基于十字路口交通灯控制plc系统毕业论文

基于十字路口交通灯控制plc系统毕业论文内容摘要：

，具有很高的实用价值。 2 1 PLC 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。 作为离散控的制的首选产品， 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， 2020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。 PLC是由摸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。 PLC的 CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器， 在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加 1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为 END指令），然后再返回起始步循环运算。 PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。 不同型号的 PLC，循环扫描周期在 1微秒到几十微秒之间。 PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算 1K逻辑程序不到 1毫秒。 它把所有的输入都当成开关量来处理， 16位（也有 32位的）为一个模拟量。 大型 PLC使用另外一个 CPU来完成模拟量的运算。 把计算结果送给 PLC的控制器。 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）。 3 如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而方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。 在可以预见的将来，PLC产业一定会有一个美好的未来 的产生 20 世纪 20年代起，人们把各种继电器。 定时器。 接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制 系统 .由于它结构简单。 容易掌握。 价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位 .但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。 20 世纪 60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置 .为抛弃传统的继电接触器控 制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求， 1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是： （ 1） 编程方便，可现场修改程序 （ 2） 维修方便，采用插件式结构 （ 3） 可靠性高于继电器控制装置 （ 4） 体积小于继电器控制盘 （ 5） 数据可直接送入管理计算机 （ 6） 成本可与继电器控制盘竞争 （ 7） 输入可以是交流 150V 以上 4 （ 8） 输出为交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驱动接触器，电磁阀等 （ 9） 扩展时原系统改变最小 （ 10） 用户存储器至少能扩张到 4KB（适应当时汽车装配过程的需要） 十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控 制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。 PLC 的定义 美国国际电工委员会（ IEC）在 1987 年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 定义强调了 PLC 应 直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。 这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。 定义还强调了 PLC 是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。 这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。 它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。 PLC 的特点 （ 1）抗干扰能力强，可靠性好 PLC 在电子线路 、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。 I/O 系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。 具体措施主要有以下几个方面： 1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。 PLC 的输入、输出接口电路一般采用 5 光电耦合器来传递信号。 这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于 PLC 的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。 在 PLC 的电源电路和输入 /输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。 3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。 另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。 4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、 watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（ WDT）规定时间（预示程序进入了死循 环），立即报警，以保证 CPU 可靠运行。 5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。 6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。 7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。 8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。 而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。 （ 2）控制系统结构简单，通用性强 PLC 及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。 （ 3）编程方便，易于使用 PLC 是面向用户的设备， PLC 的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯， PLC程序的编制，采用梯 形图或面向工业控制的简单指令形式。 梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。 （ 4）功能完善 PLC 的输出 /输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入 /输出。 在 PLC 内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。 由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制 I/O 等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控 制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打 6 印、及报表生成等功能。 （ 5）设计、施工、调试、的周期短 用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。 而采用 PLC 控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在 PLC 到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。 （ 6）体积小，维护操作方便 PLC 体积小，质量轻，便于安装。 PLC 的输入 /输出系统 能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。 （ 7）易于实现网络化 PLC 可连成功能很强的网络系统。 （ 8）可实现三电一体化 PLC 将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。 PLC 的主要功能 条件控制功能： 条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用 PLC 的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各 种逻辑连接，进行开关控制。 （ 1） 定时 /记数控制功能 定时 /记数控制功能指用 PLC 提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。 （ 2） 数据处理功能 数据处理功能是指 PLC 能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。 （ 3） 步进控制功能 步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控 7 制器。 （ 4） A/D 与 D/A 转换功能 A/D 与 D/A 转换功能是指通过 A/D、 D/A 模块完成模拟量和数字量之间的转换。 （ 5） 运动控制功能 运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。 （ 6） 过程控制功能 过程控制功能是指通过 PLC 的 PID 控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。 （ 7） 扩展功能 扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即 I/O 扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高 PLC 的控制功能。 （ 8） 远程 I/O 功能 远程 I/O 功能是指通过 I/O 单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与 PLC主机相连接，进行远程控 制，接收输入信号、传出输出信号。 （ 9） 通信联网功能 通信联网功能是指通过 PLC 之间的联网、 PLC 与上位机的链接等，实现远程I/O 控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。 （ 10） 监控功能 监控功能是指 PLC 能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制 I/O 状态。 8 交通灯控制系统的控制要求和流程图 图 11 路口交通灯示意图 控制要求 信号灯手启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西红灯亮。 当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 （ 1） 南北红灯不能同时亮：如果同时亮应关闭信号灯系统，并立刻报警。 （ 2） 南北红灯亮维持 33s。 在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 30s。 到 30s 时，东西黄灯亮，在东西红灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 3s，到 3s 时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，绿灯亮。 （ 3） 东西红灯亮维持 33s。 南北红灯亮维持 30s 然后东西黄灯闪亮 3s，同时南北红灯亮维持 3s熄灭。 这是南北红灯亮，东西绿灯亮。 9 (4) 上述动作循环进行。 图 12 交通灯控制系统流程图 10 2 可编程序控制器的选择 随着 PLC 的推广普及， PLC 产品的种类越来越多，而且功能也目趋完善。 PIC。