2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

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(jìn)性、科學(xué)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(jì),能夠有效地疏導(dǎo)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(jī)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(diǎn),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(qiáng)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(jìn)式”信號燈進(jìn)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(jìn)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(xué)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(diǎn)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(xiàn)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(fèi)而帶來的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)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(biāo)速度代入歐美標(biāo)準(zhǔn)計算,廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟(jì)代價總值:每年耗費(fèi)1.5億小時,減少生產(chǎn)總值117億元。相當(dāng)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(dá)35%--40%,而北京只有20%。緩解交通擁堵,加快道路建設(shè)是當(dāng)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?yán)锍叹瓦_(dá)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(dāng)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(jī)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(jī)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(yùn)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(jìn)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(jī)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(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)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(jī)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(xué)界最熱門的話題,也是當(dāng)

13、今計算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。本文主要從單片機(jī)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(yùn)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(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(jì),能夠有效地疏導(dǎo)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??删幊绦蚩刂破骱喎Q為PLC,它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便,已經(jīng)成為當(dāng)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(jī)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(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展,計算機(jī)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。可編程序控制器(Programmable 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(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)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(jī)群控及自動化流水線。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。</p><p><b>  2、模擬量控制 </b></p><p>  在工業(yè)生產(chǎn)過程當(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

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(yùn)動控制 </b></p><p>  PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)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(jī)構(gòu),現(xiàn)在一般使

19、用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(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)動控制功能,廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)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(jī),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(yùn)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(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、

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(jī)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(diǎn)</p><p>  1、抗干擾能力強(qiáng),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(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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(qiáng) </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(yùn)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(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。 </p><p>  3、易學(xué)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(jī),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(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)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(jī)原理和匯編語言的人使用計算機(jī)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(hù)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(hù)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(jī)械內(nèi)部,是實現(xiàn)機(jī)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(jī),其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(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(jī)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(jìn)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(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

31、開關(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。指令框用來表示定時器、計數(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。</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(jī)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(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(jī)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(xué)習(xí)了PLC的大量相關(guān)知識后,要能夠把其運(yùn)用在實際設(shè)計當(dāng)中。當(dāng)然,要設(shè)計經(jīng)濟(jì)、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(jì)、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(jìn)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(jī)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(xì)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(dāng)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(jìn)行聯(lián)機(jī)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(diǎn)</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(jìn)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(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(jìn)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(jìn)行。當(dāng)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(dāng)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(jìn)行運(yùn)算,運(yùn)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(jìn)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(fù)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(jìn)行。當(dāng)PLC進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(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。</p><p>  對于小型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(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對于大中型PLC,其I/O點(diǎn)數(shù)較多,控制功能強(qiáng),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(dāng)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(jì)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(zhǔn)許通行,黃燈表示警示。交通信號燈分為機(jī)動車信號燈、非機(jī)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(jìn)或停止的指令,使各個方向同時到達(dá)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(jī)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(diǎn)SA1-1接通,交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正??刂乒δ芄ぷ鳎凑杖鐖D3-2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(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,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。</p><p>  2、信號燈的控制原則 </p><p>  1) 當(dāng)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(dāng)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(jī)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(diǎn)亮,置0表示信號燈點(diǎn)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(jìn)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(fù)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(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(dá)數(shù)百個,其性能各有特點(diǎn)。所以,在設(shè)計時首先要盡可能

55、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。</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(yùn)行情況,調(diào)整各紅、綠、黃燈亮的時間,利用STEP7軟件對其進(jìn)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(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、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)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(jìn)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(biāo)志,當(dāng)每一個階段執(zhí)行完畢,就啟動下一個階段的控制標(biāo)志,將本階段的控制標(biāo)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(jī)電自控系統(tǒng)中機(jī)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(yùn)行時,M8002產(chǎn)生一初始脈沖,使初始狀態(tài)S0置1;</p><p>  2、當(dāng)SA1手柄指向中間0°時,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;</p><p>  3、當(dāng)SA1手柄指向右45°時,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;</p><p>  4、當(dāng)SA

65、1手柄指向左45°時,觸點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(jìn)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(jìn)行細(xì)分包裝,使各任務(wù)保持相對獨(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。 </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(fèi)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(qiáng),由于課本上的知識太多,平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)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(rèn)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(jìn)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(xué)的理論基礎(chǔ)上得到了進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(xué)、同同學(xué)交流,向老師請教等方式,使自己學(xué)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(dú)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(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(dǎo)老師*老師,他的悉心教導(dǎo)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(rèn)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??!同小組的成員都能順利答辯成功!</p><p><b>  參考文獻(xiàn)</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(jī)》,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(xué)學(xué)報(自然科學(xué)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(jī)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(jī)及拖動.高等教育出版社,</p><p>  [12] 朱獻(xiàn)清 編著.物業(yè)供用電.北京.機(jī)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(jī)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(biāo)準(zhǔn) 電氣制圖,北京:中國標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(xué),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(jī)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(jī)械工業(yè)出版社2003</p>

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