毕业设计plc在交通畅通工程中的应用设计.docx
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毕业设计plc在交通畅通工程中的应用设计
WuHanPolytechnicUniversity&CommercialCollege
本科毕业论文（设计）
PLC在交通畅通工程中的应用设计
题目：
PLC在交通畅通工程中的应用设计
系部：
信息工程系
专业年级：
电气0601
姓名：
学号：
063001010042
指导老师：
刘静职称：
二○○年月日
摘要
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一，而交通信号灯的控制系统，是城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
交通信号的出现，使得交通得以有效管制，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等管制的控制系统，以及系统硬、软件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效的疏导交通，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。
可变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。
关键词：
交通灯；PLC；程序；设计
Abstract
Withthesocialandeconomicdevelopment,urbantransportproblemsareincreasinglyacauseforconcern.People,vehicles,roadsrelationsbetweenthecoordinationoftrafficmanagementdepartmenthasbecomeanimportantissuetoberesolved,whilethetrafficsignalcontrolsystemistheurbantrafficsurveillanceandcontrolcommandsystem,themostimportantcomponentof.
Theemergenceoftrafficsignalssothattrafficcanbeeffectivelycontrolled,foreasetrafficflow,increaseroadcapacityandreducetrafficaccidentshaveademonstrableeffect.Inordertoachievetrafficmanagement,andstrivetoadvancedtrafficmanagement,andscientific.Programmablecontrollerfortrafficcontrol,controlsystem,andsystemhardwareandsoftwaredesignmethods,experimentsshowthatthesystemimplementsasimple,economic,andcaneffectivelyeasetraffic,improvetrafficjunctionCapacity.Analysisofmodernurbantrafficcontrolandmanagementofthestatusquo,combinedwiththeactualsituationofthetrafficdescribedtrafficcontrolsystemworks,givesasimpleandpracticalurbantrafficlightcontrolsystemPLCDesign.Vari-ProgramController'spositioninindustrialautomationisextremelyimportantandwidelyusedinvariousindustries.Withthedevelopmentoftechnology,programmablecontroller,thefunctionhasimprovedsteadily,coupledwithsmaller,lowpriceandhighreliabilityinmodernindustry,amoreprominentrolein.
Keywords：
Trafficlights；PLC；Program；Design
第1章PLC特点及应用………………………………………………………1
1.1概述…………………………………………………………………………………1
1.2PLC的由来…………………………………………………………………………1
1.3PLC的定义……………………………………………………………………………2
1.4PLC功能………………………………………………………………………………2
1.5PLC的特点………………………………………………………………2
1.6PLC的应用……………………………………………………………………2
第2章PLC的结构及原理………………………………………………………4
2.1plc的分类……………………………………………………………………4
2.2plc的结构……………………………………………………………………4
2.3plc的工作原理…………………………………………………………………7
2.4plc汇编语言………………………………………………………………7
2.5plc的基本指令……………………………………………………………………7
2.6编程器件…………………………………………………………………………8
2.7PLC的基本性能指标………………………………………………………………8
第3章S7-200编程软件STEP7-Micro/WIN3.2………………………………6
3.1如何控制程序作业…………………………………………………………………11
3.2编程语言的形式……………………………………………………………………11
3.3STEP7程序的使用…………………………………………………………………12
3.4Step7MicroWinV3.2…………………………………………………………12
第4章交通灯控制要求………………………………………………………14
4.1工作过程……………………………………………………………………………14
4.2路况示意图…………………………………………………………………………14
第5章可编程控制器程序设计……………………………………………………………16
5.1PLC控制系统软件设计……………………………………………………………16
5.2PLC硬件系统设计方法……………………………………………………………17
第6章可编程控制器程序设计…………………………………………………19
6.1硬件…………………………………………………………………………………19
6.2软件…………………………………………………………………………………21
6.3信号灯控制编程元件表……………………………………………………………22
6.4梯形图………………………………………………………………………………23
第7章总结……………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………27
第1章PLC特点及应用
1.1概述
可编程控制器（ProgrammableController）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。
早期的可编程控制器可以称作可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。
但是为避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
1.2PLC的由来
在60年代，汽车生产流水线的西东控制系统基本都是由继电器控制装置构成的。
当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。
随着汽车的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，废料，甚至阻碍了更新周期的缩短。
为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：
1、编程方便，现场可修改程序；
2、维修方便，采用模块化结构；
3、可靠性高于继电器控制装置；
4、体积小于继电器控制装置；
5、数据可直接送入管理计算机；
6、成本可与继电器控制装置竞争；
7、输入可以是交流115V；
8、输出为交流115V,2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；
9、在扩展时，原系统只要很小变更；
10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上使用，获得了成功。
这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。
直到1971年，，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。
这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视。
1971年日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。
1973年，西欧国家也研制出他们的第一台PLC。
我国从1974开始研制。
于1977年开始工业应用。
1.3PLC的定义
可编程控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
1.4PLC功能
1、数据采集与输出。
2、控制功能。
包括顺序控制、逻辑控制、定时、计数等。
3、数据处理功能。
包括基本数学运算、比较、对字节的运算、PID运算、滤波等。
4、输入/输出接口调理功能。
具有A/D、D/A转化功能，通过I/O模块完成对模拟量的控制和调节，具有温度、运动等测量接口。
5、通信、联网功能。
现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台PLC可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监事和诊断。
在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散控制”的分布控制网络，以便完成较大规模的发杂控制。
通常所说的SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。
6、支持人机界面功能。
提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。
允许操作者和PC系统与其应用程序相互作用，一边做决策和调整，实现工业计算机的分散和集中与监视系统。
7、编程、调试等，并且大部分支持在线编程。
1.5PLC的特点
1、可靠性高、抗干扰能力强；
2、通用性高、使用方便；
3、程序设计简单、易学易懂；
4、采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；
5、系统设计周期短；
6、安装简便，调试方便，维护工作量小；
7、对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；
1.6PLC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如下几类.
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、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，必须实现模拟量和数字量之间的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，是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。
世界上各种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处理一般是运用专用的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）、数据传输、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、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，完成一定的操作，也可以利用通信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；也可用于过程制造系统，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与其他智能设备间的通信。
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。
第二章PLC的结构及原理
2.1PLC的分类
1、按PLC的结构形式分类：
1）整体式；2）模块式。
2、按PLC的I/O点数分类：
1）小型256点以下；2）中型256点以上；2048点以下：
3）大型2048点以上。
3、按PLC功能分类：
抵挡型，中档型，高档型。
2.2PLC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从结构上分，PLC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、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合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律组合配置。
结构如图所示：
1、中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接受并储存从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、储存器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映像区然后从用户程序存储器中逐条读取用程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算术运算的结果送入I/O映像区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统或采用三CPU的表决式系统，这样即使某个CPU出现故障整个系统仍能正常运行。
CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接受并储存用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存储器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。
CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现他们之间联系的数据、控制及状态总线结构，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。
内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。
CPU速度和内存容量是PLC是重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模。
2、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
1.PLC常用的存储器类型
RAM（RandomAssessMemory）,这是一种读/写存储器（随机存储器），其存取速度最快，由锂电池支持。
EPROM（ErassbleProgrammableReadOnlyMemory），这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变（在紫外线连续照射下可擦除存储器内容）。
EEPROM（ElectricalErasableProgrammableReadOnlyMemory），这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。
2.PLC存储空间的分配
虽然各种PLC的CPU的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：
系统程序存储区；
系统RAM存储区（包括I/O映像区和系统软设备等）；
用户程序存储区。
（1）系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC的性能。
（2）系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备如：
逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。
I/O映象区，由于PLC投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元（RAM）以存放I/O的状态和数据，这些单元称作I/O映象区，一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit），一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit），因此整个I/O映象区可看作两个部分组成：
开关量I/O映象区，模拟量I/O映象区。
系统软设备存储区
除了I/O映象区区以外，系统RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等）的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC断电时数据被清零
1）逻辑线圈
与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。
2）数据寄存器
与模拟量I/O一样，每个数据寄存器占用系统RAM存储区中的一个字（16bits），另外PLC还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。
3）计时器
4）计数器
（3）用户程序存储区用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC其存储容量各不相同。
（三）电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。
如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内可以不采取其它措施，而将PLC直接连接到交流电网上去。
（四）I/O模块
PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。
I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。
常用的I/O分类如下：
开关量：
按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：
按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。
按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
（五）PLC系统的其它设备
编程设备：
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。
小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。
也就是我们系统的上位机。
人机界面：
最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。
2.3PLC的工作原理
1.plc的工作方式
1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。
2）程序执行阶段：
plc对用户程序扫描。
3）输出刷新阶段：
当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。
2.4PPLC汇编语言
采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：
梯形图，语句表，功能图等。
1.梯形图：
由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。
主要特点：
1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。
每一逻辑行，起使左母线。
2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”
3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。
4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。
2.语句表又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。
2.5PLC的基本指
升级会员 