lpc控制过街交通灯--本科毕业设计.doc
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1、常州工程职业技术学院常州工程职业技术学院毕业综合课题(设计、论文)题目: 过街交通灯PLC控制系统的设计 学院(系): 自动化技术系 专业班级: 自动化0521 摘要:由于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。我们所做的设计是利用PLC控制的过街交通灯模型,它利用译码器驱动数码管, 能够像现实生活中的过街交通灯一样运行工作,通过自动控制从而实现倒计时。关键字:PLC交通灯控制系统、硬件设计、故障诊断。目 录第一章 概述31.1 交通灯控制系统的概述31.2 PLC控制系统的概述3第二章 PLC控制系统的设计应用52.1 PLC控制系统的应用5
2、2.2 PLC的特点62.3 PLC交通灯控制系统的设计步骤7第三章 总体方案的设计113.1 技术要求113.2 总体方案的确定11第四章 硬件设计124.1 译码器的选择124.2 数码管的选择14第五章 软件设计155.1 译码电路的设计155.2 数码管电路的设计16第六章 调试176.1 初步调试176.2 现场调试17第七章 总结18致谢19参考文献1919第一章 概述1.1 交通灯控制系统的概述由于交通问题的日益严峻,人和车辆的矛盾也日益加剧,那么现在主要解决的问题就是交通系统的可靠性和功能性,其实就是交通灯的可靠运行的问题。可靠性是交通灯正常工作的基本要求(所以我们选择了使用P
3、LC来控制交通灯的运行),其中功能性是十分重要的,现在城市交通拥挤问题的严重,使交通的管理日益复杂,其中交通灯的角色是十分重要的,现在的交通秩序的维持主要是靠交通灯来实现的,加强交通灯的功能可以在一定程度上解决一些问题。我们的设计就是用PLC控制过街交通灯,利用译码器驱动数码管, 通过自动控制从而实现倒计时。采用PLC控制交通灯有很多好处,我们将在下面介绍它的优点。1.2 PLC控制系统的概述自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)取代传统继电器控制装置以来,PLC得到了快速发展,在世界各地得到了广泛应用。同时,PLC的功
4、能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高,PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制,在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控制的首选产品,PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展,世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和PLC市场容量基数的不断扩大,近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是,在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料,2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右,在自动化领域占据着十分重要的位置。
5、PLC是由模仿原继电器控制原理发展起来的,二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制,首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令;并通过数字输入和输出操作,来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求,并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行,以完成工艺流程要求的操作。相同I/O点数的系统,用PLC比用DCS,其成本要低一些(大约能省40%左右)。PLC没有专用操作站,它用的软件和硬件都是通用的,所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器,可以接收几千个I/O点(最多可达8000多个I/O)。如
6、果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件,在设计企业的管理信息系统方面,要容易一些。近10年来,随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大,越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制,PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高,今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器,但PLC相对一般嵌入式控制器具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器,现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。PLC发展到今天,已经形成了
7、各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合,十字路口交通灯的控制也可以使用它来完成。除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。第二章 PLC控制系统的设计应用2.1 PLC控制系统的应用目前,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
8、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
9、,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。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5) 数据处理现代PLC具有数学运算(含矩阵运算、函数运算、逻辑运算)
10、、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能,可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较,完成一定的控制操作,也可以利用通信功能传送到别的智能装置,或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统,如无人控制的柔性制造系统;也可用于过程控制系统,如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6) 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展,工厂自动化网络发展得很快,各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能,纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口,通信非常方便。PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动
11、控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。PLC是在继电器控制逻辑基础上,与3C技术(Computer,Control,Communication)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,在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化的各行各业。2.2 PLC的特点由于我们所做的设计主要是用PLC控制的,所以在此介绍一下它的优点:1) 可靠性高,抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模
12、集成电路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。使用PLC构成控制系统,和同等规模的继电接触器系统相比,电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一,故障也就大大降低。此外,PLC带有硬件故障自我检测功能,出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中,应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序,使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样,整个系统将极高的可靠性。由于在交通灯的运行环境比较恶劣,所以较高的可靠性是交通灯控制系统的首要选择条件,即使出现故障,也能在短时间内排除,实现交通灯的可靠运行。2) 配套齐全,功能完善,适用性强PLC发展到今
13、天,已经形成了各种规模的系列化产品,可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,PLC大多具有完善的数据运算能力,可用于各种数字控制领域。多种多样的功能单元大量涌现,使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展,使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。完善的数据运算能力能确保交通灯控制系统的正常运行。3) 易学易用,深受工程技术人员欢迎PLC是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人从事工业控制打开
14、了方便之门。4) 系统的设计,工作量小,维护方便,容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备外部的接线,使控制系统设计及建造的周期大为缩短,同时日常维护也变得容易起来,更重要的是使同一设备经过改变程序而改变生产过程成为可能。这特别适合多品种、小批量的生产场合。它的这一特点为过街交通灯的设计周期缩短了很多,同时也是很多人能够参与它的设计。5) 体积小,重量轻,能耗低以超小型PLC为例,新近出产的品种底部尺寸小于100mm,重量小于150g,功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部,是实现机电一体化的理想控制设备。2.3 PLC交通灯控制系统的设计步骤1) 系统设计与设备选型我们所要
15、实现的是模拟过街灯的运行,需要输入1个点,输出21个点,FX2N48MR型号有24输出点,刚刚好,不需要扩展模块。由于我们只是用来控制红绿灯和数码管的运行,所以此系统不是很复杂,用三菱公司的FX2N48MR型号的PLC来控制是可行的。2) I/O点的配制输入设备X000按钮1和按钮2输出设备Y0-Y3车道数码管十位Y4-Y7车道数码管个位Y10车道绿灯Y11车道黄灯Y12车道红灯Y13人行道红灯Y14人行道绿灯Y15-Y20人行道数码管十位Y21-Y24人行道数码管个位表2-1 I/O点的配制3) 设计控制原理图PLC控制原理电路图如图2-1所示,数码管的控制电路图如图2-2所示。图2-1 P
16、LC控制电路图图2-2 数码管的驱动电路图4) 程序写入PLC。5) 编辑调试修改程序。6) 监视运行情况。在监视方式下,监视控制程序的每个动作是否正确。如不正确则返回步骤5,如果正确则做下一步。7) 运行程序。第三章 总体方案的设计3.1 技术要求通过此交通灯控制系统的控制,来实现以下现象:1) 按下人行道两边的任意一按钮,人行道上显示器从25秒开始倒计时,同时机动车道的显示器也开始从22秒倒计时,此期间人行道红绿灯为红灯,车辆交通灯为绿灯。2) 22秒后,机动车辆交通灯由绿灯变为黄灯,并且黄灯闪烁三秒(每秒闪烁一次),同时人行道红绿灯还是为红色。3) 在机动车道黄灯闪烁三秒后,机动车道红绿
17、灯变为红色,人行道红绿灯变为绿色,等候的人们开始过街。这时,机动车道的显示器从22秒开始倒计时,人行道显示器从25秒开始倒计时。4) 22秒后,人行道交通灯由绿灯变为黄灯,并且黄灯闪烁三秒(每秒闪烁一次),同时机动车道交通灯还是红色。三秒后人行道为红灯,机动车道为绿灯。直到有人再次按下按钮为止,开始重复上面的步骤。5) 此毕业设计设计的最终目的是设计制作出一个用PLC控制的人行道过街灯模型,使其能像真实的交通信号灯一样工作,实现自动控制。 3.2 总体方案的确定实现过街灯的控制有多种方法,PLC、电器和微机都能实现交通灯的控制,但是他们的特性都没有PLC优良。下面是此三方案的比较:1) PLC
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