控制系統(tǒng)綜合課程設(shè)計--基于plc控制的交通信號燈的設(shè)計與實現(xiàn)

1、<p>　　基于PLC控制的交通信號燈的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： <

2、/p><p>　　基于PLC控制的交通信號燈的設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　摘要：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通

3、訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。</p><p>　　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。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學(xué)化。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定制器資源十分豐富，可對目前普遍使用的信號燈進行精準(zhǔn)控制，特別對多岔路口的控

4、制可以方便的實現(xiàn)。本文以單個十字路口交通燈為例，用PLC實現(xiàn)單個十字路口交通信號燈控制的方法。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。</p><p>　　可編程序控制器在工業(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。而且隨著科技的發(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

5、作用更加突出。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC控制器 交通燈 自動控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第1章 PLC簡述1</p><p><b>　　1.1 概述

6、1</b></p><p>　　1.2 PLC的特點2</p><p>　　1.3 PLC的應(yīng)用2</p><p>　　1.4 PLC的分類2</p><p>　　1.5 PLC的結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.6 PLC的工作原理3</p><p>　　第2章

7、交通信號燈控制的實現(xiàn)3</p><p>　　2.1 控制要求3</p><p>　　2.2 交通燈工作時序圖4</p><p>　　2.3 i/o模塊說明5</p><p>　　2.4 i/o端口分配6</p><p>　　第3章 程序設(shè)計6</p><p>　　3.1 設(shè)

8、計流程6</p><p>　　3.2 STL語言設(shè)計7</p><p>　　3.3 梯形圖設(shè)計8</p><p><b>　　結(jié)束語11</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人

9、、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，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(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)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(fù)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(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。

10、然而，隨著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(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)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>　　交通信號燈的出現(xiàn)，

11、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。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(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)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,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。</p><p>　　為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學(xué)化。用可編程控制

12、器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，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PLC設(shè)計方案?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）在工業(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

13、作用更加突出。</p><p><b>　　第1章 PLC簡述</b></p><p><b>　　1.1 概述 </b></p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable

14、Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。</p><p>　　1.2 PLC的特點</p><p>　　1 可靠性高，抗干擾能力強；<

15、/p><p>　　2 通用性高，使用方便；</p><p>　　3程序設(shè)計簡單，易學(xué)，易懂；</p><p>　　4采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；</p><p><b>　　5系統(tǒng)設(shè)計周期短；</b></p><p>　　6安裝簡便，調(diào)試方便，維護工作量??；</p><

16、p>　　7對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強，可進行柔性生產(chǎn)。</p><p>　　1.3 PLC的應(yīng)用</p><p>　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類： </p><p>　?。?）開關(guān)量的邏輯控制： </p><p>　　這

17、是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。</p><p><b>　　（2）模擬量控制：</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。

18、為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 </p><p><b>　?。?）運動控制： </b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳

19、感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 </p><p><b>　?。?）過程控制：</b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算

20、法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　?。?）數(shù)據(jù)處理：</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算

21、）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 </p><p>　?。?）通信及聯(lián)網(wǎng)： </p><p>　　PL

22、C通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　1.4 PLC的分類</p><p>　　1．按PLC的結(jié)構(gòu)形式分類：1）整體式；2）模塊式。</p><p>　　2．按PLC的I/

23、O點數(shù)分類：1）小型256點以下；2）中型256點以上，2048點以下；3）大型2048點以上。</p><p>　　3．按PLC功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。</p><p>　　1.5 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CP

24、U板、I/O板、顯示面板、內(nèi)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(nèi)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>　　圖1 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.6 PLC的工作原理</p><p><b>　　PLC的工作方式：</b></p>

25、<p>　?。?）輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存，接著進入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，即使輸入信號發(fā)生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。</p><p>　?。?） 程序執(zhí)行階段：PLC對用戶程序掃描。</p><p>　?。?）輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動功率放大

26、器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅(qū)動外部負(fù)載。</p><p>　　第2章 交通信號燈控制的實現(xiàn)</p><p><b>　　2.1控制要求</b></p><p>　　十字路口的交通燈分為橫向控制燈和縱向控制燈，每個方向有紅、綠、黃3種顏色的控制燈，分別稱為橫向紅燈、橫向綠燈、橫向黃燈和縱向紅燈、縱向綠燈、縱向黃燈。本次設(shè)計的控制要求如下

27、：</p><p>　　1、信號燈受一個啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。</p><p>　　2、當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。</p><p>　　3、南北紅燈亮維持10秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持5秒。到5秒時，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。2秒后，東西

28、黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持15秒。南北綠燈亮維持10秒，然后閃亮3秒后熄滅。然后南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。</p><p>　　4、依上、周而復(fù)始。</p><p>　　圖2 交通燈的面板示意圖</p><p>　　2.2 交通燈工作時序圖</p><p>　　本次設(shè)計采用德國

29、西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器。西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。</p><p>　　圖3 交通燈工作時序圖</p><p>　　2.3 I/0模

30、塊說明</p><p>　　交通燈模擬控制面板上分為東西綠燈、黃燈和紅燈，分別記為G1，Y1和R1；南北紅燈、黃燈和紅燈，分別記為G2，Y2和R2。輸入控制，依設(shè)計要求，只需要一個撥動開關(guān)即可，當(dāng)開關(guān)撥上去時，系統(tǒng)啟動；開關(guān)撥下時，系統(tǒng)停止。即輸入只有一個：啟動/停止；輸出一共有六個：東西綠燈G1、東西黃燈Y1、東西紅燈R1、南北綠燈G2、南北黃燈Y2、南北紅燈R2。</p><p>　　

31、表1 I/O模塊說明</p><p>　　2.4 I/0端口分配</p><p>　　表2 I/O端口分配</p><p><b>　　第3章 程序設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1設(shè)計流程</b></p><p>　　圖4 交通燈循環(huán)點亮流程</p>

32、;<p>　　3.2 STL語言設(shè)計</p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)1：</b></p><p>　　LD I0.0</p><p>　　AN T47</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　= Q0.6<

33、;/p><p>　　LDN T38</p><p>　　LDN T39</p><p>　　AN T34</p><p><b>　　OLD</b></p><p><b>　　ALD</b></p><p>　　= Q0.1

34、</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　TON T37, 100</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A T37</p><p>　　R Q0.6, 1</p><p>　

35、　= Q0.3</p><p><b>　　LPP</b></p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　TON T38, 50</p><p>　　A T38</p><p>　　AN T33</p><

36、;p>　　TON T34, 50</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A T34</p><p>　　TON T33, 50</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　TON T39, 80&

37、lt;/p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)2：</b></p><p>　　LDN T37</p><p>　　A T39</p><p>　　= Q0.2</p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)3：</b></p><p>　　LD

38、 T37</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A T42</p><p>　　R Q0.3, 1</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　TON T42, 150</p><p&

39、gt;<b>　　LRD</b></p><p>　　LDN T43</p><p>　　LDN T46</p><p>　　AN T36</p><p><b>　　OLD</b></p><p><b>　　ALD</b><

40、/p><p>　　= Q0.4</p><p><b>　　LPP</b></p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　TON T43, 100</p><p>　　A T43</p><p>　　AN

41、 T35</p><p>　　TON T36, 50</p><p><b>　　LRD</b></p><p>　　A T36</p><p>　　TON T35, 50</p><p><b>　　LPP</b></p><p&g

42、t;　　TON T46, 130</p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)4：</b></p><p>　　LD T37</p><p><b>　　LPS</b></p><p>　　A T46</p><p>　　AN T47</p>

43、<p>　　= Q0.5</p><p><b>　　LPP</b></p><p>　　TON T47, 150</p><p><b>　　3.2梯形圖設(shè)計</b></p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)1：</b></p><p&

44、gt;<b>　　網(wǎng)絡(luò)2：</b></p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)3：</b></p><p><b>　　網(wǎng)絡(luò)4：</b></p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知

45、識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。</p><p>　　雖然有種種不如意，但通過本次設(shè)計，還是進一步熟悉了S7-200 PLC的工作原理

46、及特性，掌握有關(guān)S7-200系列PLC基本的編程方法，熟悉梯形圖及STL語言設(shè)計程序的一般方法及特點。在設(shè)計的過程中，再一次明白程序是在梯形圖上一步一步改進而得，錯了不要緊，關(guān)鍵是查找錯誤所在并能及時更正錯誤或是另想其他較好的方法來實現(xiàn)，收獲不可謂不豐。</p><p>　　難免的，在設(shè)計時仍有許多的紕漏所在，如僅在實驗室的條件下進行測驗，沒有經(jīng)過實地條件的檢測；沒有考慮突發(fā)情況，例如程序突然混亂或是系統(tǒng)斷電等的