1、精選優質文檔-傾情為你奉上遼 寧 工 業 大 學 電氣控制與PLC技術 課程設計（論文）題目：基于羅克韋爾PLC的交通燈控制系統設計院（系）： 專業班級： 學 號： 學生姓名： 指導教師： （簽字）起止時間：2015.7.6-2015.7.17專心-專注-專業課程設計（論文）任務及評語院（系）： 教研室： 學 號學生姓名專業班級課程設計（論文）題目基于羅克韋爾PLC的交通燈控制系統設計課程設計（論文）任務課題完成的功能、6個指示燈，前3個燈分別代表東西方向的紅、黃、綠燈，后3個燈分別代表南北方向的紅、黃、綠燈，模擬十字路口交通隊控制的基本運行過程：（1） 高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅

2、綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅9s、黃紅1s 的亮燈順序循環；（2） 非高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅6s、黃紅1s 的亮燈順序循環（3） 按下南北緊急直通開關按鈕后，南北方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，東西方向紅燈一直亮，其他燈熄滅（4） 按下東西緊急直通開關按鈕后，東西方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，南北方向紅燈一直亮，其他燈熄滅設計任務及要求：1、采用羅克韋爾系列PLC； 2、方案設計，I/O分配表；3、硬件設計和軟件開發； 4、運行結果分析；5、撰寫課程設計說明書；進度計劃1、熟悉課程設計題目，查找及收集相關書籍、資料（2天）；2、設計系統的結構原

3、理圖（2天）；3、儀表、控制系統等設備的選型（2天）；4、程序開發及調試（5天）；5、撰寫課設論文（2.5天）；6、設計結果考核（0.5天）；指導教師評語及成績平時： 論文質量： 答辯： 總成績： 指導教師簽字： 年 月 日注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算摘 要為解決公路交通信號燈控制問題將是保障交通有序、安全、快速運行的重要環節。但現有的交通信號燈控制系統都是單一的固定時序控制，不能夠根據實際交通狀況進行調節控制。利用羅克韋爾公司的ControLogix5000系列的可編程控制器來實現交通信號燈的自動控制要求，對PLC控制系統進行軟、硬件設計，并通過實驗證明該系

4、統簡單、經濟、運行可靠，具有很高的實用價值。關鍵詞：PLC；交通燈；控制系統；設計目 錄第1章 緒論隨著社會的發展和進步，城市交通的暢通問題日益突出，一方面十字路口多、人員流動大、道路窄、車輛增加快，容易造成道路交通的阻塞；另一方面又要在有限的時間內既快有保證車輛和行人的安全，針對此要求，設計了PLC控制的帶倒計時顯示的十字路口交通燈信號系統。該系統用PLC控制，由東西、南北兩組，共12盞燈組成。 交通在人們的日常生活中占有重要地位，隨著人們社會活動的日益頻繁，這點更是體現的淋漓盡致。交通信號燈的出現，是交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。各種交通工具

5、、行人都要根據交通燈的變化來決定是否前行，同行的時間的規定協調了它們的步伐，極大的減少了由于交通混亂引起的各種事故的發生。因此，一個完善的交通系統中，交通燈是必不可少的設備，一個完善的交通燈程序會更加有效的管理當前道路出現的實際情況，使車輛、行人的行進變得更順暢、更和諧。近年來隨著我國國民經濟的飛速發展，我國機動車輛發展迅速，而城鎮道路建設由于歷史等各種原因相對滯后，交通擁擠和堵塞現象時常出現。如何利用當今計算機和自動控制技術，有效地疏導交通，提高城鎮交通路口的通行能力，減少交通事故是值得研究的一個課題。目前，國內的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈加上一個倒計時的

6、顯示器來控制行車。隨著交通量額快速增長和缺乏對高速道路的系統研究和控制，高速公路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，采用交通燈控制，最大限度地利用好耗費巨資修建的城市高速公路，緩解主干道與匝道、城區同周邊地區的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門亟待解決的主要問題。PLC作為一種專業在工業環境下應用而設計的計算機，必須具備邏輯控制、信號采集、輸出控制、數據處理、定時/計數、遠程I/O、人機界面（HMI）、故障自診斷、通信聯網、實時通信和冗余互備等功能。PLC還具有可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單、系統設計修改調試方便、模塊化結構、通用性強

7、、維護簡單、維修方便等特點。可靠性是PLC用軟件代替繼電器控制系統中間繼電器和時間繼電器，接線可減少到繼電器控制系統的十分之一一下，大大減少了觸點接觸不良的可能性。抗干擾是I/O設計具有完善的通道保護和多種形式的濾波電路，以抑制高頻干擾，削弱個模塊之間的干擾影響。而且現在使用最多的PLC編程語言是梯形圖，它符合大多數工廠企業電氣技術人員的讀圖習慣，語言形象直觀，易學易用。PLC產品系列化、標準化、模塊化，用戶可根據實際需求靈活選擇，無須用戶自己再進行設計和制作硬件裝置。第2章 課程設計的方案2.1 課程設計要求6個指示燈，前3個燈分別代表東西方向的紅、黃、綠燈，后3個燈分別代表南北方向的紅、黃

8、、綠燈，模擬十字路口交通隊控制的基本運行過程：高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅9s、黃紅1s 的亮燈順序循環；非高峰期，交通燈的工作順序為紅紅1s、紅綠3s、紅黃1s、紅紅1s、綠紅6s、黃紅1s 的亮燈順序循環；按下南北緊急直通開關按鈕后，南北方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，東西方向紅燈一直亮，其他燈熄滅；按下東西緊急直通開關按鈕后，東西方向綠燈一直都亮，其他燈熄滅，南北方向紅燈一直亮，其他燈熄滅。2.2 系統組成總體結構系統總體結構框圖如圖2.1所示。圖2.1 總體框圖交通燈控制系統由羅克韋爾PLC、非高峰期情況、高峰期情況、南北緊急情況、東西緊急情況和

9、分別控制這四種情況的相對應的按鈕組成。非高峰期大體上分兩種情況：一種是東西紅燈亮5秒的同時，南北方向紅燈亮1秒、綠燈亮3秒、黃燈亮1秒；另一種情況是南北紅燈亮8秒的同時，東西方向紅燈亮1秒、綠燈亮6秒、黃燈亮1秒。高峰期的情況跟非高峰期大體上一樣，只是在第二種情況時南北紅燈亮11秒，東西方向紅燈亮1秒、綠燈亮9秒、黃燈亮1秒。南北緊急情況是南北綠燈一直亮而東西紅燈一直亮，東西緊急情況跟南北緊急情況恰好相反，是東西方向綠燈亮南北方向的紅燈亮。這四種情況的發生又分別由四個相對應的按鈕相應控制。第3章 硬件設計3.1 控制器的選擇Rockwell內有三種控制器分別為CompactLogix，Flex

10、Logix，ControlLogix。 CompactLogix提供了一個從單機到分布式應用系統的Logix解決方案。其中1769-L35E控制器不僅具有增強的處理性能，支持多達30個的本塊1769  I/O模塊，還內置有可進行實時 I/O控制的100Mbps EtherNet/IP網絡接口，與包括1769 I/O模塊在內的多種I/O模塊在內的多種I/O模塊一起實現分布式I/O擴展。  一個最簡單的CompactLogix單機系統可以只由一個獨立的控制器一組I/O模塊和電源組成。  Compac

11、tLogix控制器可與其他控制器一起構成分布式控制系統： 多個控制器通過網絡連接在一起，進行通訊和數據共享。 每個CompactLogix控制器可以通過DeviceNet或EtherNet/IP（僅1769-L3XE控制器），使用各種不同系列的I/O進行分布式擴展。對于1769Compact I/O每個I/O站可支持最多3個I/O模塊組，最多30個模塊。  支持多層網絡的無縫集成和數據路由。這意味著用戶可以方便地自動實現跨多層網絡的遠程設備訪問，組態和診斷。例如：在控制室布置的1769-L35E CompactLogix控制器，通過D

12、eviceNet現場總線連接現場的變頻器、軟啟動、行程開關等智能設備，通過EtherNet/IP連接上位機。則用戶無需附加編程，即可在上位機上直接對布置在現場的變頻器進行遠程組態。 FlexLogix 系統為工業控制提供了分散控制的方法。不僅I/O點能被分散到傳感器執行器件附近，處理器也可分散到部分的Flex,Flex Ex,Flex集成I/O模塊以上，遠程控制其他的I/O模塊。FlexLogix處理器可以與網絡連接，用于分布式處理及分布式I/O。FlexLogix系統是Logix平臺和羅克韋爾自動化集成架構的一部分，意味著你可以最大程度地利用控制集成，程序重用，

13、通訊靈活，使用方便，所以你無需花費太多精力在設置，操作及維護上。 ControlLogix系統采用了模塊化的設計，并且模塊種類不僅包括模擬量、數字量這些不同模塊，而且還有專門的運動控制模塊及相應的全套的運動控制指令。這就可以為工業控制提供種非常靈活并十分完整控制方案。控制器采用Controllogix作為PLC，無論是高速離散控制、復雜過程控制、伺服控制，還是高速傳動控制等各種應用，借助單一的ControlLogix平臺，用戶只需掌握一種編程軟件，就能根據應用要求的不同，選擇標準模塊，選擇標準工業網絡/總線得到所需的控制系統，如順控/安全連鎖系統、伺服控制系統、分布式控制系統（DCS

14、）、高速傳動控制系統以及數據采集監控系統（SCADA）等。 ControlLogix平臺不僅技術領先，而且在煙草、消費品制造、冶金、電力、石化、油氣輸送、造紙、水處理、地鐵、礦山以及汽車等各個行業中都有許多成功的應用。 ControlLogix平臺主要特點如下：（1）所有模塊均可帶電插拔；  （2）用戶通過軟件刷新即可實現包括處理器在內的各種模塊的升級；  l（3）功能強大的Logix處理器  （4）處理器具有高速程序及數據處理能力，1K指令僅需0.06毫秒；（5）單個處理器最多支持：開關量或4000模擬量。

15、60; （6）用戶無需換處理器，通過替換更大容量的內存即可擴充系統處理能力；  l （7）本身提供電池后備，從機架取出處理器后仍可保持數據不丟失；  l （8）IEC1131-3全面支持  （9）實時多任務系統內核：多達32個任務，包括1個連續任務以及31個周期任務；  （10）有15個優先級可選以保證重要任務優先。每個任務中可編制32個主程序，（11）并分別擁有單獨數據區。  本系統采用1756-L61ControlLogix5561 作為控制器，其系統

16、硬件圖如圖3.1。圖3.1 ControlLogix控制器3.2 ControlLogix通信模塊不同的通信模塊適用于不同的網絡，在ControlLogix背板中安裝多個通信模塊可在不同的網絡間對控制和信息數據進行橋接或路由，最多可在四個機架(八個通信跳轉)之間路由消息。EtherNet/IP 網絡，該網路應用于工廠管理(物料輸送)、單個高速網絡上的組態、數據采集及控制、時間要求苛刻的應用、包含商業技術的應用(例如IP視頻)、Internet/Intranet連接、集成CIP Motion和CIP Safety等方面。以太網工業(EtherNet/IP)網絡協議是一種開放式工業網絡標準，既支持

17、實時 I/O消息傳遞，也支持消息交換。EtherNet/IP網絡使用現成的以太網通信芯片和物理介質。1756-ENBT為EtherNet/IP網橋，介質為銅纜，通信速率10/100 Mbps， TCP/IP連接數為64，Logix連接數為128。3.3 ControlLogix I/O模塊ControlLogix架構可提供各種輸入與輸出模塊，適用于從高速數字到過程控制等多種應用。ControlLogix 架構使用生產者/消費者模式，因此輸入信息和輸出狀態可在多個控制器之間共享。每個 ControlLogix I/O模塊都安裝在ControlLogix機架中，需要可拆卸端子塊(RTB)或者149

18、2接口模塊(IFM)才能連接所有現場接線。利用可拆卸端子塊 (RTB)可將工廠接線與1756 I/O模塊靈活地互，RTB插在I/O模塊的前面，模塊的類型決定了所需的 RTB。1756-IB16模塊的輸入/輸出點數為16點輸入(8個點/組),電壓類別為12/24V DC灌入型, 工作電壓范圍10-31.2V DC，可拆卸端子塊1756-TBNH,1756-TBSH。1756-OB32模塊的輸入/輸出點數為32點輸出(16個點/組), 電壓類別為12/24V DC拉出型, 工作電壓范圍10-31.2V DC，可拆卸端子塊1756-TBCH，1756-TBS6H。交通燈控制系統的I/O分配表如表3.

19、1所示。表3.1 PLC的分配表1756-IB16輸入模塊1756-OB32輸出模塊名稱符號地址編號名稱符號地址編號按鈕1Switch1Local:5:I.Data.0東西紅燈Light1Local:9:O.Data.0按鈕2Switch2Local:5:I.Data.1東西綠燈Light5Local:9:O.Data.1按鈕3Switch3Local:5:I.Data.2東西黃燈Light6Local:9:O.Data.2按鈕4Switch4Local:5:I.Data.3南北紅燈Light2Local:9:O.Data.3南北綠燈Light3Local:9:O.Data.4南北黃燈Ligh

20、t4Local:9:O.Data.53.4 主電路圖設計設計的總體外部接線圖如圖3.2所示。圖3.2 主電路圖第4章 軟件設計4.1 程序流程圖 圖4.1 主程序流程圖程序運行，判斷路況，若按下Switch1，則非高峰期情況工作；若按下Switch2，則高峰期情況工作；假如按下Switch3，則南北緊急情況工作；如果按下Switch4，則東西緊急情況工作。非高峰期、高峰期情況程序流程圖分別如圖4.2、圖4.3所示：圖4.2 非高峰期程序流程圖圖4.3 高峰期程序流程圖南北緊急情況和東西緊急情況程序流程圖分別如圖4.4、圖4.5所示： 圖4.4 南北緊急情況程序流程圖4.5 東西緊急情況流程圖4

21、.2 編程步驟（1）打開RSLogix 5000軟件。（2）創建一個新的控制器文件。  從File菜單選擇New，顯示New Controller對話 從Type的下拉菜單中選擇1756-L61ControlLogix 5561 Controller。  在Revision的下拉菜單中17。  在Name欄中輸入作為處理器的名字。 從Chassis Type下拉菜單中選擇1756-A10 10-Slot ControlLogix Chassis。 

22、; 在Slot Number欄內選擇0，與機架中的控制器模塊的位置匹配。  在Create In欄內輸入文件保存路徑或點擊Browse鍵定位地址目錄。我們創建文件目錄在C:RSLogix 5000Projects，如圖4.6所示。圖4.6 New Controller對話框確認輸入與圖4.6所示吻合，然后點擊OK按鈕。由此創建了一個控制器文件，其界面如圖4.7所示。圖4.7 RSLogix5000主界面（3）組態I/O模塊從Controller Organizer用鼠標右鍵點擊I/O Configuration圖表，選擇New Module。顯

23、示Select Module對話框。圖中附有可選擇模塊的清單，可以首先在對話框下部選擇模塊類型。用鼠標雙擊所選擇的模塊，將顯示模塊屬性對話框，如圖4.8、圖4.9、圖4.10所示。輸入正確的參數再點擊Finish按鈕。RSLogix 5000軟件將完成模塊的組態。圖4.8 模塊屬性配置對話框圖4.9 模塊屬性配置對話框圖4.10 模塊屬性配置對話框（4）RSLinx Classic Gateway添加通信的驅動用鼠標依次點擊“開始所有程序Rockwell SoftwareRSLinxRSLinx Classic”，打開RSLinx Classic Gateway軟件，啟動界面如圖4.11所示。

24、圖4.11 RSLinx Classic Gateway啟動界面點擊工具欄中第3個圖標，將顯示Configure drivers界面，如圖4.12所示。圖4.12 Configure drivers界面設置以太網模塊的IP地址和子網掩碼，可以確保以太網模塊和上位機在同一網段內，并可在通信建立的基礎上查看各個模塊信息，如圖4.13所示。圖4.13 RSWho 界面（5）編輯主例程展開控制文件目錄樹中的Tasks文件夾，如圖4.14所示。圖4.14 控制器文件目錄樹雙擊Tasks文件夾中的MainRoutine圖標，顯示主例程編程窗口，如圖4.15所示。圖4.15 MainRoutine 編程窗口

25、4.3 程序設計程序梯形圖設計如圖4.16所示。圖4.16 程序梯形圖第5章 系統測試與分析PLC調試結果畫面如下，本設計采用6盞燈的狀態代替東西方向、南北方向的12盞燈的狀態。而非高峰期與高峰期的狀態時相同的，只是東西綠燈亮南北紅燈亮這個狀態所保持的時間略有差異，非高峰期保持6秒，高峰期保持9秒。狀態如圖5.1所示，是非高峰期、高峰期的第一種狀態。圖5.1 東西南北方向的紅燈亮這種狀態之后的1秒鐘，轉到下一種狀態如圖5.2所示。 圖5.2 東西紅燈亮南北綠燈亮東西紅燈亮南北綠燈亮這種狀態維持3秒，轉換到下一種狀態，如圖5.3所示。圖5.3 東西紅燈亮南北黃燈亮東西紅燈亮南北黃燈亮這種狀態持續

26、1秒時候，跳轉到下一種狀態東西南北各方向的紅燈亮，如圖5.1所示。1秒后轉換到東西綠燈亮南北紅燈，如圖5.4所示。圖5.4 東西綠燈亮南北紅燈亮此狀態非高峰期維持6秒，高峰期維持9秒后，跳轉到下一狀態，如圖5.5所示。圖5.5 東西黃燈亮南北紅燈亮上述從圖5.1到圖5.5的狀態包括了非高峰期和高峰期的所有情況了，而其中的圖5.2又可以代表南北方向緊急情況的狀態，圖5.4可以代表東西方向緊急情況的狀態。這樣東西方向、南北方向交通燈的所有運行狀態可以用上述圖5.1到圖5.5這5張圖就可以完全表現出來。第6章 課程設計總結利用羅克韋爾公司的ControLogix5000系列的可編程控制器來實現交通信

27、號燈的自動控制要求，能夠根據不同的路況要求，隨時修改控制程序，以改變各交通燈的工作時間和工作狀況，PLC控制系統還具有很高的可靠性、靈活性和經濟實用性。本次課程設計通過按鈕、TT、DN、計時器、線圈、等的運用，先編出了非高峰期的程序，之后在此基礎上，添加一些并聯語句還有其他的一些必要語句實現高峰期的編程，最后才編寫的兩種緊急情況下的程序。其實在剛剛編寫程序的時候還是遇到了一些困難，后來是先把圖書館借來的資料書上的有關交通燈的程序完全的捋順清楚，之后又根據實驗課上的經驗一步一步地由簡單程序到復雜程序，本次課程設計的復雜程序完全是由編好的簡單程序一點一點地添加上去的。課設交通燈的的設計有四種情況，

28、分別是非高峰期、高峰期、南北緊急情況和東西緊急情況，所以，四種情況分別由四個按鈕有效控制。同時，也就完美的把交通燈的實際工作情況表現出來了。 參考文獻1 沈榮娟,談英姿,魏海坤. 基于羅克韋爾PLC的實驗室監控系統設計J. 工業控制計算機,2014,(01):25-28.2 朱新平,郭利進,胡田力,呂亞鋒. 基于Control Logix5000控制器的風機變頻系統設計J. 工業控制計算機,2014,(03):111-112.3 崔平,翁正新. 基于DF-1協議的交通燈控制實驗設計及實現J. 實驗室研究與探索,2013,(04):55-57.4 蔡軍,曹慧英. 智能交通燈控制系統的設計與實現J. 重慶郵電學院學報(自然科學版),2010,(03):129-132.5 丁金婷. 基于PLC的交通十字路口模糊控制D.浙江大學,2011.6 曹流. 羅克韋爾自動化NetLinx網絡體系研究與應用D.上海交通大學,2011.7 趙遠. PLC程序模塊化的設計方法D.太原科技大學,2013.8 韓谞,張東霞. 淺談PLC在工業上的應用及發展A.