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1、新乡学院2012届毕业生毕业论文PLC在交通灯自动控制系统中的应用 姓 名： 赵灵飞 院 系： 物理与电子工程系 专 业： 应用电子技术 学 号： 0917032069 指导教师： 郑勇 二零一二年四月目 录内容摘要2关 键 词2Abstract2Key words21. 可编程控制器概述 3 1.1 可编程控制器的产生及定义 3 1.2 可编程控制器的特点 31.3 可编程控制器的应用领域42. 我国道路交通存在的问题 53. 可编程控制器在交通方面的应用 5 3.1 PLC在交通灯自动控制系统中的应用6 3.2 控制要求 63.3 PLC的I/O端口分配和接线图6 3.4 时序分析 7 3
2、.5 参考程序 8 4 可编程控制器的发展前景 105. 结束语 11参考文献 12内容摘要：道路交通运输对于国民经济的发展起了重要作用，特别高速公路的迅速发展，大大缩短了时空距离，给人们提供了安全、舒适、快捷的服务。但是道路交通运输也面临突出矛盾，其中主要矛盾之一是道路的增长跟不上车辆和交通流量的增长，交通供需矛盾日益加剧。随着经济建设和城市规模的快速发展，对外交流的日益频繁和人们物质文化生活水平的提高，交通需求日益增加，尤其是汽车数量的迅速增加，这就要求大量进行道路建设。为了加快交通发展，减少道路交通堵塞的情况的发生。必须在交通方面智能化、人性化，只有将道路交通方面搞好，才能加快经济的发展
3、。Abstract:Road transport for the development of the national economy played an important role, especially the rapid development of the freeway, greatly shortened the spatio-temporal distance, to provide people with safe, comfortable, efficient service. But the road transport is also facing the outst
4、anding contradictions, in which contradictions is one of the main road growth cannot follow the vehicle and traffic flow increasing, the conflict between traffic supply and demand increasing. Along with the economic construction and the rapid development of city scale, foreign exchanges have become
5、more frequent and people material culture living standard enhancement, the increasing traffic demand, especially the number of cars is increasing rapidly, which requires a large number of road construction. In order to accelerate traffic development, reduce traffic jams happen. Must be in terms of t
6、raffic intelligent, humane, only road traffic to do well, to accelerate economic development.关键词：电子技术；PLC；红绿灯；计时器。Key words：Electronic technology; PLC; traffic lights; timer1.可编程控制器概述1.1 可编程控制器的产生及定义可编程控制器简称PC（Programmable Controller），它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（Programmable Logic Con
7、troller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.2
8、可编程控制器的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成
9、控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.硬件配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子
10、连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可
11、以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4.系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便，容易改造 PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计法。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产的品种底部
12、尺寸小于100mm，仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/21/10。它的重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。1.3 可编程控制的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1.开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线
13、等。 2.模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3.运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等
14、场合。 4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5.数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的
15、智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6.通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.我国交通存在的问题道路交通系统存在比较突出的矛盾，主要表现在：一是交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；二是交通堵塞严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；三是空气污染和噪声污染程度日益加深；四是间接导致城市有
16、限的土地资源和能源被无效地使用；五是严重影响了人类生活的质量，给环境、经济和社会带来了极其严重的负面影响。解决道路交通系统存在问题的方法通常有三种：一是通过行政手段改变交通系统的运行规律；二是加大交通基础设施的改建与扩建，提高道路本身的承载能力；三是通过运用以信息技术为主的高新技术改善现有的交通系统，使其效能得到充分发挥。随着信息技术的发展，第三种方式日益受到重视，其主要原因是：一是信息技术能够有效促进道路交通管理的现代化。现代化的道路交通管理是以信息灵敏、快速反应为基本要求，信息技术应用于交通管理满足了这个要求。二是道路交通管理中使用信息技术取得的效果比第一种更好，比第二种更经济。三是将信息
17、技术用于道路交通管理能够使道路交通系统的功能充分发挥出来。3. PLC在交通灯自动控制系统中的应用交通灯自动控制系统通常设置在东西和南北两个路口，控制模块 如下交通灯模拟控制板3.1 控制要求 路口某方向绿灯显示（另一方向红灯）25s后，黄灯一占空比为50%的2s周期（1s脉冲宽度）闪烁3次（另一方向亮红灯），然后变为红灯（另一方向绿灯亮、黄灯闪烁），如此循环工作。 根据控制系统的设计要求，考虑到系统的扩展和功能，选用一台晶体管输出结构的CPU224小型PLC作为交通灯的控制核心，CPU224的I/O点数为24点（14入、10出）。3.2 PLC的I/O端口分配和接线图 根据控制系统的设计要求
18、，结合PLC型号，编写出I/O地址分配，如表所示外设I/O功能外设I/O功能SAI0.0启停旋钮HL3(HL9)Q0.2东西绿灯（2只）HL4(HL10)Q0.4南北红灯（2只）HL1(HL7)Q0.0东西红灯（2只）HL5(HL11)Q0.5南北黄灯（2只）HL2(HL8)Q0.1星系黄灯（2只）HL6(HL12)Q0.6南北绿灯（2只）参照PLC的I/O地址分配表，结合系统的电器控制要求，设信号灯采用直流24v电源供电，并且负载电流较小，可有PLC输出接点直接驱动，交通灯PLC控制电 气接线如图。 交通灯控制PLC接线图PLC每一个输出出点需要驱动同一路（对面）2只相同颜色的信号灯，在接线
19、图中，进画出1只以作示图。3.3 时序分析交通灯按照时间顺序周期工作，时序分析是程序编制的基本依据，根据交通灯的控制要求，采用时序波形分析的方法，灯灭为2态，灯亮为1态，分别画出每盏灯的时序波形。尤其根据波形图需要分析出每盏灯在每个周期内的亮灯时刻，作为变成数据。交通灯时序图如图 交通灯时序图3.4参考程序 本题采用时序控制设计法，由计数和比较指令构成时序控制的交通灯程序，启停旋钮SB合上，交通灯工作，旋钮SB断开，交通灯停止。电路也可以改进为启动、停止按钮控制。 程序的第一部分（网络1和网络2）是按照时间周期设计的一个时钟脉冲累加器，计数值每秒增1，技术周期为红绿灯的显示周期60s循环反复计
20、数。程序的第二部分（网络3到网络8）是对每个路口信号灯的亮灯时间控制，根据交通灯时序图的要求，用比较指令取出信号灯在每个周期内的固定亮灯时间（计数器的数值范围），通过输出节点带动负载工作。4. 可编程控制器的发展前景随着民营经济的飞速发展，我国沿海经济发达地区(如广东，浙江、江苏、山东)，数控人才更是供不应求，主要集中在模具制造企业和汽车零部件制造企业。现在处于生产一线的各种数控人才主要有二个来源：一是大学、高职和中职的机电一体化或数控技术应用等专业的毕业生，他们都很年轻，具有不同程度的英语、计算机应用、机械和电气基础理论知识和一定的动手能力，容易接受新工作岗位的挑战。他们最大的缺陷就是学校难
21、以提供的工艺经验，同时，由于学校教育的专业课程分工过窄，仍然难以满足某些企业对加工和维修一体化的复合型人才的要求。另一个来源就是从企业现有员工中挑选人员参加不同层次的数控技术中、短期培训，以适应企业对数控人才的急需。这些人员一般具有企业所需的工艺背景、比较丰富的实践经验，但是他们大部分是传统的机类或电类专业的各级毕业生，知识面较窄，特别是对计算机应用技术和计算机数控系统不太了解。数控操作技工：精通机械加工和数控加工工艺知识，熟练掌握数控机床的操作和手工编程，了解自动编程和数控机床的简单维护维修。适合中职学校组织培养。此类人员市场需求量大，适合作为车间的数控机床操作技工。但由于其知识较单一，其工
22、资待遇不会大高。5. 结束语 本文通过对可编程控制器简单的介绍，让人们对可编程控制器有一定的了解，可编程控制器不仅可以用于钢铁、石油化工、电力、交通运输、汽车、机械制造，而且还可应用于日程生活。可编程控制器主要目的是节能能源、降低消耗，构建资源节约型、环境友好型社会已是当今社会发展的一个永恒的话 ，低能耗、低污染的经济将是中国未来发展的必由之路。它既简单又方便，安全可靠使用寿命长。可编程控制器发展前景无可限量，有很大的发展空间。 参考文献：1 可编程控制器原理及应用 孙平 张海波 杜志勇2 叶建波、余志强.EDA技术M.北京.清华大学出版社.2005.33 刘继承.申功迈.电子技术基础M.北京.高等教育出版社.20054 电子技术基础 吕迈 下小梅5计算机网络基础 谢希仁 6 可编程序控制器基础与编程技巧7可编程序控制器(PLC)原理及应用8电气控制与可编程序控制器课件9 参考网址：
