方案基于plc的智能交通灯控制系统设计

方案基于plc的智能交通灯控制系统设计内容摘要：

制器在我国的发展 状况如下： (1) 我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛 应用。 大致可划分为下述三个阶段： ① 可编程序控制器的初级认识阶段（ 70 年代后期到 80 年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制器。 这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。 继宝钢一期工程后，国内许多 厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。 正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。 ② 可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（ 80 年代初期到 90 年代初期） 80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。 许多部门和单位相继引进可编程序控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、 制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。 ③ 可编程序控制器的广泛发展阶段（ 90 年代初期到现在） 进入 90 年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面： (2) 政府重视 可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991 年成立了可编程序控制器行业协会。 可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。 同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员菏泽学院本科生毕业设计（论文） ７ 会 ，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。 PLC 的应用 PLC 的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。 但最近十多年来， PLC 的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得 PLC 的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。 目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、 石油 、化工、 电力 、 机械制造 、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。 PLC 的应用范围通常可分成以下 5种类型： （ 1）顺序控制 这是 PLC 应用最广泛的领域，也是最适合 PLC 使用的领域。 它用来取代传统的 继电器顺序控制。 PLC 应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。 例如：注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配 生产线、电镀流水线及电梯控制等。 (2)运动控制 PLC 制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。 每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。 （ 3）过程控制 PLC 还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。 PID 模块提供了使 PLC 具有闭环控制的功能，即一个具有 PID 控制能力的 PLC 可用于过程控制。 当过程控制中某个变量出现偏差时， PID 控制算法会计算出正确的输出，把 变量保持在设定 值 上。 （ 4）数据处理 在机械加工中， PLC 作为主要的控制和管理系统用于 CNC 和 NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。 （ 5）通信网络 PLC 的通信包括主机与远程 I/O 之间的通信、多台 PLC 之间的通信、PLC 和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。 PLC 与其他智能控制设备一起，可以组成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制系统 [3]。 2 PLC 在我国的应用 虽然我国在 PLC 生产方面比较弱，但在 PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入 10 万台套 PLC 产品，年销售额 30 多亿人民币，应用的行业也很广。 在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）： 微型 ： 32 I/O 小型 ： 256 I/O 中型 ： 1024 I/O 大型 ： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我国应用的 PLC 系统中， I/O64 点以下 PLC 销售额占整个 PLC 的 47%， 64 点~256 点的占 31%，合计占整个 PLC 销售额的 78%。 PLC 的硬件结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分， PLC 分为固定式和组 合式（模块式）两种。 固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 其结构如图 21 所示。 菏泽学院本科生毕业设计（论文） ８ 图 21 PLC 的结构图 中央处理单元 (CPU)是 PLC 的控制中枢，它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入 的用户程序和数据、检查电源、存储器 I/O 以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。 当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行 [4]。 PLC 的工作原理 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点 (包括其常开或常闭触点 )不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。 考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式扫描技术。 这样在对于 I/O 响应要求不高的场合， PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程 序执行和输出刷新三个阶段。 完成上述三个阶段称作一个扫描周期。 在整个运行期间， PLC 的 CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1 输入采样阶段 在输入采样阶段， PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。 输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化， I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。 因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2 用户程序执行 阶段 在用户程序执行阶段， PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序 (梯形图 )。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 3 输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后， PLC 就进入输出刷新阶段。 在此期间， CPU 按照 I/O 映象系统程序存储器 系统程序存储器 电源 编辑器 中央处理单元 （ CPU） 输 入 电 路 输 出 电 路 菏泽学院本科生毕业设计（论文） ９ 区内对应的状态和数据刷新所有的 输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设 [5]。 PLC 的扫描工作过程如图 22所示 图 22 PLC 的扫描工作过程 本章小结 PLC 作为一种工业标准设备，虽然生产厂家众多，产品种类众多；但它们都具有相同的工作原理，使用方法也大同小异。 本章从多个层面介绍和讲解了有关 PLC 的基本概念。 （ 1） PLC 是计算机技术与继电接触式控制技术相结合的产物。 专为在工业环境下应用而设计。 可靠性高，使用方便，应用广泛。 PLC 功能的不断增强，使 PLC 的应用领域不断扩大和延 伸，应用方式也更加丰富。 （ 2） PLC 可以在任何工业自动化领域使用，但最适合的地方还是以开关量为主的单机控制系统和制造业自动化控制系统。 （ 3） PLC 最显著的特点是抗干扰能力强、可靠性高、使用简单、系统柔性大和功能强。 （ 4） PLC 的组成部件主要有中央处理单元（ CPU）、存储器、输入 /输出（ I/O）接口和电源等。 （ 5） PLC 按集中采样、集中输出，按顺序周期性循环扫描用户程序的方式工作。 当 PLC 处于正常运行时，它将不断重复扫描过程，其工作过程的中心内容由输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段组成。 （ 6） PLC 有多种编程语言，大家可以根 据需要使用；但最常用的梯形图、 SFC，过去一般得 PLC 都不提供 ST 编程语言。 PLC 编程语言的国际标准是IEC611313 用户输入设备 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 入 映 像 寄 存 器 程 序 执 行 输 出 映 像 寄 存 器 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 用户输出设备 菏泽学院本科生毕业设计（论文） １０ 3 带人行横道过马路请求的交通灯控制系统设计 交通灯控制设计方案分析 带人行横道过马路请求的十字马路交通灯控制系统，应用于主干道是快速车道而次道是普通车道的十字路口，次道主要用于少量行人、非机动车辆以及一些机动车辆。 鉴于当前实际中，一般在主干道是快速车道而次道是人行横道和一些非机动车通行的十字路口的交通灯仍然采用固定通行的一般的交通灯系统。 这样的系。