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【原创】【毕业设计论文-范本】基于plc的交通灯控制器设计与实现.doc
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2023-07-07
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【原创】【毕业设计论文-范本】基于plc的交通灯控制器设计与实现.doc
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I
基于 PLC 的交通灯控制器设计与实现
摘 要
PLC 可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动
控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简
单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控
制中。据统计,PLC、机器人、CAD/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十分丰
富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔
路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将 PLC 应用于交通灯系
统中。
本设计是以 PLC 控制为核心的交通灯,选用西门子 S7-200 系列
CPU226 型主机,5 个 EM222 (DO8×直流 24V)型数字量扩展模块,并利
用定时、计数器作定时计数用,LED 七段数码管作为计时显示用。利用
CPU226 的 2 个输入点作为启动按钮和停止按钮,16 个输出点和一个
EM222 扩展模块的输出点作为东西方向和南北方向的左转、右转、直行的
红、黄、绿灯。并利用 4 个 EM222 的 28 个输出点分别作为东西方向和南
北方向的数码管个、十位显示输出。本交通灯系统简单,实用性强,成
本低,使用维护方便,软件功能强,运行稳定可靠等优点。
关键词:PLC,交通灯,倒计数,显示
II
Abstract
PLC programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer
technology, automatic control technology and communication technologies developed
from a new type of industrial control devices. It has a simple structure, easy programming,
high reliability, has been widely used for industrial process and location of the automatic
control. According to statistics, PLC, robotics, CAD / CAM will be the three pillars of
industrial production. The use of the PLC has the characteristics of environmental
adaptability, while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of
the "progressive" signal for precise control, particularly control of multi-fork can be easily
achieved. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lights system.
The design is based on PLC control as the core of the traffic lights, use of Siemens
S7-200 series CPU226-type host, 5 EM222 (DO8 × DC 24V) digital expansion modules,
and use regular, routine counting counter, LED seven segment Used as a digital time
display. Using CPU226 of the two input points as the start button and stop button, and 16
output points and an EM222 expansion module's output points as the direction of east-west
and north and south turn left, turn right, go straight red, yellow, green. EM222 using 4
output points, respectively, of 28 east-west and north-south direction as the digital control
a ten-bit display output. The traffic light system is simple, practical, low cost, easy
maintenance, software function is strong, stable and reliable.
Keywords: PLC, traffic lights, countdown display
目 录
III
摘 要................................................................................................................I
1 PLC 的概述....................................................................................................1
1.1 PLC 的发展历程..................................................................................1
1.2 PLC 的构成..........................................................................................2
1.3 PLC 的特点..........................................................................................2
1.4 PLC 的功能..........................................................................................4
1.5 PLC 的工作原理..................................................................................5
2 硬件设计.......................................................................................................6
2.1 硬件设计步骤.....................................................................................6
2.2 主机 CPU 及扩展模块选择.................................................................7
2.3 I/O 端口分配....................................................................................9
2.4 硬件设计框图....................................................................................10
2.5 接线图...............................................................................................10
3 软件设计.......................................................................................................9
3.1 PLC 编程软件的基本思路..................................................................9
3.2 梯形图...............................................................................................10
4 系统调试.....................................................................................................23
4.1 硬件调试...........................................................................................23
4.2 软件调试...........................................................................................23
5 结 论.........................................................................................................24
致 谢.........................................................................................................25
参考文献.........................................................................................................26
1
1 PLC 的概述
1.1 PLC 的发展历程
虽然 PLC 问世时间不长,但是随着微处理器的出现,大规模、超大规
模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步,PLC 也迅速发展,
其发展过程大致可分三个阶段:
一、早期的 PLC(60 年代末—70 年代中期)
早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器
控制装置的替代物的含义,其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序
控制、定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现,在 I/O 接口电路上作
了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中
小规模集成电路,存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提
高其抗干扰的能力。在软件编程上,采用广大电气工程技术人员所熟悉的
继电器控制线路的方式—梯形图。因此,早期的 PLC 的性能要优于继电器
控制装置,其优点包括简单易懂,便于安装、体积小、能耗低、有故障指
示、能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言—梯形图一直沿用至今。
二、中期的 PLC(70 年代中期—80 年代中后期)
在 70 年代微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国,日本,德
国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元(CPU)。这
样,使 PLC 得功能大大增强。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、
计时、计数等功能以外,还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自
诊断等功能。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,还增加了模
2
拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量,
使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使 PLC 的
应用范围得以扩大。
三、近期的 PLC(80 年代中后期至今)
进入 80 年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处
理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档
次普遍提高。而且,为了进一步提高 PLC 的处理速度,各制造厂商还纷纷
研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得 PLC 软、硬件功能发生了巨大变
化。
1.2 PLC 的构成
PLC 基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为
I/O,包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备
编程器及电源模块组成。 PLC 内部各组成单元之间通过电源总线、控制总
线、地址总线和数据总线连接,外部则根据实际控制对象配置相应设备与
控制装置构成 PLC 控制系统。
1.3 PLC 的特点
1.3.1 可靠性高,抗干扰能力强
可靠性高是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电
路技术,采用严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,
具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达
30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC
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