plc畢業(yè)論文--基于plc的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　系 別 電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè) 機電一體化 </p><p>　　班 級

2、 機電3143 </p><p>　　姓 名 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　2016 ～ 2017 學(xué)年第 一 學(xué)期</

3、p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(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、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。 </p><p>　　隨著城市機動車量的

4、不斷增加，自80年代后期,許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，緩解交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。傳統(tǒng)的交通信號燈控制一般采用電子線路和繼電器實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高,較難實現(xiàn)功能的變更。</p><p>　　可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強，使用靈活方便

5、等優(yōu)點。特別是由PLC實現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時時間。編程容易，功能擴展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡單。本文就是基于可編程控制通過調(diào)試完成對交通信號燈的控制設(shè)計。</p><p>　　關(guān)鍵詞：可編程控制器、交通燈、設(shè)計 </p><p&

6、gt;<b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第一章 PLC的簡介2</p><p>　　1.1.PLC的應(yīng)用2</p><p>　　1.2 PLC的特點3</p><p>　　1.3 PLC的結(jié)構(gòu)4<

7、;/p><p>　　1.4 PLC的編程語言4</p><p>　　第二章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概要6</p><p>　　2.1 設(shè)計的基本原則和內(nèi)容6</p><p>　　2.2 設(shè)計的步驟和實現(xiàn)過程7</p><p>　　2.2.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟7</p><p>　

8、　2.2.2 PLC控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點8</p><p>　　第三章 交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計10</p><p>　　3.1 交通信號燈的控制要求10</p><p>　　3.2 交通信號燈的控制時序11</p><p>　　3.3 PLC硬件控制電路的設(shè)計12</p><p>　　3.3.1

9、 PLC的選型12</p><p>　　3.3.2 I/O配置表13</p><p>　　3.3.3 PLC控制電路接線圖14</p><p>　　3.4硬件安裝14</p><p>　　3.4.1安裝前的準(zhǔn)備14</p><p>　　3.4.2安裝時的注意事項15</p><p>

10、　　3.5調(diào)試過程中遇到的問題15</p><p>　　第四章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計16</p><p>　　4.1 STEP7編程軟件的概述16</p><p>　　4.2 交通信號燈程序設(shè)計過程16</p><p>　　4.2.1 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移16</p><p>　　4.2.2 交通信號燈程

11、序設(shè)計步驟18</p><p><b>　　結(jié)　論19</b></p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　附 錄20</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p

12、><b>　　引 言</b></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，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

13、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?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。</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

14、、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。專家認(rèn)為,可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一,PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。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(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制,特別對多岔路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

15、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一局域網(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>　　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(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路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。同時有些還引入觸摸屏模擬十字路口紅綠燈閃亮及車輛通行，十分

16、形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實際應(yīng)用。</p><p>　　第一章 PLC的簡介</p><p>　　自二十世紀(jì)六十年代美國推出可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），取代傳統(tǒng)繼電器控制裝置以來，PLC得到了快速發(fā)展，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶

17、需求的不斷提高，PLC在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。</p><p>　　1.1.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&g

18、t;<p>　　1、開關(guān)量的邏輯控制 </p><p>　　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><

19、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>　　PL

20、C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)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)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

21、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。</p><p><b>　　5、數(shù)據(jù)處理 </b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運算（含矩

22、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、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) </

23、b></p><p>　　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 PLC的特點</p><p>　　1、抗干擾能力強，可靠性高  </p&g

24、t;<p>　　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

25、大為減少。 </p><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P

26、LC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(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(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，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言

27、易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達(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

28、系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。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>&

29、lt;p>　　1.3 PLC的結(jié)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>&

30、lt;p>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1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1-1 PLC基本結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1.4 PLC的編程語

31、言</p><p>　　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，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

32、成。觸點電表邏輯輸入條件，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(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

33、文本語言，用指令的助記符編程，由多條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(dǎo)

34、線”連接在一起，信號自左向右流動。</p><p><b>　　4、順序功能圖</b></p><p>　　這是一種位于其他編程語言之上的圖形語言，用來編制順序控制程序。順序功能圖提供了一種組織程序的圖形方法，在順序功能圖中可以用別的語言嵌套編程。步、轉(zhuǎn)換和動作是順序功能圖中的3種主要原件。有的PLC得編程軟件有順序功能圖語言，對于沒有順序功能圖語言的PLC，可以用順

35、序功能圖來描述開關(guān)量控制系統(tǒng)的功能，根據(jù)它可以很容易設(shè)計出順序控制梯形圖程序。</p><p><b>　　5、結(jié)構(gòu)文本</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)文本是IEC61131-3標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建的一種專用的高級編程語言。與梯形圖相比，它能實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運算，編寫的程序非常簡潔個緊奏。</p><p>　　除了提供幾種編程語言供用戶選擇外，標(biāo)準(zhǔn)還允許編

36、程者在同一程序中使用多種編程語言，這使編程者能選擇不同的語言來適應(yīng)特殊的工作。</p><p>　　第二章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計概要</p><p>　　可編程序控制器的控制功能都是以程序的形式來體現(xiàn)．程序設(shè)計通常采用邏輯設(shè)計法，它是以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)過程各工步之間各檢測元件狀態(tài)的不同組合和變化，確定所需的中間環(huán)節(jié)(如中間繼電器)=再按各執(zhí)行元件所應(yīng)滿足的動作節(jié)拍表，分別列寫出

37、各自川相應(yīng)的檢測元件及中間環(huán)節(jié)狀態(tài)邏輯疽表示的布爾表達(dá)式，最后用觸點的串并聯(lián)組合在電路l進(jìn)行邏輯表達(dá)式的物理實現(xiàn)一町編程序控制器的輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)器數(shù)量相當(dāng)大，且這些器件的觸點為無限多個。</p><p>　　2.1 設(shè)計的基本原則和內(nèi)容</p><p>　　我們在學(xué)習(xí)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(dāng)中。當(dāng)然，要設(shè)計經(jīng)濟、可靠、簡潔的PLC控制系統(tǒng)，需要

38、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>　　2.1.1 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則</p><p>　　1、最大限度地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

39、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>　　2.1.2 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本內(nèi)容</p><p>　　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

40、、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><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&g

41、t;　　2.2 設(shè)計的步驟和實現(xiàn)過程</p><p>　　2.2.1 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><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&

42、gt;<p>　　4、現(xiàn)場施工完畢后進(jìn)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>　　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

43、施工。</p><p>　　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>　　2.2.2 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>　　

44、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、

45、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。

46、</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

47、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><

48、;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>&

49、lt;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。</p><p>　　第三章 交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　PLC是專門為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置，它使用了可以編程的記憶單元來存儲指令，執(zhí)行數(shù)學(xué)的和邏輯的

50、運算，并通過數(shù)字輸入輸出實現(xiàn)對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制，它以高可靠性，易操作性，靈活性廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域。</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，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

51、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

52、。</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)的要求如圖。</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>

53、<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?？刂乒δ芄ぷ?，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。&

54、lt;/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

55、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，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><

56、;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，

57、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(dá)數(shù)百個，其性能各有特點。所以，在設(shè)計時首先要盡可能考慮采用便于學(xué)習(xí)、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

58、) 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公司的產(chǎn)品，目前有SLC等產(chǎn)品；</p><p>　　3) 法國施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品；</p><p>　　4) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。</p><

59、;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。</p><p>　　下面我們著重介紹三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的一些編程元件及其功能。</p><p>　　FX系列產(chǎn)品，它內(nèi)部的編程元件，也就是支持該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等，但它們與真實元件有很

60、大的差別，一般稱它們?yōu)椤败浝^電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數(shù)量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取?</p>

61、<p>　　3.3.2 I/O配置表</p><p>　　I/O配置表如表3-1、3-2、3-3所示。</p><p>　　表3-1 輸入地址分配表 </p><p>　　表3-3 十字路口交通燈控制信號說明表</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

62、求，繪制PLC控制電路接線圖，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3十字路口交通信號燈PLC外部I/O分配及其接線</p><p>　　圖中用一個輸出點驅(qū)動兩個信號燈，如果PLC輸出點的輸出電流不夠，可以用一個輸出點驅(qū)動一個信號燈，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)動信號燈。</p><p><b>　　3.4硬件安裝</b

63、></p><p>　　3.4.1安裝前的準(zhǔn)備</p><p>　　鑒于控制要求，安裝前必須準(zhǔn)備好所需要的器件，如下表所示：</p><p>　　表4-2 器件清單</p><p>　　3.4.2安裝時的注意事項</p><p>　?。?）每個控制燈都要用萬用表檢測它的好壞并判斷它的正負(fù)極，每個電阻也要用萬用表

64、確定它的阻值。</p><p>　?。?）如果一次性不能焊接成功要把多功能電路板用密封袋裝好，防止氧化。</p><p>　?。?）在焊接時，要注意焊接的技巧，防止虛焊，使得電路板不能達(dá)到預(yù)期的效果。在電路板反面焊接時腦中要先想好每條線路的分布，防止交叉無序。把每個燈的負(fù)極用導(dǎo)線連接在一起，可以簡化電路的焊接。</p><p>　　（4）焊接好后，要用萬用表檢測每一

65、條電路是否正常。再用24V電壓給每條電路通電，確保每條電路上的燈都能亮。</p><p>　　3.5調(diào)試過程中遇到的問題</p><p><b>　　為什么不循環(huán)？</b></p><p>　　當(dāng)給了信號后系統(tǒng)正常運行，但只運行了50S就不循環(huán)了，查看系統(tǒng)沒什么不對的，最后在同學(xué)的指導(dǎo)下才知道，原來在梯形圖第四步時多加了計數(shù)器C3閉合，這使得在

66、程序進(jìn)行到C3作用時整個系統(tǒng)失去了信號，從而使系統(tǒng)只執(zhí)行一次。把C3刪除就可以實現(xiàn)循環(huán)了</p><p>　　為什么只進(jìn)行部分循環(huán)？</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)能夠循環(huán)時，在仔細(xì)一看發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)只進(jìn)行部分循環(huán)，每次循環(huán)程序逗 從10秒后開始工作，為何不從0秒循環(huán)，我仔細(xì)分析了一下，發(fā)現(xiàn)程序中的計時器T0沒有在C3出發(fā)后復(fù)位。使得程序只在10秒后循環(huán)。解決方案：在程序中加一步，在計數(shù)器出發(fā)時讓計

67、時器T0復(fù)位即可實現(xiàn)程序按只要求有序的循環(huán)。</p><p>　　第四章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計</p><p>　　用戶編寫程序的過程就是軟件設(shè)計過程。在系統(tǒng)的實現(xiàn)過程中，用戶常面臨PLC的編程問題，用戶應(yīng)當(dāng)對所選擇的產(chǎn)品的軟件功能有所了解。一般地，一個系統(tǒng)的軟件總是用于處理控制器具備的控制硬件的。但是，也有應(yīng)用系統(tǒng)需要控制硬件部件以外的軟件功能的。</p><

68、p>　　4.1 STEP7編程軟件的概述</p><p>　　STEP7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7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、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(jìn)行集中

69、管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7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

70、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

71、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)計的極好工具。</p><p>　　其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 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4-1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>

72、;<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(dāng)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(dāng)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>　

73、　4、當(dāng)SA1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

74、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>　　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

75、T3閉合，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>

76、;　　10、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

77、><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><b>　　結(jié)　論</b></p><p>　　將PLC用于對交通燈信號燈的控制, 主要是其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性同時其內(nèi)部定時器、計時器資源十分豐富, 可對目前普遍使用的漸進(jìn)式信號燈進(jìn)行精確控制, 特別對多岔路口的控制可方便的實現(xiàn)。目前一般品牌的IST內(nèi)部均配有

78、實時時鐘, 通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。另外由于IST本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能, 將同一條道路上的信號組成局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理, 可縮短車輛通行等候時間。</p><p>　　本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；可實現(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(jìn)一步的提

79、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>　　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，我對于可編程控制器有了更深入地了解，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。但由于經(jīng)驗上的不足，有些地方還需要做進(jìn)一步地改善。

80、</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　大學(xué)三年的學(xué)習(xí)和生活就要隨著這篇論文的結(jié)束而結(jié)束了。有許許多多的不舍，也有許許多多的感謝要說。畢業(yè)論文，實時上就是綜合運用三年所學(xué)知識去分析、解決一個問題，在做畢業(yè)論文的過程中，把所學(xué)知識梳理一遍，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。在設(shè)計中，我遇到過很多問題，比如課題需要用什么元器件，電路圖如何設(shè)計，

81、程序該怎么編寫等都是一點頭緒都沒有，但是我在設(shè)計的這一段時間里查詢了大量的資料：硬件設(shè)計、原理圖繪制、程序編寫測試與調(diào)試，并且在指導(dǎo)老師的幫助下我學(xué)會和懂得了很多，逐漸完成了對硬件與軟件編程兩方面設(shè)計，掌握了硬件調(diào)試、軟件調(diào)試基本方法，這些都將使我終生受益。無論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在論文的選題、資料的查詢、開題、研究和撰寫的每一個環(huán)節(jié)，都得到了xxx老師無微不至的悉心指導(dǎo)和幫助。我愿借此機會向指導(dǎo)老師表示衷心的感謝！</p>

82、;<p>　　其次要感謝所有教育過我的老師！是你們纏手給我的專業(yè)知識是我不斷成長的源泉，也是完成本論文的基礎(chǔ)。我還要向關(guān)心和支持我學(xué)習(xí)的朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關(guān)心、幫助和支持！</p><p>　　大學(xué)的生活讓我有了堅強的性格，冷靜的頭腦和永遠(yuǎn)樂觀的態(tài)度。最重要的是讓我有了責(zé)任感，對自己、對家人和對社會的責(zé)任感。</p><p>　　我愿在未來的學(xué)習(xí)和工作中，以

83、更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友。</p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　　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>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 何衍慶.可編程控制

84、器原理及應(yīng)用技巧[M]，北京，化學(xué)工業(yè)出版社，2000</p><p>　　[2] 郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)[M]，第二版，東南大學(xué)出版社 2009</p><p>　　[3] 孔凡才.自動控制原理與系統(tǒng)[M]，北京，機械工業(yè)出版社2002</p><p>　　[4] 劉洪濤、黃海.PLC應(yīng)用開發(fā)從基礎(chǔ)到實踐[M]，北京，電子工業(yè)出版社 2007&l

85、t;/p><p>　　[5] 易銘、李秀忠.PLC控制的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計[M]，2003 </p><p>　　[6] 張萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實例[M]，北京，中國電力出版社,2004</p><p>　　[7] 金發(fā)慶.傳感器應(yīng)用與技術(shù)[M]，北京，機械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[8] 周潤景、張麗娜.基于PROTEU