基于plc的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè)計）</p><p>　　論 文 題 目 智能交通燈設(shè)計</p><p>　　(英 文) the design of intelligent traffic lights</p><p>　　2015年05月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p&g

2、t;<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。專家認為，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

3、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一局域網(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)鍵字：交通燈 PLC 通訊 科學管理 漸進式交通燈 梯形圖</p><p>

4、;<b>　　Abstract</b></p><p>　　The programmable preface in PLC controller is a kind of new industry controls the device,it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator techni

5、que, automatic control technique to develop with the communication technique .It has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry p

6、rocess with the automatic control of the position inside.According to the covariance, the programmable controller</p><p>　　Keywords: The transportation light， PLC , Communication，scientific</p><p&

7、gt;　　management，enter the type gradually</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　緒論··················

8、····································

9、3;····1</p><p>　　引言····························

10、····································1<

11、;/p><p>　　智能交通燈國內(nèi)外發(fā)展狀況·······························&#

12、183;·········1</p><p>　　本課題的主要研究內(nèi)容·····················&#

13、183;·······················2</p><p>　　第二章 PLC的功能介紹·······

14、····································

15、3;··4</p><p>　　2.1 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu)···························

16、83;·············4</p><p>　　2.2 PLC的特點和應(yīng)用領(lǐng)域················

17、3;·····························6</p><p>　　2.3 PLC的工作原理·&#

18、183;····································

19、···············7</p><p>　　2.4PLC的性能指標和軟件體統(tǒng)···············

20、························· 9</p><p>　　第三章 基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計···

21、3;·············12</p><p>　　3.1 PLC型號的選定以及可行性分析················

22、····················12</p><p>　　3.2 光電計數(shù)器與選型··········

23、83;····································&

24、#183;·12</p><p>　　3.3光電計數(shù)器的鋪設(shè)·····························

25、;····················13</p><p>　　3.4設(shè)計思路···········&

26、#183;····································

27、;···········14</p><p>　　3.5 I/O地址的分配···················&#

28、183;································17</p><p>　

29、　3.6交通燈各種情況的時序分析··································

30、······18</p><p>　　3.7主程序的設(shè)計·························

31、·····························19</p><p>　　3.8運行與調(diào)試··&

32、#183;····································

33、;·················30</p><p>　　第四章 總結(jié)與展望··············

34、;····································31&

35、lt;/p><p>　　參考文獻································&#

36、183;·······························32</p><p>　　致謝

37、83;····································&

38、#183;································33</p><p>

39、<b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　目前，我國許多大中城市的交通壓力都非常大。部分交通路口的信號燈工作時間不合理，交通違章或肇事記錄不確切。所以，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的工作效率，加強交通路口的信號燈控制和安全狀況的監(jiān)控是非常重要的。</p><p&g

40、t;　　交通燈控制系統(tǒng)的發(fā)展有著悠久的歷史，伴隨著人類工業(yè)文明的發(fā)展，汽車以及其他各種交通工具呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。各種交通工具的大量使用使得人們的出行更加方便，但隨之而來的是交通的壓力越來越大，各個路口對于對于交通指揮系統(tǒng)的需求大量增加。早在1868年，全世界第一臺煤氣是紅綠兩色照明燈由英國工程師納伊特安裝在了倫敦威斯特敏斯特街口，它可以控制車輛的通行，但是不久，這種交通燈便消身匿跡了，原因是由于一場爆炸事故。盜了1914年左右，

41、交通燈又重新出現(xiàn)了，美國的克利夫蘭制造了一款由電力驅(qū)動的交通燈，它被安裝在了紐約和芝加哥等地，這種交通燈的概念已經(jīng)和現(xiàn)在大致相同。1926年，自動化控制的交通燈得到利用，這為現(xiàn)代城市交通奠定了基礎(chǔ)。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對交通燈的各種意義做出了明確的規(guī)定，綠燈行，綠燈車道的車輛可直行可左拐可右拐，如果前面有禁止標志的則除外。并且左右拐彎的車輛必須讓直行車輛和行人先行。紅燈停，紅燈車道的車輛不準超過人行道。黃燈等

42、一等，黃燈車道的車輛必須減速，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。交通燈的使用大大緩解了交通壓力，使得城市的</p><p>　　1.2智能交通燈國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，最早可以追溯到20世紀七八十年代的一系列車輛導流系統(tǒng)新技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。1991年美國通過“地面交通效率法”（ISTEA），俗稱“冰茶法案”，從此美國的IVHS研究開始進

43、入宏觀運作階段。1994年，美國將IVHS更名為ITS。之后，之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。經(jīng)過30年的發(fā)展，美國、歐洲、日本成為世界ITS研究的三大基地。</p><p>　　美國是當今世界在ITS開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展最快的國家，它從上個世紀80年代開始，先后開展了與智能汽車技術(shù)相關(guān)的PATH、IVI、VII和CVHAS等國家項目1995年3月美國交通部正是出版了“國家智能交通系統(tǒng)項目規(guī)劃”，明確規(guī)定了智能

44、交通系統(tǒng)的7大領(lǐng)域和29個用戶服務(wù)功能目前7大領(lǐng)域包括：出行和交通關(guān)系系統(tǒng)、出行需求管理系統(tǒng)、公共交通運營系統(tǒng)、商用車輛運營系統(tǒng)、電子收費系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、先進的車輛控制和安全系統(tǒng)。</p><p>　　日本于上個世紀90年代初就制定了大力發(fā)展智能交通系統(tǒng)的國家愛戰(zhàn)略，其中智能汽車作為只鞥交通的重要組成部分，也得到了深入研究。日本政府主導的先進安全汽車ASV項目已于2000年取得初步實用化成果。</p&g

45、t;<p>　　我國ITS 的發(fā)展起步較晚，70年代以來，從國外引進、消化了一些項目，并進行了一些ITS或類ITS基礎(chǔ)項目的研究和應(yīng)用。70年代中至80年代初，主要是進行城市交通信號控制試驗研究，80年代中至90年代初，在一些大城市引進和消化城市交通信號控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了一些（高速）公路監(jiān)控系統(tǒng)、高等級公路電子收費系統(tǒng)和路邊信息服務(wù)系統(tǒng)。90年代中以來，開始研究部門ITS發(fā)展戰(zhàn)略和GIS、GPS、EDI在交通中的應(yīng)用等，重視

46、交通信息網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，公路和橋梁管理用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和道路交通量和氣象數(shù)據(jù)采集等經(jīng)過多年的努力，也已取得明顯的進展。</p><p>　　1.3 本課題的主要研究內(nèi)容</p><p>　　此次設(shè)計的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)的交通燈基礎(chǔ)之上，通過PLC進行編程，設(shè)計出一款能夠根據(jù)車流量的變化來智能化調(diào)整交通燈讀秒時間的交通燈控制系統(tǒng)。要實現(xiàn)預期目的的初期設(shè)想是在十字路口東西南北各個方向上安裝光電計數(shù)器，以

47、此來統(tǒng)計各個路口的車流量，再將數(shù)據(jù)輸入計算機中央控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)預先設(shè)定的參數(shù)，智能化的判斷各個交通路口的擁堵情況，從而通過PLC控制系統(tǒng)來適當?shù)恼{(diào)整紅綠燈的讀秒時間。并且在此基礎(chǔ)之上，若交通燈路口遇到特殊車輛或者緊急情況，該系統(tǒng)也能切換到人工控制模式，實現(xiàn)強通控制，從而保證路面交通的正常運行。此系統(tǒng)不僅成本低，維護方便，而且能在最大程度上緩解交通壓力，節(jié)約交通資源。</p><p>　　本設(shè)計主要設(shè)

48、計利用PLC來實現(xiàn)十字路口交通燈的控制與監(jiān)控。通過交通中心的主機根據(jù)具體城市各路口的需要控制各個十字路口的PLC，從而控制十字路口交通燈的變化，以及對各個路口的安全狀況進行監(jiān)控，監(jiān)控機動車是否違章、是否肇事，并把記錄的結(jié)果存儲、上傳和處理。 </p><p>　　本設(shè)計的上位機采用PC機，通過安裝在十字路口的監(jiān)控設(shè)備以及移動電子監(jiān)控設(shè)備，對各個十字路口的安全狀況進行監(jiān)控。下位機采用德國西門子的S7-200系列的C

49、PU226做主機，配以擴展模塊EM222。設(shè)計中采用S7-200編程軟件進行編程。采用順序功能圖與梯形圖相結(jié)合的方法設(shè)計程序。實現(xiàn)對城市十字路口的合理控制與監(jiān)控。</p><p><b>　　PLC的功能介紹</b></p><p>　　2.1 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1 PLC的基本概念</p>

50、<p>　　PLC問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會NEMA（National Electrical Manufactory Association）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984年首先將其正式命名為PC（Programmable Controller），并給PC作了如下定義：　　“PC是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與

51、演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行PC之功能著，亦被視為PC，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。”　　以后國際電工委員會(IEC)又先后頒布了PLC標準的草案第一稿，第二稿,并在1987年2月通過了對它的定義：　　“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計

52、數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)</p><p>　　2.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　1.中央處理器（CPU）</p><p>　　CPU是PLC的核心部件，CPU模塊在PLC中相當于大腦和心臟，是整個PLC控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。它的主要功能

53、如下：</p><p>　?、?接受和儲存用戶程序和數(shù)據(jù)</p><p>　?、?掃描現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，存入數(shù)據(jù)區(qū)</p><p>　?、?檢測和診斷電源，PLC內(nèi)部電路工作狀態(tài)和程序中的語法錯誤</p><p>　?、?從存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過指令解釋后，去開啟或關(guān)閉相關(guān)控制電路，完成相關(guān)的邏輯運算和算術(shù)運算。</p>

54、;<p>　?、?根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新相關(guān)標識位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實現(xiàn)輸出控制，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。</p><p>　　PLC中采用的CPU一般有三大類：通用處理器、單片機芯片和微處理器。其中小中型PLC一般采用微處理器或單片機，而大型的PLC大多采用高速位片式處理器。檔次越高，PLC的位次也越多，運行的速度越快，功能也會更強大。</p><p>

55、<b>　　2.存儲器</b></p><p>　　存儲器一般分兩種：系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理下運行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運行所需要的資源，I/O寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復雜的控制功能。常用的存儲器類型有CMOS RAM、EPROM、EEPROM.由于系統(tǒng)程

56、序用來管理PLC系統(tǒng)，用戶不能直接存儲，因此PLC產(chǎn)品中所說的存儲類型及其容量，是指用戶程序存儲器而言。PLC中所配用的用戶存儲器的容量大小有較大差別，小型的在8K以下，大型的可以達到256K.</p><p>　　3.輸入輸出（I/O）模塊</p><p>　　輸入模塊和輸出模塊簡稱I/O模塊，他是聯(lián)系外部設(shè)備和CPU模塊的橋梁。PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的

57、，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，輸出模塊用來送出PLC運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。PLC有多重I/O模塊，常見的有數(shù)字I/O模塊、模擬量I/O模塊、快速響應(yīng)模塊，高速計數(shù)模塊和PID

58、控制模塊等。</p><p><b>　　4.電源</b></p><p>　　PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源，用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲器和I/O接口等電路工作所需的直流電源。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等級的直流電源。小型的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

59、，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都有專門的外部電源部件，驅(qū)動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。為防止PLC內(nèi)部重要數(shù)據(jù)的丟失，PLC還帶有鋰電池作為后備電源。</p><p><b>　　5.編程器</b></p><p>　　編程器用來生成用戶程序，一般分為手持式編程器和圖形編程器。手持式編程器不能直

60、接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令表程序，因此又叫做指令編輯器。它的體積小，價格便宜，一般用來給小型的PLC編程，或者用與現(xiàn)場調(diào)試和維護。圖形編程器既可以用指令語句進行編程，又可以用梯形圖編程；既可聯(lián)機編程，又可脫機編程，操作方便、功能強。</p><p>　　現(xiàn)在，很多PLC都可以用計算機作為編程工具，在計算機上直接生成和編輯梯形圖或指令表，并可以實現(xiàn)其轉(zhuǎn)換。最重要的是這種程序可以存盤或者打印，也可通過網(wǎng)絡(luò)

61、遠程傳送。</p><p><b>　　6.其他外部設(shè)備</b></p><p>　　PLC還包含有一些其他的外部設(shè)備，如合適磁帶機、打印機、EPROM寫入器等。</p><p><b>　　打印機</b></p><p><b>　　計算機</b></p>&l

62、t;p><b>　　盒式磁帶機</b></p><p><b>　　條碼掃描儀</b></p><p><b>　　輸出設(shè)備</b></p><p>　　輸入設(shè)備 </p>&

63、lt;p>　　圖2-1 PLC的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2 PLC的特點和應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　2.2.1 PLC的特點</p><p>　　1、高可靠性　?。?）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離?！　。?）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10~20ms.　　（3）各模

64、塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾?！　。?）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源?！　。?）對采用的器件進行嚴格的篩選。　?。?）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴大?！　。?）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高?！　?、豐富的I/O接口模塊　　PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位；

65、 強電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接?！　×硗鉃榱颂岣卟僮餍阅埽€有多種人-機對話的接口模塊; 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。　　3、采用模塊化結(jié)構(gòu)　　為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模</p><p>　　2.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域<

66、/p><p>　　1.開關(guān)量的邏輯控制。取代傳統(tǒng)的繼電器，不僅可以控制單臺設(shè)備，也可以控制多機群及自動化流水線，這是它應(yīng)用的最廣泛的領(lǐng)域。</p><p>　　2.模擬量與過程控制。可以對溫度、壓力、流量、液位等模擬量進行控制，還可以用于位置控制、速度控制以及過程控制等。</p><p>　　3.運動控制。PLC可以用于圓周運動或者直線運動的控制，驅(qū)動步進電機或者伺服電

67、機，PLC廣泛的應(yīng)用于機械、機床、機器人等。</p><p>　　4.數(shù)據(jù)處理?？梢赃M行數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、排序、查表等一系列操作，也可以通過通信設(shè)備傳輸?shù)絼e的設(shè)備。</p><p>　　5.通信聯(lián)網(wǎng)。通過雙絞線或者同軸電纜等可實現(xiàn)PLC與PLC之間或者PLC與計算機之間的信息交換。易于建立工廠的自動化辦公網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　2.3 PLC的工作原理&

68、lt;/p><p>　　CPU不斷的執(zhí)行用戶的程序和任務(wù)的語句，這一過程稱為掃描。一個掃描的周期包括輸入、執(zhí)行、處理、自診斷、輸出等過程。這一過程的運行時循環(huán)往復不斷經(jīng)行的。它的過程如圖2-2所示。</p><p>　　PLC由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)兩部分組成。再硬件系統(tǒng)滿足要求，軟件系統(tǒng)已經(jīng)編制好的情況下，它會不斷的執(zhí)行軟件系統(tǒng)以及預設(shè)好的指令代碼。掃描周期和用戶程序不是一個概念，掃描周期包括用

69、戶程序。即使用戶程序不執(zhí)行，掃描周期也在繼續(xù)，只是這一過程不再包含用戶程序、輸入、輸出這三個方面。</p><p>　　1.自診斷測試掃描。PLC的自監(jiān)視過程不僅可以保障設(shè)備還可以實時的反映故障。時間監(jiān)視器完成這種自監(jiān)視。當一個掃描周期開始時，PLC中的硬件計時器會自動的更新。而用戶可以根據(jù)自己的需要來修改WDT，它的數(shù)值在100到200，而且設(shè)計人員可以通過標志位來處理錯誤的結(jié)果。</p><

70、;p>　　2.與網(wǎng)絡(luò)進行通信的掃描。大型有網(wǎng)絡(luò)的PLC有網(wǎng)絡(luò)掃描過程，而小型的PLC則沒有這種掃描過程。PLC與PLC之間以及PLC與計算機之間可以通過網(wǎng)絡(luò)寬帶來進行通信。</p><p>　　3.用戶程序掃描。只要機器是正常運行的，那么，該掃描過程會移植存在。用戶可以通過軟件來根據(jù)自己的需要來有目的的控制這一過程。掃描過程的時間與用戶程序的長短有著密切的關(guān)系。</p><p>　　

71、4.讀輸入與寫輸出掃描。同樣，只要機器是正常運行的，這一過程貫穿于整個掃描過程。并且該過程同樣是可控的。如果CPU要處理程序，它不從及既不從輸入點讀取，也不直接送到輸出點。而是通過計算機內(nèi)部的輸入映像寄存器和輸出映像寄存器。輸入映像寄存器控制輸入值，而輸出映像寄存器則保存運算的結(jié)果。在一個掃描過程中，輸入點的狀態(tài)會被所入到輸入映像寄存器，而一樣，輸出映像寄存器的指會被所入到相應(yīng)的輸出點。未來滿足現(xiàn)場施工和運作的要求，PLC支持I/O接口

72、可受用戶控制的特點。用戶可以鎖定或者開鎖I/O接口，而且鎖定后，I/O接口的掃描過程便不再運行。這一過程的好處是，可以有效的節(jié)約I/O端口的掃描時間，提高效率。</p><p>　　在讀輸入階段，CPU對各個輸入端子進行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，CPU按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進行掃描，PLC在執(zhí)行用戶程序時會事先參考輸入映像寄存器和輸出映像寄

73、存器，最后將結(jié)果傳送到輸出映像寄存器中。程序執(zhí)行時，就算輸入子端變化，這一個工作周期，輸入寄存器也不會改變，只是會在下一個周期被讀入。同樣，輸出鎖存器會鎖定輸出映像寄存器，通過輸出電路，這一結(jié)果會被輸出。</p><p>　　由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點：</p><p>　?、?掃描過程周而復始地進行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。</p><p>

74、;　?、?輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個工作周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，CPU采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。</p><p>　　⑶ 程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結(jié)果或下一個掃描周期的輸出結(jié)果。此時的修改不會影響輸出

75、鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。</p><p>　?、?對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。</p><p>　　各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是PLC的主

76、要缺點。各PLC廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對所使用型號的PLC的延遲時間的長短很清楚，它是進行PLC選型時的重要指標。</p><p>　　2.4 PLC的性能指標和軟件系統(tǒng)</p><p>　　2.4.1 PLC的性能指標</p><p>　　1.編程語言及指令功能.。PLC常用的編程語言有梯形圖、語言表、流程圖等。對于特定廠家生產(chǎn)的PLC，其編程

77、語言不同，若PLC可用多種語言編程，則其可移植性較好。PLC的指令條數(shù)和綜合性指標能夠反映出該PLC的功能強弱。</p><p>　　2.I/O點數(shù)。I/O點數(shù)是指系統(tǒng)所能接入和輸出的總的最大數(shù)量。通常用I/O點總數(shù)表示I/O開關(guān)量，而用I/O通道數(shù)表示模擬量。</p><p>　　3.用戶程序儲存容量。用戶程序儲存容量是指存放用戶程序的儲存器的容量，用字節(jié)K表示。對于一般的邏輯操作指令，

78、一條指令占一個字節(jié)，而對于計時、計數(shù)和位移等則要占用兩個字節(jié)，數(shù)據(jù)操作通常要占用2~4個字節(jié)。</p><p>　　4.掃描速度。指執(zhí)行1024條基本指令用時。</p><p>　　5.內(nèi)部寄存器的配置與容量。輔助繼電器、計時器、計數(shù)器、移位寄存器、特殊繼電器等都叫做內(nèi)部寄存器。這些內(nèi)部寄存器可用于存放各種數(shù)據(jù)，內(nèi)部寄存器的大小與多少直接影響用戶編程的靈活與方便。</p>&

79、lt;p>　　6.其他的功能。例如輸入與輸出方式、特殊功能模塊、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、高數(shù)計數(shù)、遠程I/O能力和監(jiān)控功能等。</p><p>　　2.4.2 PLC的軟件系統(tǒng)</p><p>　　PLC的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是相輔相成的，就像一個人的骨骼和血肉一樣。骨骼是支撐整個身軀的硬性指標，沒有骨骼其他的就無從說起，而血肉也是一個人正?；顒铀仨毜摹LC的軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)程序

80、和用戶程序。</p><p><b>　　1.系統(tǒng)程序</b></p><p>　　系統(tǒng)程序是由PLC生產(chǎn)廠家提供，并且固化在EPROM中，用戶不能直接讀取。系統(tǒng)程序由管理程序、編譯程序、標準程序三個部分組成。管理程序用于對PLC輸入、輸出、運算等操作的時間順序的管理，規(guī)定數(shù)據(jù)和程序的存放地址。編譯程序則是把程序語言翻譯成機器語言的程序。標準模塊程序由多個獨立的程序模

81、塊組成，每個程序模塊完成一種獨立的功能。根據(jù)要完成不同的共組來選擇不同的功能模塊。</p><p><b>　　2.用戶程序</b></p><p>　　用戶程序是指根據(jù)不同的工作要求，用戶用PLC程序語言編制的應(yīng)用程序，以實現(xiàn)各種控制要求。小型的PLC很簡單，整個程序不用分段，按順序編制。但是大型的PLC的用戶程序很復雜。為了簡化用戶編程的難度，可以把用戶程序劃分為

82、程序模塊，通過模塊的組合來組成一個大的完整的用戶程序。</p><p><b>　　用戶程序的模塊：</b></p><p>　?、?組織模塊。用于控制主程序的運行方式及個組織模塊的組織關(guān)系。</p><p>　?、?程序模塊。按電氣控制的要求，把不同的控制內(nèi)容劃分為程序段。</p><p>　?、?功能模塊。用來描述特

83、定功能的程序模塊。它的使用使得PLC超出了傳統(tǒng)的順序邏輯、計時、計數(shù)等功能。</p><p>　?、?步進模塊。用于步進順序操作。</p><p>　?、?數(shù)據(jù)模塊?？捎脕泶娣艛?shù)據(jù)，可以是固定的數(shù)據(jù)或者是可變的數(shù)據(jù)，類似于寄存器。</p><p>　　基于PLC的智能交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　3.1 PLC型號的選定以及可行性分

84、析</p><p>　　本設(shè)計擬采用三菱FX2―64MR―001型PLC,此型號是PLC家族中最先進的PLC之一。它具有一些顯著的特點：最大范圍的包容了標準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能、適合世界各個國家不同的電源以及滿足單個需要的大量特殊功能模塊，因此在選定的過程中，他有著廣泛的選定范圍。它的各方面參數(shù)如下：I/O總數(shù)為64、輸入數(shù)目為32、輸出數(shù)目為32、型號為漏型。采用24V、400mA直流電源，它

85、優(yōu)良的快速斷開端子塊使得接著線纜也可以更換單元，并且它的遠程維護功能使得遠處的編程軟件可通過調(diào)制解調(diào)器通信來監(jiān)測、上載和卸載程序和數(shù)據(jù)。與其他PLC相比，本PLC價格便宜，功能齊全，除了有著速度、邏輯、定位等優(yōu)越之處而且還安裝簡單，維修方便。本設(shè)計中的十字路口東西南北四個方向各有一個光點計數(shù)器來統(tǒng)計通過車子的輛數(shù)，再加上啟動開關(guān)和停止開關(guān)總共需要6個輸入接口。而東西南北每個方向各有紅綠黃燈一個，一起總共有交通信號燈12個，也就是需要12

86、個輸出接口。據(jù)此看來，選擇三菱FX2―64MR―001型PLC完全能夠滿足要求。</p><p>　　3.2光電計數(shù)器與選型</p><p>　　3.2.1光電計數(shù)器的原理 </p><p>　　光電計數(shù)器是通過光感應(yīng)器將物理信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栠M而進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計的一種器械，現(xiàn)在市面上的觀點感應(yīng)器種類繁多，其基本原理如圖：</p><p>　　圖3

87、-1 光電計數(shù)器的基本原理</p><p>　　信號產(chǎn)生：由發(fā)光二極管將電信號轉(zhuǎn)化成光信號，有電流經(jīng)過時會發(fā)出光來。 </p><p>　　信號采集：發(fā)光二極管的PN節(jié)處通過管殼的玻璃窗口能夠接受外部光源從而將光信號轉(zhuǎn)變成電信號。</p><p>　　信號處理：對信號進行放大和整形。</p><p>　　數(shù)字顯示：通過十進制計數(shù)芯片將電信號轉(zhuǎn)

88、變成可讀的數(shù)字。</p><p>　　光電計數(shù)器的電路圖如下：</p><p>　　圖3-2 光電計數(shù)器的電路圖</p><p>　　3.2.2光電計數(shù)器的選擇</p><p>　　普通的光電開關(guān)在市面上種類繁多，而且價格便宜，基于本設(shè)計對于光電計數(shù)器的要求較高，要求光電計數(shù)器在各種氣象條件下均能保持良好的運行狀態(tài)，并且使用壽命長，無需經(jīng)常更

89、換。在參考市面上各種光電計數(shù)器的性能指標以及相對經(jīng)濟性的情況下，本設(shè)計擬采用樂清市柳市普邦接近開關(guān)廠生產(chǎn)的NI35-CP40-FZ3X2型號光電開關(guān)，該開關(guān)采用最常用的無接觸檢測解決方案。即接近傳感器是電感型的，即通過電磁波，來感應(yīng)經(jīng)過傳感器檢測面附近的金屬物體。該鏟平采用專用的IC，抗干擾能力強，并且檢測距離是普通產(chǎn)品的1.5到2倍。該產(chǎn)品的抗噪能力強，漏電流為0.6mA，殘留電壓3.5V以下。接近開關(guān)與電纜接近部位采用強化電纜使其彎

90、曲度和使用壽命是一般開關(guān)的9倍以上。別且該開關(guān)內(nèi)部還內(nèi)置過壓，過流，反接保護電路。</p><p>　　圖3-3 NI35-CP40-FZ3X2型光電開關(guān) </p><p>　　3.3光電計數(shù)器的鋪設(shè)</p><p>　　通過對路面車流量長期的觀測，以及對數(shù)據(jù)經(jīng)行分析，最終和小組成員討論出將光電計數(shù)器安裝在距離十字路口30米出較為合適。通過

91、光電計數(shù)器的計數(shù)，可以統(tǒng)計出在路口為紅燈時光電計數(shù)器到十字路口交叉口處這一段范圍內(nèi)的車輛數(shù)。進而完成對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作。十字路口的情況以及光電計數(shù)器的鋪設(shè)狀況如圖：</p><p>　　圖3-4 十字路口光電計數(shù)器的鋪設(shè)情況</p><p>　　3.4設(shè)計思路 </p><p>　　正常時序時：交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下</p>

92、<p>　　1.一個啟動開關(guān)控制信號，當起動開關(guān)接通時，信號系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。倘若要所有信號燈熄滅，則關(guān)閉啟動開關(guān)。</p><p>　　2.南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮則信號系統(tǒng)應(yīng)該停止運行，并報警。</p><p>　　3.南北紅燈亮維持25S。在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，東西綠燈持續(xù)亮20S。到20S時，東西綠燈閃爍3S，之后熄滅。在

93、東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮2S后熄滅。到2S時，當東西黃燈熄時，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。</p><p>　　4.東西紅燈亮維持30S。南北綠燈亮25S。然后南北綠燈閃爍3S，熄滅。同時在南北綠燈熄滅的時候，南北黃燈亮2S后熄滅，這時南北紅燈，東西綠燈。</p><p><b>　　5.周而復始。</b></p><p>　

94、　設(shè)計思路的流程圖如下：</p><p><b>　　南北的車流量小于</b></p><p><b>　　東西的車流量</b></p><p><b>　　南北的車流量</b></p><p><b>　　大于東西的</b></p><

95、;p><b>　　車流量</b></p><p><b>　　南北的車流量小于</b></p><p><b>　　東西的出流量</b></p><p><b>　　南北的車流量大</b></p><p><b>　　于東西的車流</

96、b></p><p><b>　　量</b></p><p>　　圖3-5設(shè)計流程圖 </p><p>　　當啟動開關(guān)打開時，南北方向綠燈亮，東西方向紅燈亮，在南北方向的綠燈和東西方向的紅燈亮的過程中，東西南北各個方向的計數(shù)器持續(xù)計數(shù)。30s后將南北方向的計數(shù)器讀數(shù)相加得到數(shù)據(jù)N1，東西方向的計數(shù)器讀數(shù)

97、相加得到數(shù)據(jù)D1，將南北方向的數(shù)據(jù)N1和東西方向的數(shù)據(jù)D1，進行比較倘若N1＞＝D1，則南北方向的綠燈繼續(xù)持續(xù)30s，東西方向的紅燈繼續(xù)持續(xù)30s，這一過程中計數(shù)器在上一個30s的基礎(chǔ)上持續(xù)累加。30s后，南北方向的計數(shù)器讀數(shù)相加得到數(shù)據(jù)N2，東西方向的計數(shù)器讀數(shù)相加得到讀數(shù)D2，將南北方向的數(shù)據(jù)N2與東西方向的數(shù)據(jù)D2經(jīng)行比較，倘若N2＞＝D2，則南北方向的綠的繼續(xù)持續(xù)30s東西方向的紅燈繼續(xù)持續(xù)30s。30s后，南北方向的綠燈閃爍3

98、s，3s后綠燈變?yōu)辄S燈，在這一過程中，東西方向依然保持為紅燈，且持續(xù)時間為5s。5s過后，南北方向自動變?yōu)榧t燈，而東西方向自動變?yōu)榫G燈，且東西南北四個方向的計數(shù)器都要清零。東西方向的綠燈持續(xù)30s，南北方向的紅燈持續(xù)30s，且30s后將東西方向的車流量與南北方向的車流量進行比較，比較的結(jié)果如上，如此循環(huán)往復。而且在上面的第一次比較過程中，倘若南北方向的車流量小于</p><p><b>　　規(guī)劃中可以看

99、到。</b></p><p>　　3.5 I/O地址的分配</p><p>　　圖3-6 I/O地址的分配</p><p>　　在此設(shè)計過程中東西南北每個方向各有紅綠黃三個交通信號燈，因此交通信號燈的總數(shù)為12個，也就是輸出端口必須有12個。而東西南北每個方向各有一個光電計數(shù)器，加上啟動按鈕和停止按鈕，也就是輸入端口必須有6個。本設(shè)計采用三菱FX2―64

100、MR―001型PLC，如圖所示，該接線的輸入采用220V的交流，而輸出則采用12V的直流端口分配為：</p><p>　　3.6交通燈各種情況的時序分析</p><p>　　根據(jù)上面的設(shè)計可以知道，每一次當一個方向的綠燈持續(xù)30s，另一個方向的紅燈持續(xù)30s后會經(jīng)行一次判斷，判斷的結(jié)果有兩種，而在經(jīng)過另一個30s后會進行另一次判斷，判斷的結(jié)果又有兩種。由于第一種情況與第二種情況之間有著遞進

101、的關(guān)系，因此可以分析出總共的可能情況有三種：</p><p>　　1.開始時南北方向為綠燈，東西方向為紅燈，經(jīng)過30s后，南北方向綠燈閃爍，再變?yōu)辄S燈，接著變?yōu)榧t燈，而東西方向則變?yōu)榫G燈。</p><p>　　2.開始時南北方向為綠燈，東西方向為紅燈，經(jīng)過30s后，南北方向依然為綠燈，東西方向依然為紅燈；再經(jīng)過30s后，南北方向的綠燈開始閃爍，接著變?yōu)辄S燈，在變?yōu)榧t燈，而東西方向則變?yōu)榫G燈

102、。</p><p>　　3.開始時南北方向為綠燈，東西方向為紅燈，進過30s后，南北方向依然為綠燈，東西方向依然為紅燈；在經(jīng)過30s后，南北方向還是綠燈，東西方向還是紅燈；在經(jīng)過第三個30s后，南北方向的綠燈開始閃爍，接著變?yōu)辄S燈，再變?yōu)榧t燈，而東西方向則由紅燈變?yōu)榫G燈。</p><p>　　如此分析下來，這三次情況之間有著高度的相似性，且每一次情況與上一次之間有著一定的聯(lián)系，程序循環(huán)執(zhí)行

103、，根據(jù)不同的比較結(jié)果可以對交通燈讀秒時間進行智能的控制，有效的控制十字路口的車流量?，F(xiàn)就第二種情況對交通燈經(jīng)行時序分析，分析結(jié)果如下：</p><p>　　圖3-7 各交通燈路口的時序情況</p><p>　　3.7 主程序的設(shè)計</p><p>　　在主程序的設(shè)計過程中，由于要用到各種計時器，計數(shù)器，輸入及輸出繼電器，輔助繼電器，寄存器等，因此提前將可能用到的原件

104、符號以及其所對應(yīng)的意義先給出：</p><p>　　X0 啟動按鈕 X1 北方輸入</p><p>　　X2 南方輸入 X3 西方輸入</p><p>　　X4 東方輸入 X5 停止按鈕</p><p>　　Y1 南北方向綠燈

105、 Y2 南北方向黃燈</p><p>　　Y3 南北方向紅燈 Y4 東西方向綠燈</p><p>　　Y5 東西方向黃燈 Y6 東西方向紅燈</p><p>　　M100 啟動記憶輔助繼電器 </p><p>　　M10、M11、M12 比較輔助繼電器</p><p&

106、gt;　　M20、M21、M22比較輔助繼電器</p><p>　　T0南北紅燈定時 T1東西紅燈定時</p><p>　　T2東西綠燈平光 T3東西綠燈閃爍</p><p>　　T4東西黃燈定時 T5南北綠燈平光</p><p>　　T6南北綠燈閃爍 T

107、7南北黃燈定時</p><p>　　具體的程序設(shè)計圖如下：</p><p><b>　　圖3-8 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-9 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-10 梯形圖</b></p><p><b&

108、gt;　　圖3-11 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-12 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-13 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-14 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-15 梯形圖&l

109、t;/b></p><p><b>　　圖3-16 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-17 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-18 梯形圖</b></p><p><b>　　圖3-19 梯形圖</b></p&g

110、t;<p><b>　　圖3-20 梯形圖</b></p><p><b>　　運行程序語句表：</b></p><p>　　0 LD X000</p><p>　　1 OR M100</p><p>　　2 ANI X005</

111、p><p>　　3 OUT M100</p><p>　　4 LD M100</p><p>　　5 ANI T1</p><p>　　6 OUT T0 K300</p><p>　　9 LD T0</p><p&

112、gt;　　10 OUT T1 K300</p><p>　　13 LD M100</p><p>　　14 ANI T0</p><p>　　15 OUT T2 K250</p><p>　　18 LD T2</p><p

113、>　　19 OUT T3 K30</p><p>　　22 LD T3</p><p>　　23 OUT T4 K20</p><p>　　26 LD T0</p><p>　　27 OUT T5 K250</p>

114、<p>　　30 LD T5</p><p>　　31 OUT T6 K30</p><p>　　34 LD T6</p><p>　　35 OUT T7 K30</p><p>　　38 LD M100</p>&

115、lt;p>　　39 ANI T5</p><p>　　40 OUT Y001</p><p>　　41 LD M100</p><p>　　42 ANI T1</p><p>　　43 OUT Y001</p><p>　　44 LD

116、 T1</p><p>　　45 CALL P10</p><p>　　48 LD T1</p><p>　　49 CMP D5 D6 M10</p><p><b>　　56 MPS </b></p><p&g

117、t;　　57 LD M10 </p><p>　　58 OR M11</p><p><b>　　59 ANB </b></p><p>　　60 OUT M1</p><p><b>　　61 MPP </b></p>

118、<p>　　62 AND M12</p><p>　　63 OUT M2</p><p>　　64 LD M1</p><p>　　65 OR Y001</p><p>　　66 ANI T5</p><p>　　67

119、 OUT Y001</p><p>　　68 LD M1</p><p>　　69 OR Y006</p><p>　　70 ANI T1</p><p>　　71 OUT Y006</p><p>　　72 LD

120、 T5</p><p>　　73 CALL P10</p><p>　　76 LD T5</p><p>　　77 CMP D5 D6 M20</p><p>　　84 MPS </p><p>　　85 LD

121、 M20</p><p>　　86 OR M21</p><p><b>　　87 ANB</b></p><p>　　88 OUT M3</p><p><b>　　89 MPP</b></p><p>　　90

122、 AND M22</p><p>　　91 OUT M4</p><p>　　92 LD M3</p><p>　　93 ORI Y001</p><p>　　94 ANI T5</p><p>　　95 OUT

123、 Y001</p><p>　　96 LD M3</p><p>　　97 OR Y006</p><p>　　98 ANI T1</p><p>　　99 OUT Y006</p><p>　　100 LD

124、 T5</p><p>　　101 ANI T3</p><p>　　102 AND T10</p><p>　　103 OUT Y001</p><p>　　104 LD T3</p><p>　　105 ANI

125、 T4</p><p>　　106 OUT Y002</p><p>　　107 LD T4</p><p>　　108 OR Y003</p><p>　　109 ANI T0</p><p>　　110 OUT Y

126、001</p><p>　　111 LD T4</p><p>　　112 OR Y004</p><p>　　113 ANI T2</p><p>　　114 OUT Y004</p><p>　　115 LD T

127、4</p><p>　　116 CALL P11</p><p>　　119 LD M4</p><p>　　120 OR Y001</p><p>　　121 ANI T6</p><p>　　122 AND T10</p&g

128、t;<p>　　123 OUT Y001</p><p>　　124 LD T6</p><p>　　125 ANI T7</p><p>　　126 OUT Y002 </p><p>　　127 LD T7</p&

129、gt;<p>　　128 OR Y003</p><p>　　129 ANI T0</p><p>　　130 OUT Y003</p><p>　　131 LD T7</p><p>　　132 OR Y004</p>&l

130、t;p>　　133 ANI T2</p><p>　　134 OUT Y004</p><p>　　135 LD T7</p><p>　　136 CALL P11</p><p>　　139 LD M2</p><p>　　

131、140 OR Y001</p><p>　　141 ANI T6</p><p>　　142 AND T10</p><p>　　143 OUT Y001</p><p>　　144 LD T6</p><p>　　145 ANI

132、 T7</p><p>　　146 OUT Y002</p><p>　　147 LD T7</p><p>　　148 OR Y003</p><p>　　149 ANI T0</p><p>　　150 OUT Y003<

133、/p><p>　　151 LD T7</p><p>　　152 ANI T2</p><p>　　153 OUT Y004</p><p>　　154 LD T7</p><p>　　155 CALL P11</p><p&g

134、t;　　158 LD T7</p><p>　　159 ANI T11</p><p>　　160 OUT T10 K5</p><p>　　163 LD T10</p><p>　　164 OUT T11 K5</p&g

135、t;<p><b>　　167 FEND</b></p><p><b>　　168 P10</b></p><p>　　169 LDP X000</p><p>　　171 MOV K0 D1</p><p>　　176 MOV

136、 K0 D2</p><p>　　181 MOV K0 D3</p><p>　　186 MOV K0 D4</p><p>　　191 LD X001</p><p>　　192 INCP D1</p><

137、p>　　195 LD X002</p><p>　　196 INCP D2</p><p>　　199 LD X003</p><p>　　200 INCP D3</p><p>　　203 LD X004</p><p>　　204 IN

138、CP D4</p><p>　　207 LD T1</p><p>　　208 ADD D1 D2 D5</p><p>　　215 LD T1</p><p>　　216 ADD D3 D4 D6</p>