機(jī)械本科PLC交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、可編程控制器件及應(yīng)用課程考查論文題目：PLC交通燈控制系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)：2010級(jí)電科一班學(xué)號(hào)： 姓名： 田沖成績(jī)：緒論隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起們的關(guān)注。人、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(wèn)題之一。城市交通控制系 統(tǒng)用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)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。(一) PLC設(shè)計(jì)的意義隨著交通越來(lái)越發(fā)達(dá)所出現(xiàn)的問(wèn)題也越來(lái)越多，路面狹窄，車輛擁擠。尤其是到了上下班的時(shí)候，許多車輛在路口浪費(fèi)了很多的時(shí)間，不僅給車主帶了很多的麻煩也給交通部門帶了不少麻煩。為了解決這些問(wèn)題，國(guó)家政府也花了不

2、少的心思和精力去研究，探討。為了能有效地解決交通問(wèn)題，政府對(duì)城市進(jìn)行了有規(guī)模的城市規(guī)劃和道路擴(kuò)建與維修。還有就是對(duì)交通燈進(jìn) 行了研究和改善，調(diào)整交通燈的時(shí)間控制和變換頻率以及工作時(shí)間的控制，從而使交通更為暢通和安全，提高了交通燈的自身作用和價(jià)值。(二) PLC設(shè)計(jì)的內(nèi)容與目標(biāo)內(nèi)容：PLC交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)：更好地解決人，車，路三者之間的協(xié)調(diào)PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理1.1.1 PLC的基本結(jié)構(gòu)在種類繁多的PLC中，其組成結(jié)構(gòu)和工作原理都基本相同。用PLC實(shí)施控制，其實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行輸入/輸出轉(zhuǎn)換，并將這個(gè)轉(zhuǎn)換給予物理實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)用 于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。PLC專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)

3、，它主要由CPU 電源、存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入/輸出接口電路等組成2。1. 中央處理器(CPU)中央處理器(CPU)般由控制器運(yùn)算器和寄存器組成。它們都集成在一個(gè)芯 片內(nèi)，CPU通過(guò)數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元輸入 /輸出接口電路 相連接。與一般計(jì)算機(jī)一樣，CPU是 PLC的核心，它按照PLC中系統(tǒng)程序賦予的 功能指揮PLC有條不序地進(jìn)行工作。用戶程序和數(shù)據(jù)事先存入存儲(chǔ)器中，當(dāng)PLC處于運(yùn)行方式時(shí)，CPU按循環(huán)掃描方式執(zhí)行用戶程序。CPU的主要任務(wù)如下：(1) 按PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器輸入用戶程序和數(shù)據(jù)。(2) 用掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置的狀態(tài)與數(shù)據(jù)，并存入輸入映

4、像寄存器或 數(shù)據(jù)寄存器。(3) 診斷電源或PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。(4) 在PLC進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶，程序經(jīng)過(guò)命令解釋 后，按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去啟、閉有關(guān)控制電路，分時(shí)地去 執(zhí)行數(shù)據(jù)的存取、傳送、組合、比較、變換等動(dòng)作。完成用戶程序中規(guī)定的邏輯 運(yùn)算或算術(shù)運(yùn)算等任務(wù)。 根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更換有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸入映像寄存器 的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)輸出、制表、打印或數(shù)據(jù)通信等控制。2. 存儲(chǔ)器PLC 的存儲(chǔ)器包括系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器兩個(gè)部分。(1) 系統(tǒng)存儲(chǔ)器系統(tǒng)存儲(chǔ)器是指用來(lái)存放PLC的系統(tǒng)程序的存儲(chǔ)器。它由PLC生產(chǎn)廠家編寫 并固化在ROM內(nèi)，用

5、戶不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能夠完成PLC 設(shè)計(jì)者規(guī)定的各項(xiàng)工作。其主要內(nèi)容包括 3 個(gè)部分：系統(tǒng)管理程序、 用戶指令 解釋程序和標(biāo)準(zhǔn)程序模塊與系統(tǒng)調(diào)試。(2) 用戶存儲(chǔ)器 用戶存儲(chǔ)器由用戶程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器兩部分組成， 其主要任務(wù)作用是 用來(lái)存放用戶針對(duì)具體控制任務(wù)用規(guī)定的PLC編程語(yǔ)言編寫的各種用戶程序。PLC使用的存儲(chǔ)器有3種類型：隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM和可擦 除可編程只讀存儲(chǔ)器 (EEPRO。)3. 輸入/ 輸出接口單元PLC的輸入和輸出信號(hào)類型可以是開(kāi)關(guān)量、模擬量和數(shù)字量。輸入 /輸出接 口單元從廣義上可分為 2 個(gè)部分：一部分是與被控制設(shè)備相

6、連的接口電路， 另一 部分是輸入和輸出的映像寄存器。4. 擴(kuò)展接口和通信接口PLC具有擴(kuò)展接口和通信接口的能力，其作用如下：(1) 擴(kuò)展接口的作用是將擴(kuò)展單元和功能模塊與基本單元相連，是PLC的配置更加靈活以滿足不同控制的系統(tǒng)需求。(2) 通信接口的作用是通過(guò)這些通信接口可以與監(jiān)視器打印機(jī)和其他的， PLC 或計(jì)算機(jī)相連從而實(shí)現(xiàn)”人 -機(jī)”或”機(jī) -機(jī)”之間的對(duì)話。5. 電源部分PLC一般使用220交流電源，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源位 PLC的中央處理器、存儲(chǔ)器 等。電路提供5V、+-12V、24V等直流電源使PLC能正常工作。6. 編程設(shè)備 編程設(shè)備的作用是供用戶進(jìn)行程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視。7.

7、 其他部件有些PLC還可以有ERRO寫入器、存儲(chǔ)器卡等其他外部設(shè)備， 用于增強(qiáng)PLC的存儲(chǔ)容量和擴(kuò) 展功能。1.1.2 PLC的工作原理PLC在程序運(yùn)行方式、輸入輸出操作、特殊功能模塊等方面做了特別的考慮2。1. PLC 的 3個(gè)工作階段當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段 和輸出刷新階段三個(gè)階段完成。上述 3 個(gè)階段即為一個(gè)周期。在整個(gè)運(yùn)行期間 PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述 3個(gè)階段。(1)輸入采樣階段PLC在輸入采樣階段，先掃描所以輸入端子并將各輸入 端子狀態(tài)存入對(duì)應(yīng)的輸入元件映像寄存器。此時(shí)，輸入元件映像寄存器被刷新， 接著進(jìn)入用戶程序執(zhí)行階

8、段。 在用戶程序執(zhí)行階段或輸出階段， 輸入元件映像寄 存器與外界隔離， 無(wú)論輸入端子信號(hào)如何變化， 輸入元件映像積存器始終保持不 變，直到下個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端子的新內(nèi)容重新寫入。 用戶程序執(zhí)行階段。根據(jù) PLC梯形圖程序掃描規(guī)則，PLC以先左后右， 先上后下的步序逐句掃描。當(dāng)指令中涉及輸入 /輸出時(shí)，PLC從輸入映像寄存器 中讀入上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)， 從輸出映像寄存器讀入對(duì)應(yīng)輸出映像 寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。 然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算， 運(yùn)算結(jié)果在存入元件映像寄存器中。 對(duì)元件映像來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨程序的執(zhí)行過(guò)程而變化。(3) 輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出

9、映像寄存器中所有繼電器 的狀態(tài)在(通 /斷)在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出驅(qū) 動(dòng)外部負(fù)載。對(duì)于小型 PLC， I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣集中輸 出的工作方式， 雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度， 但從根本上提高了系 統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。2. PLC 對(duì)輸入/輸出的處理規(guī)則PLC 對(duì)輸入 / 輸出的處理規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)在 上有個(gè)刷新期間的通 / 斷狀。2交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈工作原理1. 信號(hào)燈由一個(gè)按鈕控制其啟動(dòng)，一個(gè)按鈕控制其停止。2. 信號(hào)燈分為南北綠燈，南被黃燈，南北紅燈和東西綠

10、燈，東西黃燈，東西 紅燈及報(bào)警燈。3. 南北紅燈亮，并維持25S。當(dāng)南北紅燈亮?xí)r，東西綠燈也亮，維持20S后， 東西綠燈閃爍3S后熄滅，然后東西黃燈亮2S后熄滅，接著東西紅燈亮，南北綠 燈亮。4. 東西紅燈亮，并維持 30S。當(dāng)東西紅燈亮?xí)r， 南北綠燈也亮，維持 25S 后，南北綠燈閃爍3S后熄滅，然后南北黃燈亮2S后熄滅，接著南北紅燈亮，東 西綠燈亮。按以上方式周而復(fù)始地工作。如表2：表1交通燈亮閃表東西信號(hào)綠燈亮綠燈閃黃燈亮紅燈亮?xí)r間20S3S2S30S南北信號(hào)紅燈亮綠燈亮綠燈閃黃燈亮?xí)r間25S25S3S2SCg)圖1交通燈的放置PLC硬件設(shè)計(jì)2.1.1交通信號(hào)燈PLC的輸入/輸出點(diǎn)的分配

11、表表2交通信號(hào)燈PLC的輸入/輸出點(diǎn)的分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)啟動(dòng)按鈕SB1I0.0南北綠燈HL1-1HL1-2Q0.0停止按鈕SB2I0.1南北黃燈HL2-1HL2-2Q0.1南北紅燈HL3-1HL3-2Q0.2報(bào)警燈HL4Q0.3東西綠燈HL5-1HL5-2Q0.4東西黃燈HL6-1HL6-2Q0.5東西紅燈HL7-1HL7-2Q0.6HL1-1HL1-2HL2-1HL22HL3-1HL3-2HL 4HL5-1HL5-2HL6-1HL6-2HL 7-1HL 7-22.1.2 交通信號(hào)燈PLC控制硬件接線圖W 0ILQO. 0g 1IO. 1QO. 2S7-

12、200 PLCCPU 222QO. 3QO. 4QO. 5QO. 6IM2L步圖2 交通信號(hào)燈PLC控制硬件接線圖其中,S7-200 CPU222系統(tǒng)有8個(gè)輸入信號(hào)和6個(gè)輸出信號(hào).1個(gè)模擬量電位 器，最多可擴(kuò)展10AI/A0點(diǎn)。4KB用戶程序區(qū)和2KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。有4路高速計(jì) 數(shù)器(30KHZ，2路高速脈沖輸出，1個(gè)RS485通信/編程口，2個(gè)獨(dú)立的輸入端 可同時(shí)作加、減計(jì)數(shù)，可連接 2 個(gè)相位差為 90 度的 A/B 相增量編碼器。可以進(jìn) 行一定模擬量的控制和 2個(gè)模塊的擴(kuò)展， 對(duì)于比較適合小型的控制系統(tǒng)。 所以在 這個(gè)設(shè)計(jì)中選用了 S7-200 CPU2224 。在硬件接線圖中，輸入口 I

13、0.0接收啟動(dòng)按鈕SB1的輸入，輸入口 I0.1接收 停止按鈕SB2的輸入；輸出口 Q0.0接收南綠燈(HL1-1)和北綠燈(HL1-2)，輸 出口 Q0.1 接收南黃燈 (HL2-1) 和北黃燈 (HL2-2) ， 輸出口 Q0.2 接收南紅燈 (HL3-1)和北紅燈(HL3-2)，輸出口 Q0.3接收?qǐng)?bào)警燈(HL4)，輸出口 Q0.4接收 東綠燈(HL5-1)和西綠燈(HL5-2)，輸出口 Q0.5接收東黃燈(HL6-1)和西黃燈 (HL6-2)， 輸出口 Q0.6接收東紅燈(HL7-1)和西紅燈(HL7-2)。PLC軟件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈PLC控制梯形圖和指令語(yǔ)句。2.1.3 交通信號(hào)燈

14、PLC控制梯形圖10. 0 T0,lI j-H /Fg。)IF TOK PT0 Q0.3 T41T軟H/l/I+2CKJ T43T IN TON*30-FTT467I J lh 7i i?l+5-PTT45J_| |p7T37T44T15TONT461/1/lQ03 CQO.,6QO.O)I宀T45IQO. 32.1.4 交通信號(hào)燈PLC控制的指令表LD10.010.0 閉合OM0.0ANI0.1=M0.0M0接通閉合并自鎖LDM0.0LPSANQ0.3ANT41TON T37 , +250LRDATON LRD ATON LRD ATON LRD ATON LRD ATON LRD AN A

15、NTON LRD ATON LRD ANTON LRD ATON LRD AN ANLRDLD ANLD ANAOLD ALDLRD AN ANT37T38 , +250T38T39 , +30T39T40 , +20T37T41 , +300T44T42 , +20Q0.3T37T43 , +200T43T44 , +30T46T45 , +5T45T46 , +5T37Q0.3Q0.2Q0.6T38T 38T39T45Q0.0T38T40Q0.1南北綠燈工作）南北黃燈停止工作）LRDLDQ0.2ANT43LDT43ANT44AT45（南、北向紅燈工作）OLDALD=Q0.4（南北綠燈閃爍）

16、LPPLPSAT44ANT42=Q0.5（東、西黃燈停止工作）LRDAT37=Q0.6LPPAQ0.0AQ0.4（東西向綠燈亮）=Q0.32.1.5 程序說(shuō)明 按下啟動(dòng)按鈕SB1,IO.O閉合，MO接通閉合并自鎖。第3邏輯行中的M0.0 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器T37接通并計(jì)時(shí)；第9邏輯行中的T43接通并計(jì)時(shí)，第 11、12邏輯行中的T45, T46T組成1S的時(shí)鐘脈沖；第13邏輯行中的Q0.2接通， 南、北向紅燈工作；由于 Q0.2 的接通，第 17 邏輯行中 Q0.4 接通，東、西向綠 燈亮5 。 經(jīng)過(guò)20S后，第9邏輯行行中的T43動(dòng)作，第17邏輯行中的計(jì)時(shí)器T43 的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.4

17、斷電；第18邏輯行中的T43的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使得當(dāng)T45 常開(kāi)觸點(diǎn)閉合是Q0.4接通，T45的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)Q0.4斷開(kāi)，此時(shí)東、西綠燈 閃爍。（3）由于第9邏輯行中的T43動(dòng)作，第10邏輯行中的T43的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 同而計(jì)時(shí)器T44接通，經(jīng)過(guò)3S后，T44動(dòng)作；T44在第18邏輯行中的常閉觸點(diǎn) 斷開(kāi)，東、西綠燈閃爍結(jié)束；同時(shí)第 19邏輯行中的T44的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Q0.5 接通，東、西黃燈工作；第8邏輯行中的T44的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，計(jì)時(shí)器T43接通 并計(jì)時(shí)；經(jīng)過(guò)2S后，T43動(dòng)作，第19邏輯行中的T43的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.5 失電，東、西黃燈停止工作。（4）當(dāng)東、西黃燈停止工作時(shí)，第 3邏

18、輯中的計(jì)時(shí)器T37正好經(jīng)過(guò)25S計(jì)時(shí) 動(dòng)作，第13邏輯行中的T37的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，南、北紅燈熄滅；第20邏輯行中 的T37的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Q0.6接通，東、西紅燈工作；由于 Q0.6的接通，因而 第 14 邏輯行中的 Q0.0 的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，南、北綠燈工作。（5）T37動(dòng)作后，第4邏輯行中的T37的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，T38接通并計(jì)時(shí)，第 7邏輯行中的T37的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，T41接通并計(jì)時(shí)。 經(jīng)過(guò)25S后，第4邏輯行中的T38動(dòng)作，第14邏輯行中的計(jì)時(shí)器T38 的常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，Q0.0斷電；第15邏輯行中的T38的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，使得當(dāng)T45 的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)Q0.0接通，T45常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)Q0.4斷開(kāi)，此時(shí)南、北綠燈 閃爍。（7）由于第4邏輯行中的T38動(dòng)作，因而第5邏輯行中的T38的常開(kāi)觸點(diǎn)閉 合，計(jì)時(shí)器T39接通，經(jīng)過(guò)3S后，T39動(dòng)作；T39在第15邏輯行中的常閉觸點(diǎn) 斷開(kāi)，南、北綠燈閃爍結(jié)束；同時(shí)第 16邏輯行中的T39的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，Q0.1 接通，南、北黃燈工作第6邏輯行中的T39的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，計(jì)