基于PLC交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、目 錄第一章 緒 論11.1 交通燈的發(fā)展史11.2 我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀2第二章 plc的基礎(chǔ)知識32.1 plc的由來32.2 plc的結(jié)構(gòu)42.3 plc的特點和功能52.3.1 plc的特點52.3.2 plc的功能62.4 可編程控制器的分類、應(yīng)用及發(fā)展62.4.1 可編程控制器的分類62.4.2 可編程控制器的應(yīng)用72.4.3 可編程控制器的發(fā)展方向72.5 plc的工作原理82.5.1 工作原理82.5.2 plc的工作過程92.6 plc系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟102.7 plc硬件系統(tǒng)設(shè)計方法122.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計122.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)122.7.3 可編

2、程序控制器的機型選擇122.7.4 輸入/輸出模板的選擇132.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件132.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計13第三章 plc編程軟件cx-programmer的使用簡介143.1 cx-p編程軟件的主要功能143.2 cx-p編程軟件的使用：153.2.1 繪制梯形圖153.2.2 程序的檢查和編譯203.2.3下載程序213.2.4 程序的調(diào)試及監(jiān)控213.2.5 主要按鈕圖標22第四章 倒計時計數(shù)功能及其實現(xiàn)234.1 簡述234.2 數(shù)碼顯示管234.2.1 數(shù)碼管的分類234.2.2 數(shù)碼管引腳圖244.2.3 數(shù)碼管的驅(qū)動方式244.2.4 數(shù)碼管參數(shù)254.2.5 恒流驅(qū)

3、動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響25第五章 基于plc的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計275.1 控制要求：275.2 i/o分配表275.3 交通燈i/o分布圖285.4 交通燈工作流程圖295.5 交通燈工作時序圖305.6 梯形圖31第六章 總結(jié)與展望366.1 總結(jié)366.2 展望36致謝37參考文獻38附錄a：39附錄b：41摘 要古老的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來實現(xiàn)的，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來越不能滿足日益增長的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今plc技術(shù)飛快發(fā)展，應(yīng)用越來越廣，在工業(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

4、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。本論文就是運用plc原理來實現(xiàn)對十字路口的交通燈的控制，介紹了基于可編程序控制器在交通系統(tǒng)的運用，系統(tǒng)介紹了可編程序控制器的基本原理。我們所設(shè)計出來的交通燈必須美觀、大方、經(jīng)濟適用、有多種變化，為了達到要求，并考慮到節(jié)省電子元件的成本，以達到最大經(jīng)濟效益，運用歐姆龍系列的plc來控制紅綠燈的變化，經(jīng)過對現(xiàn)今交通燈控制系統(tǒng)進行實地考察，選擇一種最優(yōu)方案，用以在一定程度上緩解目前交通壓力。關(guān)鍵詞：交通燈；plc；自動控制abstractthe most ancient traffical light c

5、ontrol unit was designed by digital electric circuit. with the development of science and technology,the traffic light which designed by electric circuit can not contain the increseing pressure of the traffical day by day,so we must find a new method to replace the control unit which is complex and

6、worked insteady.nowaday,the technical of programbal logic controller advanced raiply,and use more and more wide.plc（programmable controller）is one of the most important components of the industry automation. plc provide automation solution across a broad range of many industries. with the developmen

7、t of science and technology, the function of plc is more and more perfect, and its get smaller, smarter, more interoperable, more reliable.this thesis was designed by plc to control the traffical light.we design a traffical lightbased on application of plc in the traffic system, this paper systemati

8、cally describes the foundational principium,the request of the design must be beautiful, generous, the economy apply, has many varieties. should request for the sake of attain, and consider the cost of the economical electronics component, to attain the biggest and economic performance,adopt little

9、programbal logic controller to control the change of the traffical light,we have checed the present traffic control unit,shoose a best plan,in orde to alleviate the present traffic pressure.keywords: traffic light；plc ；tutomatic allies control第一章 緒 論1.1 交通燈的發(fā)展史當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一

10、技術(shù)在19世紀就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅

11、綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 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。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅

12、燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，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。 隨著中國加入wto，我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應(yīng)具有可靠性。1.2 我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，交通問題成為制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展的一個大問題，我國的人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，人、車、路

13、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。隨著社會的發(fā)展，一個城市的交通是否便捷是衡量其是否具有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜?，目前，我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是那些大城市，隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。如何采用合適

14、的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，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。因此選擇一個最優(yōu)的放行時間是解決交通擁堵問題的根本，現(xiàn)在也有很多城市開始考慮用gps定位系統(tǒng)來檢測路口的車流量從而實現(xiàn)交通燈的智能控制即根據(jù)路口的車流量來控制交通，這種方法雖說能很大程度上緩解交通壓力，但以目前的經(jīng)濟條件還不能完全實現(xiàn)。那么，我覺得最經(jīng)濟最實用的做法就是根據(jù)現(xiàn)今路口的實際車流量來確定好放行時間，本論文就是通過對路口車流量的實際考察然后確定最優(yōu)循環(huán)時間，運用plc原理來完成多交通燈的最優(yōu)控制。而且，近年來隨著科技的飛速發(fā)展，

15、plc的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在工業(yè)控制和自動控制的plc應(yīng)用系統(tǒng)中，plc具有很強的抗干擾性， plc往往是作為一個核心部件來使用。 第二章 plc的基礎(chǔ)知識2.1 plc的由來 可編程控制器（programmable controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與

16、個人計算機（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。 在19世紀60年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： 1編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 2維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 3可靠性高于繼電器控制裝置； 4體積小于繼

17、電器控制裝置； 5數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機； 6成本可與繼電器控制裝置競爭； 7輸入可以是交流115v； 8輸出為交流115v，2a以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； 9在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更； 10用戶程序存儲器容量至少能擴展到4k。 1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出第一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。 這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。

18、1971日本從美國引進了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺plc。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應(yīng)用。 在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：“plc是一種專門為在工業(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。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成

19、一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計?！?.2 plc的結(jié)構(gòu)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從結(jié)構(gòu)上分，plc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。如圖2-1所示：2.3 plc的特點和功能2.3.1 plc的特點（1）高可靠性plc的高可靠性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）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；2）各輸入端

20、均采用r-c濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms；3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾；4）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；5）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；6）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。（2）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； 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。另外為了提

21、高操作性能，它還有多種人-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，大多數(shù)plc均采用模塊化結(jié)構(gòu)。plc的各個部件，包括cpu，電源，i/o等均采用模塊化設(shè)計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。（4）編程簡單易學(xué)plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。（5）安裝簡單，維修方便plc不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與plc相應(yīng)的i/o端相連接

22、，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運行。2.3.2 plc的功能 （1）邏輯控制 （2）定時控制 （3）計數(shù)控制 （4）步進(順序)控制 （5）pid控制 （6）數(shù)據(jù)控制：plc具有數(shù)據(jù)處理能力。 （7）通信和聯(lián)網(wǎng) （8）其它：plc還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，crt模塊。2.4 可編程控制器的分類、應(yīng)用及發(fā)展2.4.1 可編程控制器的分類（1）小型plc 小型plc的i/o點數(shù)一般在128點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，

23、整個硬件融為一體，除了開關(guān)量i/o以外，還可以連接模擬量i/o以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運算、計時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。（2）中型plc 中型plc采用模塊化結(jié)構(gòu)，其i/o點數(shù)一般在2561024點之間。i/o的處理方式除了采用一般plc通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。（3）大型plc 一般i/o點數(shù)在1024點以上的稱為大型plc。大型plc的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功

24、能強，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型plc還可以采用三cpu構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機器的可靠性更高。 plc可以分為整體式和模塊式兩種2.4.2 可編程控制器的應(yīng)用 plc廣泛應(yīng)用于機械制造、石化、冶煉、電力、輕紡、汽車、交通及各種機電產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 典型的應(yīng)用有：順序控制、過程控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)、顯示打印。2.4.3 可編程控制器的發(fā)展方向（1）向體積更小、速度更快的方向發(fā)展 微電子技術(shù)及電子電路裝配工藝的不斷改進，都會使plc的體積更加小，以便于嵌入到任何小型的機器和設(shè)備之中。（2）向大型化、高可靠性及多功能方面發(fā)展 大型plc向著容量大、智能高、通信

25、功能強的方向發(fā)展。對于大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進行綜合自動控制的plc，大多已采用多cpu的結(jié)構(gòu)，有閉環(huán)控制的pid模塊、模擬量的模糊控制，自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能。（3）與其他工業(yè)控制產(chǎn)品的結(jié)合 在大型自動控制系統(tǒng)中計算機和plc在應(yīng)用功能方面互相融合、互補、滲透，使控制系統(tǒng)的性價比不斷提高。2.5 plc的工作原理2.5.1 工作原理 圖 2-2 plc原理圖plc是一種微機控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機相同，但在應(yīng)用時，可不必用計算機的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把plc等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如圖3-1所示。 （1）輸入部

26、分這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是plc與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號等連接的端口。每個端子可等效為一個內(nèi)部繼電器線圈，線圈號即輸入接點號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動，其驅(qū)動電源可由plc的電源部件提供(如直流24v)，也可由獨立的交流電源(如交流110v)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點，供設(shè)計plc控制程序時使用。（2）內(nèi)部控制電路這部分的作用是運算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。plc程序一般用梯形圖形式表示。梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，

27、pic程序中的動合、動斷觸點、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在plc內(nèi)部還設(shè)有定時器、計數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷觸點只能在plc內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。（3）輸出部分這部分的作用是驅(qū)動外部負載。在plc內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無限多軟件實現(xiàn)的動合、動斷觸點，可在plc內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出端只有一個硬件的動合觸點與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負載；如圖3-1所示。外部負載的驅(qū)動電源接在輸出公共端(com)上。2.5.2 plc的工

28、作過程plc一般采用循環(huán)掃描方式工作。當plc加電后，首先進行初始化處理，包括清除io及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查i/o單元的連接等。開始運行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段。（1）公共處理階段這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢查io總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自行進行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。（2）執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段當有簡易編程器、圖形編程器、打印機等外部設(shè)備與plc相連時，則plc在每次循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。（3）程序執(zhí)

29、行階段 在這個階段，cpu將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進行處理，包括邏輯、算術(shù)運算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。（4）輸入、輸出更新階段plc的cpu在每個掃描周期進行一次輸入來進行輸出更新。cpu對各個輸入端進行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備。這種對輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是plc工作的重要特點。2.6 plc系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟如圖2-3 流程所示，plc控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟可以分為：（1）根據(jù)生產(chǎn)過程分析控制要求，對于復(fù)雜的控制系

30、統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動作的順序和條件，對于簡單的系統(tǒng)可以省去這步；（2）根據(jù)控制要求確定所需要的輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定plc的i/o點數(shù)；（3）選擇plc的機型及其容量。選型十規(guī)模要適當，功能相當，結(jié)構(gòu)緊湊，考慮負載能力及其環(huán)境因數(shù)；（4）定義輸入、輸出點名稱，分配plc的i/o點，設(shè)計i/o連接圖；（5）根據(jù)plc所要完成的任務(wù)及其應(yīng)該具備的功能，進行plc程序設(shè)計，同時進行控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。圖 2-3 plc系統(tǒng)設(shè)計步驟2.7 plc硬件系統(tǒng)設(shè)計方法2.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計1plc控制系統(tǒng)類型（1）由plc構(gòu)成的單機控制系統(tǒng)。（2）由plc構(gòu)成的集中控

31、制系統(tǒng)。（3）由plc構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。（4）用plc構(gòu)成遠程i0控制系統(tǒng)。2系統(tǒng)的運行方式（1）手動運行方式。 （2）半自動運行方式。 （3）自動運行方式。2.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)1工藝要求2設(shè)備狀況3控制功能4i0點數(shù)和種類5系統(tǒng)的先進性2.7.3 可編程序控制器的機型選擇1cpu的功能2i/0點數(shù)3響應(yīng)速度4指令系統(tǒng)5機型選擇的其他考慮2.7.4 輸入/輸出模板的選擇1數(shù)字量輸入模塊的選擇2數(shù)字量輸出模塊的選擇3模擬量模塊的選擇4智能i0模塊的應(yīng)用選擇2.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件1系統(tǒng)硬件配置圖2模塊統(tǒng)計表3i0硬件接口圖及i0地址表 2.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計1供電系統(tǒng)的保護措施

32、2電源模塊的選擇4i0模塊供電電源設(shè)計5系統(tǒng)接地設(shè)計6可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計7電纜設(shè)計和敷設(shè)第三章 plc編程軟件cx-programmer的使用簡介本設(shè)計主要涉及的是軟件cx-programmer的編程應(yīng)用以及與外接設(shè)備的模擬仿真，cx-programmer 是omron公司新的編程軟件，適用于c、cv、cs1系列 plc，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調(diào)試以及監(jiān)控，同時還具有完善的維護等功能，使得程序的開發(fā)及系統(tǒng)的維護更為簡單、快捷。3.1 cx-p編程軟件的主要功能cx-p編程軟件可以實現(xiàn)梯形圖或語句表的編程、編譯檢查程序、程序和數(shù)據(jù)的上載及下載、設(shè)置plc的設(shè)定區(qū)、對plc的

33、運行狀態(tài)或內(nèi)存數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和測試、打印程序清單、文檔管理等功能。cx-p編程軟件界面的外觀如圖3-1所示。編程界面包括標題欄、菜單條、工具條、狀態(tài)欄以及5個窗口（可用“視圖”菜單中的“窗口”項來選擇顯示窗口）圖3-1 cx-p編程軟件界面3.2 cx-p編程軟件的使用： 用cx-p編程軟件編制用戶程序可按以下步驟進行：啟動cx-p軟件、建立新工程文件、繪制梯形圖、編譯程序、下載程序和監(jiān)視程序運行等。3.2.1 繪制梯形圖 本設(shè)計的關(guān)鍵在于運用cx-p編程軟件繪制梯形圖。下面簡要說明使用cx-p軟件編寫梯形圖的過程。（1）先用鼠標選取工具條中的“常開觸點”按鈕，然后在如圖b-4所示的梯形圖編輯窗

34、口中，單擊第一條指令行的開始位置，將彈出如圖3-2所示的新接點對話框，輸入圖中的各項內(nèi)容后，按“確定”鍵。圖3-2 “輸入常開觸點”窗口（2）圖3-3顯示第一個觸點已經(jīng)輸入到第一行的起始位置。觸點的上方是該常開觸點的名稱和地址，下方是注釋。觸點左側(cè)的紅色標記表示該觸點所在的指令條存在邏輯錯誤或者不完整。圖3-4 顯示常開觸點如果想改變觸點的顯示方式，可利用“工具”菜單中的“選項”命令來實現(xiàn)。圖3-5 “選項”窗口（梯形圖信息）（3）若要在第一個觸點的右邊串接一個常閉觸點，可先用鼠標選取工具條中的“常閉觸點”按鈕，然后單擊第一個觸點的右邊位置，在彈出的對話框中輸入相應(yīng)的內(nèi)容，完成第二個觸點的輸入

35、。（4）若要在第一行的最后輸入一個線圈，可用鼠標選取工具條中的“新線圈”按鈕，然后按照上述的方法完成線圈的輸入。當光標離開線圈時，軟件會自動將該線圈調(diào)整到緊靠右母線的位置，如圖3-6所示。當線圈輸入完畢后，第一個觸點左側(cè)的紅色標記就會自動消失。圖3-6 添加輸出線圈如果要改變右母線在梯形圖中的顯示位置，可以通過“工具”菜單中的“選項”命令來實現(xiàn)。選項窗口如圖3-7所示，只要改變圖中“初始位置（單元格）”的數(shù)值即可。圖3-7 “選項”窗口（梯形圖）（5）若要在第一個觸點的下方并聯(lián)一個常開觸點，可用鼠標選取工具條中的“新的縱線”按鈕，再點擊第一個觸點的右邊位置，添加一條縱線，此時軟件會在第一個觸點

36、的下方自動插入空行。然后按照第一步的方法，在第一個觸點的下方添加一個常開觸點。，如圖3-8所示：圖3-8 添加縱線和常開觸點（6）如果要在梯形圖第二行的行首輸入常開觸點20000，可以用復(fù)制和粘貼命令來完成。輸入定時器線圈時，可用鼠標單擊工具條中的“指令盒”按鈕，并點擊第二行右邊的空白處輸入“001”，在“操作數(shù)”欄的第二行輸入定時器的定時常數(shù)“#300”，將出現(xiàn)如圖3-9的對話框，在該窗口中輸入定時器指令和操作數(shù)后，按“確定”鍵，顯示的內(nèi)容如圖3-10所示。 圖3-9 “輸入定時器指令”窗口圖3-10 顯示定時器指令（7）如果要在梯形圖中插入一個定時器的常開或常閉觸點，可依照第三步的方法來完

37、成。輸入右移指令srd(75)和指令mov(21)時方法與輸入時間指令相同。（8）輸入程序結(jié)束指令“end”。用鼠標選取工具條中的“指令盒”按鈕，并點擊梯形圖中第三行的起始處，在彈出窗口的“指令”欄中輸入“end”，按“確定”鍵后，顯示的內(nèi)容如圖3-11所示。至此，全部程序輸入完畢完整程序截圖見附錄a。圖3-11 添加end指令 梯形圖程序編輯完成后，可以通過雙擊工程窗口中“新程序”下的“符號”項，顯示本地符號表，查看該程序段中各符號的使用情況。詳見附錄b。3.2.2 程序的檢查和編譯可以通過“plc”菜單中的“程序檢查選項”命令來實現(xiàn)程序編輯過程的語法、數(shù)據(jù)等檢查，當出現(xiàn)錯誤時，會在相應(yīng)指令

38、條的左母線前出現(xiàn)紅色標記，并在輸出窗口中顯示錯誤信息。 程序編輯完成后，單擊工具條中的“編譯程序”按鈕，或者選擇“程序”菜單中的“編譯”命令進行程序的編譯，檢查程序的正確性，編譯的結(jié)果將顯示在輸出窗口中。當“錯誤”的級別較高時，可能會導(dǎo)致程序無法運行，而“警告”的級別較低，程序仍然可以運行。3.2.3下載程序程序編譯完成后，要將程序傳送到plc中，可以按照以下3個步驟進行。（1）使用專用電纜連接plc與計算機，并在離線的狀態(tài)下進行plc的接口設(shè)置。（2）選擇“plc”菜單中的“在線工作”命令，或點擊工具條上的“在線工作”按鈕，在出現(xiàn)的確認對話框中，選擇“是”，建立起plc與計算機的通信。此時c

39、pu面板上的通信燈不斷閃爍，梯形圖編輯窗口的背景由白色變?yōu)榛疑?，表明系統(tǒng)已經(jīng)正常進入在線狀態(tài)。（3）開始下載程序。選擇“plc”菜單中的“傳送”命令，在彈出的下拉菜單中點擊“到plc”，將出現(xiàn)下載選項對話框，在選項中選取“程序”，并確認，就可以實現(xiàn)程序的下載。也可點擊工具條中的“傳送到plc”按鈕來實現(xiàn)程序的下載。3.2.4 程序的調(diào)試及監(jiān)控（1）程序監(jiān)控 首先選擇“plc”菜單中“操作模式”下的“運行”或“監(jiān)視”命令，plc開始運行程序；然后選取“plc”菜單中的“監(jiān)視”命令，使程序進入監(jiān)控狀態(tài)，以上操作也可利用工具條中的快捷按鈕實現(xiàn)。進入程序的監(jiān)控狀態(tài)后，梯形圖窗口中被點亮的元件表示是導(dǎo)通

40、的，否則為斷開。通過“查看”窗口也能實現(xiàn)程序的運行監(jiān)視。將要觀察的地址添加到查看窗口中，利用元件值信息就可知道該元件的工作情況。 （2）暫停程序監(jiān)控 暫停監(jiān)視能夠?qū)⒊绦虻谋O(jiān)視凍結(jié)在某一時刻，這一功能對程序的調(diào)試有很大幫助。觸發(fā)暫停監(jiān)視功能可以用手動觸發(fā)或者觸發(fā)器觸發(fā)來實現(xiàn)，步驟如下。1）在監(jiān)視模式下，選擇需要暫停監(jiān)視的梯級。2）單擊工具條中“以觸發(fā)器暫?！卑粹o，在出現(xiàn)的對話框中選擇觸發(fā)類型：手動或觸發(fā)器。若選擇觸發(fā)器，則在“地址和姓名”欄中鍵入觸發(fā)信號地址，并選擇“條件”類型。當觸發(fā)的條件滿足時，“暫停監(jiān)視”將出現(xiàn)在剛才所選擇的區(qū)域。要恢復(fù)完全監(jiān)視，可再單擊“以觸發(fā)器暫停”按鈕。若選擇手動，監(jiān)

41、視開始后，等屏幕中出現(xiàn)所需的內(nèi)容時，單擊工具條中“暫?！卑粹o，使暫停監(jiān)視功能發(fā)生作用。要恢復(fù)完全監(jiān)視，可再次單擊“暫?！卑粹o。（3）強制操作 強制操作是指對梯形圖中的元件進行強制性地賦值，來模擬真實的控制過程，以驗證程序的正確性。先選中要操作的元件，再點擊“plc”菜單中的“強制”命令，此時，進行強制操作的元件會出現(xiàn)強制標記。元件的強制操作可通過相同的方法解除。（4）在線編輯程序 下載完成后，程序變成灰色，將無法進行直接修改，但可利用在線編輯功能來修改程序，提高編程效率。先選擇要編輯的對象，再點擊程序菜單中“在線編輯”命令，在彈出的子菜單中選擇“開始”，此時，編輯對象所在的梯級的背景將由灰色變

42、為白色，表示可以對其進行編輯。當編輯完成時，利用程序菜單的“在線編輯”中的“發(fā)送修改”命令將修改的內(nèi)容傳送到plc。傳送結(jié)束后，梯級的背景又會變成灰色，處于只讀狀態(tài)。 3.2.5 主要按鈕圖標“在線工作”按鈕： “編譯程序”按鈕：“編譯plc程序”按鈕： “監(jiān)視模式”按鈕：“運行模式”按鈕： “以觸發(fā)器暫?！卑粹o：第四章 倒計時計數(shù)功能及其實現(xiàn)4.1 簡述本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計時顯示功能。以南北方向為例，數(shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1。然后又從紅燈的設(shè)置時間最大值往下減，一直減到1。接下來又顯示綠燈時間，如此循環(huán)。按日常中的交通燈系統(tǒng)來講，系統(tǒng)應(yīng)該有4個

43、兩位的led數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控制板上的四個路口。因為四個方向的數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以我們可以把它們同樣對待，也就是說各個方向的數(shù)碼管個位（把數(shù)碼管第二位定義為個位，第一位定義為十位）用一組信號線控制，十位用另一組信號線控制，各組信號線均為4根。下面先介紹一下數(shù)碼顯示管的相關(guān)內(nèi)容：4.2 數(shù)碼顯示管4.2.1 數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一

44、起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮。當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。4.2.2 數(shù)碼管引腳圖根據(jù)管腳資料，我們可以判斷該系統(tǒng)使用的是七段的共陰極數(shù)碼管。 圖4-1 led數(shù)碼管引腳圖 led數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電

45、阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有12 ma，最大極限電流也只有1030 ma，所以它的輸入端在5 v電源或高于ttl高電平(3.5 v)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。4.2.3 數(shù)碼管的驅(qū)動方式 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。（1）靜態(tài)顯示驅(qū)動：靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的i/o端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度

46、高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來驅(qū)動，要知道一個89s51單片機可用的i/o端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯

47、示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)設(shè)計所用的是動態(tài)顯示驅(qū)動方式。4.2.4 數(shù)碼管參數(shù)8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示。范圍一般為0.25-20英寸。 長*寬*高：長數(shù)

48、碼管正放時，水平方向的長度； 寬數(shù)碼管正放時，垂直方向上的長度；高數(shù)碼管的厚度。數(shù)碼管使用的電流與電壓：電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15ma；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為4-5ma，峰值電流50-60ma。 電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少。當紅色時，使用1.9v乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使用2.1v乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。4.2.5 恒流驅(qū)動與非恒流驅(qū)動對數(shù)碼管的影響（1）顯示效果：由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。

49、另外，當溫度變化時驅(qū)動芯片還要能夠自動調(diào)節(jié)輸出電流的大小以實現(xiàn)色差平衡溫度補償。（2）安全性：即使是短時間的電流過載也可能對發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級聯(lián)延時開關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對發(fā)光二極管的損害。 超大規(guī)模集成電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超過一定值時可自動關(guān)斷，并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。第五章 基于plc的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計5.1 控制要求： 1、系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動開關(guān) on 則系統(tǒng)工作；起動開關(guān) off 則系統(tǒng)停止工作。. 2、控制對象有六個： 東西方向紅燈兩

50、個，南北方向紅燈兩個； 東西方向黃燈兩個，南北方向黃燈兩個； 東西方向綠燈兩個，南北方向綠燈兩個。 3、控制規(guī)律： 設(shè)計的交通信號燈自動控制系統(tǒng)主要完成東、西、南、北四個方向紅、黃、綠燈的時間控制，控制功能描述如下： （1）東西向紅燈亮30秒，綠燈亮17秒，綠燈閃3秒（周期為1秒），黃燈閃5秒（周期為1秒）； （2）南北向紅燈亮25秒，綠燈亮22秒，綠燈閃3秒（周期為1秒），黃燈閃5秒（周期為1秒）；5.2 i/o分配表 表5-1輸 入輸 出啟動：00000停止：00001南北綠燈：01000南北黃燈：01001南北紅燈：01002東西綠燈：01003東西黃燈：01004東西紅燈：010055.3 交通燈i/o分布圖 由于cpm1a-40cdr輸出i/o口共16點，因此作為交通燈設(shè)計必須對輸出進行擴展。其資源分配如下：圖5-1 i/o分布圖5.4 交通燈工作流程圖圖5-2 工作流程圖5.5 交通燈工作時序圖控制描述：當啟動開關(guān)接通時，首先是東西向紅燈亮并維持30秒，在東西向紅燈亮的同時，南北綠燈亮但只維持22秒。到22秒時，南北綠燈開始閃亮3秒后熄滅，南北黃燈再閃亮5秒，然后南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，