基于羅克韋爾PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 (修復的)

1、遼 寧 工 業(yè) 大 學 課 程 設(shè) 計 說 明 書 （論文）遼 寧 工 業(yè) 大 學 電氣控制與PLC技術(shù) 課程設(shè)計（論文）題目：基于羅克韋爾PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計院（系）： 電氣工程學院 專業(yè)班級： 自動化122班 學 號： 120302052 學生姓名： 李賽 指導教師： （簽字）起止時間：2015.7.6-2015.7.17課程設(shè)計（論文）報告的內(nèi)容及其文本格式1、課程設(shè)計（論文）報告要求用A4紙排版，單面打印，并裝訂成冊，內(nèi)容包括：封面（包括題目、院系、專業(yè)班級、學生學號、學生姓名、指導教師姓名、起止時間等）設(shè)計(論文)任務及評語中文摘要 （黑體小二，居中，不少于200字）目錄正文（

2、設(shè)計計算說明書、研究報告、研究論文等）參考文獻2、課程設(shè)計（論文）正文參考字數(shù)：2000字周數(shù)。3、封面格式4、設(shè)計（論文）任務及評語格式5、目錄格式標題“目錄”（ 小二號、黑體、居中）章標題（四號字、黑體、居左）節(jié)標題（小四號字、宋體）頁碼（小四號字、宋體、居右）6、正文格式頁邊距：上2.5cm，下2.5cm，左3cm，右2.5cm，頁眉1.5cm，頁腳1.75cm，左側(cè)裝訂；字體：一級標題，小二號字、黑體、居中；二級標題，黑體小三、居左；三級標題，黑體四號；正文文字，小四號字、宋體；行距：20磅行距；頁碼：底部居中，五號、黑體；7、參考文獻格式標題：“參考文獻”，小二，黑體，居中。示例：（

3、五號宋體）期刊類：序號作者1,作者2,作者n.文章名.期刊名（版本）.出版年,卷次（期次）:頁次.圖書類：序號作者1,作者2,作者n.書名.版本.出版地:出版社，出版年:頁次.本科生課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室： 自動化 學 號120302052學生姓名李賽專業(yè)班級自動化122班課程設(shè)計（論文）題目基于羅克韋爾PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計（論文）任務課題完成的功能、6個指示燈，前3個燈分別代表東西方向的紅、黃、綠燈，后3個燈分別代表南北方向的紅、黃、綠燈，模擬十字路口交通隊控制的基本運行過程：（1） 高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s

4、、紅黃1s、紅紅1s、綠紅9s、黃紅1s 的亮燈順序循環(huán)；（2） 非高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅6s、黃紅1s 的亮燈順序循環(huán)（3） 按下南北緊急直通開關(guān)按鈕后，南北方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，東西方向紅燈一直亮，其他燈熄滅（4） 按下東西緊急直通開關(guān)按鈕后，東西方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，南北方向紅燈一直亮，其他燈熄滅設(shè)計任務及要求：1、采用羅克韋爾系列PLC； 2、方案設(shè)計，I/O分配表；3、硬件設(shè)計和軟件開發(fā)； 4、運行結(jié)果分析；5、撰寫課程設(shè)計說明書；進度計劃1、熟悉課程設(shè)計題目，查找及收集相關(guān)書籍、資料（2天）；2、設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖（

5、2天）；3、儀表、控制系統(tǒng)等設(shè)備的選型（2天）；4、程序開發(fā)及調(diào)試（5天）；5、撰寫課設(shè)論文（2.5天）；6、設(shè)計結(jié)果考核（0.5天）；指導教師評語及成績平時： 論文質(zhì)量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要為解決公路交通信號燈控制問題將是保障交通有序、安全、快速運行的重要環(huán)節(jié)。但現(xiàn)有的交通信號燈控制系統(tǒng)都是單一的固定時序控制，不能夠根據(jù)實際交通狀況進行調(diào)節(jié)控制。利用羅克韋爾公司的ControLogix5000系列的可編程控制器來實現(xiàn)交通信號燈的自動控制要求，對PLC控制系統(tǒng)進行軟、硬件設(shè)計，并通過實驗證明該系統(tǒng)簡單

6、、經(jīng)濟、運行可靠，具有很高的實用價值。關(guān)鍵詞：PLC；交通燈；控制系統(tǒng)；設(shè)計目 錄論文內(nèi)容變化后，右鍵單擊目錄區(qū)域，選擇“更新域”，再選擇“更新整個目錄”，確定。第1章緒論1第2章 課程設(shè)計的方案22.1 概述22.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)2第3章 硬件設(shè)計33.1 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計33.1.133.1.233.23第4章 軟件設(shè)計44.144.24第5章 系統(tǒng)測試與分析/實驗數(shù)據(jù)及分析5第6章 課程設(shè)計總結(jié)6參考文獻7VII第1章 緒論隨著社會的發(fā)展和進步，城市交通的暢通問題日益突出，一方面十字路口多、人員流動大、道路窄、車輛增加快，容易造成道路交通的阻塞；另一方面又要在有限的時間內(nèi)既快有保證

7、車輛和行人的安全，針對此要求，設(shè)計了PLC控制的帶倒計時顯示的十字路口交通燈信號系統(tǒng)。該系統(tǒng)用PLC控制，由東西、南北兩組，共12盞燈組成。 交通在人們的日常生活中占有重要地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現(xiàn)的淋漓盡致。交通信號燈的出現(xiàn)，是交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。各種交通工具、行人都要根據(jù)交通燈的變化來決定是否前行，同行的時間的規(guī)定協(xié)調(diào)了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發(fā)生。因此，一個完善的交通系統(tǒng)中，交通燈是必不可少的設(shè)備，一個完善的交通燈程序會更加有效的管理當前道路出現(xiàn)的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順

8、暢、更和諧。近年來隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，我國機動車輛發(fā)展迅速，而城鎮(zhèn)道路建設(shè)由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現(xiàn)象時常出現(xiàn)。如何利用當今計算機和自動控制技術(shù)，有效地疏導交通，提高城鎮(zhèn)交通路口的通行能力，減少交通事故是值得研究的一個課題。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的顯示器來控制行車。隨著交通量額快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速公路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，采用交通燈控制，最大限度地利用好耗費巨資修建的城市高速公路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵

9、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。PLC作為一種專業(yè)在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的計算機，必須具備邏輯控制、信號采集、輸出控制、數(shù)據(jù)處理、定時/計數(shù)、遠程I/O、人機界面（HMI）、故障自診斷、通信聯(lián)網(wǎng)、實時通信和冗余互備等功能。PLC還具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、系統(tǒng)設(shè)計修改調(diào)試方便、模塊化結(jié)構(gòu)、通用性強、維護簡單、維修方便等特點?？煽啃允荘LC用軟件代替繼電器控制系統(tǒng)中間繼電器和時間繼電器，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的十分之一一下，大大減少了觸點接觸不良的可能性。抗干擾是I/O設(shè)計具有完善的通道保護和多種形式的濾波電路，以抑制高頻干擾，削弱個模塊之間的干擾影

10、響。而且現(xiàn)在使用最多的PLC編程語言是梯形圖，它符合大多數(shù)工廠企業(yè)電氣技術(shù)人員的讀圖習慣，語言形象直觀，易學易用。PLC產(chǎn)品系列化、標準化、模塊化，用戶可根據(jù)實際需求靈活選擇，無須用戶自己再進行設(shè)計和制作硬件裝置。第2章 課程設(shè)計的方案2.1 課程設(shè)計要求6個指示燈，前3個燈分別代表東西方向的紅、黃、綠燈，后3個燈分別代表南北方向的紅、黃、綠燈，模擬十字路口交通隊控制的基本運行過程：高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅9s、黃紅1s 的亮燈順序循環(huán)；非高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅6s、黃紅1s 的亮燈順序循環(huán)；按下南北

11、緊急直通開關(guān)按鈕后，南北方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，東西方向紅燈一直亮，其他燈熄滅；按下東西緊急直通開關(guān)按鈕后，東西方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，南北方向紅燈一直亮，其他燈熄滅。2.2 系統(tǒng)組成總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。圖2.1 總體框圖交通燈控制系統(tǒng)由羅克韋爾PLC、非高峰期情況、高峰期情況、南北緊急情況、東西緊急情況和分別控制這四種情況的相對應的按鈕組成。非高峰期大體上分兩種情況：一種是東西紅燈亮5秒的同時，南北方向紅燈亮1秒、綠燈亮3秒、黃燈亮1秒；另一種情況是南北紅燈亮8秒的同時，東西方向紅燈亮1秒、綠燈亮6秒、黃燈亮1秒。高峰期的情況跟非高峰期大體上一樣，只是在第二種

12、情況時南北紅燈亮11秒，東西方向紅燈亮1秒、綠燈亮9秒、黃燈亮1秒。南北緊急情況是南北綠燈一直亮而東西紅燈一直亮，東西緊急情況跟南北緊急情況恰好相反，是東西方向綠燈亮南北方向的紅燈亮。這四種情況的發(fā)生又分別由四個相對應的按鈕相應控制。第3章 硬件設(shè)計3.1 控制器的選擇Rockwell內(nèi)有三種控制器分別為CompactLogix，F(xiàn)lexLogix，ControlLogix。CompactLogix提供了一個從單機到分布式應用系統(tǒng)的Logix解決方案。其中1769-L35E控制器不僅具有增強的處理性能，支持多達30個的本塊1769I/O模塊，還內(nèi)置有可進行實時I/O控制的100MbpsEthe

13、rNet/IP網(wǎng)絡(luò)接口，與包括1769I/O模塊在內(nèi)的多種I/O模塊在內(nèi)的多種I/O模塊一起實現(xiàn)分布式I/O擴展。一個最簡單的CompactLogix單機系統(tǒng)可以只由一個獨立的控制器一組I/O模塊和電源組成。CompactLogix控制器可與其他控制器一起構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)：多個控制器通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，進行通訊和數(shù)據(jù)共享。每個CompactLogix控制器可以通過DeviceNet或EtherNet/IP（僅1769-L3XE控制器），使用各種不同系列的I/O進行分布式擴展。對于1769CompactI/O每個I/O站可支持最多3個I/O模塊組，最多30個模塊。支持多層網(wǎng)絡(luò)的無縫集成和數(shù)據(jù)路

14、由。這意味著用戶可以方便地自動實現(xiàn)跨多層網(wǎng)絡(luò)的遠程設(shè)備訪問，組態(tài)和診斷。例如：在控制室布置的1769-L35ECompactLogix控制器，通過DeviceNet現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場的變頻器、軟啟動、行程開關(guān)等智能設(shè)備，通過EtherNet/IP連接上位機。則用戶無需附加編程，即可在上位機上直接對布置在現(xiàn)場的變頻器進行遠程組態(tài)。FlexLogix系統(tǒng)為工業(yè)控制提供了分散控制的方法。不僅I/O點能被分散到傳感器執(zhí)行器件附近，處理器也可分散到部分的Flex,FlexEx,Flex集成I/O模塊以上，遠程控制其他的I/O模塊。FlexLogix處理器可以與網(wǎng)絡(luò)連接，用于分布式處理及分布式I/O。Fle

15、xLogix系統(tǒng)是Logix平臺和羅克韋爾自動化集成架構(gòu)的一部分，意味著你可以最大程度地利用控制集成，程序重用，通訊靈活，使用方便，所以你無需花費太多精力在設(shè)置，操作及維護上。ControlLogix系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計，并且模塊種類不僅包括模擬量、數(shù)字量這些不同模塊，而且還有專門的運動控制模塊及相應的全套的運動控制指令。這就可以為工業(yè)控制提供種非常靈活并十分完整控制方案?？刂破鞑捎肅ontrollogix作為PLC，無論是高速離散控制、復雜過程控制、伺服控制，還是高速傳動控制等各種應用，借助單一的ControlLogix平臺，用戶只需掌握一種編程軟件，就能根據(jù)應用要求的不同，選擇標準模塊，

16、選擇標準工業(yè)網(wǎng)絡(luò)/總線得到所需的控制系統(tǒng)，如順控/安全連鎖系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)（DCS）、高速傳動控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）等。ControlLogix平臺不僅技術(shù)領(lǐng)先，而且在煙草、消費品制造、冶金、電力、石化、油氣輸送、造紙、水處理、地鐵、礦山以及汽車等各個行業(yè)中都有許多成功的應用。ControlLogix平臺主要特點如下：（1）所有模塊均可帶電插拔；（2）用戶通過軟件刷新即可實現(xiàn)包括處理器在內(nèi)的各種模塊的升級；l（3）功能強大的Logix處理器（4）處理器具有高速程序及數(shù)據(jù)處理能力，1K指令僅需0.06毫秒；（5）單個處理器最多支持：128000開關(guān)量或400

17、0模擬量。（6）用戶無需換處理器，通過替換更大容量的內(nèi)存即可擴充系統(tǒng)處理能力；l（7）本身提供電池后備，從機架取出處理器后仍可保持數(shù)據(jù)不丟失；l（8）IEC1131-3全面支持（9）實時多任務系統(tǒng)內(nèi)核：多達32個任務，包括1個連續(xù)任務以及31個周期任務；（10）有15個優(yōu)先級可選以保證重要任務優(yōu)先。每個任務中可編制32個主程序，（11）并分別擁有單獨數(shù)據(jù)區(qū)。本系統(tǒng)采用1756-L61ControlLogix5561作為控制器，其系統(tǒng)硬件圖如圖3.1。圖3.1 ControlLogix控制器3.2 ControlLogix通信模塊不同的通信模塊適用于不同的網(wǎng)絡(luò)，在ControlLogix背板中安

18、裝多個通信模塊可在不同的網(wǎng)絡(luò)間對控制和信息數(shù)據(jù)進行橋接或路由，最多可在四個機架(八個通信跳轉(zhuǎn))之間路由消息。EtherNet/IP 網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)路應用于工廠管理(物料輸送)、單個高速網(wǎng)絡(luò)上的組態(tài)、數(shù)據(jù)采集及控制、時間要求苛刻的應用、包含商業(yè)技術(shù)的應用(例如IP視頻)、Internet/Intranet連接、集成CIP Motion和CIP Safety等方面。以太網(wǎng)工業(yè)(EtherNet/IP)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種開放式工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標準，既支持實時 I/O消息傳遞，也支持消息交換。EtherNet/IP網(wǎng)絡(luò)使用現(xiàn)成的以太網(wǎng)通信芯片和物理介質(zhì)。1756-ENBT為EtherNet/IP網(wǎng)橋，介質(zhì)為銅纜，通信

19、速率10/100 Mbps， TCP/IP連接數(shù)為64，Logix連接數(shù)為128。3.3 ControlLogix I/O模塊ControlLogix架構(gòu)可提供各種輸入與輸出模塊，適用于從高速數(shù)字到過程控制等多種應用。ControlLogix 架構(gòu)使用生產(chǎn)者/消費者模式，因此輸入信息和輸出狀態(tài)可在多個控制器之間共享。每個 ControlLogix I/O模塊都安裝在ControlLogix機架中，需要可拆卸端子塊(RTB)或者1492接口模塊(IFM)才能連接所有現(xiàn)場接線。利用可拆卸端子塊 (RTB)可將工廠接線與1756 I/O模塊靈活地互，RTB插在I/O模塊的前面，模塊的類型決定了所需的

20、 RTB。1756-IB16模塊的輸入/輸出點數(shù)為16點輸入(8個點/組),電壓類別為12/24V DC灌入型, 工作電壓范圍10-31.2V DC，可拆卸端子塊1756-TBNH,1756-TBSH。1756-OB32模塊的輸入/輸出點數(shù)為32點輸出(16個點/組), 電壓類別為12/24V DC拉出型, 工作電壓范圍10-31.2V DC，可拆卸端子塊1756-TBCH，1756-TBS6H。交通燈控制系統(tǒng)的I/O分配表如表3.1所示。1756-IB16輸入模塊1756-OB32輸出模塊名稱符號地址編號名稱符號地址編號按鈕1Switch1Local:5:I.Data.0東西紅燈Light1

21、Local:9:O.Data.0按鈕2Switch2Local:5:I.Data.1東西綠燈Light5Local:9:O.Data.1按鈕3Switch3Local:5:I.Data.2東西黃燈Light6Local:9:O.Data.2按鈕4Switch4Local:5:I.Data.3南北紅燈Light2Local:9:O.Data.3南北綠燈Light3Local:9:O.Data.4南北黃燈Light4Local:9:O.Data.5表3.1 PLC的分配表3.4 主電路圖設(shè)計設(shè)計的總體外部接線圖如圖3.2所示。第4章 軟件設(shè)計4.1 程序流程圖 主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1 主程序流程圖程序運行，判斷路況，若按下Switch1，則非高峰期情況工作；若按下Switch2，則高峰期情況工作；假如按下Switch3，則南北緊急情況工作；如果按下Switch4，則東西緊急情況工作。非高峰期、高峰期情況程序流程圖分別如圖4.2、圖4.3所示：圖4.2 非高峰期程序流程圖圖4.3 高峰期程序流程圖南北緊急情況和東西緊急情況程序流程圖分別如圖4.4、圖4.5所示：圖4.4 南北緊急情況程序流程圖4.5 東西緊急情況流程圖4.2第5章 系統(tǒng)測試與分析/實驗數(shù)據(jù)及分析第6章 課程設(shè)計總結(jié)對所設(shè)計內(nèi)容、方法、取得的效果、問題的解決方案等