完整版基于PLC交通灯的毕业设计论文.docx
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完整版基于PLC交通灯的毕业设计论文
郑州电力职业技术学院毕业生论文
题目：
＿基于PLC交通灯的设计＿＿＿
系别＿＿电力工程系＿＿
专业＿＿供用电技术＿＿＿＿
班级＿＿09级一班＿＿＿＿
学号＿＿＿＿＿
姓名＿＿张心乐＿＿
论文成绩
指导教师
李全胜
答辩成绩
主答辩教师
综合成绩
答辩委员会主任
摘要1
第一章绪论2
1.1交通信号灯的作用2
1.2plc的概述2
1.3可编程控制器的特点3
1.4PLC的应用3
第二章PLC的结构及原理5
2.1PLC的分类5
2.2PLC的结构5
2.3PLC的工作原理6
2.4PLC汇编语言6
2.5PLC的基本指令8
2.6PLC交通灯设计编程器件12
第三章梯形图的设计与编程方法12
3．1控制要求12
3．2控制时序12
3．3PLC交通灯设计硬件及外围元器件13
3．4IO分配表14
第四章程序设计15
4．1PLC交通灯设计梯形图15
4．2PLC交通灯设计指令图17
第五章总结21
谢辞22
参考文献23
摘要
PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CADCAM将成为工业生产的三大支柱。
由于PLC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,特别对多岔路口的控制可方便地实现。
因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。
同时,PLC本身还具有通讯联网功能,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.可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。
城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点，用可编程控制器控制十字路口信号灯。
解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。
关键词：
PLC（可编程序控制器）;三菱FX2N;传感器探测;交通灯。
基于PLC交通灯的设计
第一章绪论
1.1交通信号灯的作用
随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。
交通问题不仅在发展中国家，就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。
众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。
但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。
因此，不可能通过无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。
与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。
事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根本上解决问题。
在本设计中，采用的是调节交通信号灯的红绿灯时间来改善交通通行率。
交通信号灯已有100多年的历史了。
过去的信号灯是由人工控制的，现在发展到自动控制，并由各个路口的各自为班发展到一条线或一个区域的联动，这样，车辆经过的路口都可能会一路绿灯，大大提高了道路的交通效率。
交通信号灯采用红、黄、绿三种颜色，又叫红绿灯。
红灯表示停止或禁止通行，绿灯表示通行，黄灯表示马上要出现红灯。
车辆不能越过停车线，如果车辆已十分接近停车线而不能安全停车时，可以进入交叉路口。
1.2plc的概述
可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置，涉及到很多自动控制、电器方面的知识。
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。
1.3可编程控制器的特点
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；
7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；
1.4PLC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AD转换及DA转换。
PLC厂家都生产配套的AD和DA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IO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的分类
1按plc的结构形式分类：
1）整体式；2）模块式。
2按plc的IO点数分类：
1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。
3按plc功能分类：
抵挡型，中挡型，高档型。
2.2PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。
固定式PLC包括CPU板、IO板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、IO模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。
PLC的基本结构框图如下：
接受驱动
现场信号受控元件
2.3PLC的工作原理
1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。
2）程序执行阶段：
plc对用户程序扫描。
3）输出刷新阶段：
当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。
2.4PLC汇编语言
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。
1.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。
2.语句表：
又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。
例：
下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：
X000X001Y000
X010
它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。
第二组仅一个END指令，用以结束程序。
●梯形图与助记符的对应关系：
助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。
一般讲，其顺序为：
先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。
有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。
上图的助记符程序为：
地址
指令
变量
0000
LD
X000
0001
OR
X010
0002
AND
X001
0003
OUT
Y000
0004
END
反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图
2.5PLC的基本指令
1输入输出指令（LDLDIOUT）
下面把LDLDIOUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件
以列表的形式加以说明：
符号功能梯形图表示操作元件
LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C,S
LDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,S
OUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S,F
LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。
OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。
输出指令用于并行输出，能连续使用多次。
X000Y000地址指令数据
0000LDX000
0001OUTY000
2触点串连指令（ANDANDI）、并联指令（ORORI）
符号（名称）功能梯形图表示操作元件
AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C,S
ANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，C,S
OR（或）常开触点并联连接X，Y，M，T，C，S
ORI（或非）常闭触点并联连接X，Y，M，T，C，S
AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。
OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。
X001X002Y001地址指令数据
0002LDX001
X0030003ANDIX002
0004ORX003
0005OUTY001
3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）
符号（名称）功能梯形图表示操作元件
ORB（块或）电路块并联连接无
ANB（块与）电路块串联连接无
含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。
ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。
如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。
将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。
ANB
X000X002X003Y006
X001X004X005
ORB
X006
X003
地址指令数据
0000LDX000
0001ORX001
0002LDX002
0003ANDX003
0004LDIX004
0005ANDX005
0006ORX006
0007ORB
0008ANB
0009ORX003
0010OUTY006
4程序结束指令（END）
符号（名称）功能梯形图表示操作元件
END（结束）程序结束无
在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。
若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。
另外。
在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。
其他还有一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等。
由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。
并由后面的GPP软件传输到PLC中，实时运行。
2.6PLC交通灯设计编程器件
一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。
第三章梯形图的设计与编程方法
3．1控制要求
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。
3．2控制时序
交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。
工作时序如图2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南北向的2倍（40s）。
按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯闪烁3次，计6S，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。
3．3PLC交通灯设计硬件及外围元器件
根据信号灯的控制要求，所有的器件有：
三菱FX系列PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4
只，输入输出端口接线如图3所示。
由图可见：
起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器Y3端，南北方向绿灯接于输出继电器Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y1，南北方向红灯接于输出继电器Y0。
将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。
如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。
3．4IO分配表
输入地址
输出地址
X0
启动
Y0
南北红灯
X1
停止
Y1
南北黄灯
Y2
南北绿灯
Y3
东西红灯
Y4
东西黄灯
Y5
东西绿灯
第四章程序设计
4．1PLC交通灯设计梯形图
4．2PLC交通灯设计指令图
第五章总结
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
谢辞
这次毕业设计中，虽然没有经验，但是在李老师的指导下和同学们的鼓励、帮助下，相互奋勉，最终圆满的完成了设计任务。
在整个过程当中，有许多人给了我启发和帮助，在毕业论文完成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。
首先，最需要感谢的人是我的指导老师李老师。
老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，方案可行的确定和论文纲领细节的修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。
每一次的批评和教育，使我受益匪浅，值此论文完成之际,谨向李老师再一次致以衷心的谢意，感谢他为学生营造了浓郁的学术氛围,以及学习上给予了耐心细致的帮助！
最后我还要感谢我的同学与朋友，他们也给我很大的帮助，给我提供了不少的建议，让我少走了许多的弯路。
参考文献
[1]廖常初主编.PLC基础及应用.北京：
机械工业出版社，2004
[2]廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化，（香港），1997
[3]廖常初主编.PLC基础及应用.北京：
机械工业出版社，2002
[4]廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，2001
[5]廖常初.电机及拖动.高等教育出版社，
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