交通信號(hào)燈課程設(shè)計(jì)--交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目： 交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生 姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　所在院(系)： 機(jī) 電 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自

2、動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　指導(dǎo) 教師： 職 稱： 副教授 </p><p>　　2012年 12 月 28 日</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p

3、>　　注：任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫。</p><p>　　【摘 要】: 針對(duì)近年來(lái)城市交通的擁擠現(xiàn)象，特別是駕駛員違章嚴(yán)重、交通事故頻發(fā)、車輛尾氣污染等問(wèn)題，介紹集計(jì)算機(jī)、信息、電子及通訊等眾多高新技術(shù)手段于一體的智能交通指揮中心控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的安裝及使用，大大緩解了城市道路堵塞現(xiàn)象、提高了道路的通行能力。減少了駕駛員違章的次數(shù)，抑制了交通事故的發(fā)生、同時(shí)能夠減輕車輛尾氣排放，從而對(duì)降低環(huán)境污染起到了不可低估

4、的作用。</p><p>　　分析現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)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(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】: 交通控制 交通燈 PLC控制機(jī)</p><p>　　【Abstract】: In recent years, for urban traffic con

5、gestion, especially drivers of serious violations, the frequent traffic accidents, vehicle exhaust pollution, introduced the small-computer, information, electronics and communications and other high-tech means in one of

6、 the intelligent traffic control center System. The system, and the use of and greatly ease the urban road congestion, increased road capacity. To reduce the number of illegal drivers to curb the occurrence of traffic ac

7、cidents an</p><p>　　Analysis of the modern urban traffic control and management of the status quo, combined with the actual situation of urban and rural transport on the traffic light control system working

8、principle, given a simple and practical urban traffic light control system hardware design.</p><p>　　【Key words】: traffic control traffic lights PLC control</p><p><b>　　目 錄</b&g

9、t;</p><p><b>　　序言3</b></p><p>　　一、PLC的概述4</p><p>　　（一） PLC的產(chǎn)生和定義4</p><p>　?。ǘ?PLC的基本組成4</p><p>　　二、 PLC的硬件與工作原理6</p><p>　?。ㄒ?/p>

10、） PLC的硬件結(jié)構(gòu)6</p><p>　?。ǘ?CPU模塊中的存儲(chǔ)器7</p><p>　　（三） PLC的工作原理8</p><p>　　三、PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域10</p><p>　　（一） PLC的特點(diǎn)10</p><p>　　(二) PLC的應(yīng)用領(lǐng)域11</p><p&

11、gt;　　（三） PLC的前景11</p><p>　　四、PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)12</p><p>　　（一） PLC中的程序結(jié)構(gòu)12</p><p>　?。ǘ?F1—40MR的編程組件：13</p><p>　　（三） 某些編程組件的使用特性及含義：14</p><p>　　五、十字路口交通燈的介紹1

12、6</p><p>　?。ㄒ唬?十字路口交通燈的原理及示意圖16</p><p>　　六、應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)十字路口交通燈17</p><p>　?。ㄒ唬?輸入輸出點(diǎn)分配表17</p><p>　　（二） 順序功能圖18</p><p>　?。ㄈ┨菪螆D：18</p><p><b&

13、gt;　?。ㄋ模┲噶畋?8</b></p><p><b>　　七、 小結(jié)19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　　附錄22</b>

14、</p><p><b>　　序言</b></p><p>　　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)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 </p><p>　　不

15、同的城市有不同城市的問(wèn)題，但共性就是混合交通流問(wèn)題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互影響或彼此的相互影響，就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵！隨著我國(guó)城市化建設(shè)的發(fā)展，越來(lái)越多的新興城市的出現(xiàn)，使得城市的交通成為了一個(gè)絕對(duì)主要的問(wèn)題。同時(shí)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來(lái)越多的汽車進(jìn)入尋常老百姓的家庭，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來(lái)控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來(lái)取代交

16、通燈的情況)。 </p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)硬件和軟件均要設(shè)計(jì)，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價(jià)格中等，制造較難。程序的設(shè)計(jì)中，分析控制交通的多種原理，用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)難度較大，所以使用可編程控制器，其主要原因是因?yàn)镻LC具有簡(jiǎn)單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長(zhǎng)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)介紹了應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)十字路口交

17、通信號(hào)燈的自動(dòng)控制。通過(guò)對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求分析，對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟、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)、運(yùn)行可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。</p><p><b>　　一、PLC的概述</b></p><p>　?。ㄒ唬?PLC的產(chǎn)生和定義</p><p>　　1968年由美國(guó)通用汽車公司（GE）提出，1969年有美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（

18、DEC）研制成功，有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算功能稱為PLC（programmable logic controller）。 </p><p>　　80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC采用通用微處理器為核心，功能擴(kuò)展到各種算術(shù)運(yùn)算，PLC運(yùn)算過(guò)程控制并可與上位機(jī)通訊、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。被稱為PC（programmable controller）即可編程控制器。</p><p>　　國(guó)際電工委員會(huì)（

19、IEC）在1985年對(duì)PLC做了如下定義：“可編程控制器（Programmble Logic Controller ,PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則來(lái)設(shè)計(jì)。”從以上

20、定義中可以看出，PLC是一種用程序來(lái)改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能夠完成各種各樣的控制功能外，還有與其它計(jì)算機(jī)智能設(shè)備通信聯(lián)網(wǎng)的功能。</p><p>　　PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。</p>&l

21、t;p>　?。ǘ㏄LC的基本組成</p><p>　　目前，可編程控制器的產(chǎn)品很多，不同的廠家生產(chǎn)的PLC以及同一家生產(chǎn)的不同型號(hào)的PLC其結(jié)構(gòu)個(gè)不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，而更靠軟件的支持。PLC的主機(jī)由微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（EPROM、ROM）、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。</p>

22、<p>　　下面分別介紹PLC各組成部分及作用。</p><p><b>　　CPU模塊</b></p><p>　　CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于認(rèn)的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)儲(chǔ)存程序和數(shù)據(jù)。</p><p><b>

23、;　　I/O模塊</b></p><p>　　輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡(jiǎn)稱為I/O模塊，它們相當(dāng)于人的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊的橋梁。</p><p>　　輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來(lái)接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開關(guān)量輸入信號(hào)；模擬量輸入模塊用來(lái)接收電位器、

24、測(cè)速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號(hào)。開關(guān)量輸出模塊用來(lái)控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出模塊用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。</p><p>　　CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC外部的輸入、輸出電路的電源電壓較高，例如DC24V和AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模

25、塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來(lái)隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。</p><p><b>　?。?）編程器</b></p><p>　　編程器用來(lái)生成用戶程序，并用它來(lái)編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指

26、令編程器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來(lái)給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。</p><p>　　使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯梯形圖或指令表程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語(yǔ)言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或電話線，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。</p><p><b>　　電源</b&

27、gt;</p><p>　　PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級(jí)的直流電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)）提供DC 24V電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。</p><p>　　二、PLC的硬件與工作原理</p><p>　　（一） PLC的硬件結(jié)構(gòu)</p>&l

28、t;p>　　根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。</p><p><b>　　整體式PLC</b></p><p>　　整體式又叫做單元式或箱體式，它的體積小、價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　整體式PLC將CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱型塑料機(jī)殼內(nèi)，S7-200稱為CPU模塊。其

29、前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶選用。CPU模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接，可以選用全輸入型或全輸出型的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊來(lái)改變輸入、輸出點(diǎn)的比例。</p><p>　　整體式PLC還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如模擬量輸入、輸出模塊、熱電偶模塊、位置控制模塊和通信模塊等，使PLC的功能得到擴(kuò)

30、展。</p><p><b>　　模塊式PLC</b></p><p>　　大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機(jī)架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者焊在機(jī)架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，如果一個(gè)機(jī)架容納不下選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間接口模塊和電纜相連。</p><p>　　用戶可以選用不同檔次的CP

31、U模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對(duì)硬件配置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。</p><p>　　整體式PLC每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般采用整體式PLC。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)、特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、

32、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。</p><p>　　（二） CPU模塊中的存儲(chǔ)器</p><p>　　存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和用戶程序存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM（只讀存儲(chǔ)器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲(chǔ)器

33、的容量以字節(jié)（B）為單位。</p><p>　　PLC使用以下幾種物理存儲(chǔ)器：</p><p>　　隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）</p><p>　　用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲(chǔ)器。它是易失性的存儲(chǔ)器，它的電源中斷后，儲(chǔ)存的信息將會(huì)丟失。</p><p>　　RAM的工作速度高、價(jià)格便

34、宜、改寫方便。在關(guān)斷PLC的外部電源后，可以用鋰電池保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)。鋰電池可以用1~3年，需要更換鋰電池時(shí)，由PLC發(fā)出信號(hào)，通知用戶。現(xiàn)在部分PLC仍然用RAM來(lái)儲(chǔ)存用戶程序。</p><p>　　只讀存儲(chǔ)器（ROM）</p><p>　　ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。它是非易失性的，它的電源消失后，仍能保存儲(chǔ)存的內(nèi)容。ROM用來(lái)存放PLC的系統(tǒng)程序。</p&g

35、t;<p>　　可以電擦除可編程的只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）</p><p>　　EEPROM是非易失性的，但是可以用編程裝置對(duì)它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，但是寫入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間比RAM長(zhǎng)得多。S7-200用EEPROM來(lái)存儲(chǔ)用戶程序和需長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)。</p><p>　　（三） PLC的工作原理</p><p>　　1、

36、 用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算</p><p>　　在數(shù)字量控制系統(tǒng)中，變量?jī)H有兩種相反的工作狀態(tài)，例如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電、觸點(diǎn)的接通和斷開，可以用邏輯代數(shù)中的1和0來(lái)表示，在波形圖中，用高電平表示1狀態(tài)，用低電平表示0狀態(tài)。</p><p>　　用繼電器電路或梯形圖可以實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“非”邏輯運(yùn)算。用多個(gè)觸點(diǎn)的串、并聯(lián)電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。</p>

37、<p>　　繼電器的線圈通電時(shí)，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開；線圈斷電時(shí)，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。梯形圖中的位元件（例如PLC的輸出點(diǎn)Q）的觸點(diǎn)和線圈也有類似的關(guān)系。</p><p>　　2、 PLC的操作模式</p><p><b>　?。?）、操作模式</b></p><p>　　PLC由兩種操作模式，即RUN（運(yùn)行）模

38、式與STOP（停止）模式。</p><p>　　在RUN模式下，通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能；而在STOP模式下，CPU不執(zhí)行用戶程序，我們可以使用編程軟件來(lái)創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到PLC中。如果有致命錯(cuò)誤，在消除它之前不允許從STOP模式進(jìn)入RUN模式。PLC操作系統(tǒng)儲(chǔ)存非致命錯(cuò)誤供用戶檢查，但是不會(huì)從RUN模式自動(dòng)進(jìn)入STOP模式。</p

39、><p>　　I/O響應(yīng)時(shí)間:指從PLC的某一輸入信號(hào)變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號(hào)的改變所需的時(shí)間。</p><p>　　PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。</p><p>　　為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。</p>

40、<p>　　以上兩個(gè)主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢一些，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期。</p><p>　　用模式開關(guān)改變操作模式</p><p>　　CPU模塊上的模式開關(guān)在STOP位置時(shí)，將停止用戶程序的運(yùn)行；在RUN位置時(shí)，將啟動(dòng)用戶程序的運(yùn)行。模式開關(guān)在STOP或TERM（Terminal，終端）位置時(shí)，

41、電源通電后CPU自動(dòng)進(jìn)入STOP模式；在RUN位置時(shí)，電源通電后自動(dòng)進(jìn)入RUN模式。</p><p>　　用STEP 7-Micro/WIN編程軟件改變操作模式</p><p>　　用編程軟件控制CPU的操作模式必須滿足下面的兩個(gè)條件：</p><p>　　在編程軟件與PLC之間建立起通信連接。</p><p>　　將PLC的模式開關(guān)放置在R

42、UN模式或TERM模式。</p><p>　　在編程軟件中單擊工具條上的運(yùn)行按鈕，或執(zhí)行菜單命令“PLC”—“RUN”（運(yùn)行），將進(jìn)入RUN模式。單擊停止按鈕，或執(zhí)行菜單命令“PLC”—“STOP”（停止），將進(jìn)入STOP模式。</p><p>　　在程序中改變操作模式</p><p>　　在程序中插入STOP指令，可以使CPU由RUN模式進(jìn)入STOP模式。<

43、/p><p>　　3、 PLC的基本工作原理</p><p>　　PLC是一種存儲(chǔ)程序的控制器。用戶根據(jù)某一對(duì)象的具體控制要求，編好程序后，編程器將程序鍵入PLC的用戶存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)。PLC的控制功能就是運(yùn)用用戶程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的。</p><p>　　PLC采用循環(huán)掃描的方式來(lái)進(jìn)行工作，即在PLC通電并完成了對(duì)硬件和軟件的初始化之后，用戶程序反復(fù)不斷地執(zhí)行，以使PLC的輸出及

44、時(shí)的響應(yīng)隨時(shí)可能變換的輸入信號(hào)，直到PLC停機(jī)或者切換到STOP狀態(tài)為止。這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。</p><p>　　PLC在RUN工作模式下，采用周期循環(huán)掃描、分時(shí)操作的工作方式，不斷地采集輸入信號(hào)、執(zhí)行用戶程序以刷新系統(tǒng)輸出；同時(shí)，完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)等工作。</p><p>　　掃描工作當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和

45、輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。</p><p>　　三、PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　（一） PLC的特點(diǎn)</p><p>　　PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的,這就使PLC具有許多其他控制器所無(wú)法相比的優(yōu)點(diǎn)。</

46、p><p>　　（1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)</p><p>　?。?）功能強(qiáng)、性價(jià)比高</p><p>　?。?）硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)</p><p>　　（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)</p><p>　　系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少</p><p>　?。?）維修工作量小，維修方便&

47、lt;/p><p>　　（7）體積小，能耗低，易于集成</p><p>　　(二) PLC的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　PLC廣泛地應(yīng)用在很多的部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　數(shù)字量邏輯控制</b></p><p>　　

48、這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用。其輸入輸出均為開關(guān)量信號(hào)，控制過(guò)程與繼電器控制系統(tǒng)最為接近，控制成本低廉，可靠性極高?？梢杂糜趩闻_(tái)設(shè)備，也可用于自動(dòng)生產(chǎn)線，還可用于民用或家庭場(chǎng)合。</p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制</b></p><p>　　使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)合的位置、速度等過(guò)程控制，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械的加工場(chǎng)合。</p>

49、;<p><b>　　閉環(huán)過(guò)程控制</b></p><p>　　通過(guò)PLC的模擬量A/D、D/A模塊，可以完成模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID（比例－積分－微分）閉環(huán)過(guò)程控制。廣泛應(yīng)用于塑料加工、鍋爐控制等設(shè)備控制。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理</b></p>&

50、lt;p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表等功能，可能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和處理，大大增強(qiáng)了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能。</p><p><b>　　通信聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　經(jīng)通訊端口，可以實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與其它智能設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置等）之間通信，組成功能強(qiáng)大的“分散控制、集中管理”的分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)（D

51、CS系統(tǒng)），為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的控制支持。</p><p>　?。ㄈ?PLC的前景</p><p>　　為了適應(yīng)市場(chǎng)的各方面的需求,各生產(chǎn)廠家對(duì)PLC不斷進(jìn)行改進(jìn),推出功能更加強(qiáng)大、結(jié)果更加完美的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來(lái)說(shuō)，朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)向超小型、專用化和低價(jià)格的方向發(fā)展，以進(jìn)行單機(jī)控制；另一個(gè)是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型

52、工廠、企業(yè)自動(dòng)化的需要[6]。</p><p>　　四、PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)</p><p>　?。ㄒ唬?PLC中的程序結(jié)構(gòu)</p><p>　　（1）可編程序控制器是專為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制而開發(fā)的通用控制器，編程簡(jiǎn)單是它的—個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，它沒(méi)有采用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，而是開發(fā)了面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題、簡(jiǎn)單直觀的PLC編程語(yǔ)言。</p><p>

53、;　　程序由兩部分組成：操作系統(tǒng)，由PLC的生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序，由用戶為了完成特定的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用程序。</p><p>　　PLC的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)IEC 61131-3規(guī)定了下述5鐘編程語(yǔ)言：順序功能圖，梯形圖，功能塊圖，指令表和結(jié)構(gòu)文本。其中較為常用的有順序功能圖、梯形圖和指令表。</p><p>　　順序功能圖，是一種位于其它編程語(yǔ)言之上的圖形語(yǔ)言，用來(lái)

54、編寫順序控制程序。它為我們提供了一種組織程序的圖形方法。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是順序功能圖中的三種主要元件。</p><p>　　梯形圖程序是使用的最多的PLC圖形編程語(yǔ)言。梯形圖程序由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，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。功能塊圖用來(lái)表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等指令。PLC的梯

55、形圖也稱之為電路或程序，是一種軟件信息，反映PLC的輸入輸出邏輯控制關(guān)系的程序軟件。需要注意的是，與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖電路不同，PLC的梯形圖不是真正的物理硬件電路，不能把他們當(dāng)做硬件電路來(lái)對(duì)待。</p><p>　　指令表程序，指令是程序中的最小獨(dú)立單位，用戶程序是由若干條順序排列的指令而構(gòu)成。一條指令一般由一個(gè)操作碼和一個(gè)操作數(shù)組成，操作數(shù)由標(biāo)識(shí)符和參數(shù)組成。操作碼定義要執(zhí)行的功能，它告訴CPU該執(zhí)

56、行什么操作；操作數(shù)為執(zhí)行該操作所需要的信息，它告訴CPU用什么去做。一般情況下，指令的操作數(shù)在PLC的存貯器中。</p><p>　?。?）S7-200的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。</p><p>　　主程序：是程序的主體，每個(gè)項(xiàng)目都必須并且只能有一個(gè)主程序。在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序。</p><p>　　子程序：子程序是可選的，僅在被其它程

57、序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。同一個(gè)子程序可以在不同地方被多次調(diào)用。使用子程序可以簡(jiǎn)化程序代碼和減少掃描時(shí)間。</p><p>　　中斷程序：用來(lái)及時(shí)處理與用戶程序的執(zhí)行時(shí)序無(wú)關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測(cè)何時(shí)發(fā)生的中斷事件。中斷程序不是由用戶程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用。中斷程序由用戶編寫。</p><p>　?。ǘ?F1—40MR的編程組件：</p><p>　　

58、F1—40MR的編程組件的名稱由字母和數(shù)字表示，它們分別表示組件的類型</p><p><b>　　和組件號(hào)。</b></p><p>　　組件號(hào)用八進(jìn)制數(shù)表示，各種編程組件的編號(hào)的取值范圍有嚴(yán)格的規(guī)定，不同的組件編號(hào)均不相同，互不重疊，具體安排如下：</p><p>　　輸入繼電器（X）：X400—X413，X500—X513</p&g

59、t;<p>　　輸出繼電器（Y）：Y430—Y437，Y530—Y537</p><p>　　定時(shí)器（T）：T50—T57，T450—T457，T550—T557，T650—T657</p><p>　　計(jì)數(shù)器（C）：C60—C67，C460—C467，C560—C567，C660—667</p><p>　　輔助繼電器（M）：M100—M377 （其

60、中M300—M377斷電保持）</p><p>　　狀態(tài)寄存器（S）： S600—S647</p><p>　　特殊輔助繼電器（M）：M70，M71，M72，M73，M76，M77等16個(gè)</p><p>　　（三）某些編程組件的使用特性及含義：</p><p>　　1、特殊標(biāo)志位（SM）存儲(chǔ)器 CPU 224編址范圍SM0.0 ～SM

61、179.7，共180個(gè)字節(jié)。其中SM0.0～SM29.7的30個(gè)字節(jié)為只讀型區(qū)域。 </p><p>　　① SMB0為狀態(tài)位字節(jié)，在每次掃描循環(huán)結(jié)尾由S7-200 CPU更新，定義如下：</p><p>　　SM0.0 RUN狀態(tài)監(jiān)控，PLC在運(yùn)行RUN狀態(tài)，該位始終為1。</p><p>　　SM0.1 首次掃描時(shí)為1，PLC由STOP轉(zhuǎn)為RUN狀態(tài)時(shí)

62、，ON（1態(tài)）一個(gè)掃描周期，用于程序的初始化。</p><p>　　SM0.2 當(dāng)RAM中數(shù)據(jù)丟失時(shí)，ON一個(gè)掃描周期，用于出錯(cuò)處理。</p><p>　　SM0.3 PLC上電進(jìn)入RUN方式，ON一個(gè)掃描周期。</p><p>　　SM0.4 分脈沖，該位輸出一個(gè)占空比為50％的分時(shí)鐘脈沖。用作時(shí)間基準(zhǔn)或簡(jiǎn)易延時(shí)。</p><p>　

63、　SM0.5 秒脈沖，該位輸出一個(gè)占空比為50％的秒時(shí)鐘脈沖?？捎米鲿r(shí)間基準(zhǔn)。</p><p>　　SM0.6 掃描時(shí)鐘，一個(gè)掃描周期為ON（高電平），另一為OFF（低電平）循環(huán)交替。</p><p>　　SM0.7 工作方式開關(guān)位置指示，0為TERM位置，1為RUN位置。為1時(shí)，使自由端口通訊方式有效。</p><p>　　② SMB1為指令狀態(tài)位字節(jié)，

64、常用于表及數(shù)學(xué)操作，部分位定義如下：</p><p>　　SM1.0 零標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，該位置1。</p><p>　　SM1.1 溢出標(biāo)志，運(yùn)算結(jié)果溢出或查出非法數(shù)值時(shí)，該位置1 。</p><p>　　SM1.2 負(fù)數(shù)標(biāo)志，數(shù)學(xué)運(yùn)算結(jié)果為負(fù)時(shí)，該位為1。</p><p>　　2、 置位／復(fù)位指令 </p>

65、<p>　　S S-BIT，N： 從起始位（S-BIT） 開始的N個(gè)元件置1。</p><p>　　R S-BIT，N： 從起始位（S-BIT）開始的N個(gè)元件清0。</p><p><b>　　3、 定時(shí)器 </b></p><p><b>　　1）工作方式分類</b></p>

66、<p>　　通電延時(shí)型（TON）、有記憶的通電延時(shí)型（保持型）（TONR）、斷電延時(shí)型（TOF）等三類。</p><p><b>　　2）時(shí)基標(biāo)準(zhǔn)分類</b></p><p>　　1ms、10ms、100ms三種類型，不同的時(shí)基標(biāo)準(zhǔn)，定時(shí)精度、定時(shí)范圍和定時(shí)器的刷新方式不同。</p><p><b>　　a. 定時(shí)精度：&l

67、t;/b></p><p>　　b. 定時(shí)范圍：定時(shí)時(shí)間T＝時(shí)基*預(yù)置值</p><p>　　時(shí)基越大，定時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，但精度越差。</p><p>　　4、 定時(shí)器工作原理分析</p><p>　?。?） 通電延時(shí)型（TON）</p><p>　　使能端（IN）輸入有效時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0開始遞增，大于

68、或等于預(yù)置值（PT）時(shí)，定時(shí)器輸出狀態(tài)位置1（輸出觸點(diǎn)有效），當(dāng)前值的最大值為32767。使能端無(wú)效（斷開）時(shí)，定時(shí)器復(fù)位（當(dāng)前值清零，輸出狀態(tài)位置0）。 </p><p>　?。?） 有記憶通電延時(shí)型（TONR） </p><p>　　使能端（IN）輸入有效時(shí)（接通），當(dāng)前值從0遞增，當(dāng)前值大于或等于預(yù)置值（PT）時(shí)，輸出狀態(tài)位置1。使能端輸入無(wú)效（斷開）時(shí)，當(dāng)前值保持（記憶），使能端（

69、IN）再次接通有效時(shí)，在原記憶值的基礎(chǔ)上遞增計(jì)時(shí)。(TONR) 定時(shí)器采用線圈的復(fù)位指令（R）進(jìn)行復(fù)位操作，當(dāng)復(fù)位線圈有效時(shí)，定時(shí)器當(dāng)前值清零，輸出狀態(tài)位置0。</p><p>　?。?） 斷電延時(shí)型(TOF) </p><p>　　使能端（IN）輸入有效時(shí)，定時(shí)器輸出狀態(tài)位立即置1，當(dāng)前值復(fù)位（為0）。使能端（IN）斷開時(shí)，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值從0遞增，當(dāng)前值達(dá)到預(yù)置值時(shí)，定時(shí)器狀態(tài)位復(fù)位置

70、0，并停止計(jì)時(shí)，當(dāng)前值保持</p><p>　　五、十字路口交通燈的介紹</p><p>　?。ㄒ唬?十字路口交通燈的原理及示意圖</p><p>　　在十字路口的東西、南北主干道上裝設(shè)紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛，人行斑馬線上裝設(shè)紅、綠燈控制行人。其控制過(guò)程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)，提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時(shí)直行禁止通行，直

71、行通行時(shí)左轉(zhuǎn)禁止通行，只有紅燈亮?xí)r該方向車輛禁止通行。主干道車輛通行時(shí)交通燈信號(hào)的變化規(guī)律為：左轉(zhuǎn)綠燈亮15秒后閃爍三次，黃燈亮2秒，然后直行綠燈亮（同時(shí)東西方向人行道綠燈亮），15秒后閃爍三次，黃燈亮2秒，然后綠燈全部熄滅，只有紅燈亮，車輛禁止通行。</p><p>　　該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠周期性地連續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)輸入信號(hào)分別控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。PLC選用三菱F1

72、—40MR基本單元，I/O接口數(shù)為24/16。</p><p>　　分析系統(tǒng)的控制模型可以看出，人行道斑馬線上的綠燈狀態(tài)與直行綠燈信號(hào)相同，可用同一個(gè)控制信號(hào)。故整個(gè)控制系統(tǒng)需設(shè)置兩個(gè)輸入接口：X400接啟動(dòng)輸入開關(guān)SB1，X401接停止輸入開關(guān)SB2；再設(shè)置九個(gè)輸出端口分別控制各信號(hào)燈。根據(jù)系統(tǒng)的控制模型和控制要求可畫出系統(tǒng)中各輸出信號(hào)的控制時(shí)序如圖三所示。</p><p>　　六、應(yīng)用

73、PLC設(shè)計(jì)十字路口交通燈</p><p>　　（一） 輸入輸出點(diǎn)分配表及接線圖</p><p>　　為了將十字路口交通燈的控制關(guān)系用PLC控制器實(shí)現(xiàn)，PLC需要1個(gè)輸入點(diǎn)作為啟動(dòng)、停止開關(guān)，9個(gè)輸出點(diǎn)。為了使用方便，所以選用三菱F1—40MR基本單元，I/O接口數(shù)為24/16。</p><p>　　交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的 PLC 輸入、輸出點(diǎn)分配表。</p>

74、;<p>　　表6.1 輸入輸出點(diǎn)分配表 </p><p>　　根據(jù)以上I/O分配表和所選定的S7-200小型PLC，得到該控制系統(tǒng)的I/O外部接線如圖二所示。</p><p><b>　?。ǘ?順序功能圖</b></p><p>　　由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和分析控制過(guò)程，得出控制規(guī)律，根據(jù)以上分析繪出順序功能圖，見(jiàn)附錄一：</p&

75、gt;<p><b>　　（三）梯形圖：</b></p><p>　　根據(jù)控制系統(tǒng)的順序功能圖，采用以轉(zhuǎn)換條件為主要的設(shè)計(jì)方法，可以編寫得到該十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的梯形圖，見(jiàn)附錄二。</p><p><b>　?。ㄋ模┲噶畋?lt;/b></p><p>　　該十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的指令表，見(jiàn)附

76、錄三。</p><p><b>　　（五）電氣元件表</b></p><p>　　該十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的所用的電氣元件表，見(jiàn)附錄五。</p><p><b>　　七、小結(jié)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的是十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，由于這個(gè)課題和我們的生活聯(lián)系很緊密，

77、所以這讓我做起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)。 </p><p>　　俗話說(shuō)萬(wàn)事開頭難，一開始我沒(méi)有頭緒，但是在老師和同學(xué)的指導(dǎo)下，我慢慢的就理解了，然后就開始了設(shè)計(jì)。首先我自己研究課題中的十字交通燈的基本要求，在了解透徹的情況下，就去查閱各種資料，然后初步確定了要以時(shí)間計(jì)時(shí)為轉(zhuǎn)換條件來(lái)進(jìn)行各工部間的聯(lián)系。接著分析了設(shè)計(jì)中可能會(huì)遇到的問(wèn)題。</p><p>　　分析了這些問(wèn)題之后，我就開始做準(zhǔn)備工作。首先

78、我先畫順序功能圖，在反復(fù)揣摩與研究后順利的完成了。然后就是確定各器件的型號(hào)。之后就是設(shè)計(jì)各器件的位置，使電路看起來(lái)整齊美觀。</p><p>　　然后我就開始畫梯形圖，在此之前，我先對(duì)順序功能圖進(jìn)行了分析，在理解之后，去查閱了一些資料，就開始畫梯形圖了。這個(gè)過(guò)程是很困難，也很考驗(yàn)人的。在反反復(fù)復(fù)，一次又一次的編譯、仿真與檢查后，最后終于成功了。</p><p>　　在這幾周的忙碌中，我學(xué)到

79、了許多，對(duì)PLC有了進(jìn)一步的了解。在老師、同學(xué)的幫助下，我完成了設(shè)計(jì)。我認(rèn)為本次設(shè)計(jì)不僅是學(xué)到了更多知識(shí)，也很好的鍛煉了我面對(duì)困難時(shí)的意志力。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　能夠順利完成這次PLC控制十字交通燈的設(shè)計(jì)，首先要感謝我的指導(dǎo)教師黃小兵老師，從開始分析設(shè)計(jì)此課題一直到現(xiàn)在的論文寫作，黃小兵老師都給了我莫大的幫助。<

80、/p><p>　　其次，也要感謝我的同學(xué)們，當(dāng)我遇到難以解決的問(wèn)題時(shí)，他們幫我去查閱資料，然后耐心的解釋給我聽(tīng)。真的很感動(dòng)，很感謝！因?yàn)槲覀兓ハ嗬斫?、互相幫助，所以我們都學(xué)到了很多東西。</p><p>　　總之，感謝老師和我的同學(xué)們，在此，向你們表示我衷心的謝意！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p&g

81、t;　　[1]宋伯生.陳東旭.PLC應(yīng)用及實(shí)驗(yàn)教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.P212</p><p>　　[2]孫同景.PLC原理及工程應(yīng)用[D]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.P256</p><p>　　[3]周波.胡修玉. 可編程控制器原理與應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社.2008.P122</p><p>　　[4]鐘肇新.范建東.馮太合

82、.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社.2008.P188</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄一：（順序功能圖）</p><p>　　附錄二：（程序梯形圖）</p><p>　　附錄三：（程序指令表）</p><p><b>　　附錄四&