plc交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、山西工程職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 自動化生產(chǎn)設(shè)備與應用 班 級： 設(shè)備03班 姓 名： 學 號： 10803100305 指導教師： 2013年 6 月 1 日摘 要隨著社會經(jīng)濟和城市交通的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴大，交通日益繁忙，紅綠燈已經(jīng)成為疏導交通最常見和最有效的手段。紅綠燈采用紅、黃、綠_三種顏色組成。綠燈是通行信號，面對綠燈車輛可以直行，左右轉(zhuǎn)彎;紅燈是禁止通行信號，面對紅燈所有車輛必須停止前進;黃燈是等待信號，面對黃燈所有車輛不能越過停車線，等待信號指示。城市的紅綠燈一般采用可編程控制器，其中采用plc程序控制的在實際使用中占有很大的比例。用plc實現(xiàn)交

2、通燈的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設(shè)計方案。關(guān)鍵詞：交通燈 plc 程序 設(shè)計目 錄摘 要1.plc的概況11.1 概述11.2 plc的特點21.3 plc的工作原理21.4 plc的結(jié)構(gòu)32.硬件系統(tǒng)的設(shè)計42.1本設(shè)計的控制要求42.2控制原理42.3 控制電路的設(shè)計52.4外部電路接線圖53.軟件系統(tǒng)的設(shè)計63.1 十字路口交通燈示意圖63.2 i/o的分配63.3 時

3、序圖73.4梯形圖說明84.系統(tǒng)檢測與調(diào)試114.1硬件調(diào)試114.2軟件調(diào)試125.心得體會12參考文獻13- 14 -plc的概述1.1 概述 可編程邏輯控制器（programmable logic controller，plc），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。1.2 plc的特點 可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。 一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的pid回路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如ddc和dcs等，實

4、現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。 二、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 三、能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。1.3 plc的工作原理 當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的cpu以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 一、輸入采樣階段 在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)

5、，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。二、用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應位的狀

6、態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點。即使用i/o指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從i/o模塊取值

7、，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、輸出刷新階段 當掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。1.4 plc的結(jié)構(gòu)可編程邏輯控制器實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為： 一、電源 可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+1

8、5%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去 二、中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器

9、內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來對大型可編程邏輯控制器還采用雙cpu構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個cpu出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 三、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 四、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信

10、號。 五、功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊。 六、通信模塊2.硬件系統(tǒng)的設(shè)計2.1本設(shè)計的控制要求當系統(tǒng)啟動時，馬路東西紅燈亮30s，同時馬路南北綠燈亮25s，之后由3s的閃爍，緊接著為黃燈亮2s。馬路東西紅燈30s結(jié)束后綠燈接上，綠燈亮25s后變?yōu)辄S燈亮2s之后變?yōu)榧t燈，如此循環(huán)。系統(tǒng)啟動同時，人行道南北紅燈亮30s，東西綠燈亮25s之后閃爍3s在變?yōu)辄S燈亮2s 。人行道東西綠燈亮25s后閃爍3s變?yōu)辄S燈亮2s在變?yōu)榧t燈亮30s又變?yōu)榫G燈如此循環(huán)。2.2控制原理本設(shè)計為簡單的紅綠交通燈系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)原理圖進行紅綠交通燈控制循環(huán)系統(tǒng)的硬件、軟件系統(tǒng)設(shè)置。2.3 控制電路的設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求得出，

11、只需要一個啟動按鈕sb1和一個停止按鈕sb2兩個輸入信號，而 馬路上有六組信號燈，人行道上有四組信號燈，共十組輸出信號。為避免大材小用，秉承經(jīng)濟節(jié)約方針，我們應盡量選擇最經(jīng)濟的方案。這次設(shè)計我們選用了s7-200 cpu224型號plc，外加cpu221作為外加的模塊。2.4外部電路接線圖3.軟件系統(tǒng)的設(shè)計3.1 十字路口交通燈示意圖3.2 i/o的分配3.3 時序圖3.4梯形圖說明當按下啟動按鈕i0.3，中間繼電器m0.1得電其常開觸點閉合代替了i0.3達到自鎖使得mo.1在一直通電的狀態(tài)。中間串上m0.0常閉觸點是為了當需要切斷電源時，按下i0.2，繼電器m0.0得電，其常閉觸點斷開，而此

12、斷開m0.1的自鎖程序達到切斷電源的效果。 1）當按下啟動開關(guān)后，以下接觸器得電： aq0.0通過中間繼電器m0.1的常開觸點閉合接通電源，馬路南北紅燈亮。而計時器也接通，它是為q0.0計時作用的。當t37計時30s后，它的常閉觸點斷開，斷開q0.0的電源。t42常閉觸點在這里起循環(huán)作用，就是在此程序運轉(zhuǎn)一個周期時，控制最后一個接觸器的計時器計時完成，斷開t37使得t37重新計時，以達到循環(huán)效果。bq0.4得電，馬路東西綠燈亮。與之串連的是計數(shù)器c21（計數(shù)3次，作用是q0.4閃爍3次時斷開其電源），t43、t44在這里起控制q0.4閃爍并計時作用。cq0.7接通人行道東西方向紅燈亮，q0.7

13、與q0.0公用一個計時器，所以q0.7的顯示時間與q0.0一樣。 d q1.0得電人行道南北方向綠燈亮，它的顯示與q0.4相同。c22、t48、t49的功能葉相同（2）延時25s后，q0.4馬路東西方向綠燈開始閃爍。計時器t43計時到，它的常閉觸點先斷開，使得q0.4失電，同時它的常開觸點閉合，接通計時器t44。t44、t45（接通t44后，t44開始工作，0.5s后接通qo.4與t45，再過0.5s后計時器t45工作，先斷開t44。如此循環(huán)工作。而這里加上計數(shù)器c21的3次計數(shù)達到綠燈閃爍功能。（3）經(jīng)過3s后，c21計數(shù)完成，斷開q0.4（熄滅綠燈）接通q0.5馬路東西黃燈和計時器t46（

14、t46在這里起計時作用，2s后它先斷開q0.5，然后其常開觸點閉合接通q0.3，達到紅綠燈循環(huán)效果。 （4）延時2s后，t46常開觸點閉合接通q0.3馬路東西紅燈。這時計時器t47接通開始工作。t47計時2s后，它的敞開觸點閉合，復位c21。使得q0.4重新開始工作，如此一直循環(huán)。5）當人行道紅燈q0.7亮30s后，t37計時30s動作，其常閉觸點先端開，切斷q0.7。然后其常開觸點閉合接通q0.6(人行道東西綠燈)，q0.6接通27s后閃爍3s（頻率1s/次）其工作過程與馬路閃爍3次相類似。 此次設(shè)計的紅綠燈系統(tǒng)工作情況就向上面介紹的循環(huán)工作。4.系統(tǒng)檢測與調(diào)試4.1硬件調(diào)試硬件調(diào)試是利用開

15、發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。 第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。 第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值 第四步：是聯(lián)機檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查

16、。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。4.2軟件調(diào)試程序調(diào)試在plc模擬電路板上進行。先按硬件接線圖完成實物的接線。接線時各個接口按圖正確接線，并且每個接口

17、牢靠。完成此步驟后再連接上傳輸線。在做調(diào)試時，首先將事先編好的程序系在到plc上（至于怎么下載這里就不作討論）。完成后可進行通電試運行。plc一上電電路應無任何反應，這時線路可進行下一步調(diào)試。這時電腦上可進行程序狀態(tài)監(jiān)控。按下啟動按鈕sb1，啟動后q0.1、q0.3、q1.1、q2.0四個接口上的接觸器馬上吸合，25s后q0.1接口上的接觸器考試跳動，跳動3次后斷開，改為q0.2后面的接觸器吸合。2s后q0.4、q1.0、q2.1吸合，25s后q0.4接口上的接觸器開始跳動3次，跳動3次后斷開，改為q0.5后面的接觸器吸合。2s后q0.5斷開，q1.0后面的接觸器開始跳動3次后斷開。后面動作一

18、直如此循環(huán)作業(yè)。在沒有按下sb2停止按鈕之前，電路一直循環(huán)作業(yè)。 5.心得體會 寫畢業(yè)論文是畢業(yè)必不可少的程序，我體會了其中的艱辛，為寫這份論文曾多次去實地取材，并做記錄。為把身邊最常見的紅綠燈原原本本的概述在報告里是件很困難的事情，也為此提前很久就開始做準備。這次設(shè)計的紅綠燈適用于一般交通十字路口。此設(shè)計使用方便，從經(jīng)濟方面算成本也不高，適合在一般中小城市推廣。在設(shè)計時還有人性化設(shè)計，使用時可根據(jù)當?shù)氐慕煌顟B(tài)調(diào)整紅綠燈的時間或在紅綠燈上面加計時器。為適應時代變化，將會有更多的功能更全面的推出，總之一切都是為了順應時代變化。 設(shè)計過程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至讓我想打退堂鼓。不過經(jīng)過不斷的完善，終于完成了這次設(shè)計并寫完報告，這給了我很大的信心，在才過程中我對plc可編程控制又有了新的了解。但是設(shè)計中存在許多不足，這些不足限制了更多的功能。 通過這次紅綠燈設(shè)計業(yè)讓我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在這過程中還得到了許多人的幫助，是他們讓我順利的完成了這次設(shè)計。總之一句話，過程了痛苦的，成果是欣慰的。這將是我大學階段一個很好的總結(jié)，也將為我將來的路作了一個很好的鋪墊。并感謝在編寫論文過程中幫助過我的所有老師和同學。參考文獻1.廖常初可編程序控制器的編程方法與工程應用重慶大學出版社，2001 2.廖常初p