基于PLC交通灯设计.doc
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1、 学院 毕业设计论文毕业设计(论文)开题报告设计(论文)题目基于PLC交通灯设计一选题的背景和意义: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,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.二 课题研究的主要内容:1、 PLC控制交通灯与其他软件控制相比较的优势;2、PLC控制交通灯的整体设计方案;3、硬件设计:系统的硬件设计;4、软件设计:交通灯梯形图程序设计;
2、5、方案验证:利用组态仿真软件验证方案的正确性三主要研究(设计)方法论述:1、文献研究法:在开题初期,通过网络,图书,期刊收集资料;2、市场调查法:在设计前,对各种交通灯进行市场调查;3、对比法:对各种交通灯设计方案的优缺点进行比较,优化设计方案;4、软件仿真法:利用组态仿真软件验证方案的正确性、合理性和有效性四、设计(论文)进度安排:时间(迄止日期)工 作 内 容2013.10.012012.10.05确立研究课题,初拟毕业设计纲要2013.10.052013.10.08查阅相关资料并进行分析、归纳、总结2013.10.082013.10.15认真研究课题,确定设计方案2013.10.152
3、013.10.16撰写中期检查报告2013.10.162013.10.23完成交通灯硬件设计 2013.10.232013.10.25编译程序并进行时序仿真 2013.10.252013.11.17撰写毕业设计论文2013.11.182014.05.31修改论文完成初稿,并提交电子稿于老师审阅2014.05.312013.06.03准备毕业答辩五、指导教师意见指导教师签名: 年 月 日六、系部意见: 系主任签名: 年 月 日 基于PLC交通灯设计 目 录 摘 要Abstract第1章 前言1第2章 可编程程序控制器(PLC)22.1 PLC的硬件结构22.2 PLC的工作原理2第3章 方案设计
4、4 3.1 设计要求43.2系统设计方案分析4 3.3 PLC选型6第4章 系统硬件设计7 4.1 设计原则74.2 PLC外部连接设计74.3 设计要点及注意事项8第5章 系统程序设计105.1系统程序分析105.2 梯形图软件设计105.3梯形图所对应的语句表15第6章 系统检测与调试176.1 组态软件的介绍176.2 组态画面的建立186.3 变量的定义186.4仿真并调试196.5 调试要点及注意事项22第7章 结束语24参考文献25答谢辞26摘 要 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
5、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。本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制,其控制方法是采用西门子的S7-300PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮,以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用了顺序控制设计法用了六个计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。控制程序包括有顺序功能图(SFC)、梯形图(LAD)、指令表(STL)。系統调试运行是用组态软件进行仿真的,最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。关键字:PLC、交通灯、控制系统、组态设计Abstract PLC programmable logic controller is a
6、microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology evolved a new type of industrial control devices. It has a simple structure, convenient programming, high reliability, has been widely used in industrial processes and automatic control of
7、 the position.This design is realizes with PLC to the intersection street-traffic control lights control, its control method is uses Simenss S7-300 PLC to the East, West, South and North red, yellow, green, the left green light to realize the orderly circulation to glisten, achieves to street-traffi
8、c control lights control. In the controlled process used the sequential control design law to use eight timer six counters to divide the time interval frequency division rate to realize automatically to eight controlled member control. The control procedure includes the smooth functional diagram (SF
9、C), trapezoidal chart (LAD), instruction list (STL). System commissioning is configuration software simulation, finally after several debugging all we need to achieve the design requirements.Keywords: PLC, traffic lights, control systems, configuration design 第1章 前言 可变程序控制器(PLC)是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自
10、60年代问世以来,PLC得到了突飞猛进的发展,尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展,可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具,得到了广泛的普及和推广应用。交通十字路口车辆穿梭,行人熙攘,车行车道,人行人道,有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多,可以用电子电路来实现,也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。1第2章 可编程程序控制器(PLC) 2.1 PLC的硬件结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的
11、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。其结构如图2-1所示。 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收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器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收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O 映象区,然后
12、从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内,等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O 映象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。如图2-1 PLC的结构图: 图2-1 PLC的结构图 2.2 PLC的工作原理 它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统
13、的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序的编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理则大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口
14、和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图2-2所示:图2-2 PLC的硬件结构图 PLC是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序,按指令步序号(或地址号)作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序,直至程序结束。然后重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段.PLC在输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态
15、或输入数据读入,并将其写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令,执行的结果再写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中,并通过一定的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。第3章 方案设计3.1 设计要求 交通灯控制系统的控制要求如下:1:信号灯受一个起动开关控制,当起动开关接通时,信号系统开始工作,且先南北红灯亮,东西绿灯亮。当起动开关断开时,所有信号灯都熄
16、灭。 2:南北绿灯和东西绿灯不能同时亮,如果同时亮时应关闭信号灯系统,并报警。 3:南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮,并维持20S。到20S时,东西绿灯闪烁,闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮,并维持2S。到2S时,东西黄灯熄,东西红灯亮。同时,南北红灯熄灭,南北绿灯亮。 4:东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S,熄灭。同时南北黄灯亮,维持2S后熄灭,这时南北红灯亮,东西绿灯亮。 5:周而复始。如图3-1所示:图3-1 交通信号图 3.2系统设计方案分析十字路口交通灯状态的分析: 十字路口交通灯如下图3-1所示,将12个交通灯进行编号 这12个
17、交通灯共有四个状态: 状态1:南北红灯(1、7)亮,东西绿灯(6、12)亮。状态2:南北红灯(1、7)继续亮,东西绿灯(6、12)闪。状态3:南北红灯(1、7)继续亮,东西黄灯(5、11)亮。 状态4:东西红灯(4、10)亮,南北绿灯(3、9)亮。状态5:东西红灯(4、10)继续亮,南北绿灯(3、9)闪。 状态6:东西红灯(1、7)继续亮,南北黄灯(2、8)亮。 如图3-2所示 :图3-2 交通红绿灯分布图 交通指挥信号灯控制系统工作时,对指挥灯的控制要求按一定时序进行,如图3-3所示:启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯图3-3 交通信号灯时序状态示意图3.3 PLC选
18、型S7-300 PLC的选型原则是据生产工艺所需的功能和容量进行选型,并考虑维护的方便性、备件的通用性,以及是否易于扩展和有无特殊功能等要求。选型时具体注意以下几方面:(1)有关参数确定。一是输入/输出点数(I/O点数)确定。这是确定PLC规模的一个重要依据,一定要根据实际情况留出适当余量和扩展余地。二是PLC存储容量确定。注意当系统有模拟量信号存在或要进行大量数据处理时,其存储容量应选大一些。(2)系统软硬件选择。一是扩展方式选择,S7-300 PLC有多种扩展方式,实际选用时,可通过控制系统接口模块扩展机架、Profibus-DP现场总线、通信模块、运程I/O及PLC子站等多种方式来扩展P
19、LC或预留扩展口;二是PLC的联网,包括PLC与计算机联网和PLC之间相互联网两种方式。因S7-300 PLC的工业通信网络淡化了PLC与DCS的界限,联网的解决方案很多,用户可根据企业的要求选用;三是CPU的选择,CPU的选型是合理配置系统资源的关键,选择时必须根据控制系统对CPU的要求包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、MPI接口能力等。 (3)PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围等,并最好在西门子公司的技术支持下进行,以获得合理的选型;四是编程软件的选择,这主要考虑对CPU的支持状况,我们的体会是:STEP7 V4.0对有些型号的CPU不支持,硬件组态时会发生故
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