十字路口交通信號燈PLC控制設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

中北大學(xué)可編程控制器課程設(shè)計(jì)說明書第5頁共20頁1引言當(dāng)今，紅綠燈（紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”）安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。

隨著社會的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC

的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進(jìn)行分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔.

這樣就可以實(shí)現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率。

近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入。同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一。PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富?？蓪δ壳捌毡槭褂玫摹皾u進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中，同時PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理可縮短車輛通行等候時間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時檢測和自動控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的。還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合加以完善。十分形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。eq\o\ac(○,1)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、在十字路口，要求東西方向和南北方向各通行35s，并周而復(fù)始。2、在南北方向通行時，東西方向的紅燈亮35s，而南北方向的綠燈先亮30s后再閃3s后黃燈亮2s。3、在東西方向通行時，南北方向的紅燈亮35s,而東西方向的綠燈先亮30s后再閃3s后黃燈亮2s.4、要求只用一個控制開關(guān)對系統(tǒng)進(jìn)行啟?？刂?。eq\o\ac(○,2)1.1.1實(shí)用價值與理論意義交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(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，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。1.2所用的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而不斷發(fā)展的。隨著電力拖動方式的演變與發(fā)展，電力控制的控制方式也由手動控制向自動控制方向發(fā)展．而在電氣控制技術(shù)的發(fā)展所經(jīng)歷的三個發(fā)展階段中PLC又因其自身的特點(diǎn)成為自動控制中應(yīng)用最廣泛的控制裝置，本文就是針對PL C控制十字路口交通燈所做的研究，PLC相對于繼電接觸器系統(tǒng)有以下優(yōu)勢：1、功能強(qiáng)，性能價格比高2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)3、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少5、體積小、編程簡單、能耗低6、維修工作量少，維修方便當(dāng)然PLC控制也有自身的缺點(diǎn)：在控制簡單的裝置時由于PLC沒有接觸器控制系統(tǒng)有成本優(yōu)勢，而且所以至今仍是機(jī)床和其他許多機(jī)械設(shè)備廣泛使用的基本電氣控制方式。eq\o\ac(○,3)2可編程控制器(PLC)2.1什么是可編程控制器(PLC)可編程控制器，簡稱PLC（ProgrammablelogicController）,PLC是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。2.3.5易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎

PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)2.3.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。eq\o\ac(○,8)2.4PLC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(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)，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(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存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(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。eq\o\ac(○,9)

即，在用戶程序執(zhí)行過程中，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(diǎn)。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，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。eq\o\ac(○,10)

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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是可編程邏輯控制器的真正輸出。eq\o\ac(○,11)3系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)3.1施耐德PLC簡介3.1.1施耐德PLC硬件施耐德PLC主要有原Modicon旗下的Quantum、Compact(已停產(chǎn))、Momentum等系列，編程軟件是Concept;而TE旗下的Premium、Micro系列則使用PL7Pro。施耐德在整合了Modicon和TE品牌的自動化產(chǎn)品后，將UnityPro軟件作為未來中高端PLC的統(tǒng)一平臺。支持Quantum、Premium和M340三個系列。至于Momentum和Micro作為成熟產(chǎn)品未來不會再有多大的改進(jìn)，所以會繼續(xù)沿用原來的軟件平臺。小型的Twido系列使用TwidoSoft軟件(有中文版本，國外已經(jīng)開始使用TwidoSuit,不過估計(jì)短時間內(nèi)還不會引入中國進(jìn)行漢化翻譯)，至于邏輯控制器ZelioLogic的編程軟件ZelioSoft已經(jīng)推出中文版了。3.1.2施耐德編程軟件施耐德plc編程軟件是施耐德電氣自動化的核心產(chǎn)品，它是新一代軟硬件自動化平臺。其全新的獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)縮短了開發(fā)時間，處理器的靈活性可以實(shí)現(xiàn)更高的性能?；陂_放性以及對工具的協(xié)同式應(yīng)用，Unity在軟件開發(fā)和控制系統(tǒng)運(yùn)行上達(dá)到了更高水平，它將生產(chǎn)率的提高放在首位。施耐德plc編程軟件是用于Premium、Atrium和QuantumPLC的通用IEC61131-3編程、調(diào)試和運(yùn)行軟件包。基于PL7和Concept的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，UnityPro能夠幫助我們實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)率以及更多的軟件協(xié)作新功能。其集成的轉(zhuǎn)換器可以重用PL7和Concept的IEC應(yīng)用程序。您可以因此減少您的軟件投資，降低培訓(xùn)成本，充分利用UnityPro在兼容性和未來開發(fā)能力方面無可匹敵的潛力。利用UnityEFBToolkit，VisualC++開發(fā)者可以創(chuàng)建定制的功能，這些功能可以在UnityPro中使用。UnitySFCView是一個ActiveX控件，可集成到一個標(biāo)準(zhǔn)的HMI/SCADA系統(tǒng)中，用于監(jiān)視和控制SFC程序。eq\o\ac(○,12)3.2施耐德m218編程軟件3.2.1常用編程語言施耐德m218編程軟件常用編程語言1.梯形圖-LD語言

2.ST語言

3.FBD功能塊語言

4.

CFC連續(xù)功能圖

5.SFC順序功能圖

3.3十字路口交通信號燈PLC控制設(shè)計(jì)的分析利用PLC設(shè)計(jì)控制十字路口交通燈的全自動運(yùn)行，系統(tǒng)啟動后，根據(jù)設(shè)置好的東西南北方向的通車時間控制東西南北方向指示燈按照一定的規(guī)律運(yùn)行，完成一個周期工作后自動進(jìn)入下一個周期繼續(xù)運(yùn)行。城市路口交通燈控制系統(tǒng)用于十字路口的車輛以及行人的交通管理。1、在十字路口，要求東西方向和南北方向各通行35s，并周而復(fù)始。2、在南北方向通行時，東西方向的紅燈亮35s，而南北方向的綠燈先亮30s后再閃3s后黃燈亮2s。3、在東西方向通行時，南北方向的紅燈亮35s,而東西方向的綠燈先亮30s后再閃3s后黃燈亮2s.交通信號交通燈控制系統(tǒng)如圖3-1所示：圖3-1交通信號交通燈控制系統(tǒng)3.4系統(tǒng)總體方案1.系統(tǒng)啟動后，東西直行、南北直行都亮紅燈。2.東西直行綠燈亮30s后再閃3s，與此同時南北紅燈全亮35s；3.東西直行綠燈熄滅，黃燈亮2秒。4.南北直行綠燈亮30s后再閃3s，東西方為紅燈全亮35s。5.南北直行綠燈熄滅后，黃燈閃爍2s。6.循環(huán)執(zhí)行上述1到5步，實(shí)現(xiàn)對交通信號燈的控制。3-1交通燈設(shè)計(jì)思想表系統(tǒng)動作流程圖:圖3-2系統(tǒng)動作流程圖1.型號選擇：輸出端有東西、南北方向紅綠黃燈輸出點(diǎn)，所以選用施耐德m218編程軟件。2.輸入/輸出分配表：如表3-2表3-2輸出南北紅燈Y000南北綠燈Y001南北黃燈Y002東西紅燈Y010東西綠燈Y011東西黃燈Y0123.硬件電路圖連接：如圖3-3所示：圖3-3硬件電路圖4軟件設(shè)計(jì)4.1定時器的設(shè)置為了明確各定時器的作用，以便于理解各個燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確時間，表4-1列出了定時器的功能如下：表4-1定時器設(shè)置定時器定時時間功能t035s紅燈計(jì)時t135s另外一個紅燈計(jì)時t100.5s綠燈閃爍t110.5s另外一個綠燈閃爍t2030s綠燈計(jì)時t213s綠燈閃爍的總時間t222s黃燈計(jì)時t3030s另外一個綠燈計(jì)時t313S另外一個綠燈閃爍的總時間t322s另外一個黃燈計(jì)時4.2PLC控制梯形圖設(shè)計(jì)1.程序內(nèi)容：圖4-1程序內(nèi)容2.梯形圖圖4-2梯形圖3.仿真圖.圖4-3仿真圖5總結(jié)在我的PLC課程設(shè)計(jì)過程中,做課程設(shè)計(jì)的每個階段，從資料的收集，開題報(bào)告的寫作，設(shè)計(jì)的檢查，我們都非常認(rèn)真。在M218軟件的仿真階段,李曉老師的悉心指導(dǎo),言傳身教,以及同組同學(xué)們的相互幫助相互團(tuán)結(jié)，一起鼓勵和努力之下，我們才把這個課設(shè)成功做完。這讓我明白，同學(xué)們的努力和互助是那么的美好。生活中不僅僅有有辛酸和淚水，也有全力拼搏和努力,因?yàn)榕透冻鲞^，我們的青春才會如此美麗！經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)，雖然也只是對plc的應(yīng)用掌握了個皮毛，但是自己還是能感覺到十分大的提高，感謝這一路有這些老師和同學(xué)的相伴，讓我收貨的許多，真的非常感謝你們。最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝！祝你們永遠(yuǎn)幸福快樂！參考文獻(xiàn)[1]王阿根.電氣可編程控制原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.2007[2]付家才.電工電子實(shí)踐教程.化學(xué)工業(yè)出版社.2003[3]王仁祥.常用低壓電器原理及其控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2001[4]路林吉.PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐.人民郵電出版社.1999.5[5]平志韓.可編程序控制器及其在包