plc課程設(shè)計—交通信號燈plc控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的P

2、LC設(shè)計方案。</p><p>　　PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性,同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路

3、口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時,PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 交通燈；PLC；程序控制；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒

4、 論1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 可編程控制器的簡介2</p><p>　　1.2.1 PLC的應(yīng)用2</p><p>　　1.2.2 PLC的特點3</p><p>　　1.2.3 PLC的結(jié)構(gòu)4&l

5、t;/p><p>　　1.2.4 PLC編程語言4</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概要1</p><p>　　2.1 設(shè)計的基本原則和內(nèi)容1</p><p>　　2.2 設(shè)計的步驟和實現(xiàn)過程1</p><p>　　3 交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計4</p><p>　　3.1

6、交通信號燈的控制要求4</p><p>　　3.2 交通信號燈的控制時序5</p><p>　　3.3 PLC硬件控制電路的設(shè)計5</p><p>　　3.3.1 PLC的選型5</p><p>　　3.3.2 I/O配置表6</p><p>　　表3-2 輸出地址分配7</p><p&

7、gt;　　表3-1 十字路口交通燈控制信號說明8</p><p>　　3.3.3 PLC控制電路接線圖8</p><p>　　4交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計9</p><p>　　4.1 STEP7編程軟件的概述9</p><p>　　4.2 交通信號燈程序設(shè)計過程9</p><p>　　4.2.1 PLC的

8、狀態(tài)轉(zhuǎn)移9</p><p>　　4.2.2 交通信號燈程序設(shè)計步驟10</p><p>　　4.3 交通信號燈的PLC程序11</p><p><b>　　結(jié) 論14</b></p><p><b>　　致 謝15</b></p><p><b>　　

9、參考文獻16</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　據(jù)一項對美國主要城市交通狀況的調(diào)查顯示：1982年至2000年，美國城市在上下班高峰期間的交通堵塞狀況不斷加劇，由交通堵塞造成的時間和汽油浪費而帶來的經(jīng)濟損失每年高達6

10、80億美元。以廣州為例來講，現(xiàn)在市區(qū)平均車速只有每小時12公里。用這個目標速度代入歐美標準計算，廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟代價總值：每年耗費1.5億小時，減少生產(chǎn)總值117億元。相當于該市整個生產(chǎn)總值的7%。</p><p>　　在北美、澳大利亞等大城市，道路面積率高達35%--40%，而北京只有20%。緩解交通擁堵，加快道路建設(shè)是當務(wù)之急。據(jù)悉，到2010年，北京將投資500億元用于城市道路建設(shè)，到2005年

11、，北京僅高速公路通車里程就達到600公里。但一味發(fā)展城市道路，也會刺激私家車超常規(guī)發(fā)展，兩者發(fā)展速度的失衡，最終還是逃不出“擁堵—修路—再擁堵”的怪圈。</p><p>　　當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計算機密切相關(guān)。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運用，智能設(shè)備有了很大的

12、發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本設(shè)計介紹了一個智能交通燈系統(tǒng)的設(shè)計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。在世界范圍內(nèi)，一個以微電子技術(shù)，計算機和通信技術(shù)為先導的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術(shù)怎樣與實際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當

13、今計算機應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。本文主要從單片機的應(yīng)用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。</p><p>　　交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，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。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路

14、口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計方案。可編程序控制器簡稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機械設(shè)備和生產(chǎn)過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。</p><p>　　

15、隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。</p><p&g

16、t;　　1.2 可編程控制器的簡介</p><p>　　1.2.1 PLC的應(yīng)用</p><p>　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾個方面：</p><p>　　1、開關(guān)量的邏輯控制 </p><p>　　這是PLC最基本、最廣

17、泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。</p><p><b>　　2、模擬量控制 </b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理

18、模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 </p><p><b>　　3、運動控制 </b></p><p>　　PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使

19、用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 </p><p><b>　　4、過程控制 </b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID

20、調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　5、數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、

21、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 </p><p><b>　　6、通信及聯(lián)網(wǎng) </b></p><p>　　

22、PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　1.2.2 PLC的特點</p><p>　　1、抗干擾能力強，可靠性高  </p><p>　　繼電接觸器控

23、制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設(shè)備連線復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統(tǒng)的可靠性。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10--1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 </p><

24、;p>　　而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。</p><p>　　2、配套齊全，功能完善，適用性強 </p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種

25、數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 </p><p>　　3、易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 </p><p>　　PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符

26、號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 </p><p>　　4、系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造 </p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變

27、得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。 </p><p>　　5、體積小，重量輕，能耗低 </p><p>　　以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。</p><p>　　1.2.3 PLC的結(jié)

28、構(gòu)</p><p>　　PLC 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相似。PLC按其結(jié)構(gòu)形式可分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)框

29、圖如圖2-1所示。</p><p><b>　　接受驅(qū)動</b></p><p>　　現(xiàn)場信號 受控元件</p><p>　　圖2-1 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.2.4 PLC編程語言</p><p

30、>　　采用面向控制過程、面向問題、簡單直觀的PLC進行編程，其編程語言常用的有：梯形圖、語句表、功能圖等。</p><p><b>　　1、梯形圖</b></p><p>　　梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語言。梯形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點電表邏輯輸入條件，例如外部的

31、開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯運算的結(jié)果，常用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標志位等。指令框用來表示定時器、計數(shù)器或者數(shù)學運算等附加指令。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯形圖，并將它下載到PLC。</p><p><b>　　2、語句表</b></p><p>　　語句表又叫指令表，它是一種類似于微機的匯編語言中的文本語言，用指令的助記符編程，由多條

32、語句組成一個程序段，可以實現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。</p><p><b>　　3、功能塊圖</b></p><p>　　功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號來表示控制邏輯。即用類似于與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運算的輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流動。&

33、lt;/p><p>　　1.3 設(shè)計的主要內(nèi)容</p><p>　　(1)交通信號燈的控制要求</p><p>　　(2)交通信號燈的控制時序</p><p>　　(3)PLC應(yīng)將控制電路設(shè)計</p><p>　　(4)交通信號燈程序設(shè)計過程</p><p>　　(5)交通信號燈的PLC程序<

34、/p><p>　　因為是交通燈的單片機控制設(shè)計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個十字路口為東西南北走向。然后轉(zhuǎn)狀態(tài)1南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)2東西綠燈滅，黃燈閃爍幾次，南北仍然紅燈。再轉(zhuǎn)狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài)4，南北綠燈滅，閃幾次黃燈，東西仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1。</p><p>　　2 PLC控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計</p>

35、<p>　　2.1 設(shè)計的基本原則和內(nèi)容</p><p>　　我們LC在學習了PLC的大量相關(guān)知識后，要能夠把其運用在實際設(shè)計當中。當然，要設(shè)計經(jīng)濟、可靠、簡潔的P控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經(jīng)驗。那么，我們首先來看一下PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計原則和內(nèi)容。</p><p>　　一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則</p><p>　　1、最大限度地

36、滿足被控對象的控制要求；</p><p>　　2、保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全；</p><p>　　3、滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、實用和維修方便；</p><p>　　4、選擇PLC時，要考慮生產(chǎn)和工藝改進所需的余量。</p><p>　　二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　1、

37、選擇合適的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及輸出設(shè)備驅(qū)動的控制對象；</p><p>　　2、分配I/O，設(shè)計電氣接線圖，考慮安全措施；</p><p>　　3、選擇適合系統(tǒng)的PLC；</p><p><b>　　4、設(shè)計程序；</b></p><p>　　5、調(diào)試程序，一個是模擬調(diào)試，一個是聯(lián)機調(diào)試；</p>&

38、lt;p>　　6、設(shè)計控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細表。</p><p>　　7、驗收、交付使用。</p><p>　　2.2 設(shè)計的步驟和實現(xiàn)過程</p><p>　　一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟</p><p>　　1、對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當于設(shè)計思路；</p>

39、<p><b>　　2、設(shè)計梯形圖；</b></p><p>　　3、程序輸入PLC模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止；</p><p>　　4、現(xiàn)場施工完畢后進行聯(lián)機調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求；</p><p><b>　　5、編寫技術(shù)文件；</b></p><p><b>

40、;　　6、交付使用。</b></p><p>　　我們在設(shè)計流程圖時，也要遵循以下過程：1) 分析生產(chǎn)工藝過程；2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，分配I/O；3) 選擇PLC；4) 設(shè)計PLC接線圖以及電氣施工圖；5) 程序設(shè)計和控制柜接線施工。具體的設(shè)計步驟框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1控制系統(tǒng)設(shè)計步驟框圖</p><p&

41、gt;　　二、PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點</p><p>　　PLC執(zhí)行程序的過程分為三個階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。</p><p><b>　　1、輸入采樣階段 </b></p><p>　　在輸入采樣階段，PLC以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被刷

42、新。接著進入程序處理階段，在程序執(zhí)行階段或其它階段，即使輸入狀態(tài)發(fā)生變化，輸入映象寄存器的內(nèi)容也不會改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。</p><p><b>　　2、程序執(zhí)行階段</b></p><p>　　在程序執(zhí)行階段，PLC對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉(zhuǎn)指令

43、時，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時，PLC從輸入映像寄存器和元件映象寄存器中讀出，根據(jù)用戶程序進行運算，運算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。</p><p><b>　　3、輸出刷新階段</b></p><p>　　程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸

44、出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅(qū)動外部負載。</p><p>　　因此，PLC在一個掃描周期內(nèi)，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當PLC進入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個掃描周期的輸入采樣階段才對輸入狀態(tài)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內(nèi)，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。</p><p>　　在用戶

45、程序中如果對輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內(nèi)，只在輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)從輸出映象寄存器中輸出，對輸出接口進行刷新。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。這種方式稱為集中輸出。</p><p>　　對于小型PLC，其I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高

46、了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，可以采用定期采樣、定期輸出方式，或中斷輸入、輸出方式以及采用智能I/O接口等多種方式。</p><p>　　從上述分析可知，當PLC的輸入端輸入信號發(fā)生變化到PLC輸出端對該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應(yīng)滯后。對一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意

47、的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC掃描工作方式造成，更主要是PLC輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設(shè)計有關(guān)。滯后時間是設(shè)計PLC應(yīng)用系統(tǒng)時應(yīng)注意把握的一個參數(shù)。</p><p>　　3 交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 交通信號燈的控制要求</p><p>　　隨著城市和經(jīng)濟的發(fā)展，

48、交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設(shè)置，也會影響交通的順暢。因此，在實際設(shè)計時要遵循一定的原則和要求。</p><p>　　交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道

49、路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各個方向同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。</p><p>　　在本設(shè)計中，我們僅以機動車信號燈為例，來說明它的控制要求。一般的十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖如圖3-1所示，其南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈，為確保交通安全，對其控制系統(tǒng)的要求如下。<

50、;/p><p>　　圖3-1交通燈現(xiàn)場示意圖</p><p>　　1、采用PLC構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制</p><p>　　系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個3位轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1控制。SA1手柄指向左45°時，接點SA1-1接通，交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正常控制功能工作，按照如圖3-2所示工作時序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。SA1手柄指

51、向中間0°時，接點SA1-2接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮，。SA1手柄指向右45°時，接點SA1-3接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮。</p><p>　　2、信號燈的控制原則 </p><p>　　1) 當東西方向允許通行（綠燈）時，南北方向應(yīng)禁止通行（紅燈）；同樣，當南北方向允

52、許通行（綠燈）時，東西方向應(yīng)禁止通行（紅燈）。</p><p>　　2) 在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機提前減速并剎車，應(yīng)有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時黃燈亮。</p><p>　　3) 信號燈控制系統(tǒng)啟動后應(yīng)能自動循環(huán)動作。</p><p>　　3.2 交通信號燈的控制時序</p><p>　　交通信號燈的控制時序如圖3-2所示

53、，它是按信號燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號燈點亮，置0表示信號燈點滅。</p><p>　　圖3-2 十字路口交通燈正常工作時序</p><p>　　3.3 PLC硬件控制電路的設(shè)計</p><p>　　3.3.1 PLC的選型</p><p>　　在對PLC控制系統(tǒng)進行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先，要了解各個控制對象的驅(qū)動要求，如：驅(qū)動電

54、壓的等級、負載的性質(zhì)等；其次，要分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；再次，要確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的PLC機型及外設(shè)，完成相應(yīng)的PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。因此，PLC的選型是設(shè)計中至關(guān)重要的一步。</p><p>　　目前，國內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種可達數(shù)百個，其性能各有特點。所以，在設(shè)計時首先要盡可能

55、考慮采用便于學習、掌握、維護方便、備品配件通用性強的PLC。</p><p>　　我國市場上流行的PLC產(chǎn)品有以下幾家：</p><p>　　1) 德國西門子(Siemens)公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品；</p><p>　　2) 美國羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的AB(Allen&Bradly)公司的產(chǎn)品

56、，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品；</p><p>　　3) GE-Fanuc公司的產(chǎn)品；</p><p>　　4) 法國施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品；</p><p>　　5) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。</p><p>　　本次設(shè)計的交通信號燈控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和內(nèi)容集中在程序編寫和梯形

57、圖的繪制，由于在本設(shè)計中用到了大量的開關(guān)量、繼電器、計數(shù)器以及計時器等。而德國西門子出產(chǎn)的PLC功能全，性價比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設(shè)計的要求。并且，在目前相關(guān)領(lǐng)域的控制設(shè)計中，西門子產(chǎn)品的應(yīng)用比較廣泛。綜上所述，我們采用了西門子公司S7-200PLC/CPU224，它有 24輸入/16輸出。</p><p>　　3.3.2 I/O配置表</p><p>　　I/O配置表如表

58、3-1、3-2所示。</p><p>　　表3-1 輸入地址分配</p><p>　　表3-2 輸出地址分配</p><p>　　表3-1 十字路口交通燈控制信號說明</p><p>　　3.3.3 PLC控制電路接線圖</p><p>　　根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路接線圖，如圖3-3所示。<

59、/p><p><b>　　圖3-3 </b></p><p>　　4交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計</p><p>　　在本設(shè)計中以城市十字路口為研究對象，根據(jù)十字路口車輛運行情況，調(diào)整各紅、綠、黃燈亮的時間，利用STEP7軟件對其進行程序設(shè)計，實現(xiàn)對交通信號燈的實時控制。</p><p>　　4.1 STEP7編程軟件的概述

60、</p><p>　　STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標準工具。STEP7具有以下功能:硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。</p><p>　　在STEP7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽

61、SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。 </p><p>　　4.2 交通信號燈程序設(shè)計過程</p><p>　　4.2.1 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移</p><p>　　在設(shè)計較為復(fù)雜的程序時，僅僅采用簡單的邏輯處理已經(jīng)很難保證程序的正確性和易讀性，所以就需要采用別的方法來編制程序。為了

62、保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個控制過程分為若干個階段，在每一個階段均設(shè)立一個控制標志，當每一個階段執(zhí)行完畢，就啟動下一個階段的控制標志，將本階段的控制標志清除。</p><p>　　所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實際上就是控制系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)移。機電自控系統(tǒng)中機械的自動工作循環(huán)過程就是電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動、有序、逐步轉(zhuǎn)移的過程。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，各狀態(tài)的功能

63、、狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序和條件，它是PLC應(yīng)用控制程序設(shè)計的極好工具。</p><p>　　其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4 十字路口交通信號燈PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖</p><p>　　4.2.2 交通信號燈程序設(shè)計步驟</p><p>　　根據(jù)圖3-4所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，其具體的程序設(shè)計步驟如下：</p><

64、;p>　　1、PLC開始運行時，M8002產(chǎn)生一初始脈沖，使初始狀態(tài)S0置1；</p><p>　　2、當SA1手柄指向中間0°時，觸點X1接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈Y1常亮，東西向紅燈常亮；</p><p>　　3、當SA1手柄指向右45°時，觸點X2接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈Y1常亮，南北向紅燈常亮；</p><p>　　4、當SA

65、1手柄指向左45°時，觸點X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20和S30，使S20和S30置1，同時S0在下一掃描周期自動復(fù)位，Y1線圈得電南北綠燈亮與此同時Y6線圈得電，東西紅燈亮；</p><p>　　5、延時25S后，轉(zhuǎn)移條件T0閉合，狀態(tài)從S20轉(zhuǎn)移到S21，使S21置1，同時驅(qū)動T1記時，而S20在下一掃描周期自動復(fù)位；</p><p>　　6、延時5S后，轉(zhuǎn)移條件T1閉合，狀態(tài)從

66、S21轉(zhuǎn)移S22，使S22置1產(chǎn)生0.5S接通和斷開的時針脈沖信號，從而使南北綠燈閃爍，同時驅(qū)動計數(shù)器C0記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C0的常閉觸點接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，繼續(xù)循環(huán)共計三次；</p><p>　　7、次數(shù)到三，C0常開觸點閉合，狀態(tài)由S22轉(zhuǎn)移到S23，使S23置1同時S22在下一掃描周期自動復(fù)位，Y2線圈得電南北黃燈亮；</p><p>　　8、延時2S后，轉(zhuǎn)移條件T3閉合

67、，一方面狀態(tài)從S23轉(zhuǎn)移到S24，使S24置1，S23在下一掃描周期自動復(fù)位，Y3線圈得電南北紅燈亮，計數(shù)器C0復(fù)位。另一方面狀態(tài)S30轉(zhuǎn)移到S31，使S31置1同時S30在下一掃描周期自動復(fù)位，線圈Y4得電東西綠燈亮；</p><p>　　9、延時25S后，轉(zhuǎn)移條件T4閉合，狀態(tài)從S31轉(zhuǎn)移到S32，使S32置1，同時驅(qū)動T5記時，而S31在下一掃描周期自動復(fù)位；</p><p>　　1

68、0、延時5S后，轉(zhuǎn)移條件T5閉合，狀態(tài)從S32轉(zhuǎn)移S33，使S33置1產(chǎn)生0.5S接通和斷開的時針脈沖信號，從而使東西綠燈閃爍，同時驅(qū)動計數(shù)器C1記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C1的常閉觸點接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S32，繼續(xù)循環(huán)共計三次；</p><p>　　11、次數(shù)到三，C1常開觸點閉合，狀態(tài)由S33轉(zhuǎn)移到S34，使S34置1同時S33在下一掃描周期自動復(fù)位，Y5線圈得電東西黃燈亮，計數(shù)器C1復(fù)位；</p>

69、<p>　　12、延時2S后，回到初始狀態(tài)S0進行循環(huán)執(zhí)行。</p><p>　　4.3 交通信號燈的PLC程序</p><p>　　在本設(shè)計中，交通信號燈PLC控制系統(tǒng)的程序采用梯形圖語言來設(shè)計。具體過程如下：</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可

70、現(xiàn)自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計將各任務(wù)進行細分包裝，使各任務(wù)保持相對獨立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。 </p><p>　　在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。</p><p>　　我趁著做

71、課程設(shè)計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。</p><p>　　程序中所用到的數(shù)據(jù)均可以根據(jù)實際情況進行設(shè)置，修改靈活方便。通過此次設(shè)計，我對于VHDL硬件描述語言有了更深入地了解，也在原來所學的理論基礎(chǔ)上得到了進一步地應(yīng)用。但由于

72、經(jīng)驗上的不足，有些地方還需要做進一步地改善。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這設(shè)計使我把書本上的理論知識運用到相關(guān)的具體內(nèi)容上，讓我自身的設(shè)計能力得到了培養(yǎng)和提高。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量相關(guān)資料、自學、同同學交流，向老師請教等方式，使自己學到了不少知識。雖然經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲卻也同樣令人欣慰！在整個設(shè)計開發(fā)過程中，我懂得了

73、許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活產(chǎn)生非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。</p><p>　　在此我要特別感謝我們指導老師*老師，他的悉心教導以及孜孜不倦我才有了這部完整的設(shè)計，他時常督促我們認真快速的完成設(shè)計以便更好的投入到工作中，同時還要感謝和我一起奮斗共同完成這個課題的小組成員們，于此希望*老

74、師工作順利！身體康健！同小組的成員都能順利答辯成功！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王蕊：《PLC在交通信號燈控制上的應(yīng)用》，2003年第五期</p><p>　　[2] 陳勝利,曾誼暉:《 PLC在控制交通信號燈中的應(yīng)用》，2003年第五期</p><p>　　[3]《基于P

75、LC技術(shù)的交通信號燈控制與設(shè)計》- 商場現(xiàn)代化2005(24)</p><p>　　[4] 林濤：《基于VHDL語言的交通信號控制器的設(shè)計與實現(xiàn)》，《交通與計算機》，2006年第四期，第72-75頁。</p><p>　　[5]《PLC控制交通信號燈的編程方法討論》- 北京工商大學學報（自然科學版）2008,26(3)</p><p>　　[6] 陶濤：《基于VHD

76、L語言實現(xiàn)十字路口交通燈設(shè)計》，《青海交通科技》，2006年第六期，第13-15頁。</p><p>　　[7] 邱磊、肖兵：《基于VHDL語言的交通燈控制器設(shè)計》，《福建電腦》，2004年第十二期，第76-77頁。</p><p>　　[8] 廖常初主編. PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2004</p><p>　　[9] 廖常初等.PLC的

77、順序控制編程方法.工業(yè)自動化，（香港），1997</p><p>　　[10] 廖常初.PLC梯形圖的順序控制設(shè)計法.電工技術(shù)雜志，2001</p><p>　　[11] 電機及拖動.高等教育出版社，</p><p>　　[12] 朱獻清 編著.物業(yè)供用電.北京.機械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[13] 劉介才主編.實用供配電技

78、術(shù)手冊.北京：中國水利水電出版社，2002</p><p>　　[14] 常斗南主編 可編程序控制器原理*應(yīng)用*實驗.北京:機械工業(yè)出版社,2005</p><p>　　[15] 求是科技編著 PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐.電子工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[16] 中華人民共和國國家標準 電氣制圖，北京：中國標準出版社，1987</p>

79、<p>　　[17] 余雷聲主編，電氣原理與PLC應(yīng)用。北京：機械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[18] 鐘肇新，范建東編. 可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用.廣州：華東理工大學，2002</p><p>　　[19] 張萬忠《可編程控制器入門與應(yīng)用實例》北京：中國電力出版社2004</p><p>　　[20] 臺方《可編程序控制器應(yīng)用教程》北京：中國

80、水利水電出版社2001</p><p>　　[21] 常斗南《可編程序控制器》原理·應(yīng)用·實驗 北京：機械工業(yè)出版社1998</p><p>　　[22] 邦田《電子電路實用抗干擾技術(shù)》北京：人民郵電出版社 1994</p><p>　　[23] 錢曉龍，李鴻倩《智能電器與Microloeix控制器》北京：機械工業(yè)出版社2003</p>