毕业论文PLC在交通灯中的应用.docx

1、毕业论文PLC在交通灯中的应用摘 要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一.城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控重要的组成部分. 随着城市机动车量的不断增加，自80年代后期，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好城市高速道路,缓解交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高，较难

2、实现功能的变更。而可编程控制器(PLC)以微处理器为核心,具有可靠性高，控制功能强，使用灵活方便等优点。特别是由PLC实现的控制系统,普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单,抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时问，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单。本文就是基于可变成控制通过调试完成对交通信号灯的控制设计。关键词：可编程控制器；交通灯；设计；AbstractAlong with the development of the society economy, the city transportat

3、ion problem causes peoples concern more and more。 The coordination of the person, car， and the road threes relation， have become one of the important problems that the transportation management section demand resolve。 The city transportation control system is the calculator that used for the city tr

4、ansportation data monitor， the transportation signal beacon control and transportation to appease comprehensive management system， it is in the modern city transportation supervision conductor system to constitute part most importantly. Because of the features including visual procedures, good reada

5、bility， easy to modify parameters etc 。But programmable preface controller PLC is proved that this control system has many advantages such as reliable operation and small maintenance workload after putting into operation. And it also realized the automatic and scientific operations. It has high refe

6、rence value. Therefore, I choose to use PLC to carry out the design of the system function, completion originally time the lesson establish of topic。Key words： Programmable Logic Controller； Transportation light； Design; 1绪 论交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果.为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化.

7、用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案.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,在现代工业中的作用更加突出。1.1 交通信号灯的作用与研究意义城市交通与人民群众生产生活息息相关。目前我市发展迅速,经济收入逐年增长,人民群众生活条件越来越好，私人轿车越来

8、越多，城区道路交通压力与日俱增，许多路段已经超出道路设计负荷，经常发生堵车、交通事故等现象；虽然政府有关部门积极采取相应措施进行缓解，但效果不太明显；特别在节假日、上、下班高峰时间，堵车现象更为严重,而交通路段中十字路口处的车辆畅通与否尤显重要。在加上80年代后期，我国许多大城市如北京上海等地纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。这些都给市民的正常出行造成了

9、困扰。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。道路交通信号灯是为了加强道路交通管理,减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具，指导车辆和行人安全有序地通行。它是现代城市交通监控重要的组成部分。 1.2 PLC的产生及发展可编程控制器（Programmable Controller）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(Pr

10、ogrammable Logic Controller），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PLC.但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC.在60年代,汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的.当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短,这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变

11、这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置;5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争;7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀,接触器等;9、在扩展时,原系统只要很小变更;10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂,

12、操作方便，可行性高，通用灵活,体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年,已经成功地应用于食品,饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术,很快研制出了日本第一台PLC.1973年,西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用1。3 PLC的定义及结构1.3.1 PLC的定义可编程控制器,简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（Intern

13、ational Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计.1.3。2 PLC的结构分类PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式模块式和混合式。整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小，价格

14、低,小型的PLC一般采用整体式结构它包括CPU板、I/O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；大中型PLC一般采用模块式结构，它包括CPU模块、I/O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。 如图1.1所示:图1.1 PLC的基本结构1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU）是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映像区

15、，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映像区或数据寄存器内,等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的

16、寄存器中，同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等.进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路. CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路.内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令.但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

17、寄存器参与运算，并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度,IO数量及软件容量等,因此限制着控制规模2、 存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器类型（1） RAM （Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器（随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。（2) EPROM （Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连

18、续照射下可擦除存储器内容）.（3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory）,这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改.3、 电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视,一般交流电压波动在+10（+15%）范围内可以不采取其它措施,而将PLC 直接连接到交流电网上去.4、 I/O 模块PLC与电气回路的接口,是通过输入输出部分（I/O）完成的.I/O模块集成了PLC的I/O电路，其

19、输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态.输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反.I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO)，模拟量输入（AI），模拟量输出（AO)等模块。常用的I/O分类如下： （1）开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 （2）模拟量：按信号类型分,有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（010V,05V,10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit，16bit等。 （3）除了上述通用IO外,还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、等模块。 (4）按I/O点数

20、确定模块规格及数量，I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 5、 PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面:最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机(运行组态软件）充当人机界面非常普及。 6 PLC的通信联网 依靠先进的工业网

21、络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法. PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然,PLC之间的通讯网络是各厂家专用的,PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以

22、方便地进行通讯与联网. 7 外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它有四大类 ：1。 编程设备:有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况.编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行. 2。监控设备:有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据. 3.存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 4.入输出设备：用于接收信号或输出信号,一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等. 了解了P

23、LC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳 1。4 PLC的特点及应用领域1.4.1 PLC的特点：(1）编程方法简单易学（2）功能强，性能价格比高（3）可靠性高，抗干扰能力强（4)硬件配套齐全，用户使用方便,适应性强(5）系统的设计、安装、调试工作量少（6)维修工作量小，维修方便（7）体积小，耗能低1.4.2 PLC的应用领域：(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

24、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

25、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

26、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. 1。5 PLC在我国的应用自1969年，美国数字设备公司(DEC)研制出第一台PLC起,PLC一直表现出强大的生命力和高速增长态势目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、

27、电力、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业我国工业企业的自动化程度普遍较低,我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的，最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前,我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。中国PLC市场的95以上被国外产品占领

28、。国内曾有研究单位开发PLC产品，后因种种原因没有发展起来。尽管国产PLC在中国PLC市场所占份额很小,但只要国内有实力的厂商下定决心，仔细分析自身的劣势和优势,充分利用各方有利资源，踏踏实实、有针对性地做好各项工作，国内PLC厂商一定能够在PLC领域有所作为。，随着我国现代化进程的深入,中国加入WTO后越来越多的国际公司把其制造基地转移到中国.中国的国有企业和民营企业也在利用难得的历史机遇大力发展制造业。中国正在努力成为世界新的制造业基地。而我国在“十五”规划中已明确提出了“用信息化带动工业化”的发展计划，大量传统产业的自动化改造将为PLC的应用提供巨大的发展空间.我国将迎来一个PLC市场高

29、速增长的时期。PLC在我国将有更广阔的应用天地.目前中国PLC市场主要厂商为Siemens、Mitsubishi、Omron、Rockwell、Schneider、GE-Fanuc等国际大公司。 德国西门子公司:它有S5系列的产品.有S595U、100U、115U、135U及155U。日本OMRON公司：它有CPM1A型机，P型机，H型机,CQM1、CVM、CV型机，Ha型、F型机等日本三菱公司的PLC也是较早推到我国来的.其小型机F1前期在国内用得很多，后又推出FX2机，性能有很大提高。它的中、大型机为A系列、AIS、AZC、A3A等。 日本日立公司也生产PLC，其E系列为箱体式的。基本箱体

30、有E-20、E28、E40、E64. 日本东芝公司也生产PLC，其EX小型机及EXPLUS小型机在国内也用得很多.另外，还有EX100系列模块式PLC，点数较多,也是用梯形图语言编程。 日本松下公司也生产PLC。FP1系列为小型机,结构也是箱体式的，尺寸紧凑。FP3为模块式的，控制规模也较大，工作速度也很快，执行基本指令仅0l微秒。 日本富士公司也有PLC.其NB系列为箱体式的,小型机。NS系列为模块式。美国GE公司、日本FANAC合资的GEFANAC的9070机也是很吸引人的。据介绍。它具有25个特点。诸如,用软设定代硬设定，结构化编程，多种编程语言,等等。它有914、781782、7717

31、72、731732等多种型号。另外，还有中型机9030系列，其型号有344、331、323、321多种；还有9020系列小型机,型号为211. 美国施奈德公司(莫迪康）的984机也是很有名的。其中E984785可安31个远程站点，总控制规模可达63535点.小的为紧凑型的，如984-120，控制点数为256点,在最大与最小之间,共20多个型号。最近又推出Twido系列PLC，有10、16、20、24、40点几种规格。 美国AB（AlienBradley）公司创建于1903年，在世界各地有20多个附属机构，10多个生产基地。可编程控制器也是它的重要产品。它的PLC5系列是很有名的,其下有PLC5

32、/10，PLC5/11，PLC5/250多种型号。另外，它也有微型PLC，有ControLgix系列和SLC500系列。有三种配置，20、30及40I/O配置选择，I/O点数分别为12/8、18/12及24/16三种。 美国IPM公司的IP1612系列机,由于自带模拟量控制功能,自带通讯口,集成度又非常之高，虽点数不多，仅16入,12出,但性价比还是高的，很适合于系统不大，但又有模拟量需控制的场合。新出的lP3416机，I/O点数扩大到34入、12出，而且还自带一个简易小编程器，性能又有改进。 中国大陆PLC厂商的市场份额几乎可以忽略。我国比较有影响的有：深圳德维森、深圳艾默生、无锡光洋、无锡信捷、北京和利时、北京凯迪恩、北京安控、黄石科威、洛阳易达、浙大中控、浙大中自、南京冠德等。1。6 PLC的发展趋势：1、向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC