PLC交通灯设计论文_PLC交通灯的PLC控制梯形图设计.pdf
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1、机电一体化课程设计机电一体化课程设计交通红绿灯交通红绿灯 PLCPLC 控制系统控制系统班班级:级:指导老师:指导老师:小组成员:小组成员:日日期:期:1 1/2424【摘【摘要】要】随着社会经济的快速发展和人们消费水平的不断提高,私家车不断增加,城市人多、车多道路少的交通状况越来越引起人们的关注。为了实现交通道路的管理,在各个道口安装红路灯已经成为了疏导交通车辆最为常见和最有效的手段。PLC 控制系统可以实现了按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的车辆放行,减少十字路口的车辆滞流,缓解交通拥挤以实现最优控制,从而提高交通控制系统的效率。PLC 具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,并广泛
2、用于工业过程的自动控制中。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部的定时器资源十分丰富,可对目前较为普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,能够方便实现对多岔路口红绿灯的控制,因此 PLC 被越来越多地应用于交通灯系统中。PLC 还具有通讯联网功能,可将同一条道路上的信号灯连成一局域网进行统一调度管理,缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。在实时检测和自动控制 PLC 应用系统中,PLC 大都是作为一个核心部件来设计使用的。【关键词】【关键词】PLC;交通灯;控制系统2 2/2424目录目录第一章 绪 论.11.1 PLC 及 WinCC 介绍.11.1.1 PLC 简单概述.1
3、1.1.2 WinCC 介绍.21.2 十字路口交通灯控制任务.31.3 研究目的和意义.41.4 方案设计.4第二章 交通信号控制系统实况.52.1 十字路口交通灯控制实际情况描述.52.1.1 控制任务要求.52.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图.52.3 交通灯控制流程图.6第三章 可编程控制器程序设计.73.1 可编程控制器 I/O 端口分配.73.2 PLC 的外部接线图.73.2.1 输入/输出接线列表.73.2.2 PLC 外部接线原理图.73.3 程序梯形图及其说明.8第四章 十字路口交通灯的组态控制过程.124.1 工程的建立和变量定义.124.1.1 工程的建立.12
4、4.1.2 变量的定义.124.2 组态画面的建立.124.3 MOVEX1MOVEY2 的脚本编辑.13第五章 小组总结.15参考文献.15附表:PLC 梯形图指令表.16附图:交通红绿灯 PLC 控制系统实验相片.18第一章第一章 绪绪 论论1.1 PLC1.1 PLC 及及WinCCWinCC介绍介绍1.1.1 PLC1.1.1 PLC 简单概述简单概述(一)什么是(一)什么是 PLCPLC可编程序控制器,英文称 Programmable Controller,简称 PC。但由于 PC 容易与个人计算机(Personal Computer)混淆,故人们习惯地用 PLC 来作为可编程序控制
5、器的缩写。它是一个以微处理器作为核心的数字运算操作电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数以及算术运算等操作指令,并通过数字式以及模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械生产过程。可编程逻辑控制器投入运行后,其工作过程可分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出三个阶段。PLC 是微机技术与传统继电接触控制技术互相结合的产物,它克服了继电接触控制系统之中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作和维修人员的技能与习惯,特别是 PLC 的程序编制,不涉
6、及专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图作为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC 后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的程序的编制工作,就可方便地将 PLC 应用于生产实践。(二)(二)PLCPLC 的结构及各部分的结构及各部分PLC 的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同,但结构与工作原理大同小异,通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展接口和外部设备接口等等几个主要部分组成。PLC 的硬件系统结构如图1 所示。1图图 1 PLC1 PLC 硬件系统结构图硬件系统结构图(三)(三)PLCPLC 的工作原
7、理的工作原理PLC 是采用“顺序扫描,不断循环”的方式进行工作的。即在 PLC 运行时,CPU 根据用户按照控制要求编制好并存储于用户存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描,如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序,直至程序结束。然后再重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中,还要完成对输入信号采样以及对输出状态的刷新等工作。PLC 的扫描一个周期经过输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。PLC 输入采样阶段:首先以扫描方式按顺序将暂存在输入锁存器中的输入端子通断状态或输入数据读入,并写入各对应的输入状态寄存器中,即刷新输入。随即关闭输入端口,进
8、入程序执行阶段。PLC 程序执行阶段:按用户程序指令存放的先后顺序来扫描执行每条指令,执行的结果写入输出状态寄存器中,输出状态寄存器中的所有的内容也随着程序的执行而改变。输出刷新阶段:当所有指令执行完毕,输出状态寄存器通断状态在输出刷新阶段传送至输出锁存器中,并通过相应的方式(继电器、晶体管或晶闸管)输出,驱动相应输出设备工作。1.1.21.1.2WinCCWinCC介绍介绍(一)什么是(一)什么是WinCCWinCCWinCC 是西门子公司在自动化领域采用最先进的技术与微软公司在共同开发的居于世界领先地位的工控软件。WinCC即 WINDOWSCONTROLCENTER(视窗控制中心)。Wi
9、nCC是一个功能强大的全面开放的监控系统,既可以用来完成小规模的简单的过程监控应2用,也可以用来完成复杂的应用。在任何情况下WinCC 都可以生成漂亮而便捷的人机对话接口,使操作员能够清晰地管理和优化生产过程。(二)(二)WinCCWinCC 的功能的功能1.图形系统用于自由地组态画面,并完全通过图形对象进行操作,图形对象具有动态属性并可对属性进行在线组态;2.报警信息系统记录和存储事件并予以显示,可自由选择信息分类、信息显示和报表,操作非常简便;3.变量存档接收、记录和压缩测量值,用于曲线和图表显示及进一步的编辑功能;4.报表系统用户自由选择一定的报表格式,按时间顺序或事件触发来对信息操作、
10、文档当前数据进行用户报表输出;5.数据处理:对图形对象的动作使用C 语言及C 编译器进行编辑;6.标准接口:通过ODBC 和 SQL 访问用于组态和过程数据的SYBASE 数据库;7.应用程序接口:允许用户编写可用于扩展WinCC基本功能的标准应用程序。另外,WinCC还提供多种可选软件包。如,通讯开发工具 CDK,允许用户开发用于连接数据管理器与任何目标系统的通讯软件。WINCC的组态及归档数据存放在关系型数据库中,数据可用标准工具如ODBC 和 SQL 等读出。很多标准的应用如 MicrosoftExcel 等可以和 WinCC 并行运行,同时可通过DDE 装载过程数据。操作员站软件允许通
11、用的 OCX、ActiveX 链接。更进一步,集成的 OPC(OLE for process control)服务器使得过程数据可由其它应用程序(OPC 客户机)访问。WinCC是 PCS7 系统操作站采用的监控软件(HMI)。它是一个32 位的基于Windows的监控软件。在PCS7 中,它被集成在 SIMATIC程序管理器中。1.21.2十字路口交通灯控制任务十字路口交通灯控制任务信号灯受一个启动开关K1 控制,当启动开关接通时,信号灯系统开始工作,且先南北红灯亮,东西绿灯亮。当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持10 秒,南北红灯亮的同时东西绿灯也亮,并维持 5 秒。到 5
12、秒时,东西绿灯闪亮,闪亮3 次后熄灭。在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮,并维持2 秒。到2 秒时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时,南北红灯熄灭,绿灯亮。东西红灯亮维持10 秒。南北绿灯亮维持5 秒,然后闪亮3 次后熄灭。同时南北黄灯亮,维持2 秒后熄灭,这时南北红灯亮,东西绿灯亮,周而复始。31.31.3研究目的和意义研究目的和意义在十字路口设置交通灯用来对交通进行有效的疏通,并为交通参与者的人身安全提供了强有力的保障。如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况,成为研究的课题。可编程控制器交通灯的控制系统集成了自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术等于一体的机电一体化产品;充分
13、利用计算机技术对过程进行集中监视、控制管理和分散控制;充分利用了分散式控制系统及集中控制系统的优点,采用标准化、模块化、系统化设计,配置灵活、组态方便。另外随着高科技技术在日常生活中的普遍应用,城市空中各种电磁干扰的日益严重,为保证交通控制的可靠、稳定,选择能够在恶劣的电磁干扰的环境下正常工作的 PLC 也是必要的。1.41.4设计方案设计方案采用计算机和 FX2N 系列 PLC,在计算机上编译调试交通灯控制程序,启动 PLC写入程序,经过运行后,输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。可编程控制器交通灯控制的特点:编程简单,维修方便;联机自动就地工作;上机控制的单周期运行方式;由上位机通过
14、串口向下位机传送设定配方参数来实现自动控制;自动启动、自动停机控制方式。采用 PLC 基于以下四个原因:PLC 具有很高的可靠性,通常的平均无故障使用时间在 30 万小时以上;编程能力强,可以将模糊化、模糊决策和解模糊都可以方便地用软件来实现;抗干扰能力强,目前各种电磁干扰状况日益严重,为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了在恶劣的电磁干扰环境下依然能够正常工作的 PLC;安装简单维修方便,PLC 不需要专门的机房,能够在各种工业环境下直接运行,使用时只需将现场的各种设备与 PLC 中相应的 I/O 端连接,系统便可投入运行。4第二章第二章 交通信号控制系统实况交通信号控制系统实况2.12.1
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