PLC课程教学设计交通灯.docx

1、PLC课程教学设计交通灯交通信号灯PLC控制系统的设计交通信号灯的出现，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。 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

2、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。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯 技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点 已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。 据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应 用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基 础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于 PLC具有对 使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进 式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的

3、控制可方便地实现。因此现在越来越多地将 PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号 灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将 PLC应用于交通灯系统中。同时有些还引入触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行， 十分形象地显示出了 PLC在交通灯系统中的实际应用。关键词:交通灯；PLC；程序；设计Stoplight PLC con trol system de

4、sig nAbstractThe emerge nee of traffic lights, so traffic can be effectively con trolled, forease traffic flow, in crease road capacity and reduce traffic accide nts have remarkable results. In order to achieve traffic management, advaneed traffic management sought and scientific. Programmable contr

5、oller with control of traffic light control system and the system software and hardware design, proved that the system simple, econo mic, effective in eas ing traffic con gesti on, improve traffic jun ctio n capacity. An alysis of the moder n urba n traffic con troland management status, combined wi

6、th the traffic situation described thetraffic light control system working principle of a simple and practical urban traffic light control system PLC design. Programmable Logic Controllerspositi on in in dustrial automati on is extremely importa nt, widely used in various in dustries. With the devel

7、opme nt of tech no logy, programmable con trollerfeatures more sophisticated and smaller, low cost, high reliability, i n the moder n in dustry in a more prominent role.PLC programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer tech no logy, automatic con trol tech no logy and

8、com muni cati ontech no logy from a new type of in dustrial con trol devices. It has a simplestructure, convenient program ming, and higher reliability, has bee n widely used in in dustrial processes and con trol of the locati on. Accordi ng to statistics, the programmable con troller is the most wi

9、dely used in dustrial automati onequipme nt in a device. Experts believe, PLC will become the primary means of in dustrial con trols an importa nt in frastructure and one of, PLC, robotics, CAD / CAM will be the three pillars of in dustrial producti on. As the PLC with the use of en vir onmen tal ad

10、aptability features, while its in ternal timer resources are very rich, the current widespread use of progressive precise control of lights, in particular the control of multi-fork can be easily achieved. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lights system. Meanwhile, PLC itself wit

11、hcom muni catio ns n etwork ing, will be the same sig nal on the road to form a unified LAN, scheduling management, vehicle traffic can reduce the waiting time to realize the scientific management.As the PLC with the use of en vir onmen tal adaptability features, while itsin ternal timer resources a

12、re very rich, the curre nt widespread use ofprogressive signal for precise control, particularly control over the fork can be easily achieved. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lightssystem. While some also in troduces touch-scree n simulatio n of vehicle traffic crossing lights

13、 flash and the very image of the PLC to show the traffic light system in practical applicati on.Key words : Traffic lights ; Program; design摘要 IAbstract II.1绪论 1.1.1概述 1.1.2可编程控制器的简介 .3.1.2.1PLC 的应用 3.1.2.2PLC 的特点 4.1.2.3PLC的结构和工作方式 6.1.2.4PLC编程语言 6.1.3设计的主要内容 7.2 PLC控制系统设计概要 72.1设计的基本原则和内容 7.2.2设计的

14、步骤和实现过程 8.3交通信号灯控制系统的硬件设计 123.1交通信号灯的控制要求 123.2交通信号灯的控制时序 143.3PLC 硬件控制电路的设计 153.3.1PLC 的选型 153.3.2I/O 配置表 163.3.3PLC控制电路接线图 184交通信号灯控制系统的程序设计 204.1 STEP7编程软件的概述 204.2交通信号灯程序设计过程 214.2.1 PLC 的状态转移 21422交通信号灯程序设计步骤 224.3交通信号灯的 PLC程序 23结论 26致谢 1参考文献 3.1绪论1.1概述据一项对美国主要城市交通状况的调查显示： 1982年至2000年，美国城市在上下班高

15、峰期间的交通堵塞状况不断加剧， 由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时12公里。 用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值：每年耗 费1.5亿小时，减少生产总值117亿元。相当于该市整个生产总值的 7%。在北美、澳大利亚等大城市，道路面积率高达 35%-40%，而北京只有20%。缓解交通拥堵，加快道路建设是当务之急。据悉，到 2010年，北京将投资500亿元用于 城市道路建设，到2005年，北京仅高速公路通车里程就达到 600公里。但一味发展城 市道路，也会刺激私家车超常规发展，两者发展速度的失

16、衡，最终还是逃不出“拥堵一 修路一再拥堵”的怪圈。当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着 大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用， 智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本设计介绍了一个智能交通灯 系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口 进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路 口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计 算机和通信

17、技术为先导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题， 也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯 智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。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。 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

18、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。可编程序控制器简称 为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之 一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中， PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，计算机控制已经广泛的应用在 所有的工业领域。现代社会要求制造业对市场需求做出迅速的反应，生产出小批量、多 品种、多规格、低成本和高质量的产品。为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的 控制系统必须具有

19、极高的可靠性和灵活性。可编程序控制器（ Programmable LogicController ）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置1.2可编程控制器的简介1.2.1PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几个方面：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、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2、

20、 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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯

21、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，完成一定的控制操作，也可以利用通信

22、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。1.2.2PLC的特点1、抗干扰能力强，可靠性高继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备 连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大

23、降低 了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由 于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件， 接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100 ，因 触点接触不良造成的故障大为减少。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成， 大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。2、 配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有完善的数据

24、运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置控 制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的 发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3、 易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接 近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之 门。4、 系统的设计、建造工作量小，

25、维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程 序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5、 体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备1.2.3PLC的结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相似。PLC按其结构形式可分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC包括CPU板、 I/O板、显示

26、面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式PLC 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。PLC的基本结构框图如图2-1所示。图2-1 PLC基本结构框图1.2.4PLC编程语言采用面向控制过程、面向问题、简单直观的 PLC进行编程，其编程语言常用的有:梯形图、语句表、功能图等。1、梯形图梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器电路图很相似，具有直观 易懂的优点，特别适合于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框 组成。触点电表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻 辑运

27、算的结果，常用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等。指令框用来 表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形 图，并将它下载到PLC。2、 语句表语句表又叫指令表，它是一种类似于微机的汇编语言中的文本语言，用指令的助记 符编程，由多条语句组成一个程序段，可以实现某些不能用梯形图或功能块图表示的功 能。3、 功能块图功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。即用类似于与门、 或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量, 输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流 动。1.3

28、设计的主要内容（1 ）交通信号灯的控制要求（2 ）交通信号灯的控制时序（3）PLC应将控制电路设计（4）交通信号灯程序设计过程(5)交通信号灯的PLC程序因为是交通灯的单片机控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。然后转状态 1南北红灯，东西绿灯通车。过一段时间转 状态2东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。再转状态 3，南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间转状态4，南北绿灯灭，闪几次黄灯，东西仍然红灯。最后循环至状 态1。(这一小节写你的整个设计的内容，即把第三、四两章的内容做综合总结！ )2 PLC控制系统设计概要2.1设计的基本原则和内容我们在学习

29、了 PLC的大量相关知识后，要能够把其运用在实际设计当中。 当然，要 设计经济、可靠、简洁的PLC控制系统，需要丰富的专业知识和实际的工作经验。 那么， 我们首先来看一下PLC控制系统的设计原则和内容。一、 PLC控制系统设计的基本原则1、 最大限度地满足被控对象的控制要求；2、 保证控制系统的高可靠、安全；3、 满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便；4、 选择PLC时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。二、 PLC控制系统设计的基本内容1、 选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象；2、 分配I/O，设计电气接线图，考虑安全措施；3、 选择适合系统的

30、PLC；4、 设计程序；5、 调试程序，一个是模拟调试，一个是联机调试；6、 设计控制柜，编写系统交付使用的技术文件，说明书、电气图、电气元件明细表。7、验收、交付使用2.2设计的步骤和实现过程一、PLC控制系统设计的一般步骤1、 对于复杂的控制系统，最好绘制编程流程图，相当于设计思路；2、 设计梯形图；3、 程序输入PLC模拟调试，修改，直到满足要求为止；4、 现场施工完毕后进行联机调试，直至可靠地满足控制要求；5、 编写技术文件；6、 交付使用。我们在设计流程图时，也要遵循以下过程：1）分析生产工艺过程；2）根据控制要 求确定所需的用户输入、输出设备，分配I/O ； 3）选择PLC； 4）

31、设计PLC接线图以及 电气施工图；5）程序设计和控制柜接线施工。具体的设计步骤框图如图2-1所示图2-1控制系统设计步骤框图、PLC控制系统执行程序的过程及特点PLC执行程序的过程分为三个阶段，即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶1、 输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描工作方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样， 并存入输入映象寄存器中，此时输入映象寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段，在程 序执行阶段或其它阶段，即使输入状态发生变化，输入映象寄存器的内容也不会改变， 输入状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被采样到。2、 程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序进

32、行扫描执行。若程序用梯形图来表示，则总是按先上后下，先左后右的顺序进行。当遇到程序跳转指令时，则根据跳转条件是否满 足来决定程序是否跳转。当指令中涉及到输入、输出状态时， PLC从输入映像寄存器和元件映象寄存器中读出，根据用户程序进行运算，运算的结果再存入元件映象寄存器中。 对于元件映象寄存器来说，其内容会随程序执行的过程而变化。3、 输出刷新阶段程序执行完毕后，进入输出处理阶段。在这一阶段里， PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态（输出继电器状态）转存到输出锁存器中，并通过一定方式输出，驱动 外部负载。因此，PLC在一个扫描周期内，对输入状态的采样只在输入采样阶段进行。当 PLC进入程序执行阶段