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1、.毕业论文PLC控制交通灯设计学生姓名： 学 号： 年级专业：指导老师：二级学院： 提交日期：2017年5月目 录目 录2摘 要41.41 PLC的工作原理：81.42 结构：8PLC的基本结构框图如下81.5 PLC的硬件介绍及选型91.51硬件介绍91.52PLC系统的其它设备121.53 PLC的通信联网121.6 S7-200系列PLC的基本指令131.61 逻辑取及输出线圈指令LD、LDI、OUT131.62单个触点串联指令AND、ANI131.63 S7-200系列PLC的定时器指令15S7-200系列的定时器指令171.7 S7-200系列编程软STEP7-Micro/WIN编程
2、软件171.71 STEP7-Mirco/WIN窗口组件17图1.71 STEP7-MICRO/WIN32的主界面181.72 编程准备181.73 STEP7-Mirco/WIN主要编程功能与程序的上载下载191.74 程序的调试与监控211.8 顺序功能图22第2章： 交通灯控制要求232.1路况示意图模拟图 21交通灯示意图232.2工作要求和过程23主要工序要求如下：232.3根据交通灯示意图模拟控制实验24第3章 交通灯控制的设计243.1顺序功能图243.2I/O分配及接线图2526图3.1 交通灯顺序功能图26根据输入输出分配表画出接线图,如下：273.3 编制程序28指令表如下
3、303.4交通灯时序波形图333.4 交通灯控制时序波形333.5 PLC系统调试34致 谢35参 考 文 献36基于西门子S7-200的交通灯控制设计摘 要自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改进,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,而现今PLC技术飞快发展,应用越来越广,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
4、突出。同时交通控制更是趋向智能化方向发展,LED交通信号灯在持续发光、雨淋、灰尘等恶劣的气候条件下,仍然能保持较好的工作性能,而且价格更低廉。本文主要通过西门子PLC 控制交通红绿灯。关键词：西门子S7-200,交通灯,PLC,梯形图。前言1.1课题背景1858年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,绿两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示停止,绿色表示注意。1869年1月2日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消
5、。1914年,电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示停止,绿灯亮表示通行。1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故。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。1968年,联合国道路交通和
6、道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号,面对绿灯的车辆可以直行,左转弯和右转弯,除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号,面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号,面对黄灯的车辆不能越过停车线,但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通,并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展,原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通
7、状况,成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是：事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前,大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和
8、不确定的,采用固定时间的控制方法,经常造成道路有效利用时间的浪费,出现空等现象,影响了道路的畅通。为此,采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器,能较好地解决这个问题。第1章 ：PLC的基础知识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,这种装置的功能已经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。但是为了避免与个人计算机Perso
9、nalComputer的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。1.2PLC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。1.3PLC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
10、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
11、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。1.4PLC的工作原理和结构1.41PLC的工作原理：采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时,从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出,一直循环扫描工作。注意：由于PLC是扫描工作过程,在程序执行阶段即使输入发生了变化,输入状态映象寄存器的内容也不会变化,要等到下一周期
12、的输入处理阶段才能改变。1.42结构：PLC实质上是一种专用与工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机再结构上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,内存模块,电源模块,底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。接口部件输出PLC的基本结构框图如下：输入接口部件件中央处理单元 CPU板 电源部件1.5 PLC的硬件介绍及选型1.51硬件介绍一PLC的类型 PLC按结构分为整体型和模块型两类,按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、
13、8位、16位、32位、64位等。 二输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块,应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块,应考虑选用的输出模块类型,通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁,电感性低功率因数负荷场合,但价格较贵,过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等,与应用要求应一致。 三CPU的构成 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收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场
14、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。CPU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,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。在使用者看来,不必要详细分析CPU的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。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。运算器用于进行数
15、字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。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速度和内存容量是PLC的重要参数,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。 四I/O的分配 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
