC 已經(jīng)具備了處理模擬量的功能，但是相對于開關(guān)量的處理較 復(fù)雜一些。 PLC 輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，接口部件輸出 輸 入 接 口 部 件 件 中央處理單元 CPU 板 電源部件 接收現(xiàn)場信號 驅(qū)動(dòng)受控原件 在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器。 在 PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 1.3 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類： （ 1）開關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備 的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)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(zhuǎn)換模塊，使 PLC 可用于模擬量控制。 （ 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運(yùn)動(dòng)控制模塊。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī) 械、機(jī)器人、電器等場合。 （ 4）過程控制 這是對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(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(shí)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(yùn)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(yīng)用 （ 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shè)備間的通信。在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)，通訊十分方便。 1.4 PLC 的發(fā)展趨勢 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）首先研制出第一臺符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國 GE 公司的汽車自動(dòng)裝配上試用獲得成功。此后，這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。 總的來說發(fā)展趨勢如下： (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(yīng)速度和更大的儲存容量。 (2)向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。 (3)PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴(kuò)大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 (4)增強(qiáng)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(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性 (5)編程語言多樣化。 PLC 結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí) ,PLC 的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 PLC 進(jìn)步的一種趨勢。 2 控制要求 主要程序要求如下： 信號燈受啟動(dòng)開關(guān)控 制。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接同時(shí)，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南北綠燈亮，后東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號燈都熄滅。 （ 1）東西方向紅燈亮維持 30s 期間，南北方向綠燈亮維持 25s，然后綠燈閃亮 3s 后熄滅，同時(shí)南北方向黃燈亮，維持 2s 后熄滅，這時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。 （ 2）南北方向紅燈亮維持 30s 期間，東西方向綠燈亮維持 25s，然后綠燈閃亮 3s 后熄滅，同時(shí)東西方向黃燈亮，維持 2s 后熄滅，這時(shí)南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮。 （ 3）上述動(dòng)作循環(huán)進(jìn)行。 3 交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與控制 順序圖 I/O 分配及接線圖 編制程 序 3.1 順序圖 I/O 分配及接線圖 分析系統(tǒng)控制要求，可繪制系統(tǒng)功能順序圖如下圖 4 所示： 原始狀態(tài) I0.0 南北綠燈亮，東西紅燈亮， 定時(shí) 25 秒 狀態(tài) 1 S0.0 25 秒時(shí)間到 南北綠燈閃亮，定時(shí) 3 秒 狀態(tài) 2 S0.1 3 秒時(shí)間到 南北黃燈亮，定時(shí) 2 秒 狀態(tài) 3 S0.2 2 秒時(shí)間到 東西綠燈亮，南北紅燈亮， 定時(shí) 25 秒 狀態(tài) 4 S0.3 25 秒時(shí)間到 東西綠燈閃亮，定時(shí) 3 秒 狀態(tài) 5 S0.4 3 秒時(shí)間到 東西黃燈亮，定時(shí) 2 秒 狀態(tài) 6 S0.5 2 秒時(shí)間到 圖 4 交通燈的功能順序圖 3.2 I/O 分配及接線圖 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須了解各個(gè)對象的控制要求 ,分析對象的控制要求 ,確定輸入 /輸出 (I/O)接口的數(shù)量 ,確定所控制參數(shù)的精度及類型。如對開關(guān)量 ,模擬量的控制 ,用戶存儲器的存儲容量等。選擇合適的 PLC 機(jī)型 及外設(shè) ,以完成 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)配置。 根據(jù)上述選型及控制要求 ,繪制 PLC 控制交通燈的電路接線原理圖 ,編制I/O 接口功能表 , I/O 分配及其接線 原理圖 分別如下表 1 和圖 5 所示。 表 1 PLC I/O 端口分配表 輸入 功能 輸出 功能 I0.0 啟動(dòng) Q0.0 南北紅燈 I0.1 停止 Q0.1 南北黃燈 Q0.2 南北綠燈 Q0.4 東西紅燈 Q0.5 東西黃燈 Q0.6 東西綠燈 圖 5 電路原理圖 3.3 編制程序 略 總結(jié) 由于本人 對 PLC 學(xué)習(xí)不精 ，這 在編程中給我?guī)砹撕芏嗦闊?，很多指令不知如何去寫。我只好再去查看它的使用手冊?經(jīng)過不懈努力，最后終于把程序編出來了，雖然還可能存在一些問題設(shè)計(jì)，但是心情還是很愉快的。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題全面系