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基于plc十字路口智能交通灯的设计_毕业设计(论文).doc

上传人:无敌 文档编号:634291 上传时间:2018-04-16 格式:DOC 页数:28 大小:187KB
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1、 内容摘要 .1前言 .31.基于 PLC 电气控制的方式选择 .31.1 PLC 的概述 .31.2 PLC 的产生与定义 .41.3 PLC 的特点与组成部分 .41.4 PLC 的性能指标与工作原理 .82.课题要求与实现 .102.1 实现十字路口智能交通灯的要求 .102.2 软件系统的设计与程序编译 .112.3 关于论文设计 .17结论 .19参考文献 .20致 谢 .212内容摘要可编程控制器(programmable controller)是工业自动化设备的主导产品,在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心,集微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术

2、为一体,以工业自动化为目标的新型控制装置。目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用,碾米各行业的通用控制核心产品。具有控制功能强、可靠性高、使用方便、适用于不同控制要求的各种控制对象等优点,利用 PLC 对十字路口交通灯的设计可以实现不同情况下的智能化,使操作更加简便,便于对复杂路口的交通疏导控制。使未来的交通系统完美移动。关键词:可编程控制器,十字路口交通灯,智能化3Content abstractProgrammable controller (programmable controller) is the leading industrial automation equip

3、ment product in relay control and computer technology developed on the basis of the gradual in microprocessor as its core, including microelectronics technology, automation technology, computer technology, communication technology for the integral whole, with industrial automation for target of new

4、control device. Currently have in industry, agriculture, commerce, transportation and other areas to be widely applied, milling various sectors of common control core products. Has the control function of strong, high reliability, use convenient, applicable to different control requirements of the a

5、dvantages of the control object, using PLC in the design of intersection traffic lights under different conditions can realize the intellectualized, make operation more convenient, and is convenient for traffic persuation control complex crossroads. Make the future traffic system perfect mobile. Key

6、 words: programmable controller, intersection traffic lights, intellectualization 4前 言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不同的城市有不同城市的问题,但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响,就是解决问题的关键!随着我国城市化建设的发展,越来越多的新兴城市

7、的出现,使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展,随着城市机动车量的不断增加,人民的生活水平日渐提高,越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,许多大城市如郑州、北京、上海等出现了交通超负荷运行的情况,再加上政府大力发展的道交、出租车,使得车辆越来越多,这不仅要求道路要越来越宽阔,而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此,很多城市纷纷扩建建城市道路,在道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而,随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制,加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点,也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况

8、的制约。于是,旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾,使原来不太突出的交通问题被提上了日程。如何采用合适的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路,缓解城区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。所以,我结合大学三年当中的学习和知识积累,我总结了 PLC 课程的各项优点进行了一个十字路口智能交通灯的设计,程序简单易懂,控制方便,也充分总结了对 PLC 的这门课程的理解,结合指导老师的指导与帮助顺利完成这个课程设计。51.基于 PLC 电气控制的方式选择 1.1 PLC 的概述 可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的

9、以微处理器为核心,集微电子技术、自动化技术、计算机技术、通信技术为一体,以工业自动化控制为目标的新型控制装置,目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用,成为各行业的通用控制核心产品,本章就可编程控制器的生产、定义、特点及发展趋势进行论述。1.2 PLC 的产生与定义可编程控制器,英文称 programmable controller,简称 PC,但由于 PC 容易和个人计算机(personal computer)混淆,故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部

10、存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统的机械接触的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是 PLC 的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。可编程序控制器一直在发展中,所以至今尚未对其下最后的定义。在 1987年国际电工学会(IEC

11、)在第三稿中对 PLC 作了如下定义:可编程序控制器是一种数字运算操作电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的,模拟的输入和输出,控制各种类型的的机械或者生产过程。可编程序控制器及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。61.3 PLC 的特点与组成部分1.31 可编程控制器的主要特点1.3.1.1.可靠性高,抗干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求:平均故障间隔时间长 1平均故障修复时间 2任何电子设备产生的故障,通常为两种:偶发性故障。由

12、于外界恶劣环境如电磁干扰、温度过高、温度过低、过 1电压、欠电压、震动等引起的故障。这类故障只要不引起系统部件的损坏,一旦环境条件恢复正常,系统也随之恢复正常,但对于 PLC 而言,受外界影响后,内部存储的信息可能被破坏。永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障 2为此,各 PLC 的生产商在硬件和软件方面采取了多种措施,使 PLC 除了本身具有较强的自诊断能力,能及时给出出错信息,停止运行等待修复外,还使PLC 具有了很强的抗干扰能力。1.3.1.2. 通用性强,控制程序可变,使用方便PLC 品种齐全的各种硬件装置,可以组装成能满足各种要求的控制系统,用户在硬件确定以后,在生产工艺流

13、程改变或者生产设备更新的情况下,不必改变 PLC 的硬件设备,只需改编程序就可满足要求。因此,PLC 除应用于单机控制外,在工厂自动化中也被大量采用。1.3.1.3. 功能强,适应面广现代 PLC 不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能,还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线,又可控制一个生产过程。1.3.1.4. 编程简单,容易掌握目前,大多数 PLC 仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观,又考虑到大多数工厂企业电气人员的读图习惯及编程水平,所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元

14、件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读 PLC 的用户手册或短期培训,电气7技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC 在执行梯形图程序时,用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行(PLC内部增加了解释程序)。与直接执行汇编语言的用户程序相比,执行梯形图程序的时间要长一些,但对于大多数机电控制设备来说,是微不足道的,完全可以满足控制要求。1.3.1.5减少了控制系统的设计及施工的工作量由于 PLC 采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时,PLC 的用

15、户程序可以在实验室模拟调试,更减少了现场的调试工作量。并且,由于PLC 的低故障率及很强的监视功能,模块化等等,使维修也极为方便。1.3.1.6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC 是将微电子技术应用于工业设备的产品,其结构紧凑,坚固,体积小,重量轻,功耗低。并且由于 PLC 的强抗干扰能力,易于装入设备内部,是实现机电一体化的理想控制设备。我国使用较多的 PLC 产品有德国西门子的 S7 系列、日本立石公司的 C 系列、三菱公司的 FX 系列、美国 GE 公司的 GE 系列等。通过技术引进、合资生产,我国的 PLC 产品有了一定的发展,生产厂家也达 30 多家,为可编程控制器国产化奠定

16、了基础。1.3.2 可编程控制器的基本组成可编程控制器系统根据其工作原理可分为输入部分、运算控制部分和输出部分。可编程控制器的硬件电路由 CPU、存储器、基本 IO 接口电路、外设接口、电源五大部分组成。(图)81.3.2.1. 中央处理器(CPU)CPU 是可编程控制器的控制中枢,在系统监控程序的控制下工作,它将外部输入信号的状态写入输入映像寄存器区域,然后将结果送到输出映像寄存器区域。CPU 常用的微处理器有通用型微处理器、单片机、位片式计算机等。1.3.2.2. 存储器(Memory)可编程控制器的存储器由只读存储器 ROM 和随机存储器 RAM 两大部分构成,只读存储器 ROM 用来存

17、放系统程序、中间运算数据存放在随机存储器 RAM 中,用户长须也放在 RAM 中,断电时,用户程序和运算数据保存在只读存储器EEPROM 中。1.3.2.3. 基本 IO 接口电路根据常用输入电路电压类型及电路形式的不同,PLC 内部输入接点分为干接点式、直流输入式和交流输入式三大类。PLC 的输出电路是将 CPU 的运算结果变成一定功率形式的输出,驱动被控负载,其输出电路结构形式分为继电器式、双机型晶体管和晶闸管三种。根据输入输出电路的结构形式不同,IO 接口分为开关量 IO 和模拟量IO 两大类,其中模拟量 IO 要经过 AD、DA 转换电路处理,转换成计算机系统所能识别的数字信号。在整体

18、结构的小型 PLC 中,IO 接口电路的结构形式9与 PLC 的型号相关,在模块式结构的 PLC 中,有开关量的交、直流模块 IO、模拟量 IO 模块及各种智能 IO 模块可供选择。通常将一组 PLC 输入输出电路的公共端在 PLC 内部连在一起,以减少 PLC外部接线形成公共端点。1.3.2.4接口电路PLC 接口电路分为 IO 扩展接口电路和外设通信接口电路两大类。IO 扩展接口电路可采用并行接口和串行接口两种电路形式,外设通信接口电路用于连接手持编程器或者其他图形编程器、文本显示器,并组成 PLC 的控制网络。(图)5. 电源PLC 内部配有专用的开关式稳压电源,用来将 ACDC 供电电

19、源转化为 PLC内部电路需要的工作电源(5VDC)。1.4 PLC 的性能指标与工作原理1.4.1 PLC 的技术性能指标可编程控制器的种类很多,用户可以根据控制系统的具体要求选择不同技术性能指标的 PLC。可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面:101.4.1.1 IO 点数可编程控制器的 IO 点数指外部输入、输出端子数量的总和,又称最大开关量 IO 点数,它是描述 PLC 大小的一个重要参数。1.4.1.2. 存储容量PLC 的存储器由系统程序存储器、用户程序存储器和数据存储器三部分组成。PLC 存储容量通常指用户程序存储器和数据存储器容量之和,表征系统提供给用户的可用资源,是反映

20、系统性能的一项重要技术指标。1.4.1.3. 扫描速度可编程控制器采用循环扫描方式工作。完成一次扫描所需的时间称为扫描周期,扫描速度与是扫描周期成反比。影响扫描速度的主要因素有用户程序的长度和 PLC 产品的类型,PLC 中 CPU 的类型、机器字长等直接影响 PLC 的运算精度和运行速度。1.4.1.4. 指令系统指令系统是指 PLC 所有指令的总和。可编程控制器的编程指令越多,软件功能就越强,但掌握应用也相对复杂,用户应根据实际控制要求选择合适指令功能的可编程控制器。1.4,1,5. 可扩展性小型 PLC 的基本单元多为开关量 IO 接口,各厂家在 PLC 基本单元的基础上大力发展模拟量处

21、理、高速处理、温度控制、位置控制、通信等智能扩展模块。智能扩展模块的多少及性能已成为衡量 PLC 产品的水平标准。1.4.1.6通信功能通信包括 PLC 之间的通信和 PLC 与计算机或其他设备之间的通信,通信主要涉及通信模块、通信接口、通信协议和通信指令等内容。1.4.1.7. 支持软件为了便于编制 PLC 程序,多数 PLC 厂家都开发计算机支持软件。从本质上讲,PLC 所能识别的知识机器语言。它之所以能事用一些助记符语言、梯形图语言、流程图途语言,以至于高级语言,全靠为使用这些语言而开发的软件,总之,为了用好 PLC,PLC 的支持软件越来越丰富,性能也越来越好,其界面也越来越友好,它的情况如何已成为评判 PLC 性能的指标之一了。1.4.2 工作过程

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