畢業(yè)論文--plc在交通燈自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、<p><b>　　2012屆畢業(yè)生</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　PLC在交通燈自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　姓 名： </p><p>　　院 系： 物理與電子工程系 </p&g

2、t;<p>　　專 業(yè)： 應(yīng)用電子技術(shù) </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　二零一二年四月</b></p><p><b>　　目 錄</b>&l

3、t;/p><p>　　內(nèi)容摘要……………………………………………………………………2</p><p>　　關(guān) 鍵 詞……………………………………………………………………2</p><p>　　Abstract……………………………………………………………………2</p><p>　　Key words…………………………………………………………

4、………2</p><p>　　可編程控制器概述 ……………………………………………………3 </p><p>　　1.1 可編程控制器的產(chǎn)生及定義 ……………………………………3</p><p>　　1.2 可編程控制器的特點 ……………………………………………3</p><p>　　1.3 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域………………………………

5、…………4</p><p>　　2. 我國道路交通存在的問題 ……………………………………………5</p><p>　　3. 可編程控制器在交通方面的應(yīng)用 ……………………………………5 </p><p>　　3.1 PLC在交通燈自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用……………………………6 </p><p>　　3.2 控制要求 …………………………

6、………………………………6</p><p>　　3.3 PLC的I/O端口分配和接線圖……………………………………6</p><p>　　3.4 時序分析 …………………………………………………………7</p><p>　　3.5 參考程序 …………………………………………………………8

7、 </p><p>　　可編程控制器的發(fā)展前景 ……………………………………………10</p><p>　　5. 結(jié)束語 …………………………………………………………………11</p><p>　　參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………12<

8、/p><p>　　內(nèi)容摘要：道路交通運輸對于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起了重要作用，特別高速公路的迅速發(fā)展，大大縮短了時空距離，給人們提供了安全、舒適、快捷的服務(wù)。但是道路交通運輸也面臨突出矛盾，其中主要矛盾之一是道路的增長跟不上車輛和交通流量的增長，交通供需矛盾日益加劇。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)和城市規(guī)模的快速發(fā)展，對外交流的日益頻繁和人們物質(zhì)文化生活水平的提高，交通需求日益增加，尤其是汽車數(shù)量的迅速增加，這就要求大量進(jìn)行道路建設(shè)。為了加

9、快交通發(fā)展，減少道路交通堵塞的情況的發(fā)生。必須在交通方面智能化、人性化，只有將道路交通方面搞好，才能加快經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。</p><p>　　Abstract:Road transport for the development of the national economy played an important role, especially the rapid development of the freew

10、ay, greatly shortened the spatio-temporal distance, to provide people with safe, comfortable, efficient service. But the road transport is also facing the outstanding contradictions, in which contradictions is one of the

11、 main road growth cannot follow the vehicle and traffic flow increasing, the conflict between traffic supply and demand increasing. Along wit</p><p>　　關(guān)鍵詞：電子技術(shù)；PLC；紅綠燈；計時器。</p><p>　　Key words：E

12、lectronic technology; PLC; traffic lights; timer</p><p>　　1.可編程控制器概述</p><p>　　1.1 可編程控制器的產(chǎn)生及定義</p><p>　　可編程控制器簡稱PC（Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PL

13、C（Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。</p><p>　　1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下定義：</p><p>　　“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)

14、計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！?lt;/p><p>　　1.2 可編程控制器的特點</p><p>　　1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)<

15、;/p><p>　　傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障。PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/10~1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。</p><p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部

16、電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達(dá)30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機(jī)外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除P

17、LC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。</p><p>　　2.硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，并且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，用戶能靈活方便地進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。PLC的安裝接線也很方便，一般用接

18、線端子連接外部接線。PLC有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。</p><p>　　3.易學(xué)易用，深受

19、工程技術(shù)人員歡迎</p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。</p><p>　　4.系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試

20、工作量小，維護(hù)方便，容易改造</p><p>　　PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。</p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可

21、能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。</p><p>　　5.體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　1.3

22、可編程控制的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p>　　1.開關(guān)量的邏輯控制</p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可

23、用于多機(jī)群控及自動化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。</p><p><b>　　2.模擬量控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換

24、。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p><p><b>　　3.運動控制</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家

25、的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。</p><p><b>　　4.過程控制</b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功

26、能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　5.數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的

27、控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　6.通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各

28、PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　2.我國交通存在的問題</p><p>　　道路交通系統(tǒng)存在比較突出的矛盾，主要表現(xiàn)在：一是交通事故頻發(fā)，對人類生命安全造成極大威脅；二是交通堵塞嚴(yán)重，導(dǎo)致出行時間增加，能源消耗加大；三是空氣污染和噪聲污染程度日益加深；四是間接導(dǎo)致城市有限的土地資源和能源被無效

29、地使用；五是嚴(yán)重影響了人類生活的質(zhì)量，給環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會帶來了極其嚴(yán)重的負(fù)面影響。解決道路交通系統(tǒng)存在問題的方法通常有三種：一是通過行政手段改變交通系統(tǒng)的運行規(guī)律；二是加大交通基礎(chǔ)設(shè)施的改建與擴(kuò)建，提高道路本身的承載能力；三是通過運用以信息技術(shù)為主的高新技術(shù)改善現(xiàn)有的交通系統(tǒng)，使其效能得到充分發(fā)揮。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，第三種方式日益受到重視，其主要原因是：一是信息技術(shù)能夠有效促進(jìn)道路交通管理的現(xiàn)代化?，F(xiàn)代化的道路交通管理是以信息靈敏、快

30、速反應(yīng)為基本要求，信息技術(shù)應(yīng)用于交通管理滿足了這個要求。二是道路交通管理中使用信息技術(shù)取得的效果比第一種更好，比第二種更經(jīng)濟(jì)。三是將信息技術(shù)用于道路交通管理能夠使道路交通系統(tǒng)的功能充分發(fā)揮出來。</p><p>　　3. PLC在交通燈自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　交通燈自動控制系統(tǒng)通常設(shè)置在東西和南北兩個路口，控制模塊 如下</p><p><b

31、>　　交通燈模擬控制板</b></p><p><b>　　3.1 控制要求</b></p><p>　　路口某方向綠燈顯示（另一方向紅燈）25s后，黃燈一占空比為50%的2s周期（1s脈沖寬度）閃爍3次（另一方向亮紅燈），然后變?yōu)榧t燈（另一方向綠燈亮、黃燈閃爍），如此循環(huán)工作。</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，考

32、慮到系統(tǒng)的擴(kuò)展和功能，選用一臺晶體管輸出結(jié)構(gòu)的CPU224小型PLC作為交通燈的控制核心，CPU224的I/O點數(shù)為24點（14入、10出）。</p><p>　　PLC的I/O端口分配和接線圖</p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，結(jié)合PLC型號，編寫出I/O地址分配，</p><p><b>　　如表所示</b></p>

33、<p>　　參照PLC的I/O地址分配表，結(jié)合系統(tǒng)的電器控制要求，設(shè)信號燈采用直流24v電源供電，并且負(fù)載電流較小，可有PLC輸出接點直接驅(qū)動，交通燈PLC控制電 氣接線如圖。</p><p>　　交通燈控制PLC接線圖</p><p>　　PLC每一個輸出出點需要驅(qū)動同一路（對面）2只相同顏色的信號燈，在接線圖中，進(jìn)畫出1只以作示圖。</p&

34、gt;<p><b>　　3.3 時序分析</b></p><p>　　交通燈按照時間順序周期工作，時序分析是程序編制的基本依據(jù)，根據(jù)交通燈的控制要求，采用時序波形分析的方法，燈滅為2態(tài)，燈亮為1態(tài)，分別畫出每盞燈的時序波形。尤其根據(jù)波形圖需要分析出每盞燈在每個周期內(nèi)的亮燈時刻，作為變成數(shù)據(jù)。交通燈時序圖如圖 </p><p><b&g

35、t;　　交通燈時序圖</b></p><p><b>　　3.4參考程序</b></p><p>　　本題采用時序控制設(shè)計法，由計數(shù)和比較指令構(gòu)成時序控制的交通燈程序，啟停旋鈕SB合上，交通燈工作，旋鈕SB斷開，交通燈停止。電路也可以改進(jìn)為啟動、停止按鈕控制。</p><p>　　程序的第一部分（網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2）是按照時間周期設(shè)計的

36、一個時鐘脈沖累加器，計數(shù)值每秒增1，技術(shù)周期為紅綠燈的顯示周期60s循環(huán)反復(fù)計數(shù)。程序的第二部分（網(wǎng)絡(luò)3到網(wǎng)絡(luò)8）是對每個路口信號燈的亮燈時間控制，根據(jù)交通燈時序圖的要求，用比較指令取出信號燈在每個周期內(nèi)的固定亮燈時間（計數(shù)器的數(shù)值范圍），通過輸出節(jié)點帶動負(fù)載工作。</p><p>　　4. 可編程控制器的發(fā)展前景</p><p>　　隨著民營經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)(如廣東，

37、浙江、江蘇、山東)，數(shù)控人才更是供不應(yīng)求，主要集中在模具制造企業(yè)和汽車零部件制造企業(yè)?，F(xiàn)在處于生產(chǎn)一線的各種數(shù)控人才主要有二個來源：一是大學(xué)、高職和中職的機(jī)電一體化或數(shù)控技術(shù)應(yīng)用等專業(yè)的畢業(yè)生，他們都很年輕，具有不同程度的英語、計算機(jī)應(yīng)用、機(jī)械和電氣基礎(chǔ)理論知識和一定的動手能力，容易接受新工作崗位的挑戰(zhàn)。他們最大的缺陷就是學(xué)校難以提供的工藝經(jīng)驗，同時，由于學(xué)校教育的專業(yè)課程分工過窄，仍然難以滿足某些企業(yè)對加工和維修一體化的復(fù)合型人才的要

38、求。另一個來源就是從企業(yè)現(xiàn)有員工中挑選人員參加不同層次的數(shù)控技術(shù)中、短期培訓(xùn)，以適應(yīng)企業(yè)對數(shù)控人才的急需。這些人員一般具有企業(yè)所需的工藝背景、比較豐富的實踐經(jīng)驗，但是他們大部分是傳統(tǒng)的機(jī)類或電類專業(yè)的各級畢業(yè)生，知識面較窄，特別是對計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)不太了解。數(shù)控操作技工：精通機(jī)械加工和數(shù)控加工工藝知識，熟練掌握數(shù)控機(jī)床的操作和手工編程，了解自動編程和數(shù)控機(jī)床的簡單維護(hù)維修。適合中職學(xué)校組織培養(yǎng)。此類人員市場需求量大，適合作

39、為車間的數(shù)控機(jī)床操作技工。但由于其知識較單一，其工資待遇不會大高。</p><p><b>　　5. 結(jié)束語</b></p><p>　　本文通過對可編程控制器簡單的介紹，讓人們對可編程控制器有一定的了解，可編程控制器不僅可以用于鋼鐵、石油化工、電力、交通運輸、汽車、機(jī)械制造，而且還可應(yīng)用于日程生活?？删幊炭刂破髦饕康氖枪?jié)能能源、降低消耗，構(gòu)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型

40、社會已是當(dāng)今社會發(fā)展的一個永恒的話 ，低能耗、低污染的經(jīng)濟(jì)將是中國未來發(fā)展的必由之路。它既簡單又方便，安全可靠使用壽命長?？删幊炭刂破靼l(fā)展前景無可限量，有很大的發(fā)展空間。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] 可編程控制器原理及應(yīng)用 孫平 張海波 杜志勇</p><p>　　[2] 葉建波、余志強(qiáng).EDA

41、技術(shù)[M].北京.清華大學(xué)出版社.2005.3</p><p>　　[3] 劉繼承.申功邁.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京.高等教育出版社.2005</p><p>　　[4] 電子技術(shù)基礎(chǔ) 呂邁 下小梅</p><p>　　[5]計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 謝希仁 </p><p>　　[6] 可編程序控制器基礎(chǔ)與編程技巧</p><