课程设计（论文）基于PLC实现交通灯的控制

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1、课程名称：基于plc的交通灯控制 系、专业：电气与信息工程系电机电器姓名： 指导老师： 基于PLC实现交通灯的控制摘 要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分 PLC是一种工作可靠，编程简单，使用方便的控制设备，它在恶劣工业环境下工作，以实现机电一体化，PLC把自动化技术，计算机技术，通信技术融为一体，实现工厂自动化控制。 本设计将编制十字路口交通灯控制程序输入到PLC中，用PLC

2、主机上指示灯监视程序运行完成。它根据交通灯动作时序图和I/O分配情况设计能实现功能的梯形图，在梯形图编写过程中，先进行常规程序编写，再加入急车通车功能，基于PLC实现交通灯控制。 目 录前 言 1第一章 PLC的原理及性能应用 21.1 PLC的性能特点 21.2 PLC的功能 2 第二章 交通灯PLC的自动控制 32.1 PLC控制电路I/O端口分配及要求 32.2 PLC流程图 52.3 程序指令 8第三章 基于PLC实现交通灯的控制 93.1 十字路口交通灯示意图 93.2 顺序功能图时序图103.3 梯形图设计13第四章 结术语144.1 论文总结及工作发展 14致谢信 15参考文献

3、16 3 3基于PLC实现交通灯的控制前言可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）， 简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。如今，随着美国、日本、德国等国家的很多大公司相继投入对PLC的开发、应用和推广，PLC得

4、到了迅速发展，其产品的种类和数量越来越多，功能也越来越强。PLC功能的增强，也使得PLC应用更加广泛，许多大中型企业不断采用PLC来完成各种工业控制，并取得了显著的经济效益和社会效益。PLC的广泛应用要求培养出更多的熟悉其应用的高技术人才，而实验是此课程教学的重要环节。近年来，一方面国民经济的发展对技术改造和技术更新提出了更高的要求，工业生产的信息化和数字化成为必然趋势，所以很多院校新设了自动化类的专业。另一方面，随着国家对教育投入力度的增大，实验室建设已经成为高校建设的重要任务。由于PLC本身的种类很多，基于不同PLC的实验设备也比较多，而设备生产厂家的选型和设计思想各不相同，所以对于不同情

5、况的院校，在设备选型方面必须有不同的考虑。目前有众多厂家生产的设备可供选择，本文以清华同方的TVT-90A，TVT-90C1，TVT-90C6，TVT-90E3；杭州天煌电气设备厂的THPLC-A型，THPLC-B型，许昌瑞新电气公司的RXPLC等型号为例讨论PLC实验室建设的一些问题，提出了应该注意的问题，应该根据本校的培养目标和实验开设情况合理选择设备，防止盲目性的“一次到位”或仅考虑价格等不当的做法。 目前绝大部分称为“PLC实验”装置或箱子的设备都只有数字IO点，而且实验方式多为模拟的。一般是用发光管或数码管表示输出输入的状态。比较“逼真”的则采用平面显示器（箭头、发光带等）。如电梯控

6、制实验，通常是以图形表示楼层，用发光管或平面显示器表示轿箱的运动状态和位置。第一章.PLC的简介及发展前景1.1 PLC定义及发展优势 PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association） 经过四年的调查工作，于1984 年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC 作了如下定义:“PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模

7、块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC 之功能着，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 国际电工委员会（IEC）又先后颁布了PLC 标准的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内

8、部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 现代社会要求制造业对市场需求作出速度的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为了满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具有极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Ldgic Controller,PLC）正是顺应这一要求的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。 PLC的应用广、功能强大、使用方便，是现代工业自动化的

9、主要设备之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用也得到了迅速的发展。1.2 PLC的发展前景及应用范围虽然PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC 也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1 早期的PLC（60 年代末70 年代中期） 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O 接口电路上作了改进以适应工业控

10、制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC 特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 2中期的PLC（70 年代中期80 年代中后期） 在70 年代微处理器的出现使PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC 的中央处理单元（CPU）。 这样，使PLC 得功能大大增强。在软件方

11、面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC 得应用范围得以扩大。 3近期的PLC（80 年代中后期至今） 进入80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、

12、硬件功能发生了巨大变化。第二章 PLC的原理及性能使用2.1 PLC的特点（1）高可靠性、抗干扰能力强1、所有的I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC 内部电路之间电气上隔离。 2、各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。 3、各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4、采用性能优良的开关电源、对采用的器件进行严格的筛选。 5、良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。 6、大型PLC 还可以采用由双CPU 构成冗余系统或有三CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提高。 （2）丰富的I/O 接口模块

13、PLC针对不同的工业现场信号，如： 交流或直流； 强电或弱电等。 （3）编程简单易学 PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 （4）安装简单维修方便 2.2 PLC的功能（1） 开关量的逻辑控制（2) 位置控制 (3) 过程控制（4） 数据处理（5） 通信联网（6） 管理信息 第三章 交通灯PLC自动控制3.1 PLC控制电路I/O端口分配及要求1 具体要求：行向； 红色30秒 绿色25秒绿闪5秒黄色5秒纵向： 绿色25秒绿闪5秒黄色5秒红色30秒（1） 行向红灯亮30秒，绿灯亮25秒，绿灯闪5秒（周

14、期1秒），黄灯亮5秒 （2） 列向红灯亮30秒，绿灯亮25秒，绿灯闪5秒（周期1秒），黄灯亮5秒（3） 模拟屏显示：行向Y0-红灯Y1-绿灯Y2-黄灯。 列向Y3-红灯Y4-绿灯Y5-黄灯。2 手动控制时，行、列均黄灯闪烁（周期1秒）。 （1）I/O输入、输出分配 Y0-南北红灯 X0-起动Y1-东西绿灯 Y2-南北行人绿灯 X1-接触开关Y3-东西行人红灯 Y4-南北绿灯 Y5-东西红灯 X2-行程开关 Y6-南北行人红灯 Y7-东西行人绿灯 Y10-蜂鸣器 Y11-南北黄 Y12-东西交通黄（2）流程图m8002 | s0 初始化 |x0 |s20南北红 东西行人红 东西绿 你那被行人绿

15、-=x1-o Y10 | -o Y1 | -O Y0 |T0 -0 Y3 | -0 T0 k=250 | -0 Y2 | -=T0-set s21s21南北红 东西行人红 东西黄 南北黄 -=x1-0 Y10 | -0 Y0 | -0 T1 k=50 | m8013 | -=-0 Y12 |T1 -0 Y3 | m8013 | -=-0 Y2 | -=T1- set s22s22东西红 南北行人红南北绿 东西行人绿 -=X1-0 Y10 | -0 Y5 |T2 -0 Y6 | -0 Y4 | -0 Y7 | -0 T2 K=250 | -=T2- SET S23S23东西红 南北行人红 南北黄

16、 东西行人绿 -=X1-0 Y10 |T3 |T3 -0 Y5 |X2 |X2 -0 Y6 -=T3-0 T0 K=50 M8013 -=-0 Y11 M8013 -=-0 Y7 -=T3-X2= SET S20 -=T3-X2= SET S0(3)编写指令LD M8002 out y10 set s23 SET S0 out y0 stl s23STL S0 out t1 k=250 ld x1 LD x0 ld m8013 out y5Set s20 out y12 out y6Stl s20 out y3 out t3 k=50Ld x0 ld m8013 ld m8013Set s20

17、 out y2 out y7Stl s20 ld t1 ld t3Ld x1 set s22 ani x2Out y10 stl s22 set s20Out y1 ld x1 ld t3Out y3 out y10 and x2Out to k=250 out y5 set s0Out y2 out y6 retLd t0 out y4 endSet s21 out y7Stl s21 out t2 k=250Ld x1 ld t22 3 软件系统设计如下：可编程控制器的软件设计步骤如下:(1) 画出控制时序图;(2) 列出对应的I/O编号的分配;(3) 写出符合控制要求的程序。PLC输入输

18、出端口的分配如图1所示。控制时序图如图2所示。图2 交通灯正常时序控制时序图把南北向控制、东西向控制和急通车控制看成为三条分支流程控制过程，其程序总流程图如图3所示。南北向控制和东西向控制都是按正常时序顺序动作，控制相应信号灯循环发亮，其中南北向控制子程序流程图如图4所示，东西向控制子程序流程图与图4相似。急通车控制分南北向急通车控制和东西向急通车控制两路，当南北向急通车开关I/1合上，则控制南北向绿灯亮，东西向红灯亮，让南北急车放行，当东西向急通车开关I/2合上，则控制东西向绿灯亮，并设置南北、东西强通互锁，避免冲突的发生，急通车控制子程序流程图如图5所示。图3 程序总流程图图4 南北向控制

19、子程序流程图 图5急通车控制子程序流程图(4) 输入程序、调试程序、运行程序程序的输入、调试以及运行将结合下面的编程器的使用来说明 手持编程器(型号为1761-HHP-B30)通过一条8针RS-232电缆与可编程控制器(型号为1761L16BWA )的RS-232口连接，可编程控制器接通220V交流电源(注意根据型号的不同接不同的电源)，这时可编程控制器上的POWER指示灯亮。编程器有两种工作模式，即编程工作模式和运行工作模式。 在编程工作模式下，可进行程序的写入、读出、插入、删除和修改;在运行工作模式下，PLC的RUN指示灯亮，PLC运行程序。编程器上的键大部分有双重甚至多重功能，例如键既可

20、为模式键，亦可为输出继电器O，键入时编程器会根据当前状态自动判别选择，在屏幕上显示相应的功能或字母。3.3 PLC控制程序流程设计 进入编程工作模式的方法是按键，选择RPRG，按ENT键，即进入编程工作模式。在编程工作模式下，可进行如下操作: (1) 清除用户程序存储器内容:按菜单键,再按上下键的下键，选择6.CLEAR PROG，按ENT 键。显示“YESENT NOESC”, 按ENT键，即可清除用户程序存储器内容，程序清除后按ESC键返回主菜单;（2）写入程序:按MON键，再按ENT键，即可开始输入程序。每输入梯形图中新的一行要按键，每键入一条指令后按ENT键; (3) 删除程序:按左右

21、键找到所要删除的某条程序，按DEL键即把该条程序删除;输入程序时某个字母或数字输错，可按ESC键删除; (4) 插入程序:按左右键找到所需插入程序的某条程序，输入需插入的程序，即可把需插入的程序插入在该条程序之后; (5) 修改程序:上下左右键、DEL键、ESC键的配合使用，可进行程序的修改。运行工作模式： 进入运行工作模式的方法是按键，选择RRUN，按ENT键，即进入运行工作模式。在运行工作模式下，可编程控制器的运行程序，这时可编程控制器上的RUN指示灯亮，可利用输出指示灯观察程序是否满足控制要求。同时编程器还可监控程序的运行，方法是:按MON键，再按ENT键即可监控程序，按左键或右键可监控

22、任一条指令及至全部程序。在运行工作模式下，PLC运行程序满足要求后，手持编程器可拔去,最后做负载考验运行。本例用电路板上四边放置的4组共12个发光二极管模拟十字路口交通灯,接在PLC对应的输出端口上，接通电源，拨动输入端相应的开关，发光二极管按要求循环发亮，说明达到了控制要求。城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。第四章 基于PLC实现交通

23、灯的控制4.1 十字路口交通灯示意图及设计要求（1） I/O地址分配人行道指示灯Y0 东西方向绿灯Y3 南北方向绿灯Y6 东西方向急车信号X1东西方向红灯Y1 南北方向红灯Y4 数码管指示灯Y7 南北方向急车信号X2东西方向黄灯Y2 南北方向黄灯Y5 晚上感应开关X0(2) 设计具体要求1. 白天正常工作。A方向红灯20s时，B 方向绿灯20s。之后，A方向由红灯变为绿灯，而B方向由绿灯亮15s后变为黄灯，黄灯闪烁5s后变为红灯。方向和方向均行走20s后，全部红灯。此时人行道指示灯亮。时间为15s，同时数码管显示出时间。2. 晚上A方向和B方向黄灯一直闪烁。 3. 特殊情况。 一通道有救护车等

24、应急车辆时，无论交通灯原来状态如何，一律使应急车辆方向的绿灯亮。另一方向的红灯亮，5s后解除通车状态。42 顺序功能图及时序图启动开关东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮东西主干道10S2S2S14S南北红灯亮南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮南北主干道14S10S2S2S启动开关南北红灯亮南北绿灯南北绿灯闪14S10S4S东西绿灯亮东西绿灯闪东西红灯亮10S4S14S东西行人道南北行人道结束结束启动开关按下脉冲开关原来控制循环系统行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮结束YN启动开关按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到15秒，另一方向红灯点亮延长到15秒再次按下启动开关按此次控制方式进行循环原来方

25、式控制系统结束YNYN交通灯模拟控制系统流程图4.3 梯形图设计梯形图如下：1. 白天正常工作时梯形图如下： A方向红灯15s时，B 方向绿灯15s。之后，A方向由红灯变为绿灯，而B方向由绿灯亮15s后变为黄灯，黄灯闪烁5s后变为红灯。方向和方向均行走15s后，全部红灯。此时人行道指示灯亮。时间为15s，同时数码管显示出时间。2. 晚上A方向和B方向黄灯一直闪烁梯形图如下：3. 特殊情况 一通道有救护车等应急车辆时，无论交通灯原来状态如何，一律使应急车辆方向的绿灯亮。另一方向的红灯亮，5s后解除通车状态，梯形图如下：五结束语5.1论文总结通过这次用松下FP1-C24系列产品设计交通灯的毕业论文

26、的书写过程,更进一步熟悉了FP1-C24系列的结构和原理,掌握了PLC的具体使用方法. 毕业设计是带有研究性质的专题研究分析、设计报告，是完成教学任务、培养合格人才的一个重要实践性教学环节。通过毕业设计，可以培养学生的开发和设计能力，提高综合运用所学知识和技能去分析、解决实际问题的能力，检验学生的学习效果等均具有重要意义。通过毕业设计，旨在使学生对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面、系统地回顾和总结，通过对具体题目的分析，使理论与实践相结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能，提高学生独立思考能力和团结协作的工作作风，提高学生利用专业知识解决实际问题的能力，促进学生建立严

27、谨的科学态度和工作作风。5.2工作展望我们在整个制作过程中,我较熟悉的掌握了PLC的编程及调试，也大体了解了电梯的构造以及工作原理。为今后的工作打下了基础，虽然今后不一定从事PLC的工作但是能够使我所学的知识得到初步的实践也是有重要的意义。致谢首先衷心地感谢我的导师王芳老师，她严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；她循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人

28、接物与为人处世的道理。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！“师恩难忘，友谊长存!”本论文的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此，向曾经帮助我的老师和同学表示衷心的感谢。感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。感谢我的爸爸妈妈，焉得援草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 参考文献、资料索引文献、资料名称编著者出版单位PLC基础与应用PLC编程与应用PLC分析与设计应用PLC可编程控制器系统开发实例导航PLC电气控制与组态设计 可编程控制器原理及其应用可编程控制器应用技术与设计实例 可编程序控制器原理及其应用可编程控制器技术教程可编程控制器原理及其应用现代可编程控制器及其通信网络可编成控制器应用技术廖常初廖常初周万珍 高鸿斌汪晓平周美兰 周封 王岳宇林春方 张永生高钦和江志锋 苏家楗 侯巧红吕景泉孙平何波张永飞机械工业出版社机械工业出版社电子工业出版社人民邮电出版社科学出版社上海交通大学出版社 人民邮电出版社西安电子科技大学出版社高等教育出版社高等教育出版社陕西科学技术出版社中国电力出版社