基于PLC的十字路口交通灯控制毕业设计.docx
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1、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。由于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
2、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。在该设计中,还引入F940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行,十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。关键词:交通灯 PLC 触摸屏 通讯 AbstractThe programmable preface in PLC controller is a kind of new industry controls the device,it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator
3、technique, automatic control technique to develop with the communication technique .It has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry process with the automatic control of the position inside.According to the
4、covariance, the programmable controller is a kind of equipments that industry automate to equip the inside the application at most.The expert thinks, the programmable controller will become the main means that aftertime industry control with the one of the important foundation equipmentses, the PLC,
5、 robot, CAD/ CAM will become three major of pillar that industry produce.Because the PLC has to the strong characteristic in adaptability in environment in usage, its inner part settles at the same time the machine resources is abundant very, can to current widespread usage of enter the type gradual
6、ly the signal beacon proceeds the precision controls, special the oscular control in a many branch roads can realizes expediently.So that is applied the PLC more and more now in transportation light system inside.At the same time, PLC still have the communication internet function, constitute the sa
7、me of the signal beacon on the road a the bureau area net proceeds to unify to adjust a management, can shorten the vehicle go through waiting time, realizing scientific management.In that design, still leads into the F940 touch hold the emulation intersections traffic lights bright and the vehicle
8、goes through,images an actual application for displaying PLC in transportation light system.Keywords: The transportation light, PLC ,The touch holds , Communication第一章 引言顺应市场对小批量、多品种、多规格、低成本和高质量产品的需求,可编程序控制器极高的可靠性和灵活性发挥了极大的影响力,这一以微处理器为基础的新型工业控制装置,已成为当代工业自动化的主要支柱之一。因此,对可编程序控制器的教学无疑是极其重要的一个环节,那么一个较为逼真
9、的PLC教学实验模块设计的研制就显得尤为必要,对学生理解和掌握可编程控制器的原理和操作方法、编程方法,都有很大帮助。十字路口交通灯控制系统是一个非常经典的教学实验。1.1 交通灯现状与发展近年来,随着我国经济的发展,城市的交通拥挤问题日趋严重,因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。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
10、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,有多种对十字路口交通灯的改良设计,有一种用PLC对道路十字路口交通灯作自适应模糊控制的方法,较好地解决了车辆流量不均衡、不稳定的问题。因此,十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。 1.2 PLC可编程控制器PLC可编程控制器是以微处理机为基础发展起来的新型工业控制装置。它以体积小、功能强、可靠性高、以及应用安装方便的优点,很快在我国的工业控制中占据了主导地位,并且还在不断地发展。根据这一发展形势,全国各地高校、各类职业技
11、术学校都将PLC教学纳入教学任务,作为电子、电气、以及工业自动化类专业的一门必修课。基于PLC的以下优势,在十字路口交通系统中得到了广泛的应用:1、PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;2、编程能力强,可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现;3、抗干扰能力强,目前空中各种电磁干扰日益严重,为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC;4、近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高,使得实际应用成为可能。1.2.1 PLC的发展在制造工业(以改变几何形状和机械性能为特征)和过程工业(以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征
12、)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,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,使得电气控制功能实现的程序化,这就是第一代可编程序控制器,英文名字叫Programmable Controller(PC)。随着电子技术和计算机技术的发生,PC的功能越来越强大,其概念和内涵也不断扩展。上世纪80年代,个人计算机发展起来,也简称为PC,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,美国A-B
13、公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器Programmable Logic Controller(PLC),并将“PLC”作为其产品的注册商标。现在,仍常常将PLC简称PC。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.近年,工业计算机技术(IPC)和现场总线技术(FCS)发展迅速,挤占了一部分PLC市场,PLC增长速度出现渐缓的趋势,但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在
14、可预见的将来,是无法取代的。目前,世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品,主要应用在汽车(23%)、粮食加工(16.4%)、化学/制药(14.6%)、金属/矿山(11.5%)、纸浆/造纸(11.3%)等行业。在我国应用的PLC,几乎涵盖了世界所有的品牌,呈现八国联军的态势,但从行业上分,有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多,小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势,而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。1.2.2 PLC特点与应用PLC特点可以总结为以下九个方面:(1)从开关量控制发展到顺序控制、运送处理,是从
15、下往上的。(2)连续PID控制等多功能,PID在中断站中。(3)可用一台PC机为主站,多台同型PLC为从站。(4)也可一台PLC为主站,多台同型PLC为从站,构成PLC网络。这比用PC机作主站方便之处是:有用户编程时,不必知道通信协议,只要按说明书格式写就行。(5)PLC网格既可作为独立DCS/TDCS,也可作为DCS/TDCS的子系统。(6)大系统同DCS/TDCS,如TDC3000、CENTUMCS、WDPFI、MOD300。(7)PLC网络如Siemens公司的SINECL1、SINECH1、S4、S5、S6、S7等,GE公司的GENET、三菱公司的MELSECNET、MELSECNET
16、/MINI。(8)主要用于工业过程中的顺序控制,新型PLC也兼有闭环控制功能。(9)制造商:GOULD(美)、AB(美)、GE(美)、OMRON(日)、MITSUBISHI(日)、Siemens(德)等。PLC的功能进一步增强,应用范围越来越广泛。PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强,不再局限于逻辑控制的应用,而越来越应用于过程控制方面,有人统计,除石化过程等个别领域,PLC均有成功应用,PLC在相当多的应用中取代了昂贵的DCS,从而使原来PLC(顺序控制)DCS(过程控制)的模式变成PLCIPC模式。1.2.3 PLC运用于交通灯的优势PLC运用与交通灯控
17、制系统有教强的优势,主要可从以下四个方面来描述。使用寿命长:从目前反馈情况看,目前控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关,是其本身无法克服的固有缺点。PLC作为工业控制单元,应用于各种控制环境,内部电路、机械结构设计极为精良,所用器件均选用标准工业级产品,其使用寿命一般可保证在十年以上。性能稳定可靠,抗干扰性好:PLC应用于各种工业控制现场,其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境,其电压适用范围很宽,具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性,性能极为稳定、可靠。功能强大,实现灵活,可扩展性好:从挡车器来看,PLC型挡车器作为老型号挡车器
18、的升级产品,其功能得到极大增强,目前可实现的功能有:自动抬杆、自动落杆、防砸车、防砸人、各种情况的自动报警、设备保护及故障识别等。以上功能可实现各种组合,并可根据实际需要改变上述功能的控制过程及方式,并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能。良好的性价比:虽然PLC型产品其成本的增加与其性能的提高并非成线性关系,所以无论将其作为整机用于新品开发,还是作为老设备改进均有其良好的性价比。1.2.4 FX2N系列PLCFX2N系列是小型化,高速度,高性能和所有方便都是相当于FX系列中最高档次的超小形程序装置。除输入输出16-25点的独立用途外,还可以适用于在多个基本组件间的连接
19、,模拟控制,定位控制等特殊用途,是一套可以满足多样化广泛需要的PLC。 系统配置既固定又灵活。在基本单元上连接扩展单元或扩展模块,可进行16-256点的灵活输入输出组合。备有可自由选择,丰富的品种。可选用16/32/48/64/80/128点的主机,可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式,自由选择。令人放心的高性能。程序容量:内置800步RAM(可输入注释)可使用存储盒,最大可扩充至16K步。以及具有丰富的软元件。1.3 F940触摸屏 F940 GOT 是一个5.7寸STN液晶体显示器,具有阔视角、高速回应、功能齐备、性能可靠等优点。可以一边观看画面中对可编程控制器的各软件
20、的监视以及数据的变化一边进行显示。显示画面分为用户制作内容和GOT欲置内容,欲置的画面有多种功能。F940最多可以显示500个用户制作画面,可同时显示数个画面,也可以自由切换。除可显示英文、数字、片假名、汉字等文字之外,还能显示直线、圆、四边形等简单的图形。另外F940GOT-SWD可用8种颜色的色彩画面进行显示。可用数值或条形图监示并可编程控制器元件的设定值或现在值,通过可编程控制器的位元件的ON/OFF可颠倒显示画面的指定区域。可变更正在监示的数值或条形图的数据。开关可通过GOT的操作键来ON/OFF可编程控制器的位元件,可将显示面板设定为触摸键行使开关功能。F940可使最多256点的可编
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