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西门子PLC交通灯课程设计.doc

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.10M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    二、PLC的工作原理
    目录 一、课程设计简介-----------------------------------------------------------------------------3 二、PLC 的工作原理-----------------------------------------------------------------------------3 三、设计方案分析--------------------------------------------------------------------------4 四、硬件的选型及依据-----------------------------------------------------------------------5 五、I/O 分配----------------------------------- ------------------------------------------------7 六、梯形图设计分析----------------------------------------------------------------------------7 七．心得体会-----------------------------------------------------------------------------------9 八、参考文献----------------------------------------------------------------------------------10 附录一： 1、 PLC 程序清单 2、 电气控制部分图纸 一．课程设计简介
    在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全 提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统 已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现 在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运 用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变 化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经 过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车 辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模 型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种 能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。 目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控 制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用 固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响 了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器， 能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市 空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣 的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必要的。 根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司 S7-300 型 PLC。西门子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特点，是 S7-300 系列中最高档次 的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充 设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的， 能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现控制。 二、PLC 的工作原理 PLC 实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算 机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式 PLC 包括 CPU 板，I/O 板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。 模块式 PLC 包括 CPU 模块，I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些 模块可以按照一定的规则组合配置。 接 口 部 件 输 出
    输 入 接 口 部 件 接收现场信号 件 中央处理单元 CPU 板 电源部件 图 1 PLC 操作过程 驱动受控原件 按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控 制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序 来实现控制任务，其操作过程如上图 1 所示。 PLC 输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离 和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器 0、1 电平，识别开关的 通断。CPU 在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到 输入映像寄存器区域；CPU 根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将 其处理的结果送到输出映像寄存器。现代的 PLC 已经具备了处理模拟量的功能， 但是相对于开关量的处理较复杂一些。PLC 输出模块具有一定的负载驱动能力， 在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。 在 PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程 序输出，一直循环扫描工作。 三、 设计方案分析（中级要求） 1.东向车队检测输入，闭合 I1.0，东右直绿灯、东左转红灯、西右直红灯， 西左转红灯、南北红灯点亮，东右直绿灯延时 6s 断开；接着东右直黄灯闪烁 3s 后断开; 2.东左转绿灯、东右直红灯、西右直红灯、西左转红灯、南北红灯点亮；东 左转绿灯点亮 6s, 接着东左转黄灯闪烁 3s 后断开; 3 西右直绿灯、东左转红灯、东右直红灯、西左转红灯、南北红灯点亮；西 右直绿灯点亮 6s，接着东左转黄灯闪烁 3s 后断开； 4.西左转绿灯、东左转红灯、东右直红灯、西右直红灯、南北红灯点亮；西
    左转绿灯点亮 6s; 接着西左转黄灯闪烁 3s 后断开； 5.南北绿灯、东左转红灯、东右直红灯、西右直红灯、西左转红灯点亮；南 北绿灯点亮 6s; 接着南北黄灯闪烁 3s 后断开；进入南北红灯，接着循环。 四、硬件的选型及依据 （1）输入输出模块的选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信 号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应 考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、 寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率 因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出 和模拟量输出等，与应用要求应一致。 （2）CPU 的构成 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输 入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部 电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中 逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关
    的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状 态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存 储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还 是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执 行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制 器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥 下工作。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。 （3）电源的选择 根据 PLC 输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电流，以 及 PLC 输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还是晶体管输出， 或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳定运行是很重要的。 电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压.电源模块的 输出额定电流必须大于 CPU 模块、I/O 模块和其它特殊模块等消耗电流的总和, 同时还应考虑今后 I/O 模块的扩展等因素;电源输入电压一般根据现场的实际需 要而定。 直流输入电源对于输入电压一般都是宽范围:如 5V 为 4.5-9V,12V 为 9-18V,24V 为 18-36V,48V 为 36-72V,110V 为 60-160V。 交流输入电源一般为220VAC(176-264V)和三相三线(四线),并带有PFC 功率 因数校正功能。
    五． I/O 分配 硬件结构设计必须了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输 入/输出(I/O)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型。如对开关量,模拟量的 控制,用户存储器的存储容量等。选择合适的 PLC 机型及外设,以完成 PLC 的硬件 结构配置。 根据上述选型及控制要求,绘制 PLC 控制交通灯的电路接线原理图,编制 I/O 接口功能表, I/O 端口分配表（如下）： PLC I/O 端口分配表 输入 I1.0 I1.1 功能 车队检测输入 系统停止 输出 Q4.0 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 Q5.0 Q5.1 Q5.2 Q5.3 Q5.4 Q5.5 Q6.0 Q6.1 Q6.2 功能 东右直红灯 东右直黄灯 东右直绿灯 东左转红灯 东左转黄灯 东左转绿灯 西右直红灯 西右直黄灯 西右直绿灯 西左转红灯 西左转黄灯 西左转绿灯 南北红灯 南北黄灯 南北绿灯 六、梯形图设计分析 1.东向车队检测输入，闭合 I1.0，东右直绿灯点亮 6s（T0 作用）;T17 下一循环
    复位； 2. 东右直黄灯闪烁 3s 后断开; 3.东右直红灯点亮； 4 ． 东 左 转 绿 灯 点 亮 6s ， 其 中 T1 启 到 呈 上 起 下 的 作 用 ；
    5.循环程序（完整大图见后）： 七、心得体会： 通过本次设计，我学到了很多东西，理论知识得到强化，实践能力得到了提 高。 在这段时间里我从最初接到设计课题时的茫然到慢慢的进入状态，再到对思路 逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。经历了 2 周时间，紧张而又充实 的仿真设计终于落下了帷幕。在这次设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和 收获。 我衷心感谢我的老师在工作之余抽出时间来指导我完成本课题的设计。经过 两周对课题的探讨与研究，使我从中学到了很多东西，并对 PLC 的有了进一步的 认识。在设计过程中遇到了一些难题，通过老师们的耐心指导和同学们的帮助，
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