PLC交通灯控制设计.doc
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1、 PLC交通灯控制设计 学 院:职业技术学院 专 业:矿山机电 年 级:2011级 学生姓名:李 航 1120020572 组 员:严 跃 1120020569杨忠豫 1120020571 王 磊 1120020570 李 航1120020572 指导教师:穆静强/罗雍惠 2013 年 06月 01 日摘 要可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便,用法简单、通用性强等特点。本文用三菱FX2N的可编程控制器控制十字路
2、口信号灯来说明可编程控制器硬件、软件的设计。解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。但现在有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制,不能够根据实际交通状况进行调节控制。三菱系列的可编程序控制器和传感技术来实现对交通灯的智能信号控制。可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈,当汽车经过时就会产生涡流损耗,环状绝缘电线的电感开始减少,即可检测出汽车的通过,并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入,并用PLC计数,按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。关键词: PLC(
3、可编程序控制器); 三菱FX2N;传感器探测;交通灯。目 录摘 要1第1章 绪论31.1交通灯设计的意义31.2交通灯的发展情况31.3交通灯的发展前景4第2章 PLC简介52.1 PLC的发展52.2 PLC的构成与特点82.3 PLC的应用11第3章 交通灯程序的设计123.1程序的设计任务123.2 PLC的选型123.3 I/O地址分配133.4 PLC I/O接线图143.5 PLC交通灯功能图153.6 正常时序情况163.7 PLC交通灯控制梯形图173.8 PLC交通灯控制指令表22第4章 心得体会24总 结26致 谢27参考文献28第 1 章 绪论1.1 交通灯设计的意义十字
4、路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行,实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改善,也是城市交通管理工作自动化的重要标志之一。可编程序控制器(PLC) 是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是专能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。因此,本文介绍了三菱公司的PLC 产品来实现交通灯的自动控制。1.2 交通灯的发展情况随着交通的不断发展和汽车化进程的加快,交通拥挤加剧,交通事故频发,交通环境恶化,已经成为引人注目的城市问题之一。交通问题不仅的发展中国家,就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。众所周知,缓解交通拥挤的
5、最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。但无论哪个国家的大城市,不可能无限制地修建道路,不论是资金因素还是土地因素,都限制了道路的无节制增长。因此,不可能通过无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。与此同时,通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上,由于交通系统是一个相当复杂的大系统,无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑,都很难从根本上解决问题。早在19世纪,人们就开始研究交通信号,用信号指挥车通行,控制车辆进出交叉口的次序。据文献记述,早在1868年,英国伦敦的威斯特明斯特(Westminster)街就安装了红、绿色两色的交通信号灯。到1917年,
6、美国的盐湖城开始使用由人工控制的红、黄、绿3色的信号灯。1925年,这种由人工控制的3色信号灯也首次出现在英国伦敦的皮克的时路口。次年,英国人研制出了自己的自动控制信号机。道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份,这个系统的运行状况如何,直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中,道路不仅仅是易变化的部分,而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究,对能制定出科学有效的管理和控制对策,从而保障系统的有效运行。1.3 交通灯的发展前景随着城市机动车量的不断增加,许多大城市出现了交通超负荷运行的情况,因此,自80年代后期
7、,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速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高澎路的系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以,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城市高速道路,缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。第 2 章 PLC简介 PLC的发展20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。PLC发展至今,已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技
8、术、通讯技术的发展,工业控制领域已有了翻天覆地的变化,PLC亦再不断发展变化中,PLC正朝着新的技术发展。近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中,PLC往往是作为一个核心部件来使用,仅PLC方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。随着中国加入WTO,我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨,在交通控制方面也应与国际接轨。PLC在世界各地得到了广泛应用,同时
9、,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,2004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
10、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
11、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)。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少,采用P
12、LC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长势头。 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工业自动化领域,可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支
13、柱(PLC、机器人、CAD/CAM)之一,成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术,使它发展日新月异,大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能,而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系,从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来,扩展了PLC的功能,使它具有很强的联网通讯能力,从而更广泛地应用于众多行业。1. 向高性能、高速度、大容量发展大型PLC大多采用CPU结构,不断向高性能、高速度、大容量发展。ANA系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现PL
14、C全部功能的32位微处理器、即顺序控制芯片,其扫描时间为每条基本指令0.15us。2. 增强小型PLC的功能小型PLC一般指I/O点数小于256的PLC,大多数采用整体结构,小型PLC价格便宜,性价比不断提高,很使用单机自动化,或组成分布式系统。近年来,PLC厂商不断推出功能更强的小型PLC,更新换代的周期越来越短。除了开关量逻辑控制功能以外,现代小型PLC还具有中断功能、脉冲捕获功能、内置的实时钟、用EEPROM代替RAM和锂电池,使PLC成为完成完全免维护的设备,将过去许多需要特殊功能模块完成的功能软件化,如用PID指令实现PID控制,用定位控制实现位置控制。各PLC厂家近年来推出一些价格
15、便宜的专用人机接口装置,用来监视PLC的内部变量和修改参数。与西门子S7-200配套的TD200文本显器可显示两行中文,每行10或20个字符,可用S7-200编程软件设置TD200的显示内容。3. 不断提高编程软件的功能(1)编程软件日益普及(2)编程软件功能不断完善(3)编程语言的标准化(4) 编程软件配备仿真功能,如西门子S7-200与STEP7编程软件配套使用的S7-PLCSIM仿真软件。(5) 通讯功能的增强和标准化(6)PLC的软件化与PC2.2 PLC的构成与特点2.21 PLC的构成如图所示,PLC与通用计算机没有什么区别,只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。
16、其完成控制的实质是按一定算法进行IO变换,并将这个变换物理实现,应用于工业现场。1. 输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址,每一位对应一个开关量,其值反映了开关量的状态,其值的改变由输入开关量驱动,并保持一个扫描周期。CPU可以读其值,但不可以写或进行修改。图2-1 PLC的组成2. 输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出,即只有最后的修改才
17、对输出接点的真实值产生影响。3. 存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能更改,PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能。4. CPU单元CPU单元控制着IO寄存器的读、写时序,以及对存储器单元中程序的解释执行工作,是PLC的大脑。5. 其它接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。2.22 PLC的特点1.可靠性可编程控制器采用了一系列可靠性设计的方法进行设计,例如:冗余设计、掉电保
18、护设计、故障诊断、和信息保护和恢复等,提高了MTBF,降低了MTTR,使可靠性得到提高。可编程序控制器是为了工业生产过程控制而专门设计的控制装置,它具有比通用的计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了简化的编程语言,变成出错率大大降低。在可编程控制器的软件方面,也采用了一系列提高可靠性的措施。例如,采用软件过滤;软件自诊断;简化编程语言;信息保护和恢复。报警和运行信息的显示等。2 .易操作性着体现在它的操作方便、编程方便、维护方便。3.灵活性编程的灵活性。编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图、和语句表。这种编程的灵活性是继电器顺序控制所不能比拟的,正是由于编程的柔性特
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