PLC控制十字路口交通信號(hào)燈

PAGEPAGE2引言本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容是用PLC控制十字路口交通信號(hào)燈。其要求如下：1.控制要求：系統(tǒng)工作受開(kāi)關(guān)控制，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)“ON”則系統(tǒng)開(kāi)始工作，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)“OFF”則系統(tǒng)停止工作，所有燈關(guān)閉。若因故障使東南西北的綠燈同時(shí)亮，系統(tǒng)能自動(dòng)報(bào)警并自動(dòng)關(guān)閉所有紅、綠燈，轉(zhuǎn)入提示警告方式。2.控制對(duì)象：東西方向紅燈（R—EW）兩個(gè)；南北方向紅燈(R—SN)兩個(gè)；東西方向黃燈（Y—EW）兩個(gè)；南北方向黃燈(Y—SN)兩個(gè)；東西方向綠燈（G—EW）兩個(gè)；南北方向綠燈(G—SN)兩個(gè)；東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(L—EW)兩個(gè)；南北方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(L—SN)兩個(gè)，報(bào)警燈一個(gè)。3.控制規(guī)律：（1）系統(tǒng)24小時(shí)循環(huán)運(yùn)行，工作規(guī)律按時(shí)序圖運(yùn)行（見(jiàn)附圖），綠燈閃爍時(shí)按0.5秒間隔運(yùn)行。（2）提示警告方式運(yùn)行時(shí)，控制規(guī)律為：東、南、西、北四個(gè)方向黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮0.4秒，暗0.6秒的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。第二章設(shè)計(jì)背景2.1背景概述本文對(duì)十字路口交通信號(hào)燈控制本文對(duì)十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，運(yùn)用可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設(shè)計(jì)，能基本達(dá)到控制要求。系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了小型PLC系統(tǒng)的一個(gè)雛形，在完善各項(xiàng)功能方面都還需要進(jìn)一步的分析、研究和調(diào)試工作。如果進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，形成一個(gè)較為成型的產(chǎn)品，則需要作更多、更深入的研究。2.2可編程控制器簡(jiǎn)介可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,簡(jiǎn)稱(chēng)PLC)根據(jù)國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)在1987年的可編程控制器國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)第三稿中，對(duì)其作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！笨删幊炭刂破髯鳛槟壳肮I(yè)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)設(shè)備，被稱(chēng)為“工業(yè)自動(dòng)化三大支柱性產(chǎn)業(yè)之一”，在各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著愈來(lái)愈大的作用。由于這些特點(diǎn)，可編程控制器問(wèn)世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展。目前，可編程控制器已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的應(yīng)用。PLC作為一種專(zhuān)用于工業(yè)環(huán)境的、具有特殊結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)，有其顯著的特點(diǎn)。(1)可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無(wú)故障時(shí)間高達(dá)30萬(wàn)小時(shí)。一些使用冗余CPU的PLC的平均無(wú)故障工作時(shí)間則更長(zhǎng)。從PLC的機(jī)外電路來(lái)說(shuō)，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開(kāi)關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。(2)硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)。PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎。PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門(mén)。(4)安裝方便，擴(kuò)展靈活。PLC采用標(biāo)準(zhǔn)的整體式和模塊式硬件結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場(chǎng)安裝簡(jiǎn)便，接線簡(jiǎn)單，工作量相對(duì)較??；而且能根據(jù)應(yīng)用的要求擴(kuò)展輸入—輸出模塊或插件，系統(tǒng)集成方便靈活。各種控制功能通過(guò)軟件編程完成，因而能適應(yīng)各種復(fù)雜情況下的控制系統(tǒng)，也便于控制系統(tǒng)的改進(jìn)和修正，特別適應(yīng)各種工藝流程變更較多的場(chǎng)合。(5)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。(6)體積小，重量輕，能耗低。以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開(kāi)關(guān)柜的體積縮小到原來(lái)的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。第三章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介與分析系統(tǒng)是一個(gè)十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)，利用西門(mén)子公司的S7-200可編程邏輯控制器對(duì)十字路口的交通燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有一定的智能性。其時(shí)序圖所要實(shí)現(xiàn)的控制要求如下：東西向紅燈，南北向紅燈均亮55s；東西向綠燈，南北向綠燈均亮25s，閃5s；東西向黃燈，南北向黃燈均亮5s；東西向左轉(zhuǎn)綠燈，南北向左轉(zhuǎn)綠燈均亮5s，閃5s；按照同方向紅燈差10s結(jié)束時(shí)左轉(zhuǎn)亮5s閃5s完綠燈亮，綠燈亮完綠燈閃，綠燈閃完黃燈亮再回紅燈，依此循環(huán)。當(dāng)提示警報(bào)時(shí)如任務(wù)書(shū)所示情況工作。3.2硬件選型城市道路交通信號(hào)控制是典型的開(kāi)關(guān)量順序控制，采用PLC能充分利用它的優(yōu)點(diǎn)。在這里我們采用德國(guó)西門(mén)子公司的S7-200可編程控制器，它是積木式結(jié)構(gòu)，安裝比較方便，中央處理單元和信號(hào)模板有多種類(lèi)型，另外還具有如位控單元、PD調(diào)節(jié)等特殊功能模塊。根據(jù)本系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)及控制要求，中央處理單元可選用CPU224，該CPU板上本身具有10個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，6個(gè)非隔離數(shù)字量輸出點(diǎn)，最多能夠帶8個(gè)數(shù)字量信號(hào)模板。電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU，存儲(chǔ)器等所有擴(kuò)展模塊使用的直流電源，是整個(gè)PLC系統(tǒng)的能源供給中心，它的好壞直接影響到PLC的穩(wěn)定性和可靠。S7-200屬于小型PLC，電源模塊與CPU模塊封裝在一起，通過(guò)連接總線為本機(jī)和擴(kuò)展模塊提供+5V（DC）電源。同時(shí)，還可通過(guò)端子向外輸出一個(gè)+24V（DC）電源，供本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊繼電器線圈使用。需注意的是，從資料中我們了解到，外部電源不可與S7-200的傳感器電源并聯(lián)使用。否則，交會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電源的竟?fàn)幎绊懰鼈兏髯缘妮敵?，縮短其使用壽命，使得一個(gè)或兩個(gè)電源同時(shí)失效，使PLC系統(tǒng)產(chǎn)生不正確的操作。正確的使用方法是S7-200的傳感器電源和外部電源應(yīng)該在不同的點(diǎn)上提供電源，而兩者之間只能有一個(gè)會(huì)共連接點(diǎn)。由于根據(jù)控制要求所確定的輸入輸出點(diǎn)分別為二個(gè)和九個(gè)，由于我們是以一個(gè)路口信號(hào)單獨(dú)控制為例，考慮到夠用為準(zhǔn)。所以我們選擇了CPU224這一具有較強(qiáng)控制功能的控制器。另外，在硬件選型時(shí)，不要忘記完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及軟件編程時(shí)所需的一些設(shè)備。綜上，得到系統(tǒng)硬件配置如表3-1所示：表3-1硬件配置表名稱(chēng)數(shù)量DC24V電源1CPU2241PC/PPI編程電纜1STEP7編程軟件1PC機(jī)13.3I/O點(diǎn)的分配與編號(hào)分析PLC的輸入和輸出信號(hào),在滿足控制要求的前提下,要盡量減少占用PLC的I/O點(diǎn)。由系統(tǒng)控制要求可見(jiàn)，由控制開(kāi)關(guān)輸入的啟、停信號(hào)是輸入信號(hào)。由PLC的輸出信號(hào)控制各指示燈的亮、滅。在交通燈布置圖中，南北方向的三色燈共六盞，同顏色的燈在同一時(shí)間亮、滅；所以，可將同色燈兩兩并聯(lián)，用一個(gè)輸出信號(hào)控制。同理，東西方向的三色燈也依次設(shè)計(jì)。再加上東西方向左轉(zhuǎn)的三色燈共九盞，所以其占9個(gè)輸出點(diǎn)。由此可得系統(tǒng)I/O分配如表3-2所示：表3-2系統(tǒng)I/O分配表控制信號(hào)設(shè)備/器件名稱(chēng)元件符號(hào)地址編碼輸入信號(hào)啟動(dòng)信號(hào)SB1I0.0停止信號(hào)SB2I0.1輸出信號(hào)東西方向綠燈HL1-1、1-2Q0.0東西方向黃燈HL2-1、2-2Q0.1東西方向紅燈HL3-1、3-2Q0.2報(bào)警燈HL5Q0.4南北方向綠燈HL5-1、5-2Q0.5南北方向黃燈HL6-1、6-2Q0.6南北方向紅燈HL7-1、7-2Q0.7東西方向左轉(zhuǎn)綠燈HL4-1、4-2Q0.3南北方向左轉(zhuǎn)綠燈HL9-1、9-2Q1.0

3.4系統(tǒng)接線圖圖3-1系統(tǒng)接線圖3.5控制流程圖圖3-2控制流程圖3.6梯形圖3.7語(yǔ)句表結(jié)論城市交通燈控制采用了PLC比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)測(cè)各十字路口之間的距離，車(chē)流量和車(chē)速等，合理確定各路口信號(hào)燈之間的時(shí)差，把N臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)到一臺(tái)控制電腦上，以方便操作、管理和監(jiān)控，從而極大的提高城市道路交通管理能力。在控制方法方面，定時(shí)控制不太適合于交通流量有很大變化的交叉口的控制。因此本系統(tǒng)只適合于交通流量不太大的路口。相信隨著時(shí)間的推移交通信號(hào)燈的控制將發(fā)展得更完善。通過(guò)對(duì)PLC十字路口交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使我對(duì)所學(xué)PLC內(nèi)容更加熟悉，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了一些自己暫時(shí)還無(wú)法解決的問(wèn)題，通過(guò)老師的幫助和查閱相關(guān)書(shū)籍，對(duì)遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析解答，在這個(gè)過(guò)程中受益匪淺。設(shè)計(jì)總結(jié)通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論課，技術(shù)基礎(chǔ)課，專(zhuān)業(yè)課的知識(shí)和實(shí)踐技能起分析和解決實(shí)際工作中的一般工程問(wèn)題的能力，使我建立了正確的設(shè)計(jì)思想學(xué)會(huì)了如何把幾年來(lái)所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中去。掌握了PLC控制系統(tǒng)的原理，并進(jìn)一步鞏固、擴(kuò)大和深化了我所學(xué)的基本理論，基本知識(shí)和基礎(chǔ)技能，提高了我的邏輯思維能力。并且讓我充分的意識(shí)到PLC在實(shí)際生活中有很多的用處，激起了我在今后的生活中繼續(xù)學(xué)習(xí)和運(yùn)用PLC的興趣，我也希望我能夠把它運(yùn)用的生活當(dāng)中比如自己改造家里的電器讓它擁有更多的功能等等?？傊?，我會(huì)繼續(xù)努力的。致謝本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程，我首先要感謝我的指導(dǎo)老師翟雪琴，她除了每天做自己的工作外還時(shí)不時(shí)的經(jīng)常過(guò)來(lái)指導(dǎo)我們，使我們少走了很多彎路，更學(xué)到了許多知識(shí)，認(rèn)識(shí)到自己的很多不足。其次，要感謝本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中我們小組成員給予的幫助，在遇到困難和問(wèn)題時(shí)，我們通過(guò)討論或者請(qǐng)教別人，使我能夠很快解決問(wèn)題，在此，向他們至以真誠(chéng)的感謝。在老師和同學(xué)的