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1、前 言毕业设计是学生在大学学习的最后一个教学环节，是在教师指导下，学生综合运用所学理论知识来分析和解决具有一定复杂程度的实际问题的一个实践过程;是提高学生观察事物,获取信息,理解和表述事物能力及分析,解决实际问题能力的重要教学环节;是培养学生技术经济分析能力,独立工作能力,与人合作能力,创新能力及养成理论联系实际的工作作风和提高工程实践能力的重要途径;是学生走向社会之前对其本身综合素质与能力的全面检验,也是全面衡量学校教育教学质量的一个重要依据。在进行毕业设计过程中，每个学生要全面地运用、稳固和深化所学理论知识，独立的完成调查研究，查阅并收集有关的参考文献和资料；独立地进行设计方案的选定，进行
2、各种设计和计算，创造性的完成毕业设计规定的全部任务。还要求每个学生都要认真地、严肃地对待设计课题，要有科学的敢于创新，要善于独立思考，发挥主观能动性，反对粗心大意，草率从事和不负责任的态度：在毕业设计过程中，注意学习和吸收国内外的先进技术和前人的经验，研究成果，但不要一成不变的照抄照搬，要大胆的提出创造性的设计方案，要认真贯彻国家和有关部门的标准和规定；设计中遇到自己解决不了的问题要主动向指导教师提问，共同探讨解决方法；并能对自己做出的全部技术决定及取得的结果负责。因此,毕业设计质量如何,在很大程度上客观，全面地反映了毕业生的能力和素质,反映了学校教育教学工作的质量和水平。第1章 绪论随着社会
3、经济的开展，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。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成局部。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等地出现了交通超负荷运行的情况，交通事故的问题也越来越严重。所以以往单一的交通灯已经不能满足当前繁忙的交通情况。本设计是希望能够以当今国内外的先进技术设计一种性能稳定，可靠性高，而且还要考虑到造价问题和维修问题。：交通灯的开展和完善： 19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身
4、份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人那么是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国
5、的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。随着各种交通工具的开展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 黄色信号灯的创造者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国的抱负到美国深造，在大创造家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色
6、信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，普及全世界陆、海、空交通领域了。 中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、开展和完善。 最早的交通灯出现于一八六八年英国伦敦。那时的交通灯只有红、绿两色，经改进后，再增加一盏黄色的灯，红灯表示停止，黄灯表示准备，绿灯那么表示通行。 其实,用这三色来作交通讯号和人的视觉机能结构和心理反响有关。我们的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞，。杆状细胞对黄色
7、的光特别敏感，三种锥状细胞那么分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球，对蓝光敏感的感光细胞较少，所以分辨颜色，还是以红、绿色为佳。所以，交通灯用什么颜色也是有大学问的 颜色也有活动 (activity)的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。绿色那么有较冷及平静的含意。因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表平安。而且，由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比拟低，也容易被看见，不会发生事故。所以我们用红色表示禁止。第2章 设计系统任务
8、分析及选型2.1 系统任务分析 1分析工艺要求，首先对被控制对象的工艺过程，工作特点，环境条件，用户要求及其他相关情况，进行仔细的全面的分析，然后绘制供设计时用的必要图表。应按图1.1流程框图所指示的步骤进行PLC控制系统设计。确定控制对象及控制范围PLC机型的选择分配I/O点硬件设计软件设计总装统调调整硬件修改软件是否符合程序固化系统投入使用图1.1 PLC系统设计流程图 2控制方案选定，在分析被控制对象及其控制要求的根底上，根据PLC的技术特点，在与继电接触控制系统和计算机控制系统及电子控制系统等进行综合比拟后，优选控制方案。合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用有着重要作用。下
9、面就PLC的机型、I/O、存储器类型及容量和编程器、外部设备几个方面来说明选择PLC应该考虑的因素。PLC的结构和工作方式与通用计算机并不完全一样，因此，用PLC设计自动控制系统与危急控制系统开发过程业不完全相同，需要根据PLC的特点进行系统设计。因此，在最大限度地满足机械电气设备或生产过程的控制要求，力求使所设计地控制系统简单、经济、平安、可靠，并考虑容量选择适当留有余地的设计原那么下。2.11 可编程控制器型号的选择PLC机型选择的根本原那么是：在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比最优的机型。通常做法是：1.性能于任务相适应。对于开关量控制的应用系统，当对控制速
10、度要求不高时，可选用小型控制系统就能满足要求；对于以开关量为主，带有局部模拟量控制的应用系统，如工业生产中常遇到的温度、压力、流量、液位等连续量的控制，应选用带有A/D转换的模拟量输入模块和带有D/A转换的模拟量输出模块、且运算功能较强的小型控制系统。配接相应的传感器及变送器和驱动装置。对于安装尺寸受到限制的设计需要超小安装面积时，应选用超小型控制系统；对于比拟复杂，控制系统功能要求较高的，如PID调节，闭环调节，通信网等，可选用中大型控制系统，当系统的各个局部分布在不同低于时，应根据各局部的要求来选择控制系统，以组成一个分布式的控制系统。2.PLC的响应时间应满足实时控制的要求。系统响应时间
11、是指输入信号产生时刻与由此而使输出信号状态发生变化时刻的时间间隔。PLC工作时，从输入信号到输出控制存在着滞后现象，即输出量的变化，一般要在12扫描周期之后才能反映到输出端，这对于一般的工业控制时允许的，但滞后时间不宜过长。3.PLC结构应合理，机型尽量统一。PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构是把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，省去插接环节，体积小。模块式PLC的功能扩展，I/O点数的增减，输入与输出点数的比例，都比整体式的灵活，维修更换模块、判断与处理故障快速方便，适于工艺过程变化较多，控制要求复杂的系统。总之，在工艺过程比拟固定、环境条件较好的场合，建议选用整体式结
12、构的PLC；其他情况那么最好选用模块式结构的 PLC；对于开关量控制以及以开关量控制为主、带少量模拟量控制的工程工程中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带 A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求；而在控制比拟复杂，控制功能要求比拟高的工程工程中如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。如表1.1所示。序号应用对象功能要求应用场合1替代继电器继电器触电输入/输出、逻辑线圈、定时器、计数器替代传统使用的继电器，完成条件控制和时序控制功能2数学运算四
13、那么数学运算、开方、对数函数计算、双倍精度的数学计算设定值控制、流量计算；PID调节、定时控制和工程量计算3数据传送存放器和数据表的相互传送数据库的生成、信息管理、BTA(批量)控制、诊断和材料处理4矩阵功能逻辑与、逻辑或、异或、比拟、置位(位修改)、移位和变反这些功能通常按位操作，一般用于设备诊断、状态监控、分类和报警处理5高级功能表于块间的传送，校验、双倍精度验算、对数和反对数、平方根、PLD调节通信速度和方式、与上位计算机的联网功能、调制解调器6诊断功能分为内诊断和外诊断。内诊断是PLC内部各部件性能和功能的诊断，外诊断是中央处理机和I/O模块信息交流的诊断7串行接口(RS-232C)一
14、般中型以上的PLC都提供一个或一个以上串行标准(RS-232C)以便连接打印机、上位计算机、CRT或另一台PLC8通信功能现在的PLC能支持多种通信协议比方现在的以太网对通信又要求的特殊用户表1.1 PLC的功能及应用场合2.12 可编程控制器I/O的选择PLC在20世纪90年代已经形成微、小、中、大、巨型多种PLC。按I/O点数分，可分为微型PLC32I/O、小型PLC256I/O、中型PLC1024I/O、大型PLC4.69I/O、巨型PLC8195I/O五种。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制。同时通过I/O接口模块将控制器的
15、处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下， PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。PLC有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其他一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。2.13 I/O点数的估算由电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用PLC控制时需要2个输出及1个输入;一个双线圈电磁阀需要3个输出及2个输入；一个比例式电磁阀需要3个输出及5个输入；一个按钮需要1个输出；一个光电开关要占用1个或2个输入点；一个信号灯占用1个输出点；而波段开关由几个波段就占用几个输入点；一般情况，各种位置开关都要占用2个输入点。根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时，应再增加 10%20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也应有所不同。第3章 PLC 3.1 PLC的主要生产厂家和机型现在国内外主要生产PLC的厂家有，西门子、欧姆龙等等。西门子是世
