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1、电气与电子信息工程学院电气掌握与 PLC课程设计设计报告名称：十字路口红绿灯的设计专业名称： 电气工程及其自动化班级：学号：姓名： 指导老师：设计时间： 2021年 6 月 3 日 2021年 6 月 14 日设计地点：K3-218 PLC试验室摘 要PLC可编程序掌握器是以微处理器为基础，综合了运算机技术、自动掌握技术和通讯技术进展而来的一种新型工业掌握装置；它具有结构简洁、编程便利、牢靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动掌握中；据统计，可编程掌握器是工业自动扮装置中应用最多的一种设备；专家认为，可编程掌握器将成为今后工业掌握的主要手段和重要的基础设备之一， PLC、机器人、 CAD
2、/CAM将成为工业生产的三大支柱；由于 PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源非常丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确掌握，特殊对多岔路口的掌握 可便利地实现；因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中；可缩短车辆通行等候时间，实现科学化治理；在该设计中，仍引入EDA模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，非常形象地显示出了 PLC在交通灯系统中的实际应用；【关键词】： 十字路口 交通灯 PLCAbstractThe PLC programmable logic controller is a new industrial control devices, which
3、 is based on microprocessor, synthesizes computertechnology,automatic controltechnology and communication technologies. It has the simple structure, the convenient programming, the reliable higher merit, and has widelyused in the commercialrun and positionautomaticcontrol.Statistics have indicated,t
4、he programmable controller is most one kind of equipment in the industrial automation installment applies.The expert believed thatthe programmable controllerwillbecome the mainmethod and one of importantfoundationequipment in further,PLC,the robot, CAD/CAMwillbecome the industrial production three b
5、ig props. Because PLC adapts to environmentstrong, simultaneouslyits internal timerresources are extremelyrich,whichcarryon the accuracy controlto the present universal usemany “ theevolutiontype ”the signal light,special to the multi -road fork control. Therefore the present PLC isused in the traff
6、ic light system, which may reduce the vehicles general waiting time and realize scientificstyle management. In this design, also introduces the EDA simulationintersection traffic light to glisten and the vehicles to passes through, which visual demonstrates PLC in the trafficlight system practical a
7、pplication.【Key words】crossroadstraffic lightPLC交通信号灯的作用和意义随着社会经济的进展，城市交通问题越来越引起人们的关注；人，车，路三者关系的和谐，已成为交通治理部门需要解决的重要问题之一；城市交通掌握系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯掌握与交通疏导的运算机综合治理系统，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分；随着城市机动车量的不断增加，很多大城市如北京，上海，南京等显现了交通 超负荷运行的情形，因此，自80 岁月后期，这些城市纷纷修建城市高速大路，在高速大路建设完成的初期，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
8、乏对高速道路的系统争论和掌握，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，也打算了城市高速道路的交通状况必定受高速道路和一般道路耦合出交通状况的制约；所以，如何采纳合适的掌握方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输治理和城市规划部门亟待解决的主要问题，依据交通等工艺掌握要求和特点，我们采纳了日本三菱公司FX2N_48M；R三菱PLC 有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程掌握器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，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，能够便利地联网通
9、信；本系统就是应用可编程掌握器（PLC）对十字路口交通掌握等实现掌握；本系统采纳PLC是基于以下四个缘由：（1） PLC 具有很高的牢靠性，抗干扰才能；通常的平均无障碍时间都在30 万小时以上；（2） 系统设计周期短，保护便利，改造简洁，功能完善，有用性强；（3） ）干扰才能强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严峻，为了保证交通掌握的牢靠稳固，我们挑选了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC；（4） 近年来 PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能；一、 PLC 的基础PLC即可编程掌握器（ Programmable logic Controller）
10、，是指以运算机技术为基 础的 新 型工 业掌握装 置； 在 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：可编程掌握器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的；它采纳一类可编程的储备器，用于其内部储备程序、执行规律运算、次序控制、定时、计数与算术操作等面对用户的指令，并通过数字或模拟输入/ 输出掌握各种类型的机械或生产过程；可编程掌握器及其有关外部设备，都应按易于工业 掌握系统联成一个整体，易于扩充其功能的原就设计；总之，可编程掌握器是一台专为工业环境应用而设计的运算
11、机，它是将传统的继电器技术，运算机技术和通信技术相融合而进展起来的一种新型的掌握装置；在详细的国内工业应用中，由于它不是针对某一详细工业应用，因此它的硬件应根据实际需要来进行配置，其软件就依据掌握要求进行编写；1随着微处理器的显现，大规模、超大规模、集成电路技术的快速进展和数据通信技术的不断进步， PLC也快速进展其进展过程大致可以分为三个阶段；1. 早期的 PLC早期的 PLC 称为可编程规律掌握器；这时，PLC 主要功能只是执行原先由继器完成的次序掌握、定时等；早期的PLC 的性能要优于继电器掌握装置，其优点包括简洁易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示及能重复使用等；其中PLC特有的
12、编程语言梯形图，始终沿用到现在；2. 中期的 PLC这时 PLC产品已使用了 16 位、32 位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术是PLC 的应用得到了进一步的进展；在硬件方面，除了保留原有的开发模块外，仍增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块；并扩大了储备器的容量，使各种规律线圈的数量增加，仍供应了肯定数量的数据寄存器，使 PLC 的范畴更大；在软件方面，仍增加了算术运算、数据处理和传送通信、直诊断等功能；3. 近期的 PLC由于超大规模集成电路技术的快速进展，微处理器价格的大幅度下降，使的各种类型的 PLC所采纳的微处理器的档次普遍提高；为了提高PLC的处
13、理速度，各制造厂商仍研制开发了专用规律处理芯片；世界上生产 PLC 产品的厂家多达 200 多个，其中比较闻名的有美国的AB、通用 GE，日本的三菱 MITSBISHI 、 欧姆龙OMRON、 松下，德国的西门子 SIEMENS，韩国的三星 SUMSUNG、LG 等；1.1 PLC的特点PLC具有以下主要特点：1. 牢靠性高，抗干扰才能强高牢靠性是电气掌握设备的关键性能；PLC 由于采纳现代大规模集成电路技术，采纳严格的生产工艺制造，内部电路实行了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性；由于 PLC模块均采纳大规模与超大规模集成电路，所以的I/O接口电路均采纳光电隔离；在结构上对、防潮、防尘、抗震
14、等都有周到的考虑；在硬件上采纳隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施；在软件上采纳数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；以上这些使 PLC具有较高的抗干扰才能；2. 掌握系统结构简洁，通用性强在 PLC 掌握系统中，只需要在PLC 输入/ 输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路 ，大大简化了掌握系统的结构；， PLC 的输入 / 输出可直接与沟通 220V、直流 24V 等强电相连，并且具有较强的带负载才能；3. 编程便利，易于使用PLC 作为通用工业掌握运算机，是面对工矿企业的工控设备；它接口简洁，编程语言易于为工程技术人员接受；梯形图语言的图形符
15、号与表达方式和继电器电路 图相当接近，只用 PLC 的少量开关量规律掌握指令就可以便利地实现继电器电路的功能；为不熟识电子电路、不懂运算机原理和汇编语言的人使用运算机从事工业控 制打开了便利之门；4. 功能完善PLC 进展到今日，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品；可以用于各种规模的工业掌握场合；除了规律处理功能以外，现代PLC 大多具有完善的数据运算才能，可用于各种数字掌握领域；近年来PLC的功能单元大量涌现，使 PLC渗透到了位置掌握、温度掌握、 CNC等各种工业掌握中；在PLC 内部具备很多掌握功能，如：规律掌握、定时掌握、计数掌握、步进掌握、PID 掌握、数据掌握、通信和联网，仍
16、有其他特殊功能模块；5. 设计、施工、调试的周期短PLC 用储备规律代替接线规律，大大削减了掌握设备外部的接线，使掌握系统设计及建造的周期大为缩短，同时保护也变得简洁起来；更重要的是使同一设备经过转变程序转变生产过程成为可能；这很适合多品种、小批量的生产场合；6. 体积小，保护操作便利PLC 体积小，质量轻，便于安装，不需要特地的机房，可以在各种工业环境下直接运行；使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的 I/O 端相连接，即可投入运行；各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户明白运行情形和查找故障；1.2 PLC的结构和工作原理1.2.1 PLC的基本结构在种类繁多的 PLC中，其组成结构
17、和工作原理都基本相同；用PLC实施掌握， 其实质是按肯定算法进行输入/ 输出转换，并将这个转换赐予物理实现，并应用于2工业现场； PLC 专为工业现场而设计，采纳了典型的运算机结构，它主要由CPU、电源、储备器和特地设计的输入/ 输出接口电路等组成；1. 中心处理器 CPU中心处理器 CPU一般由掌握器运算器和寄存器组成；它们都集成在一个芯片内， CPU通过数据总线、地址总线和掌握总线与储备单元输入/ 输出接口电路相连接；与一般运算机一样， CPU是 PLC的核心，它依据 PLC中系统程序赐予的功能指挥 PLC有条不序地进行工作；用户程序和数据事先存入储备器中，当PLC处于运行方式时， CPU
18、按循环扫描方式执行用户程序；CPU 的主要任务如下：(1) 按 PLC系统程序赐予的功能接收并储备从编程器输入用户程序和数据；(2) 用扫描方式接收现场输入装置的状态与数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器；(3) 诊断电源或 PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误；(4) 在 PLC 进入运行状态后，从储备器中逐条读取用户，程序经过命令说明后，按指令规定的任务产生相应的掌握信号，去启、闭有关掌握电路，分时地去执行数据的存取、传送、组合、比较、变换等动作；完成用户程序中规定的规律运算或算术运算等任务；依据运算结果更换有关标志位的状态和输入映像寄存器的内容，实现输出、制表、打印或数据通信等
19、掌握；2. 储备器PLC的储备器包括系统储备器和用户储备器两个部分；(1) 系统储备器系统储备器是指用来存放 PLC的系统程序的储备器；它由 PLC生产厂家编写并固化在 ROM内，用户不能直接更换；它使 PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作；其主要内容包括3 个部分：系统治理程序、用户指令说明程序和标准程序模块与系统调试；(2) 用户储备器用户储备器由用户程序储备器和数据储备器两部分组成，其主要任务作用是用来存放用户针对详细掌握任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序； PLC 使用的储备器有 3 种类型：随机存取储备器 RAM、只读储备器 ROM和可擦除可编程只读储备
20、器 EEPRO；3. 输入/ 输出接口单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量；输入/ 输出接口单元从广义上可分为 2 个部分：一部分是与被掌握设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器；4. 扩展接口和通信接口PLC具有扩展接口和通信接口的才能，其作用如下：(1) 扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是PLC的配置更加敏捷以满意不同掌握的系统需求；(2) 通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的，PLC 或运算机相连从而实现”人 - 机”或”机 - 机”之间的对话；5. 电源部分PLC 一般使用 220 沟通电源，内部的开关电源位
21、PLC 的中心处理器、储备器等；电路供应 5V、+-12V、24V 等直流电源使 PLC能正常工作；6. 编程设备编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视；7. 其他部件有些 PLC仍可以有 ERROM写入器、储备器卡等其他外部设备，用于增强PLC的储备容量和扩展功能；1.2.2 PLC的工作原理PLC 在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模块等方面做了特殊的考虑；21. PLC 的 3 个工作阶段当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷新阶段三个阶段完成；上述3 个阶段即为一个周期；在整个运行期间PLC的CPU以肯定的扫描速度重复执行上
22、述3 个阶段；(1) 输入采样阶段 PLC；在输入采样阶段，先扫描所以输入端子并将各输入端子状态存入对应的输入元件映像寄存器；此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进 入用户程序执行阶段；在用户程序执行阶段或输出阶段，输入元件映像寄存器与外 界隔离，无论输入端子信号如何变化，输入元件映像积存器始终保持不变，直到下 个扫描周期的输入采样阶段才将输入端子的新内容重新写入；(2) 用户程序执行阶段；依据 PLC梯形图程序扫描规章， PLC以先左后右，先上后下的步序逐句扫描；当指令中涉及输入/ 输出时， PLC 从输入映像寄存器中读入上一阶段采入的对应输入端子状态，从输出映像寄存器读入对应输出映像寄存器
23、的当前状态；然后，进行相应的运算，运算结果在存入元件映像寄存器中；对元件映像来说，每一个元件的状态会随程序的执行过程而变化；(3) 输出刷新阶段；在全部指令执行完毕后，输出映像寄存器中全部继电器的 状态在（通 / 断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过肯定方式输出驱动外部负载；对于小型 PLC，I/O点数较少，用户程序较短，用集中采样集中输出的工作方式，虽然在肯定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干 扰才能，增强了系统的牢靠性；2. PLC 对输入/ 输出的处理规章PLC对输入/ 输出的处理规章如下：输入映像寄存器的数据取决于输入端子板上各输入点在上有个刷新期间的通/ 断
24、状；二、交通灯信号掌握系统2.1 十字路口交通灯掌握实际情形a南北主干道：右转绿 4S，左转绿 4S，直行绿 10S，黄 2S，红 20S； b 东西人行道：红 30S，绿 10S；c东西主干道：红 20S，右转绿 4S，左转绿 4S，直行绿 10S，黄 2S；d南北人行道：红 30S；绿 10S； e循环掌握方式；f 交通灯变化次序表（单循环周期40 秒）；2.1.1 南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯10S，右转绿灯 4S，左转绿灯 4S，黄灯 2S 和红灯 20S；当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮右转绿灯，左转绿灯，直行绿灯和黄灯；
25、反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮右转绿灯，左转绿灯，直行绿灯和黄灯；2.1.2 南北向和东西向人行道向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯；南北人行道通行绿灯应在南主 干道直行绿灯点亮时点亮10S，其它时间为红灯 30S；东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，其它时间为红灯；2.2 结合十字路口交通灯的路况模拟掌握试验在 PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3 个掌握灯，分别为： 禁止通行灯（亮时为红色） 预备禁止通行灯（亮时为黄色） 直通灯（亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都有 2 个掌握灯 , 分别为： 禁止通行灯（亮时为红色） 直通灯（亮时为绿色
26、）结合十字路口交通灯实际情形设计交通灯模拟掌握系统如下：2.3 流程图启动开关南北右转绿 4S主南北左转绿4S干道南北直行绿 10S南北黄 2S南北红 20S东西红 20S东西右转绿4S东西左转绿4S东西直行绿 10S东西黄 2S终止启动开关人南北人行道红 8S南北人行道绿 10S南 北 人 行 道 红东西人行道红 28S东西人行道绿 10S东西人行道红 2S三、可编程22控S 制器程序设计3.1 可编程掌握器 I/O端口分结配束南北主干道绿灯Y001东西主干道绿灯Y011南北主干道黄灯Y002东西主干道黄灯Y012南北主干道红灯Y003东西主干道红灯Y013南北右转绿灯Y004东西行右转绿灯
27、Y014南北左转绿灯Y005东西行左转绿灯Y015南北人行道绿灯Y006东西人行道绿灯Y016南北人行道红灯Y007东西人行道红灯Y017掌握开关X0243.2 程序梯形图3.3 程序语句总结经过两周的 PLC设计，让我更加深刻的学习和巩固了PLC这门课程，不仅从理论上把握了课堂上没有学懂得学问，仍从实践中扩宽了我们的学问面，仍让我们对 专业学问有了更加全面的熟识，更加清楚的熟识到我们专业学问的有用性是这么强，可以通过平常学习的东西自己可以解决很多有意思的实际生产问题，不仅培育了我们的爱好和爱好，更对我们今后的进展起到至关重要的作用；在这次设计中，我们遇到了一些问题，也获得了很到意想不到的学问
28、，在每次突破一个问题后都有一种久违的满意感，甚至对发觉一个问题都有一种莫名的兴 奋，当看到自己设计的十字路口交通灯调试胜利时，心里有种成就感；设计的前几天我们在运算机房练习了一种新的编程软件FX-20，编程器很好的帮忙我们明白编程要留意的地方；后面几天我们在PLC试验室进行了十字路口交通灯和电动机变频调速的编程、调试与接线，在与同学们沟通争论中，我们基本上把握了梯形图的的 编程、接线和变频调速的调试；对PLC的实际应用有了基本的明白；这次设计不仅锤炼了我们的动手才能，仍提高了我们运用理论学问解决实际问题的才能 . 这对于我们在以后的学习供应了很大的帮忙，能够让我们联想实际， 能够较全面的看待问
29、题，解决问题；这次设计虽然终止了，但让我们学到了很多学问，为我们的以后专业学习打下了夯实的基础；这次设计很有意义，期望以后仍能有这样的设计机会；PLC综合设计 课程设计成果评定表姓名罗洋学号202140220227专业班级10 级电气工程及其自动化课程设计题目： 十字路口红绿灯掌握课程设计答辩记录：BIN 指令的作用？答：将源元件中的 BCD 码转换成二进制数并送到指定目标元件中；ADD 指令在这个程序中的作用？答：确保后面的变量能跟着 D10 一起变化，防止出错；成果评定及依据：1.课程设计考勤情形（ 10% ）：2.设计调试情形（ 30% ）：3.设计答辩（ 20% ）：4.设计报告（完成情形、报告规范性等情形40% ）：最终评定成果（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）：2021 年 4 月 20 日指导老师签字：