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1、河南工业职业技术学院 毕 业 设 计. / 题目：PLC在交通灯控制系统中的应用 班 级 机修1004班 专 业 机电工程系 学生姓名 廖永能 指导教师 杨聚庆 日 期 2012年10月10日 设计任务书设计题目：基于PLC的交通信号灯控制设计要求：在综合掌握PLC控制交通灯理论的基础上，自主灵活的利用这些知识去分析设计，使其设计的结果最终能够实现：（1） 东西和南北方向各有一组红、黄、绿灯用于指挥交通,红、黄、绿三灯的持续时间分别为36s,6s,30s。（2） 当东西方向为红灯时，南北方向为绿灯。当南北方向为红灯时，东西方向为绿灯。红灯倒计36s后，黄灯闪烁3次，然后绿灯亮。（3） 东西和南
2、北各有两组数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间。设计进度要求：第一周：查阅收集相关的资料确定设计题目。第二周：根据设计要求分析西门子PLC的工作原理。第三周：到图书馆,电子阅览室等相关地方查找资料。第四周：写出控制交通灯工作的梯形图。第五-六周：进行软、硬件设计并画出相关的电路图。第七周：调试修改，找出问题，改进设计。第八周：撰写论文,准备答辩。指导教师（签名）： 摘 要目前对交通灯的控制有很多种，但是往往都存在着故障率高、可靠性差、抗扰性差等众多缺点。但是PLC控制系统克服了这些缺点，它工作可靠，功能强，存储容量大，编程方便、抗干扰能力强，受到众多设计者的青睐。因此，我这
3、次的设计是以PLC为基础来实现对交通信号灯的控制。此次设计我首先对交通信号灯的原理进行分析；然后根据分析确定设计的输入、输出点数；进而确定所要选用的PLC的型号；以及需要扩展的模块的数量并对扩展的模块数量进行I/O编址；最后利用输入、输出点数确定I/O接线图、程序流程图和梯形图。并通过了系统调试，最终达到了交通信号灯自动控制的目的。因些利用PLC控制交通灯不仅可以实现交通灯的作用，而且还使交通灯的设计更加方便，实现的功能更加强大。关键词：可编程控制器，交通灯，梯形图 目录设计任务书I摘要II目录I1 PLC的概述1 1.1 PLC简介 11.2 PLC的国内外状况及未来展望2 1.3 PLC未
4、来展望41.4 PLC控制交通灯的背景51.5 PLC控制交能灯的优点51. PLC的工作原理62 交通灯控制系统的总体设计72.1设计总体要求72.2设计总框图72.3硬件设计总思路82.4软件设计总思路83 硬件设计93.1 PLC的硬件系统组成93.2 PLC的选型103.3输入、输出点的估算113.4主机型号的选择113.5模块的扩展123.6输入、输出点的分配133.7 PLC外部接线示意图143.8七段数码管的显示工原理154 软件设计184.1编程软件的概述184.2编程语言的选择184.3程序梯形图195 PLC的调试与分析27总结31致谢32参考文献331 PLC概述1.1
5、PLC简介可编程控制器简称PLC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。可编程控制器（PLC）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端口，并根据输入端口的状态，按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的软件编写，使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控
6、制器按预定的控制方案执行控制任务。目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有少数采用单片机构成。对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则需要加入大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件。而且交通控制智能化需要按实际情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。如使用单片机控制，则需要引入大量I/O接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。采用可编程控制器对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又具有高的抗干扰和稳定性。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过
7、程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：PLC型交通灯控制器：将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，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。德国西门子有限公司生产的S7-20
8、0系列可编程控制器（如图1-1）具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块等特点。它是一种集成式控制器，集成了电源、输入模块、输出模块和CPU于一身，输入输出状态由LED指示，内装RS-485通讯接口，可连接计算机直接编制梯形图程序，通过EM 277 PROFIBUS-DP扩展从站模块，可将S7-200 CPU连接到PROFIBUS-DP网络。EM 277经过串行I/O总线连接到S7-200 CPU。PROFIBUS网络经过其DP通信端口，连接到EM 277 PROFIBUS-DP模块。这个端口可运行于9600波特和12
9、M波特之间的任何PROFIBUS波特率。图1-1 S7-200系列可编程控制器1.2 PLC的国内外状况及未来展望随着我国城市化建设的发展，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入了寻常老百姓的家庭，再加上政府大力发展公交车、出租车，使得道路上车辆越来越多，许多大城市如北京、上海、南京等均出现了道路交通超负荷运行的情况。因此，自80年代后期以来，很多城市纷纷扩建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，扩建道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制
10、约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门丞待解决的主要问题。在这种情况下，道路交通信号灯开始发挥了越来越重要的作用，并已成为交管部门管理交通的重要工具之一。 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用
11、于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable ,是世界上公认的第一台PLC。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。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控制器，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。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC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（
12、简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，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，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可
13、编程控制器已步入成熟阶段。上世纪80年代至90年代中期，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、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前
14、，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。1.3 PLC未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、
