PLC交通灯十字路控制设计.docx

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PLC交通灯十字路控制设计

PLC

论

文

设

计

姓名：

胡向元（20082121071）

班级：

08电子信息工程

题目：

十字路口交通信号灯控制系统

目录

摘要............................................................................................................................................3

第一章PLC特点及应用.....................................................................................................4

1.1PLC概述、基本结构......................................................................................................4

1.2PLC的特点.......................................................................................................................6

1.3PLC的应用.......................................................................................................................6

第二章PLC的硬件原理及梯形图的设计.................................................................7

2.1PLC的硬件..........................................................................................................................7

2.2PLC的工作原理................................................................................................................8

2.3PLC汇编语言..................................................................................................................10

2.4PLC的经验设计法...........................................................................................................12

2.5PLC的基本指令...............................................................................................................13

第三章十字路口交通信号灯控制系统设计.........................................................17

3．1控制要求........................................................................................................................18

3．2控制时序.........................................................................................................................18

3．3PLC交通灯设计模型......................................................................................................18

3．4I/O分配表........................................................................................................................19

3．5PLC交通灯设计的顺序功能图...................................................................................19

3．6PLC交通灯设计梯形图.................................................................................................21

第四章PLC交通灯设计总结..........................................................................................23

致谢...........................................................................................................................................24

参考文献..................................................................................................................................24

中文摘要

  传统的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，交通灯控制系统稳定性可靠性与抗干扰能力较差，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。

随着科技的发展，可编程控制器（PLC）的功能日益完善，可编程控制器已作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。

它可靠性高、功能完善、抗干扰能力强，具有结构简单、重量轻等优点，是一种用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。

采用PLC控制交通信号灯，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别是方便地实现多岔路口的控制。

由于PLC本身具有通信联网功能，可将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同的路况要求，随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况。

与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。

本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于PLC在交通系统的运用，系统介绍了PLC的基本原理。

关键词：

交通灯控制系统；可编程控制器（PLC）；十字路口

ABSTRACT

Thetraditionaltrafficcontrolsystemismostlybydigitalcircuit,trafficcontrolsystemstabilityreliabilityandanti-interferenceabilityisbad,Withthedevelopmentofsocietyandeconomy,anddigitalcircuittrafficlightstomeetthegrowingtrafficpressure,therefore,mustseekanewmethodtoreplacethecomplexandworkingstabilityofthecontrolsystem.

Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theprogrammablelogiccontroller（PLC）function,theprogrammablecontrollerhas,asakindofmicrocomputertechnologyasthecoreinautomaticcontrolequipment,hasbeenwidelyusedinmechanicalmanufacturing,metallurgy,chemical,energy,etc.Ithashighreliability,completefunctions,stronganti-jammingcapability,withsimplestructure,lightweight,itisakindofprocesscontrolforindustrialenvironmentandthenumberofoperatingsystem.PLCcontroltrafficlights,mainlyisforusewiththeconsiderationofthecharacteristicsofstrongadaptabilitytoenvironment,anditsinternaltimerresourcesareveryrich,butfornowthewidespreaduseof"progressive"lightaccuratelycontrol,particularlyeasilyrealizemorecontrolofthecross-roads.BecauseofPLCnetworkcommunicationfunction,hasthesamepathcanbecomposedofaLANforsignalunifieddispatchingmanagement,canshortenthetimeofwaitingvehicles,scientificmanagement.

InactualapplicationofPLCcontrol,urbantrafficlights,canaccordingtodifferentconditions,modifiedatanytimetochangecontrolprocedures,thesignalofworkingtimeandworkingconditions.Andrelayorlogiccircuitcontrolsystem,PLCcontrolsystemhashigherreliabilityandflexibilityandeconomicandpractical.ThispaperistheapplicationoftheprincipleofPLCtocontrolthetrafficintersection,introducedintrafficsystembasedonPLCisintroduced,andtheapplicationofPLCsystemofbasicprinciple.

Keywords:

Trafficcontrolsystem；Programmablelogiccontroller（PLC）；Crossroads

第一章PLC的特点及应用

1.1PLC概述

可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。

早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。

随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。

但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC的基本结构

PLC主要由cpu模块、输入模块、输出模块、和编程器组成，如图所示：

PLC的基本结构

CPU模块

由微处理器（CPU芯片）和存储器组成

CPU模块的作用：

采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

周期性分时操作循环扫描

I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。

PLC通过I/O模块与工业生产过程现场联系。

I/O模块的三大作用：

1、传递信号2、电平变换3、噪声隔离

I/O模块分类：

1、模拟量I/O模块2、数字量I/O模块3、特殊I/O模块

·输入模块用来接收和采集输入信号。

PLC通过输入模块检测被控对象被控生产过程的各种参数，以这些现场数据作为PLC对被控对象进行控制的信息依据。

·开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号。

·模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流或电压信号。

·输出模块将PLC处理结果送给被控设备或工业生产过程，以实现控制。

开关量输出模块

用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备。

模拟量输出模块

用来控制调节阀、变频器等执行机构。

1.2PLC的特点

1可靠性高，抗干扰能力强；

2通用性高，使用方便；

3程序设计简单，易学，易懂；

4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；

5系统设计周期短；

6安装简便，调试方便，维护工作量小；

1.3PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1、开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2、模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3、运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4、过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5、数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6、通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

第二章PLC的结构及原理

2.1PLC的硬件

1.整体式PLC

又叫一体化PLC，它的CPU模块和I/O模块、电源模块等装在一个箱体内，结构非常紧凑，它的体积小，价格低，主要用于小型或微型PLC。

整体式PLC又分为基本单元和扩展单元两种。

2．模块式PLC

·由框架和模块用搭积木的方式组成系统，模块插在模块插座上，后者焊在框架的总线连接板上，主要用于大中型PLC和部分小型PLC。

·CPU模块、开关量I/O模块、电源模块、模拟量I/O模块和其它特殊的功能模块等在结构上相互独立，用户可根据具体的应用要求，选用合适的模块，安装在固定的机架上或导轨上，构成一个完整的PLC控制系统。

·PLC厂家备有不同槽数的框架供用户选用，如果一个框架容纳不下所选用的模块，可以增设一个或数个扩展框架，各框架之间用I/O扩展电缆连接。

·不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。

2.2PLC的工作原理

PLC在RUN工作模式下，采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出。

PLC扫描工作过程

RUN工作模式:

PLC的一个扫描工作周期分为5个阶段

STOP工作模式:

PLC的一个扫描工作周期分为4个阶段

1.输入采样

·PLC把所有输入电路的接通/断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器中寄存起来，作为下一阶段程序执行时的条件。

·进入程序执行阶段后，输入采样过程即已结束，即使输入状态变化，输入映像寄存器的内容也不会改变。

输入状态的变化只能在下一个工作周期的输入采样阶段才被重新读入。

2.执行用户程序

·PLC的用户程序由若干条指令组成，在用户程序存储器中顺序排列。

·在RUN模式下，若无跳转指令，PLC将逐条顺序扫描执行用户程序。

·执行程序指令时，所需要的输入状态或其它编程元件的状态分别由输入映像寄存器和元件映像寄存器中读出，并根据指令要求执行相应的逻辑运算。

·程序执行结果写入到元件映像寄存器中，这就是说，对于每个编程元件来说，元件映像寄存器中寄存的内容，会随程序执行的进程而变化。

·执行程序时对输入/输出的存取对象为元件映像寄存器，而非实际的I/O点，一方面可加快读写速度，另一方面可保证各I/O点状态固定不变，程序执行完后再通过输出过程映像寄存器的值更新输出点，使系统的运行稳定。

3.通信处理

在通信处理请求阶段，PLC处理从通信接口和智能模块接收到的信息，与计算机和智能设备交换数据，协调工作。

4.CPU自诊断测试

在自诊断测试处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。

5.输出刷新

程序执行完后进入输出刷新阶段。

此时将元件映像寄存器中所有的输出继电器的状态转存到输出锁存电路，再通过输出模块去驱动输出设备（负载），这就是PLC的实际输出。

6.中断程序的处理

如果程序中使用了中断，中断事件发生时，CPU停止执行正常的扫描工作方式，立即执行中断程序。

中断功能可以提高PLC对某些事件的响应速度。

7.立即处理

在程序执行过程中使用立即I/O指令可以直接存取I/O点。

用立即I/O指令读入输入点的值时，相应的输入映像寄存器的值未被更新。

用立即I/O指令来改写输出点时，相应的输出映像寄存器的值被更新。

8.扫描周期

·PLC在RUN工作模式下，执行一次完整的扫描工作操作所需的时间称为扫描工作周期。

·扫描时间取决于扫描速度和用户程序的长短，其典型值为1-100ms。

它由扫描工作过程中的五个工作阶段分时操作过程组成。

·当PLC的CPU模块确定后，扫描速度就确定下来了。

除用户程序执行时间外，其它四个工作过程所花时间即基本确定了。

·用户程序执行时间则与用户程序的指令数量有关，用户程序越长，指令数量越多，PLC的扫描工作周期越长。

2.3PLC编程语言

1、采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：

梯形图，语句表，功能图等。

2、梯形图：

由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。

主要特点：

1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。

每一逻辑行，起使左母线。

2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”

3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。

4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。

1.IEC61131-3标准的5种编程语言：

（1）顺序功能图（SequentialFunctionChart）；

（2）梯形图（LadderDiagram）；

（3）功能块图（FunctionBlockDiagram）；

（4）指令表（InstructionList）；

（5）结构文本（StructuredText）。

2.顺序功能图

是一种位于其它编程语言之上的图形语言，用来编制顺序控制程序。

它提供了一种组织程序的图形方法，步、转换和动作是顺序功能图中的三种主要元素。

有三种基本结构：

顺序结构（单系列）、选择系列和并行系列。

3.梯形图程序

梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。

是使用得最多的PLC图形编程语言。

梯形图与工厂的继电器控制系统的电路图相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的技术人员掌握，特别适合于开关量逻辑控制。

4.功能块图

是一种类似于数字逻辑电路的一种编程语言，有数字电路基础的人很容易掌握。

该编程语言使用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量。

5.指令表程序

指令是程序的最小独立单位，用户程序是由若干条顺序排列的指令构成的。

一条指令由一个操作码和一个操作数组成，操作数由标识符和参数组成。

操作码定义要执行的功能，它告诉CPU该执行什么操作；操作数为执行该操作所需要的信息，它告诉CPU用什么去做。

一般情况下，指令的操作数