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1、 炎黄职业技术学院 毕 业 论 文设计题目： 基于 PLC 的交通信号灯的控 制专业：机械制造与自动化班级：308 自动化 1 班姓名：丁建良学号：020108010012011 年 3 月 10 日2毕业设计题目： 基于基于 PLCPLC 的交通信号灯的控制的交通信号灯的控制1 1、设计的主要任务及目标、设计的主要任务及目标毕业论文是本专业教学计划中重要的、最后的一个综合性环节，其主要目标是：培养和提高学生综合运用所学的专业基础理论、基本知识和基本技能来分析、解决实际问题以及动手操作的能力，使得学生初步掌握 PLC 的设计步骤及方法，并学会查阅专业资料；也使学生在思想作风、学习毅力和工作作风
2、上受到一次良好的锻炼,以为学生毕业后尽快适应工作打下良好的基础。 2 2、设计的主要内容、设计的主要内容本设计将在以下两个方面对红绿灯的控制系统进行研究和论证。1. 红绿灯类型的选择。综合红绿灯的类别和各类的特点和要求选择。2. 红绿灯控制的设计。在本设计中选用了目前运用最多的 PLC 编程语言梯形图，梯形图的编程能直观明了的设计出红绿灯控制的要求。并且具有强大的诊断功能，能更快的查找出故障的原因，从而大大缩短了维修的时间。3 3、设计的基本要求、设计的基本要求（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，所有信号灯都熄灭。（
3、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。3目目 录录第一章 PLC 的概述.1.1 PLC 的发展历史.1.2 PLC 的特点.1.2.1 可靠性高，抗干扰能力强.1.2
4、.2 配套齐全，功能完善，适用性强.1.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎.1.2.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造.1.2.5 体积小，重量轻，能耗低.1.3 PLC 的基本结构.1.3.1CPU 的构成.1.3.2I/O 模块.1.3.3PLC 的外部设备.1.3.4PLC 的通信联网.1.4 PLC 的等效电路和工作原理.1.4.1 PLC 的等效电路.1.4.2 PLC 的周期工作方式.1.5 PLC 的分类.1.5.1 按 I/O 点数分类.1.5.2 按结构分类.1.5.3 按功能分类.1.6 PLC 未来展望.第二章 PLC 常用的编程语言.第三章 PLC 基
5、本指令系统特点.第四章 十字路口交通灯控制.4.1 交通信号控制系统.4.1.1 十字路口交通灯控制实际情况描述.4.1.2 十字路口交通灯的路况画出模拟图.4.1.3 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验.44.2 交通灯控制系统硬件设计.4.2.1 PLC 选择.4.2.2 可编程式控制制器 I/O 端分配.4.2.3 PLC 的外部接线图.4.3 交通灯控制系统软件设计.4.3.1 十字路口交通灯模拟控制时序图.4.3.2 流程图.4.3.3 程序梯形图.毕业设计总结.5第一章第一章 PLCPLC 的概述的概述1 1. .1 1 P PL LC C 发发展展历历史史 起源：1968 年美
6、国通用汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程式控制制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程式控制器，是世界上公认的第一台PLC。 1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14 1971 年，日本研制出第一台 DCS-8 1973 年，德国研制出第一台 PLC 1974 年，中国研制出第一台 PLC 发展：20 世纪 70 年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程式控制制器，使 PLC 增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PL
7、C 为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程式控制制器的功能特点，可编程式控制器定名为PLC。 20 世纪 70 年代中末期，可编程式控制制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程式控制制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID 功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20 世纪 80 年代初，可编程式控制制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程式控制制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程式控制制器已步入成熟阶段。 20 世纪 80 年代至 90 年代中期
8、，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为 3040%。在这时期， PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机界面能力和网络能力得到大幅度提高， PLC 逐渐进入过程式控制制领域，在某些应用上取代了在过程式控制制领域处于统治地位的DCS 系统。 20 世纪末期，可编程式控制制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、6生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程式控制制器的工业控制设备的配套更加容易。1.21.2 PLCPLC 的特点的特点 1.2.11.2.1 可靠性高，抗干扰能力强可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制
9、设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。1.2.21.2.2 配套齐全
10、，功能完善，适用性强配套齐全，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。1.2.31.2.3 易学易用，深受工程技术人员欢迎易学易用，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。它界面容易，编程语言易于为工程技术
11、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。1.2.41.2.4 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造系统的设计、建造工作量小，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。71.2.51.2.5 体积小，重量轻，能耗低体积小，重量轻
12、，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1.31.3 PLCPLC 的基本结构的基本结构一般讲，PLC 分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式 PLC，有一块 CPU 板、I/O 板、显示面板、存储器块、电源等，当然按 CPU 性能分成若干型号，并按 I/O 点数又有若干规格。对模块式 PLC，有 CPU 模块、I/O 模块、存储器、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的 PLC，都属于总线式开放型结构，其 I/O 能力可按用户需要进行扩展与组合。1.3.
13、11.3.1 CPUCPU 的构成的构成PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每台 PLC 至少有一个CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，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，从用户程序存贮器中逐条读取指令，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， 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线界面及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作
14、速度、存储器容量等。存储器主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU 的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU 的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种界面及设定或控制开关。一般讲，CPU 模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式 PLC 的主箱体也有这些显示。它的总线界面，用于接 I/O 模板或底板，有存储器界面，用于安装存储器，有外设口，用于接外部设备
15、，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU 模块上还有许多设定开关，用以对 PLC 作设定，如设定起始工作方式、存储器区等。81.3.21.3.2 I/OI/O 模块模块PLC 的对外功能，主要是通过各种 I/O 界面模块与外界联系的，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。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。1.3.31.3.3 PLCPLC 的外部设备的外部设备外部设备是 PLC 系统不可分割的一部分，它有四大类编程设备：有简易编程器和
16、智能图形编程器，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。编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条形码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。1.3.41.3.4 PLCPLC 的通信联网的通信联网PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 RS-232 界面，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。1.41.4 PLCPLC 的等效
