基于plc的智能交通灯控制系统设计毕业论文设计 下载本文

中心的主机根据具体城市各路口的需要控制各个十字路口的PLC,从而控制十字路口交通灯的变化,以及对各个路口的安全状况进行监控,监控机动车是否违章、是否肇事,并把记录的结果存储、上传和处理。

本设计的上位机采用PC机,通过安装在十字路口的监控设备以及移动电子监控设备,对各个十字路口的安全状况进行监控。下位机采用德国西门子的S7-200系列的CPU226做主机,配以扩展模块EM222。设计中采用S7-200编程软件进行编程。采用顺序功能图与梯形图相结合的方法设计程序。实现对城市十字路口的合理控制与监控。

第二章 PLC的功能介绍

2.1 PLC的基本概念和基本结构

2.1.1 PLC的基本概念

PLC问世以来,尽管时间不长,但发展迅速。为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA(National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义:

“PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能着,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”

以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:

“可编程控制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。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入输出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,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。”

总之,可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入输出接口,并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时,其硬件需根据实际需要进行选用配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。

2.1.2 PLC的基本结构 1.中央处理器(CPU)

CPU是PLC的核心部件,CPU模块在PLC中相当于大脑和心脏,是整个PLC控制系统的神经中枢。它的主要功能如下:

⑴ 接受和储存用户程序和数据

⑵ 扫描现场设备的数据和状态,存入数据区

⑶ 检测和诊断电源,PLC内部电路工作状态和程序中的语法错误 ⑷ 从存储器中逐条读取用户程序,经过指令解释后,去开启或关闭相关控制电路,完成相关的逻辑运算和算术运算。

⑸ 根据数据处理的结果,刷新相关标识位的状态和输出状态寄存器表的内容,以实现输出控制,制表打印或数据通信等功能。

PLC中采用的CPU一般有三大类:通用处理器、单片机芯片和微处理器。其中小中型PLC一般采用微处理器或单片机,而大型的PLC大多采用高速位片式处理器。档次越高,PLC的位次也越多,运行的速度越快,功能也会更强大。

2.存储器

存储器一般分两种:系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序,它是由厂家开发固化好了的,用户不能更改,PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源,IO寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行,从而完成复杂的控制功能。常用的存储器类型有CMOS RAM、EPROM、EEPROM.由于系统程序用来管理PLC系统,用户不能直接存储,因此PLC产品中所说的存储类型及其容量,是指用户程序存储器而言。PLC中所配用的用户存储器的容量大小有较大差别,小型的在8K以下,大型的可以达到256K.

3.输入输出(IO)模块

输入模块和输出模块简称IO模块,他是联系外部设备和CPU模块的桥梁。PLC的对外功能,主要是通过各种IO接口模块与外界联系的,按IO点数确定模块规格及数量,IO模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。IO模块集成了PLC的IO电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块用来接收和采集输入信号,输出模块用来送出PLC运算后得出的控制信息,并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。PLC有多重IO模块,常见的有数字IO模块、

模拟量IO模块、快速响应模块,高速计数模块和PID控制模块等。

4.电源

PLC配有开关式稳压电源,用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和IO接口等电路工作所需的直流电源。PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器(例如接近开关)提供DC 24V电源,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体,大中型PLC都有专门的外部电源部件,驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。为防止PLC内部重要数据的丢失,PLC还带有锂电池作为后备电源。

5.编程器

编程器用来生成用户程序,一般分为手持式编程器和图形编程器。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入好编辑指令表程序,因此又叫做指令编辑器。它的体积小,价格便宜,一般用来给小型的PLC编程,或者用与现场调试和维护。图形编程器既可以用指令语句进行编程,又可以用梯形图编程;既可联机编程,又可脱机编程,操作方便、功能强。

现在,很多PLC都可以用计算机作为编程工具,在计算机上直接生成和编辑梯形图或指令表,并可以实现其转换。最重要的是这种程序可以存盘或者打印,也可通过网络远程传送。

6.其他外部设备

PLC还包含有一些其他的外部设备,如合适磁带机、打印机、EPROM写入器等。

打印机 计算机 盒式磁带机 条码扫描仪

输出设备 输入设备

图2-1 PLC的基本结构

2.2 PLC的特点和应用领域

2.2.1 PLC的特点 1、高可靠性

(1)所有的IO接口电路均采用光电隔离,使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。

(2)各输入端均采用R-C滤波器,其滤波时间常数一般为10~20ms. (3)各模块均采用屏蔽措施,以防止辐射干扰。 (4)采用性能优良的开关电源。 (5)对采用的器件进行严格的筛选。

(6)良好的自诊断功能,一旦电源或其他软,硬件发生异常情况,CPU立即采用有效措施,以防止故障扩大。

(7)大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。

2、丰富的IO接口模块

PLC针对不同的工业现场信号,如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位; 强电或弱电等。有相应的IO模块与工业现场的器件或设备,如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。

另外为了提高操作性能,它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块,等等。

3、采用模块化结构

为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件,包括CPU,电源,IO等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。

4、编程简单易学

PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。

5、安装简单,维修方便

PLC不需要专门的机房,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IO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,便于用户了解运行情况和查找故障。

由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换