基于三菱PLC十字路口交通灯设计数控技术专业毕业论文.doc
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1、 毕业设计(论文)题目:基于三菱PLC十字路口交通灯设计院 (系):机电工程系 专 业: 数控技术 姓名:学号:57 指导 军 二一一年十一月十五日 毕业设计(论文)任务书学生学号专 业数控技术院(系)机电工程系毕业设计(论文)题目基于三菱PLC十字路口交通的灯设计任务与要求任务:采用三菱FX1N 系列PLC和变频器来实现(名豪)十字路口交通灯设计要求:1.实际交通状况观察;2.硬件设计;3.软件设计。4.结论5.感悟完成时间段2011年11月4日 至2012年3月20日 共18周指导教师单位职称讲师院(系)审核意见毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 容执 行 情 况指导教师签 字2011
2、.11.4-2011.11.18选题2011.11.18-2011.12.20下达任务书2011.12.21-2012.1.20毕业设计初稿2012.1.21-2012.2.10毕业设计二稿2012.2.11-2012.2.25准备答辩2011.3月进行答辩教师对进度计划实施情况总评该生在毕业设计时积极主动,认真的参与资料的收集和整理,将所学的专业知识较系统完整地归纳总结,并能够自主的完成规定的毕业设计.其设计的论文格式和容均满足设计要求,并有一点的新意,完全把学习到的知识运用到了生活实践中,敢于突破,敢于创新.最终,其通过自身的努力和老师的指导交出了一份合格的毕业设计。 签名 年 月 日 本
3、表作评定学生平时成绩的依据之一35 / 43 毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:基于三菱PLC十字路口交通灯设计学生: _专业: 数控技术指导教师:韩亚军职称: 讲师检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉与知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务是学生毕业设计(论文)工作进度填写情况 良好指导次数5次学生工作态度认真一般较差其他检查容:无存在问题与采取措施:无检查教师签字: 年 月 日院(系)意见(加盖公章): 年 月 日摘 要随着社会的快速
4、发展与人们智慧的结晶,创造出了代步与运输的工具机动车。伴着人们的需求与科技的发展,机动车的数量也在急剧增长,马路的多样式交错形成,相继的交叉交通次序也成了必不可少的课题。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。为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化。通过分析各交通系统实际情况,用可编程控制器实现交通灯系统的控制,实验证明该系统具有简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。本文根据名豪十字路口交通灯的实际控制情况,在原有基础上,采用FXGPWIN软件实现T型交通灯的软件控制,采用FX1N系列PLC、电阻、发光二极
5、管等元器件实现交通灯的硬件控制,很好的实现了理论与实际、软件与硬件有效的结合。关键词:PLC 交通红绿灯 设计目录第一章绪论11.1交通信号灯的作用与研究意义11.2 PLC的产生与发展21.3 PLC的发展趋势31.4 PLC的应用领域51.5 PLC在我国的应用6第二章可编程控制器的介绍252.1可编程控制器的主要功能和工作特点252.2可编程控制器的工作特点272.3可编程控制器的基本机构282.4可编程控制器的工作原理29第三章 PLC指令系统介绍253.1 PLC指令系统概述253.2 PLC指令系统介绍25第四章 (名豪)十字路口交通灯PLC控制器的设计254.1十字路口交通灯PL
6、C控制系统的控制要求254.2十字路口交通灯布置图264.3 PLC的I/O地址分配274.4系统控制流程图284.5软件设计364.6设计总结44结论46参考文献27第一章 绪论1.1交通信号灯的作用与研究意义随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加,许多大城市如、等出现了交通超负荷运行的情况,因此,自80年代后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道
7、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速道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耦合处交通状况的制约。所以,如何采用适宜的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。根据交通灯工艺控制要求与特点,我们采用了日本三菱FXN1PLC系列。三菱PLC有小型化、高速度、高性能等特点,三菱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
8、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。本系统采用PLC是基于以下四个原因:1.PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;2.编程能力强,可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现;3.抗干扰能力强,目前空中各种电磁干扰日益严重,为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能4.够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC;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。1.2 PLC的产生与发展在可编程控制器出现前,在工业电气控制领域中,继电器控制占主导
9、地位,应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点,特别是其接线复杂、不易更改,对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司(G.M)为了适应汽车型号的不断更新,生产工艺不断变化的需要,实现小批量、多品种生产,希望能有一种新型工业控制器,它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统与接线,以降低成本,缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来,制成一种通用控制装置,而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程,使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司(DEC)
10、根据美国通用汽车公司的这种要求,研制成功了世界上第一台可编程控制器,并在通用汽车公司的自动装配线上试用,取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能,只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller )。随着微电子技术和计算机技术的发展,20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中,使PLC不仅具有逻辑控制功能,还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后,随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展,16位和32位微处理器应用于PLC中,使PLC
11、得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强,同时可靠性提高,功耗、体积减小,成本降低,编程和故障检测更加灵活方便,而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能,使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台PLC出现以后,日本、德国、法国等也相继开始研制PLC,并得到了迅速的发展。目前,世界上有200多家PLC厂商,400多品种的PLC产品,按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品,各流派PLC产品都各具特色,如日本主要发展中小型PLC,其小型PLC性能先进,结构紧凑,价格便宜,在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美
12、国的A-B(Allen-Bradly)公司、GE(General Electric)公司,日本的三菱电机(Mitsubishi Electric)公司、欧姆龙(OMRON)公司,德国的AEG公司、西门子(Siemens)公司,法国的TE(Telemecanique)公司等。我国的PLC研制、生产和应用也发展很快,尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初,我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后,在传统设备改造和新设备设计中,PLC的应用逐年增多,并取得显著的经济效益,PLC 在我国的应用越来越广泛,对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前,我国不少科研单位
13、和工厂在研制和生产PLC,如无线电二厂、华光电子公司、香岛电机制造公司、A-B公司等。从近年的统计数据看,在世界围PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首,而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。1.3PLC的发展趋势1. 向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力,要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前,有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面,有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量,有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。2.向超大型、
14、超小型两个方向发展 当前中小型PLC比较多,为了适应市场的多种需要,今后PLC要向多品种方向发展,特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC,其使用32位微处理器,多CPU并行工作和大容量存储器,功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展,使配置更加灵活,为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC,最小配置的I/O点数为816点,以适应单机与小型自动控制的需要,如三菱公司系列PLC。3.PLC大力开发智能模块,加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的要求,近年来不断开发出许多功能模块,如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和
15、人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块,既扩展了PLC功能,又使用灵活方便,扩大了PLC应用围。加强PLC联网通信的能力,是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类:一类是PLC之间联网通信,各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段;另一类是PLC与计算机之间的联网通信,一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力,PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准,以构成更大的网络系统,PLC已成为集散控制系统(DCS)不可缺少的重要组成部分。4.增强外部故障的检测与处理能力 根据统计资料说明:在PLC控制系统的故障中,CPU占5%,I/O接口占15%,输入设备占4
16、5%,输出设备占30%,线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的部故障,它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理;而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此,PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块,进一步提高系统的可靠性。5.编程语言多样化 在PLC系统结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越来越丰富,功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外,为了适应各种控制要求,出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言(BASIC、C语言等)等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。1.4 PLC的应用领域PL
17、C的初期由于其价格高于继电器控制装置,使得其应用受到限制。但最近十多年来,PLC的应用面越来越广,其主要原因是:一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增强,它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用围通常可分成以下5种类型:1.顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域,也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的 继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如:注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组
18、合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线与电梯控制等。2.运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块,在多数情况下,PLC把描述目标位置的数据送给模块,其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时,位置控制模块保持适当的位置和加速度,确保运动平滑。3.过程控制 PLC还能控制大量的过程参数,例如:温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定植上。4.数据处理 在机械加工中,PLC作为主要的控制和管理系统
19、用于CNC和NC系统中,可以完成大量的数据处理工作。5.通信网络 PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备(如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起,可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.5 PLC在我国的应用虽然我国在PLC生产方面比较弱,但在PLC应用方面,我国是很活跃的,近年来每年约新投入10万台套PLC产品,年销售额30多亿人民币,应用的行业也很广。在我国,一般按I/O点数将PLC分为以下级别(但不绝对,国外分类有些区别):微型:32 I/O 小型:256 I/O 中型:1024 I/O 大型:
20、4096 I/O 巨型:8192 I/O在我国应用的PLC系统中,I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%,64点256点的占31%,合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC,几乎涵盖了世界所有的品牌,呈现百花齐放的态势,但从行业上分,有各自的势力围。大中型集控系统采用欧美PLC居多,小型控制系统、机床、设备单体自动化与OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势,而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道,主要有制造商、分销商(代理商)、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中,大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。第二章
21、可编程控制器的介绍可编程控制器是一种面向生产过程控制的数字电子装置,它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等特点。它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统,还可以构成复杂的工业过程控制网络,是一种适应现代化工业发展的新型控制器。可编程控制器简称PLC,是英文Programmable Logic Controller的缩写。国际电工委员会(IEC)1985年对可编程控制器做过如下定义:“可编程控制器是一种数字运算的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器,用来在部存储执行逻辑运算、程序控制、定时、计数和算术运算等操作指令,通过数字式、模拟式的输入和输出,控制各种类型的
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