plc交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文系 別： 電氣工程系 專 業(yè)： 自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備與應(yīng)用 班 級(jí)： 設(shè)備03班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 10803100305 指導(dǎo)教師： 2013年 6 月 1 日摘 要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市交通的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，交通日益繁忙，紅綠燈已經(jīng)成為疏導(dǎo)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(hào)，面對(duì)綠燈車輛可以直行，左右轉(zhuǎn)彎;紅燈是禁止通行信號(hào)，面對(duì)紅燈所有車輛必須停止前進(jìn);黃燈是等待信號(hào)，面對(duì)黃燈所有車輛不能越過(guò)停車線，等待信號(hào)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(shí)際使用中占有很大的比例。用plc實(shí)現(xiàn)交

2、通燈的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)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(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)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(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：交通燈 plc 程序 設(shè)計(jì)目 錄摘 要1.plc的概況11.1 概述11.2 plc的特點(diǎn)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(jì)42.1本設(shè)計(jì)的控制要求42.2控制原理42.3 控制電路的設(shè)計(jì)52.4外部電路接線圖53.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1 十字路口交通燈示意圖63.2 i/o的分配63.3 時(shí)

3、序圖73.4梯形圖說(shuō)明84.系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試114.1硬件調(diào)試114.2軟件調(diào)試125.心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)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(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。1.2 plc的特點(diǎn) 可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點(diǎn)。 一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過(guò)程的pid回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如ddc和dcs等，實(shí)

4、現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的綜合自動(dòng)化。 二、使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言，而無(wú)需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。1.3 plc的工作原理 當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)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(yīng)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(gè)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(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)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(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)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(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀

6、態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對(duì)應(yīng)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(guò)程中，只有輸入點(diǎn)在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲(chǔ)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(huì)對(duì)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(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過(guò)程中如果使用立即i/o指令則可以直接存取i/o點(diǎn)。即使用i/o指令的話，輸入過(guò)程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從i/o模塊取值

7、，輸出過(guò)程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 三、輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，可編程邏輯控制器就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)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(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，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(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，基本構(gòu)成為： 一、電源 可編程邏輯控制器的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒(méi)有一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無(wú)法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)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(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、i/o以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)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(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)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(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，近年來(lái)對(duì)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(gè)cpu出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 三、存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 四、輸入輸出接口電路 1現(xiàn)場(chǎng)輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場(chǎng)控制的接口界面的輸入通道。 2現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請(qǐng)求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)輸出接口電路向現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信

10、號(hào)。 五、功能模塊 如計(jì)數(shù)、定位等功能模塊。 六、通信模塊2.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.1本設(shè)計(jì)的控制要求當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，馬路東西紅燈亮30s，同時(shí)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(dòng)同時(shí)，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(jì)為簡(jiǎn)單的紅綠交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)原理圖進(jìn)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(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求得出，

11、只需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕sb1和一個(gè)停止按鈕sb2兩個(gè)輸入信號(hào)，而 馬路上有六組信號(hào)燈，人行道上有四組信號(hào)燈，共十組輸出信號(hào)。為避免大材小用，秉承經(jīng)濟(jì)節(jié)約方針，我們應(yīng)盡量選擇最經(jīng)濟(jì)的方案。這次設(shè)計(jì)我們選用了s7-200 cpu224型號(hào)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(jì)3.1 十字路口交通燈示意圖3.2 i/o的分配3.3 時(shí)序圖3.4梯形圖說(shuō)明當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕i0.3，中間繼電器m0.1得電其常開觸點(diǎn)閉合代替了i0.3達(dá)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(diǎn)是為了當(dāng)需要切斷電源時(shí)，按下i0.2，繼電器m0.0得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，而此

12、斷開m0.1的自鎖程序達(dá)到切斷電源的效果。 1）當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)后，以下接觸器得電： aq0.0通過(guò)中間繼電器m0.1的常開觸點(diǎn)閉合接通電源，馬路南北紅燈亮。而計(jì)時(shí)器也接通，它是為q0.0計(jì)時(shí)作用的。當(dāng)t37計(jì)時(shí)30s后，它的常閉觸點(diǎn)斷開，斷開q0.0的電源。t42常閉觸點(diǎn)在這里起循環(huán)作用，就是在此程序運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期時(shí)，控制最后一個(gè)接觸器的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)完成，斷開t37使得t37重新計(jì)時(shí)，以達(dá)到循環(huán)效果。bq0.4得電，馬路東西綠燈亮。與之串連的是計(jì)數(shù)器c21（計(jì)數(shù)3次，作用是q0.4閃爍3次時(shí)斷開其電源），t43、t44在這里起控制q0.4閃爍并計(jì)時(shí)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(gè)計(jì)時(shí)器，所以q0.7的顯示時(shí)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(shí)25s后，q0.4馬路東西方向綠燈開始閃爍。計(jì)時(shí)器t43計(jì)時(shí)到，它的常閉觸點(diǎn)先斷開，使得q0.4失電，同時(shí)它的常開觸點(diǎn)閉合，接通計(jì)時(shí)器t44。t44、t45（接通t44后，t44開始工作，0.5s后接通qo.4與t45，再過(guò)0.5s后計(jì)時(shí)器t45工作，先斷開t44。如此循環(huán)工作。而這里加上計(jì)數(shù)器c21的3次計(jì)數(shù)達(dá)到綠燈閃爍功能。（3）經(jīng)過(guò)3s后，c21計(jì)數(shù)完成，斷開q0.4（熄滅綠燈）接通q0.5馬路東西黃燈和計(jì)時(shí)器t46（

14、t46在這里起計(jì)時(shí)作用，2s后它先斷開q0.5，然后其常開觸點(diǎn)閉合接通q0.3，達(dá)到紅綠燈循環(huán)效果。 （4）延時(shí)2s后，t46常開觸點(diǎn)閉合接通q0.3馬路東西紅燈。這時(shí)計(jì)時(shí)器t47接通開始工作。t47計(jì)時(shí)2s后，它的敞開觸點(diǎn)閉合，復(fù)位c21。使得q0.4重新開始工作，如此一直循環(huán)。5）當(dāng)人行道紅燈q0.7亮30s后，t37計(jì)時(shí)30s動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)先端開，切斷q0.7。然后其常開觸點(diǎn)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(guò)程與馬路閃爍3次相類似。 此次設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)試儀器（萬(wàn)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(dòng)態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。 第一步：目測(cè)。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬(wàn)用表測(cè)試。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)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(cè)。給板加電，檢測(cè)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(jī)檢查。因?yàn)橹挥杏每删幊炭刂破鏖_發(fā)系統(tǒng)才能完成對(duì)用戶系統(tǒng)的調(diào)試。 動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)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(cuò)誤等的一種硬件檢查

16、。動(dòng)態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、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(dāng)調(diào)試電路時(shí)，與該元件無(wú)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(gè)局部的電路上。當(dāng)各塊電路無(wú)故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對(duì)各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠(yuǎn)是將信號(hào)流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn)的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時(shí)，仍采用去掉無(wú)關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會(huì)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(jìn)行。先按硬件接線圖完成實(shí)物的接線。接線時(shí)各個(gè)接口按圖正確接線，并且每個(gè)接口

17、牢靠。完成此步驟后再連接上傳輸線。在做調(diào)試時(shí)，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(jìn)行通電試運(yùn)行。plc一上電電路應(yīng)無(wú)任何反應(yīng)，這時(shí)線路可進(jìn)行下一步調(diào)試。這時(shí)電腦上可進(jìn)行程序狀態(tài)監(jiān)控。按下啟動(dòng)按鈕sb1，啟動(dòng)后q0.1、q0.3、q1.1、q2.0四個(gè)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(dòng)，跳動(dòng)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(dòng)3次，跳動(dòng)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(dòng)3次后斷開。后面動(dòng)作一

18、直如此循環(huán)作業(yè)。在沒(méi)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(huì) 寫畢業(yè)論文是畢業(yè)必不可少的程序，我體會(huì)了其中的艱辛，為寫這份論文曾多次去實(shí)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(bào)告里是件很困難的事情，也為此提前很久就開始做準(zhǔn)備。這次設(shè)計(jì)的紅綠燈適用于一般交通十字路口。此設(shè)計(jì)使用方便，從經(jīng)濟(jì)方面算成本也不高，適合在一般中小城市推廣。在設(shè)計(jì)時(shí)還有人性化設(shè)計(jì)，使用時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌顟B(tài)調(diào)整紅綠燈的時(shí)間或在紅綠燈上面加計(jì)時(shí)器。為適應(yīng)時(shí)代變化，將會(huì)有更多的功能更全面的推出，總之一切都是為了順應(yīng)時(shí)代變化。 設(shè)計(jì)過(guò)程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至讓我想打退堂鼓。不過(guò)經(jīng)過(guò)不斷的完善，終于完成了這次設(shè)計(jì)并寫完報(bào)告，這給了我很大的信心，在才過(guò)程中我對(duì)plc可編程控制又有了新的了解。但是設(shè)計(jì)中存在許多不足，這些不足限制了更多的功能。 通過(guò)這次紅綠燈設(shè)計(jì)業(yè)讓我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在這過(guò)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(jì)。總之一句話，過(guò)程了痛苦的，成果是欣慰的。這將是我大學(xué)階段一個(gè)很好的總結(jié)，也將為我將來(lái)的路作了一個(gè)很好的鋪墊。并感謝在編寫論文過(guò)程中幫助過(guò)我的所有老師和同學(xué)。參考文獻(xiàn)1.廖常初可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用重慶大學(xué)出版社，2001 2.廖常初p