PLC在交通信号灯中的应用

南京信息职业技术学院毕业论文作者王铮熠学号21314D39系部机电学院专业机电一体化技术题目PLC在交通信号灯中的应用指导教师苏根发评阅教师完成时间：2016年5月20日毕业论文中文摘要摘要：可编程控制器（PLC）在工业自动化上有着极为重要的地位，广泛地应用于各个行业，本文着重介绍PLC技术在交通信号灯上的应用，此次论文主要内容包括交通信号灯的工作模拟图、时序图和梯形图。可编程控制器（PLC)以微处理器为基础，综合了计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。城市交通灯系统使用的PLC要有可靠性高、维护方便、用法简单、通用性强等特点。关键字：PLC，十字路口，交通信号灯毕业论文外文摘要Abstract：Programmablecontroller(PLC)inindustrialautomationhasaveryimportantposition,iswidelyusedinvariousindustries,thispaperintroducestheapplicationofPLCtechnologyinthetrafficlights,thethesismainlyincludestrafficlightsworksimulationdiagram,sequencediagramandladderdiagram.Programmablecontroller(PLC)basedonmicroprocessor,acombinationofcomputertechnology,automaticcontroltechnologyandcommunicationtechnologyanddevelopedanewtypeofindustrialcontroldevice.UrbantrafficsystemusePLCshouldhavehighreliability,convenientmaintenance,usagesimple,theversatility,etc.Keywords:PLC,intersection,trafficlights目录引言................................................................1第一章可编程逻辑控制器（PLC)的介绍................................21.1什么是PLC................................................21.2PLC的基本结构............................................31.3PLC的工作原理............................................4第二章PLC与交通信号灯之间的关系..................................52.1交通信号灯的作用和意义....................................52.2交通信号灯工作模拟图......................................72.3白天夜间模式切换..........................................7第三章交通信号灯控制系统设计......................................83.1交通信号灯时序图..........................................83.2交通信号灯程序梯形图......................................93.3可编控制器I/O端口分配...................................11第四章系统软硬件调试.............................................134.1硬件调试.................................................134.2软件调试.................................................134.3运行调试.................................................13结论...............................................................14致谢...............................................................15参考文献...........................................................151引言随着科学的发展，人类的进步。生活质量的不断提高，车辆也越来越多，交通事故频发，地面交通面临着巨大的问题。而这些交通事故又有80%是发生在十字交叉路口。因此，十字交叉路口这个事故发生源不得不引起人们的高度关注。随着交通技术，电子技术的发展，人们设计出适应各种需要的交通检测器、信号控制器、交通信号灯。而此次论文选题也是为了更好的阐述PLC技术在交通信号灯中的重要作用，以及PLC技术对于人类生活不可或缺的意义。2第一章可编程逻辑控制器（PLC)的介绍1.1什么是PLC随着微型处理器、计算机和数字通信技术的发展，计算机控制已经广泛地应用在所有的工业领域中。现代社会要求制造业对市场需求能做出最快的反应，生产设备和自动化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（PLC)就是顺应这一要求而出现的以CPU为核心的通用工业控制装置，它综合了计算机技术，自动控制技术和通信技术等现代科技技术，具有可靠性强、控制功能强、体积小巧、配置良好、重量轻以及使用方便的优点，在工业生产中获得了广泛的应用，成为了在工业自动化领域中最重要、应用最多的一种控制器。PLC的定义：可编程逻辑控制器简称PLC，是ProgrammableLogicController的缩写。PLC现在已成为实现工业自动化的主要手段之一，与Robot、CAD/CAM并称为工业生产自动化的三大支柱。国际电工委员会（IEC)在1987年2月颁布了PLC的标准草案，草案对PLC作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作电子装置，专为在工业环境应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储直行进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算数运算等指令，并能通过数字式或模拟式的输入/输出来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，都是按照为了与工业控制系统连成一个整体，扩充其功能的原则设计的。”由以上定义可知：可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，是直接应用于工业环境，用程序来改变控制功能，使其与工业控制系统连成一体的工业计算机。31.2PLC的基本结构PLC控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。其中包括有中央处理器、存储器、电源、程式输入装置、输入\输出回路。中央处理器中央处理单元(CPU)是PLC控制器的控制中枢。它按照PLC控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O设备以及警戒定时器的状态，就能诊断用户程序中的语法错误。当PLC控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC控制器的可靠性、稳定性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成系统，或采用三CPU的系统。这样，即使有一个CPU出现故障，由于还有别的CPU，整个系统仍能正常运行。存储器存储系统软件的存储器称为系统程序存储器。存储应用软件的存储器称为用户程序存储器。电源PLC控制器的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC控制器直接连接到交流电网上去。4程式输入装置负责提供操作者输入、修改、监视程式用作的功能输入\输出回路负责接收外部输入元件信号和负责接收外部输出元件信号1.3PLC工作原理当PLC控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。输入采样阶段在输入采样阶段，PLC控制器以扫描方式快速地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的对应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，假如输入状态和数据发生变化，I/O映象区中相应的单元状态和数据也不会改变。因此，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入都能被读入。用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是5用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC控制器就进入了输出刷新阶段。在此期间，CPU都按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出保存电路，经过输出电路驱动相应的外部设置。这时，才是PLC控制器的真正输出。同样的几张梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑同时运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略不计的话，那么二者之间区别就不大了。一般来说，PLC控制器的扫描周期包括自我诊断、通讯等，一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。第二章PLC与交通信号灯之间的关系2.1交通信号灯的作用和意义在道路上用来传递具有法定意义指挥交通流通行或停止的光、声、手势等，都是交通信号。交通信号是在道路上无法实现分离原则的地方，主要在道路交叉口上，用来在时间上给交通车辆分配通行权的一种交通指挥措施。交通信号灯采用依次显示不同灯色来指挥交通的通行或停止。随着信号灯的发展，各国使用的信号灯存在不同的差别，各自给信号灯赋予不同的含义。我国目前使用的信号灯基本上与国际规定一致，具体含义如下:（1）绿灯亮时，允许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行。（2）黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行通道的行人，可以继续通行。（3）红灯亮时，不准车辆、行人通行。6（4）绿色箭头灯亮时，准许车辆按箭头所示方向通行。（5）黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。随着城市机动车数量的不断增加,许多大城市出现了交通超负荷运行的情况,所以,如何采用合适的控制方法,成为了交通运输管理和城市规