PLC課程設(shè)計(jì)交通燈.doc

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1、桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)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(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化,用可編程控制器實(shí)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(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。本設(shè)計(jì)用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈的控制，其控制方法是采用西門子的S7-200系列CPU224型號(hào)PLC對(duì)東西南北的紅、黃、綠燈實(shí)現(xiàn)由規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對(duì)交通信號(hào)燈的控制。 該系統(tǒng)選用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)

2、燈控制有利于實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化和現(xiàn)代化，有利于用簡(jiǎn)單而實(shí)用的程序來(lái)完成比較完善的功能，有利于緩解交通壓力和減少交通事故。對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、具有較高的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：PLC S7-200， 交通信號(hào)燈，PLC控制系統(tǒng) Abstract The appearance of the traffic signal lamp, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, increase road c

3、apacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. In order to realize the traffic management, traffic management, to advanced science, with the programmable controller to control traffic lights control system, and the system hardware and software design method, experiment proves that

4、this system is simple, economic, and can effectively improve the flow of traffic, traffic capacity. This design using PLC to achieve the control of traffic lights at crossroads, its control method adopts Siemens S7-200series CPU224type PLC on the four corners of the world red, yellow, green achieved

5、 by regular cycles of shiny, in order to achieve the control of traffic signal light. This system uses PLC to realize the traffic signal lamp control is conducive to the realization of the whole system of the automation and modernization, it is beneficial to use simple and practical procedure to co

6、mplete the perfect function, can alleviate the traffic pressure and reduce traffic accidents. The PLC control system software and hardware design, and the experiment proved that the system is simple, economic,and has high practical value. KEY WORDS: PLC S7-200, traffic signal lamp, PLC control s

7、ystem 3 目 錄 1 緒 論 1 1.1 概述 1 1.2 可編程控制器的簡(jiǎn)介 2 1.2.1 PLC的應(yīng)用 2 1.2.2PLC的特點(diǎn) 4 1.2.3 PLC的結(jié)構(gòu)和工作方式 5 1.2.4 PLC編程語(yǔ)言 5 1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 7 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 8 2.1 設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容 8 2.2 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過(guò)程 9 3 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 3.1 交通信號(hào)燈的控制要求 12 3.2 交通

8、信號(hào)燈的控制時(shí)序 13 3.3 PLC硬件控制電路的設(shè)計(jì) 14 3.3.1 PLC的選型 14 3.3.2 I/O配置表 15 3.3.3 PLC控制電路接線圖 17 4 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 19 4.1 STEP7編程軟件的概述 19 4.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過(guò)程 19 4.2.1 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 19 4.2.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟 21 4.3 交通信號(hào)燈的PLC程序 22 結(jié) 論 24 致 謝

9、1 參考文獻(xiàn) 2 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論 1.1 概述 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善

10、了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題， 根據(jù)交通等工藝控制要求和特點(diǎn)，我們采用了西門子公司S7-200PLC/CPU224， 它有小型化，高速度，高性能等特點(diǎn)，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸

11、入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程控制器（PLC）對(duì)十字路口交通控制等實(shí)現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個(gè)原因： （1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無(wú)障礙時(shí)間都在30萬(wàn)小時(shí)以上； （2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)； （3）干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC； （4）近年來(lái)PLC的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，是的實(shí)際應(yīng)用成為可能。  1.2 可編程控制器的簡(jiǎn)介 1.2.1

12、 PLC的應(yīng)用 目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾個(gè)方面： 1、開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2、模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)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模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digit

13、al）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。 3、運(yùn)動(dòng)控制 PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4、過(guò)程控制 過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)

14、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(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、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(chǔ)在存儲(chǔ)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(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)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)。 6、通

15、信及聯(lián)網(wǎng) 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(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)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。 1.2.2PLC的特點(diǎn) 1、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機(jī)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(dòng)及觸頭在開(kāi)閉時(shí)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(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出

16、現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)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(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 而PLC采用微電子技術(shù)，大量的開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)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(zhǎng)，可靠性大大提高。 2、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 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(chǎng)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(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來(lái)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

17、、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)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。 3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開(kāi)關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。 4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)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(jì)及

18、建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過(guò)改變程序改變生產(chǎn)過(guò)程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 5、體積小，重量輕，能耗低 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(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 1.2.3 PLC的結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)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(gè)不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU

19、模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 接受 接口部件輸出 中央處理單元 CPU板 輸入接口部件 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 受控元件 電 源 部 件 圖2-1 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖 1.2.4 PLC編程語(yǔ)言 采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題、簡(jiǎn)單直觀的PLC進(jìn)行編程，其編程語(yǔ)言常用的有：梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖等。 1、梯形圖 梯形圖是使用最多的PLC圖形編程語(yǔ)言。梯

20、形圖與繼電器電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，特別適合于數(shù)字量邏輯控制。梯形圖由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的指令框組成。觸點(diǎn)電表邏輯輸入條件，例如外部的開(kāi)關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯運(yùn)算的結(jié)果，常用來(lái)控制外部的指示燈、交流接觸器和內(nèi)部的標(biāo)志位等。指令框用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)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。 2、語(yǔ)句表 語(yǔ)句表又叫指令表，它是一種類似于微機(jī)的匯編語(yǔ)言中的文本語(yǔ)言，用指令的助記符編程，由多條語(yǔ)句組成一個(gè)程序段，可以實(shí)現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。 3、功能塊圖 功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)來(lái)表示控

21、制邏輯。即用類似于與門、或門的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)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(yùn)算，方框被“導(dǎo)線”連接在一起，信號(hào)自左向右流動(dòng)。 1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （1） 交通信號(hào)燈的控制要求 （2） 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序 （3） PLC應(yīng)將控制電路設(shè)計(jì) （4） 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過(guò)程 （5） 交通信號(hào)燈的PLC程序 因?yàn)槭墙煌舻膯纹瑱C(jī)控制設(shè)計(jì)，所以要了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個(gè)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(guò)一段時(shí)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

22、，南北綠燈通車，東西紅燈。過(guò)一段時(shí)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。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 2.1 設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容 我們?cè)趯W(xué)習(xí)了PLC的大量相關(guān)知識(shí)后，要能夠把其運(yùn)用在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中。當(dāng)然，要設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠、簡(jiǎn)潔的PLC控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。那么，我們首先來(lái)看一下PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容。 一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 1、最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求； 2、保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全； 3、滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單

23、、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和維修方便； 4、選擇PLC時(shí)，要考慮生產(chǎn)和工藝改進(jìn)所需的余量。 二、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 1、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(dòng)的控制對(duì)象； 2、分配I/O，設(shè)計(jì)電氣接線圖，考慮安全措施； 3、選擇適合系統(tǒng)的PLC； 4、設(shè)計(jì)程序； 5、調(diào)試程序，一個(gè)是模擬調(diào)試，一個(gè)是聯(lián)機(jī)調(diào)試； 6、設(shè)計(jì)控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說(shuō)明書、電氣圖、電氣元件明細(xì)表。 7、驗(yàn)收、交付使用。 2.2 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過(guò)程 一、PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 1、對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當(dāng)于設(shè)計(jì)思路； 2、設(shè)計(jì)梯形圖； 3、程序

24、輸入PLC模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止； 4、現(xiàn)場(chǎng)施工完畢后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求； 5、編寫技術(shù)文件； 6、交付使用。 我們?cè)谠O(shè)計(jì)流程圖時(shí)，也要遵循以下過(guò)程：1) 分析生產(chǎn)工藝過(guò)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(jì)PLC接線圖以及電氣施工圖；5) 程序設(shè)計(jì)和控制柜接線施工。 具體的設(shè)計(jì)步驟框圖如圖2-1所示。 分析控制要求 確定I/O設(shè)備 選擇PLC 分配I/O、設(shè)計(jì)電氣圖 編寫流程圖 設(shè)計(jì)梯形圖 編制程序清單 輸入程序并檢查 調(diào)試滿足 N Y 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足 N N

25、編制技術(shù)文件 交付使用 設(shè)計(jì)控制柜 現(xiàn)場(chǎng)連接 圖2-1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟框圖 二、PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過(guò)程及特點(diǎn) PLC執(zhí)行程序的過(guò)程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。 1、輸入采樣階段 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(jìn)行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。接著進(jìn)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(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段才能被采樣到。 2、程序執(zhí)行階段 在程序執(zhí)行階段，PLC對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。

26、若程序用梯形圖來(lái)表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進(jìn)行。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。當(dāng)指令中涉及到輸入、輸出狀態(tài)時(shí)，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(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果再存入元件映象寄存器中。對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過(guò)程而變化。 3、輸出刷新階段 程序執(zhí)行完畢后，進(jìn)入輸出處理階段。在這一階段里，PLC將輸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(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。 因此，PLC在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入

27、端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。 在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)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(duì)輸出接口進(jìn)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。 對(duì)于小型PLC，其I/O點(diǎn)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(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對(duì)于大中

28、型PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)較多，控制功能強(qiáng)，用戶程序較長(zhǎng)，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。 從上述分析可知，當(dāng)PLC的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，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(lái)的輸入延遲，以及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)PLC應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。 3 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件

29、設(shè)計(jì) 3.1 交通信號(hào)燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號(hào)燈發(fā)揮的作用越來(lái)越大，正因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘?hào)燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時(shí)，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號(hào)燈不合理使用或設(shè)置，也會(huì)影響交通的順暢。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要遵循一定的原則和要求。 交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。交通信號(hào)燈分為機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈、道路與鐵路平面交叉道口信號(hào)燈。交通信號(hào)燈用于道路平面交叉路口，通過(guò)對(duì)車輛、行人發(fā)出行進(jìn)或停止的指令，使各個(gè)方向同時(shí)到達(dá)的人、車交通流盡可能減少

30、相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。 在本設(shè)計(jì)中，我們僅以機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈為例，來(lái)說(shuō)明它的控制要求。一般的十字路口交通信號(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖3-1所示，其南北和東西每個(gè)方向各有紅、綠、黃三種信號(hào)燈，為確保交通安全，對(duì)其控制系統(tǒng)的要求如下。 圖3-1交通燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖 1、采用PLC構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號(hào)燈的電氣控制 系統(tǒng)上電后，交通指揮信號(hào)控制系統(tǒng)由由一個(gè)3位轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)SA1控制。SA1手柄指向左45時(shí)，接點(diǎn)SA1-1接通，交通指揮系統(tǒng)開(kāi)始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ?，按照如圖3-2所示工作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。SA1手柄指

31、向中間0時(shí)，接點(diǎn)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(shí)，接點(diǎn)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。 2、信號(hào)燈的控制原則 1) 當(dāng)東西方向允許通行（綠燈）時(shí)，南北方向應(yīng)禁止通行（紅燈）；同樣，當(dāng)南北方向允許通行（綠燈）時(shí)，東西方向應(yīng)禁止通行（紅燈）。 2) 在綠燈信號(hào)要切換為紅燈信號(hào)之前，為提醒司機(jī)提前減速并剎車，應(yīng)有明顯的提示信號(hào)：綠燈閃爍同時(shí)黃燈亮。 3) 信號(hào)燈控制系統(tǒng)啟動(dòng)后應(yīng)能自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作。 3.2 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序如圖3-2

32、所示，它是按信號(hào)燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號(hào)燈點(diǎn)亮，置0表示信號(hào)燈點(diǎn)滅。 圖3-2 十字路口交通燈正常工作時(shí)序 3.3 PLC硬件控制電路的設(shè)計(jì) 3.3.1 PLC的選型 在對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；其次，要分析對(duì)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(duì)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的PLC機(jī)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(jì)中至關(guān)重要的一步。 目前，國(guó)內(nèi)外P

33、LC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種可達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要盡可能考慮采用便于學(xué)習(xí)、掌握、維護(hù)方便、備品配件通用性強(qiáng)的PLC。 我國(guó)市場(chǎng)上流行的PLC產(chǎn)品有以下幾家： 1) 德國(guó)西門子(Siemens)公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品； 2) 美國(guó)羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的AB(Allen&Bradly)公司的產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品； 3) GE-Fanuc公司的產(chǎn)品； 4) 法國(guó)施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品； 5) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。 本次

34、設(shè)計(jì)的交通信號(hào)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圖的繪制，由于在本設(shè)計(jì)中用到了大量的開(kāi)關(guān)量、繼電器、計(jì)數(shù)器以及計(jì)時(shí)器等。而德國(guó)西門子出產(chǎn)的PLC功能全，性價(jià)比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。并且，在目前相關(guān)領(lǐng)域的控制設(shè)計(jì)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。 3.3.2 I/O配置表 I/O配置表如表3-1、3-2所示。 表3-1 輸入地址分配 輸入地址 變量說(shuō)明 I0.0 系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕 I0.1 系統(tǒng)停止按鈕 表3-2 輸出地址分配

35、 輸出地址 變量說(shuō)明 Q0.0 系統(tǒng)運(yùn)行指示燈 Q0.1 南北左行紅燈 Q0.2 南北左行綠燈 Q0.3 南北直行紅燈 Q0.4 南北直行綠燈 Q0.5 南北直行黃燈 Q0.6 南北右行紅燈 Q0.7 南北右行綠燈 Q1.0 南北右行黃燈 Q1.1 東西左行綠燈 Q1.2 東西左行紅燈 Q1.3 東西左行黃燈 Q1.4 東西直行綠燈 Q1.5 東西直行紅燈 Q1.6 東西直行黃燈 Q1.7 東西右行綠燈 Q2.0 東西右行紅燈 Q2.1 東西右行黃等 表3-1 十字路口交通燈控制信號(hào)說(shuō)明 輸　入 輸　出

36、文字符號(hào) 信號(hào)地址 說(shuō)　明 文字符號(hào) 信號(hào)地址 說(shuō)　明 SA1-1 X0 交通燈正常工作控制開(kāi)關(guān) H1 Y0 南北向綠燈指示 SA1-2 X1 南北向交通燈常綠控制開(kāi)關(guān) H2 Y1 南北向黃燈指示 SA1-3 X2 東西向交通燈常綠控制開(kāi)關(guān) H3 Y2 南北向紅燈指示 H4 Y3 東西向綠燈指示 H5 Y4 東西向黃燈指示 H6 Y5 東西向紅燈指示 3.3.3 PLC控制電路接線圖 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。

37、 圖3-3十字路口交通信號(hào)燈PLC外部I/O分配及其接線 圖中用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)信號(hào)燈，如果PLC輸出點(diǎn)的輸出電流不夠，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)信號(hào)燈，也可以在PLC輸出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼器再去驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。 4 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中以城市十字路口為研究對(duì)象，根據(jù)十字路口車輛運(yùn)行情況，調(diào)整各紅、綠、黃燈亮的時(shí)間，利用STEP7軟件對(duì)其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈的實(shí)時(shí)控制。 4.1 STEP7編程軟件的概述 STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M

38、7、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(biāo)準(zhǔn)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(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。 在STEP7中，用項(xiàng)目來(lái)管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7用SIMATIC管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)STEP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP7中。 4.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過(guò)程 4.2.1 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的程序時(shí)，僅僅采用簡(jiǎn)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

39、方法來(lái)編制程序。為了保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個(gè)控制過(guò)程分為若干個(gè)階段，在每一個(gè)階段均設(shè)立一個(gè)控制標(biāo)志，當(dāng)每一個(gè)階段執(zhí)行完畢，就啟動(dòng)下一個(gè)階段的控制標(biāo)志，將本階段的控制標(biāo)志清除。 所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實(shí)際上就是控制系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)移。機(jī)電自控系統(tǒng)中機(jī)械的自動(dòng)工作循環(huán)過(guò)程就是電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)、有序、逐步轉(zhuǎn)移的過(guò)程。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過(guò)程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序和條件，它是PLC應(yīng)用控制程序設(shè)計(jì)的極好工具。 其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-4所示。

40、 圖3-4 十字路口交通信號(hào)燈PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 4.2.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)圖3-4所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程，其具體的程序設(shè)計(jì)步驟如下： 1、PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，M8002產(chǎn)生一初始脈沖，使初始狀態(tài)S0置1； 2、當(dāng)SA1手柄指向中間0時(shí)，觸點(diǎn)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； 3、當(dāng)SA1手柄指向右45時(shí)，觸點(diǎn)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； 4、當(dāng)SA1手柄指向左45時(shí)，觸點(diǎn)X0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S20和S30，使S20和S30置1，同時(shí)S0在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y1線圈得電南北綠燈亮與此同時(shí)Y6線圈得電，東

41、西紅燈亮； 5、延時(shí)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(shí)驅(qū)動(dòng)T1記時(shí)，而S20在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位； 6、延時(shí)5S后，轉(zhuǎn)移條件T1閉合，狀態(tài)從S21轉(zhuǎn)移S22，使S22置1產(chǎn)生0.5S接通和斷開(kāi)的時(shí)針脈沖信號(hào)，從而使南北綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器C0記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C0的常閉觸點(diǎn)接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S21，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次； 7、次數(shù)到三，C0常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，狀態(tài)由S22轉(zhuǎn)移到S23，使S23置1同時(shí)S22在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y2線圈得電南北黃燈亮； 8、延時(shí)2S后，轉(zhuǎn)移條件T3閉合，一方面狀態(tài)從S23轉(zhuǎn)移到S24，使S24置1，S23在下一

42、掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y3線圈得電南北紅燈亮，計(jì)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(shí)S30在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，線圈Y4得電東西綠燈亮； 9、延時(shí)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(shí)驅(qū)動(dòng)T5記時(shí)，而S31在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位； 10、延時(shí)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(kāi)的時(shí)針脈沖信號(hào)，從而使東西綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器C1記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C1的常閉觸點(diǎn)接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到S32，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次； 11、次數(shù)到三，C1常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，狀態(tài)由S33轉(zhuǎn)移到S34，使S34置1

43、同時(shí)S33在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y5線圈得電東西黃燈亮，計(jì)數(shù)器C1復(fù)位； 12、延時(shí)2S后，回到初始狀態(tài)S0進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。 4.3 交通信號(hào)燈的PLC程序 在本設(shè)計(jì)中，交通信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)的程序采用梯形圖語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)。具體過(guò)程如下： 結(jié) 論 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可現(xiàn)自動(dòng)控制，具有一定的智能性；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對(duì)獨(dú)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(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣

44、的接法可以行得通，但實(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。 我趁著做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也對(duì)課本知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。 程序中所用到的數(shù)據(jù)均可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，修改靈活方便。通過(guò)此次設(shè)計(jì)，我對(duì)于VHDL硬件描述語(yǔ)言有了更深入地了解，也在原來(lái)所學(xué)的理論基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步地應(yīng)用。但由于經(jīng)驗(yàn)上的不足，有些地方還需要做進(jìn)一步地改善。 桂林航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 致

45、 謝 提筆寫下“致謝”，我才驚覺(jué)自己即將真正離開(kāi)，人生亦從此展開(kāi)新的畫卷。盡管不舍，卻更珍惜，因?yàn)槲业纳杏心敲炊嗫蓯?ài)的人值得感激。他們使我的大學(xué)生活充滿了色彩，無(wú)論收獲、遺憾，對(duì)我來(lái)說(shuō)都是一筆寶貴的財(cái)富。 三年的大學(xué)生活不知不覺(jué)中就要結(jié)束了，在這段難忘的生活中，有我許多美好的回憶。時(shí)至今日，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可以畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)了，現(xiàn)在回想起做這個(gè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，頗有心得，其中有苦也有甜，不過(guò)也樂(lè)其中！本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我從實(shí)踐中真正了解到了“一份好的畢業(yè)設(shè)計(jì)必須要充分掌握各方面知識(shí)并且能將其完美地結(jié)合起來(lái)”，從完成電路設(shè)計(jì)、元器件的選擇、硬件的組裝到擬定整個(gè)完整電路圖、軟件編寫和畢

46、業(yè)設(shè)計(jì)論文的組織等，每一個(gè)步驟都需要認(rèn)真思考，仔細(xì)斟酌，這讓我更深刻地體會(huì)到了充分掌握各方面知識(shí)的重要性！ 在整個(gè)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活產(chǎn)生非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。 在此我要感謝我的老師們，你們辛苦了，祝你們身體康?。」ぷ黜樌?！ 參考文獻(xiàn) [1] 王蕊：《PLC在交通信號(hào)燈控制上的應(yīng)用》，2003年第五期 [2] 陳勝利,曾誼暉:《 PLC在控制交通信號(hào)燈中的應(yīng)用》，2003年第五期

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