畢業(yè)設計----plc交通燈電氣控制設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　課題名稱　PLC交通燈電氣控制設計　　　　</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　一、PLC的概述...................

2、...........................4</p><p>　　1.1 PLC的發(fā)展歷程..........................................4</p><p>　　1.2 PLC的構造..............................................5</p><p>　　1.3 CPU的

3、構造..............................................5</p><p>　　1.4 I/O模塊................................................6</p><p>　　1.5 電源模塊................................................6 </p&g

4、t;<p>　　1.6 底版或機架 ..............................................6</p><p>　　1.7 PLC系統(tǒng)的其它設備.......................................7</p><p>　　1.8 PLC的通信聯(lián)網...................................

5、.......7</p><p>　　二、交通信號燈控制的實現(xiàn)..................................7</p><p>　　2.1 實現(xiàn)目標...............................................7</p><p>　　三、PLC的選型 ..............................

6、...............8 </p><p>　　3.1 三菱FX系列PLC的概述.....................................8</p><p>　　3.2 FX2

7、N系列PLC的特點：.....................................9</p><p>　　3.3三菱FX系列PLC的主要性能..................................10</p><p>　　3.4邏輯分析與程序設計......................................12</p><p>

8、　　四、功能說明..............................................17</p><p>　　五、總結...................................................17 </p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　PLC交通燈電氣控制設計

9、</p><p>　　The control design of the PLC transportation light electricity</p><p>　　[摘 要]: 針對近年來城市交通的擁擠現(xiàn)象,特別是駕駛員違章嚴重、交通事故頻發(fā)、車輛尾氣污染等問題,介紹丁集計算機、信息、電子及通訊等眾多高新技術手段于一體的智能交通指揮中心控制系統(tǒng).該系統(tǒng)的安裝及使用,大大緩解了城市道路堵

10、塞現(xiàn)象、提高了道路的通行能力.減少了駕駛員違章的次數(shù),抑制了交通事故的發(fā)生,同時對減輕車輛尾氣排放,從而降低環(huán)境污染都起到了不可低估的作用.</p><p>　　分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合城鄉(xiāng)交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設計方案。 </p><p>　　[關鍵詞]: 交通控制 交通燈 PLC控制機

11、 </p><p>　　[Take off to want]: Aim at in recent years hustle of city transportation phenomenon, especially the pilot be illegal severity, traffic accident Pin hair, vehicle tail spirit pollution etc. proble

12、m, introduction the D gather numerous Gao Xin technique meanses, such as calculator, information, electronics and communication...etc. in the commanding center of the intelligence transportation of the integral whole con

13、trol system.Should system of install and usage, consumedly alleviated city road to st</p><p>　　Analysis the present condition of modern control and management problem of the city transportation, combine city

14、 country transportation of actual the circumstance elaborated a transportation light control system of work principle, give a kind of simple practical city transportation light control system of hardware electric circuit

15、 design project. </p><p>　　[Keyword]: The transportation control transportation light PLC control machine</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三

16、者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。</p><p>　　隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著

17、交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。</p><p>　　目前，大部分城市中十字路口交

18、通燈的控制普遍采用固定轉換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復雜的、隨機的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經常造成道路有效利用時間的浪費，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學模型的模糊控制方法設計交通燈控制器，能較好地解決這個問題。另外隨著眾多高科技技術在日常生活的普遍應用，城市空中各種電磁干擾日益嚴重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。</

19、p><p>　　本論文分為3部分，其中，第一部分介紹的是PLC的一些基礎知識，這是很多PLC初學者經常會遇到的疑惑，希望能給出一些幫助；第二部分介紹PLC在交通燈上的應用；第三部分介紹PLC的選型。通過交通燈的應用的程序設計實例，將PLC的程序設計開發(fā)思路和實際需要有機地融合在一起，使讀者可以更好地理解PLC的控制，同時也提高自己的編程水平。</p><p><b>　　一、PLC的

20、概述</b></p><p>　　1.1 PLC的發(fā)展歷程</p><p>　　在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控

21、制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。</p><p>　　個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC。</p><p>　　PLC的定義有許多種

22、。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　上世紀80年代至90年代中期

23、，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30-40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。</p><p>　　PLC具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。<

24、/p><p>　　1.2 PLC的構造</p><p>　　從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　1.3 CPU的構造</p&g

25、t;<p>　　CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。</p><p&g

26、t;　　CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據、控制及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據，是PLC不可缺少的組成單元。</p><p>　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算

27、，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。</p><p>　　CPU速度和內存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。</p><p>　　1.4 I/O模塊</p><p>　　PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I

28、/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。</p><p>　　開關量是指只有開和關（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：</p><p>　　開關量：按電壓水平分，有220V

29、AC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。</p><p>　　模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。</p><p>　　除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多

30、可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。</p><p>　　1.5 電源模塊 　　</p><p>　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。 </p><p><b&g

31、t;　　1.6底版或機架 </b></p><p>　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體?！　?lt;/p><p>　　1.7 PLC系統(tǒng)的其它設備</p><p>　　1、編程設備：編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件

32、，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。</p><p>　　2、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。</p><p>　　3、輸入輸出設備：用

33、于永久性地存儲用戶數(shù)據，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器，打印機等。</p><p>　　1.8 PLC的通信聯(lián)網</p><p>　　依靠先進的工業(yè)網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數(shù)據。因此，網絡在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出"網絡就是控制器"的觀點說法。</p><p>　　

34、PLC具有通信聯(lián)網的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內置有支持各自通信協(xié)議的接口。</p><p>　　PLC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標準，PLC各廠家均有采用。</p><p>　　對于一個自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選

35、擇網絡非常重要的。首先，網絡必須是開放的，以方便不同設備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網絡層次的傳輸性能要求，選擇網絡的形式，這必須在較深入地了解該網絡標準的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設備兼容性、現(xiàn)場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網絡標準。</p><p>　　二、交通信號燈控制的實現(xiàn)</p><p><b>　　2.1 實現(xiàn)目標&

36、lt;/b></p><p>　　車行燈：綠30s 黃10s 紅25s</p><p>　　人行燈：紅45s 綠10s 綠閃5s</p><p>　　交通燈變化順序（單循環(huán)周期65s）說明如下。</p><p>　　當按下啟動開關X5后，M100接通車行燈綠燈亮，人行燈紅燈亮。車行燈綠燈亮30s后變成黃燈

37、，人行燈這時還是紅燈。車行燈黃燈亮10s后變?yōu)榧t燈，5s后車行燈還是紅燈，但這時人行燈變成了綠燈。10s后綠等閃爍5次變成紅燈。這時車行燈還是紅燈，當過了5s后，車行燈變成了綠燈。如此周而復始的循環(huán)。</p><p>　　通過上面對系統(tǒng)設計的要求，可以看到要實現(xiàn)如此一個信號燈控制，首先要設置相應的系統(tǒng)啟動按鈕作為系統(tǒng)的輸入控制。其他的就是輸出信號了，主要就是各個信號燈的控制輸出了?？偟挠熊囆袩舻木G燈、黃燈、紅燈和

38、人行燈的綠燈、紅燈。</p><p>　　通過上述的分析，可以看到，系統(tǒng)需要1個輸入和6個輸出，對于這樣一個小型的系統(tǒng)可以選擇一些小型PLC就可以滿足需求。圖1是一個通用的PLC配置示意圖。</p><p>　　圖1 PLC控制接線圖 </p><p><b&

39、gt;　　三、PLC的選型</b></p><p>　　3.1 三菱FX系列PLC的概述</p><p>　　FX系列PLC是日本三菱公司繼F1、F2系列PLC之后推出的小型機。它同時具有單元式PLC的簡單易用和模塊、式PLC的功能強大、配置靈活的優(yōu)點，其機型種類較多，主要有FX0S、FX0N、FX1、 FX1N、FX2 、FX2N 、FX2NC等。系統(tǒng)配置既固定又靈活，基本上

40、能滿足各種工業(yè)控制要求。當控制要求較簡單時，可選用容量較小的FX0S或FX0N機型；當控制要求較復雜時，可選用性能高、處理速度快、容量大的FX2N或FX0N機型。</p><p>　　FX2N系列是小型化、高速度、高性能等很多方面都是相當于FX系列中最高檔次的超小型程序裝置。除輸入輸出16-256點的獨立用途外，還可以適用于多個基礎組件間的連接、模擬控制、定位控制等特殊用途，是一套可以滿足廣泛需要的PLC。<

41、;/p><p>　　3.2 FX2N系列PLC的特點：</p><p>　?。?）系統(tǒng)配置既固定又靈活</p><p>　　可進行16-256點的靈活輸入輸出組合?？蛇B接擴展模塊，包括FX0N系列擴展模塊。</p><p>　?。?）編程簡單，指令豐富</p><p><b>　　編程種類如表1。</b&g

42、t;</p><p>　　表1 簡單的編程種類</p><p>　　功能指令種類多，有高速處理指令、便利指令、數(shù)據處理、特殊用途指令等。</p><p><b>　?。?）品種豐富</b></p><p>　　可選用16/32/48/64/80/128/點的主機，可以采用最小8點的擴展模塊進行擴展。也可根據電源及輸入輸出

43、形式，自由選擇。</p><p><b>　　（4）高性能</b></p><p>　　內置程序容量8000步，最大可擴充至16K步，可輸入注釋，還有豐富的軟主件。</p><p><b>　?。?）高速運算</b></p><p>　　1個指令的運行時間，基本指令只需0.08us，應用指令在1.5

44、2us至幾百微秒之間。</p><p><b>　　（6）多種特殊用途</b></p><p>　　FX2N系列中，1臺基本單元最多可連接8臺擴展模塊或特殊功能模塊，連接上相當?shù)奶厥夤δ苣K后，可應用在模擬控制、定位控制等特殊場合。</p><p>　?。?）外部機器通信簡單簡化</p><p>　　一臺FX2N主機可安

45、裝一個機能擴充板，使用FX2N-485-BD及FX0N-485ADP的FX2N系列PLC間，可作簡易PLC通信連接。</p><p>　?。?）共同的外部設備</p><p>　　可以享受FX系列的外部設備，如便攜式簡易編程器FX-10PE、FX-20P-E（需使用</p><p>　　FX-20P-CAB0作連接線）。用SC-09電纜線與微機連接，可使用FX-PC

46、S/WIN編程軟件。</p><p>　　3.3三菱FX系列PLC的主要性能</p><p>　　FX系列PLC基本單元和擴展單元的電源電壓適應范圍為100~240VAC，用戶程序存儲容量大，有豐富的內部軟元件，功能強且多，處理速度快，現(xiàn)將FX0S、FX2、FX2N三種PLC的主要技術性能對比寫入表2.3中</p><p>　　從表2可見，在FX系列的眾多機型中，要

47、數(shù)FX2N（或FX2NC）系列的功能最強、處理速度最快容量最大，屬于高檔的小型機。</p><p>　　表2 FX系列PLC的性能指標</p><p>　　表3.3 FX系列PLC的性能指標</p><p>　　3.4邏輯分析與程序設計</p><p>　　1.交通信號燈系統(tǒng)時序邏輯分析</p><p><b&

48、gt;　　（1）控制要求</b></p><p>　　通常為車道常開綠燈，人行道常開紅燈。紅綠燈的變化時序如圖2</p><p>　　開始30內紅綠燈保持不變，后車道燈由綠變黃，黃燈亮10后，由黃變紅。車道紅燈亮后5，人行道綠燈才亮，10后人行燈開始閃爍，亮暗間隔0.5，共閃爍5次后才變?yōu)槿诵械兰t燈亮。此后5，車道綠燈才亮。至此又恢復為通常狀態(tài)。</p><

49、p>　?。?）輸入/輸出端口設置</p><p>　　人行道與車道紅綠燈PLC控制的I/O端口分配如表3</p><p>　　表3 人行道與車行道紅綠燈PLC控制的I/O端口分配圖 </p><p><b>　?。?）狀態(tài)表</b></p><p>　　人行道與車道紅綠燈PLC控制的狀態(tài)表如表4</p&

50、gt;<p>　　表4 人行道與車道紅綠燈PLC控制的狀態(tài)表 圖3 狀況轉移圖</p><p><b>　　（4）狀況轉移圖</b></p><p>　　按表4人行道與車行道紅綠燈PLC控制的狀態(tài)表，可以畫出等效的并行結構SFC圖如下所示。</p><p>　?。?）梯形圖和指令表如下表所示</p>

51、;<p><b>　　表5 指令表</b></p><p><b>　　四、功能說明</b></p><p>　　實現(xiàn)圖3.4（1）所示的動作要求的梯形圖。用定時器T24和T25分別表示人行道綠燈閃光時的接通和斷開時間，即閃光時，綠燈（Y34）接通0.5s，斷開0.5s，其閃光次數(shù)（5次）用計數(shù)器C0來計數(shù)。當一個周期執(zhí)行完時，定時

52、器T26的常閉觸點斷開，使M8002 線圈斷開，從而使各定時器（T20-T26）和計數(shù)器C0均復位，T26的常閉觸點又閉合，重復執(zhí)行上一周期的動作過程。</p><p><b>　　五、總結</b></p><p>　　本論文介紹FX2N系列PLC交通燈控制系統(tǒng)的應用設計,關鍵是系統(tǒng)總體設計,核心則是控制程序設計。重要點掌握PLC系統(tǒng)設計的基本原則和設計的一般流程,要

53、有一個整體的概念。在滿足控制要求、環(huán)境要求和性價比等條件下，合理選擇PLC的機型和硬件配置，正確地進行內存估算，合理選擇輸入/輸出模塊，完成PLC的硬件與軟件的設計。</p><p><b>　　六、參考文獻</b></p><p>　　[1]PLC原理及應用　俞國亮主編，清華大學出版社，2005</p><p>　　[2]可編程控制器及其系統(tǒng)