畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）交通信號(hào)燈PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第v頁(yè)交通信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(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plc設(shè)計(jì)方案。可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程

2、控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。plc可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì),可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)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(jī)器人、cad/cam將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于plc具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性,同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富,可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制,特別對(duì)多岔路口的控制可方

3、便地實(shí)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(shí),plc本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號(hào)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(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理.由于plc具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)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(shí)有些還引入觸摸屏模擬十字路口紅綠燈閃亮及車輛通行，十分形象地顯示出了plc在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 交通燈；plc；程序；設(shè)計(jì)stoplight plc control system designabst

4、ract the emergence of traffic lights, so traffic can be effectively controlled, for ease traffic flow, increase road capacity and reduce traffic accidents have remarkable results. in order to achieve traffic management, advanced traffic management sought and scientific. programmable controller with

5、control of traffic light control system and the system software and hardware design, proved that the system simple, economic, effective in easing traffic congestion, improve traffic junction capacity. analysis of the modern urban traffic control and management status, combined with the traffic situa

6、tion described the traffic light control system working principle of a simple and practical urban traffic light control system plc design. programmable logic controller's position in industrial automation is extremely important, widely used in various industries. with the development of technolo

7、gy, programmable controller features more sophisticated and smaller, low cost, high reliability, in the modern industry in a more prominent role. plc programmable logic controller is a microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology fro

8、m a new type of industrial control devices. it has a simple structure, convenient programming, and higher reliability, has been widely used in industrial processes and control of the location. according to statistics, the programmable controller is the most widely used industrial automation equipmen

9、t in a device. experts believe, plc will become the primary means of industrial controls an important infrastructure and one of, plc, robotics, cad / cam will be the three pillars of industrial production. as the plc with the use of environmental adaptability features, while its internal timer resou

10、rces are very rich, the current widespread use of "progressive" precise control of lights, in particular the control of multi-fork can be easily achieved. therefore, the plc is now increasingly used in traffic lights system. meanwhile, plc itself with communications networking, will be the

11、 same signal on the road to form a unified lan, scheduling management, vehicle traffic can reduce the waiting time to realize the scientific management. as the plc with the use of environmental adaptability features, while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of &qu

12、ot;progressive" signal for precise control, particularly control over the fork can be easily achieved. therefore, the plc is now increasingly used in traffic lights system. while some also introduces touch-screen simulation of vehicle traffic crossing lights flash and the very image of the plc

13、to show the traffic light system in practical application.key words：traffic lights；program; design目 錄摘 要iabstractii1 緒 論11.1 概述11.2 可編程控制器的簡(jiǎn)介21.2.1 plc的應(yīng)用21.2.2 plc的特點(diǎn)31.2.3 plc的結(jié)構(gòu)和工作方式41.2.4 plc編程語(yǔ)言51.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容62 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要72.1 設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容72.2 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過程73 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)123.1 交通信號(hào)燈的控制要求123.2 交

14、通信號(hào)燈的控制時(shí)序133.3 plc硬件控制電路的設(shè)計(jì)143.3.1 plc的選型143.3.2 i/o配置表153.3.3 plc控制電路接線圖174 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)174.1 step7編程軟件的概述184.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程184.2.1 plc的狀態(tài)轉(zhuǎn)移184.2.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟194.3 交通信號(hào)燈的plc程序20結(jié) 論22致 謝1參考文獻(xiàn)2 遼寧科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第6頁(yè)1 緒 論1.1 概述據(jù)一項(xiàng)對(duì)美國(guó)主要城市交通狀況的調(diào)查顯示：1982年至2000年，美國(guó)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(shí)間和汽油浪費(fèi)而帶來的經(jīng)濟(jì)

15、損失每年高達(dá)680億美元。以廣州為例來講，現(xiàn)在市區(qū)平均車速只有每小時(shí)12公里。用這個(gè)目標(biāo)速度代入歐美標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)總值：每年耗費(fèi)1.5億小時(shí)，減少生產(chǎn)總值117億元。相當(dāng)于該市整個(gè)生產(chǎn)總值的7%。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，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(huì)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。當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)

16、的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè)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(jì)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)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本設(shè)計(jì)介紹了一個(gè)智能交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：對(duì)某市區(qū)的四個(gè)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(shí)中控中心能改變其周期；對(duì)路口違章的機(jī)動(dòng)車能夠即時(shí)拍照，并提取車牌號(hào)。在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)，計(jì)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(jì)算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)

17、揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計(jì)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(shí)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。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)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(shí)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(shí)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(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(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plc設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩?/p>

18、制器簡(jiǎn)稱為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(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)中，plc在其他領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)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(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)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(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎╬rogrammable logic controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器

19、為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。1.2 可編程控制器的簡(jiǎn)介1.2.1 plc的應(yīng)用目前，plc在國(guó)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(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾個(gè)方面：1、開關(guān)量的邏輯控制 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(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)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。2、模擬量控制 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(shí)現(xiàn)

20、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。 3、運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)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)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)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(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 4、過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)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。p

21、id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(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 5、數(shù)據(jù)處理 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、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(chǔ)在存儲(chǔ)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

22、系統(tǒng)。 6、通信及聯(lián)網(wǎng) 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(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)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。1.2.2 plc的特點(diǎn)1、抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高  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(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(dòng)及觸頭在開閉時(shí)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(shí)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

23、和時(shí)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。 而plc采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)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(zhǎng)，可靠性大大提高。2、配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 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(chǎng)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

24、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。 3、易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 plc作為通用工業(yè)控制計(jì)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(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)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(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 plc用存儲(chǔ)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(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改

25、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(chǎng)合。 5、體積小，重量輕，能耗低 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(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。1.2.3 plc的結(jié)構(gòu)plc 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)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(gè)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。plc

26、的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。 接受接口部件輸出 中央處理單元 cpu板輸入接口部件驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 受控元件 電 源 部 件圖2-1 plc基本結(jié)構(gòu)框圖1.2.4 plc編程語(yǔ)言采用面向控制過程、面向問題、簡(jiǎn)單直觀的plc進(jìn)行編程，其編程語(yǔ)言常用的有：梯形圖、語(yǔ)句表、功能圖等。1、梯形圖梯形圖是使用最多的plc圖形編程語(yǔ)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(shí)器、

27、計(jì)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。2、語(yǔ)句表語(yǔ)句表又叫指令表，它是一種類似于微機(jī)的匯編語(yǔ)言中的文本語(yǔ)言，用指令的助記符編程，由多條語(yǔ)句組成一個(gè)程序段，可以實(shí)現(xiàn)某些不能用梯形圖或功能塊圖表示的功能。3、功能塊圖功能塊圖使用類似于布爾代數(shù)的圖形邏輯符號(hào)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(hào)自左向右流動(dòng)。1.3 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容（1） 交通信號(hào)燈的控制要求（2） 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序（3） plc應(yīng)將控制電路設(shè)計(jì)

28、（4） 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程（5） 交通信號(hào)燈的plc程序因?yàn)槭墙煌舻膯纹瑱C(jī)控制設(shè)計(jì)，所以要了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個(gè)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(shí)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(shí)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。（這一小節(jié)寫你的整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，即把第三、四兩章的內(nèi)容做綜合總結(jié)?。┻|寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第22頁(yè)2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要2.1 設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容我們?cè)趯W(xué)習(xí)了plc的大量相關(guān)知識(shí)后，要能夠把其運(yùn)用在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中。當(dāng)然，要

29、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠、簡(jiǎn)潔的plc控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。那么，我們首先來看一下plc控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容。一、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1、最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；2、保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全；3、滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和維修方便；4、選擇plc時(shí)，要考慮生產(chǎn)和工藝改進(jìn)所需的余量。二、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容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(dòng)的控制對(duì)象；2、分配i/o，設(shè)計(jì)電氣接線圖，考慮安全措施；3、選擇適合系統(tǒng)的plc；4、設(shè)計(jì)程序；5、調(diào)試程序，一個(gè)是模擬調(diào)試，一個(gè)是聯(lián)機(jī)調(diào)試；6、設(shè)計(jì)控制柜，編寫系統(tǒng)

30、交付使用的技術(shù)文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細(xì)表。7、驗(yàn)收、交付使用。2.2 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過程一、plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1、對(duì)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(jì)思路；2、設(shè)計(jì)梯形圖；3、程序輸入plc模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止；4、現(xiàn)場(chǎng)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；5、編寫技術(shù)文件；6、交付使用。我們?cè)谠O(shè)計(jì)流程圖時(shí)，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(jì)plc接線圖以及電氣施工圖；5) 程序設(shè)計(jì)和控制柜接線施工。 具體的設(shè)計(jì)步驟框圖如圖2-1所示。分析控

31、制要求確定i/o設(shè)備選擇plc分配i/o、設(shè)計(jì)電氣圖編寫流程圖設(shè)計(jì)梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查調(diào)試滿足ny聯(lián)機(jī)調(diào)試滿足nn編制技術(shù)文件交付使用設(shè)計(jì)控制柜現(xiàn)場(chǎng)連接圖2-1控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟框圖二、plc控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點(diǎn)plc執(zhí)行程序的過程分為三個(gè)階段，即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階段。1、輸入采樣階段 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(shí)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(huì)改變，輸入狀態(tài)的變化只有在下一個(gè)掃描周期的輸入處理階段

32、才能被采樣到。2、程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，plc對(duì)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(shí)，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(shí)，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(duì)于元件映象寄存器來說，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過程而變化。3、輸出刷新階段程序執(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(dòng)外部負(fù)載。因此，plc在一個(gè)掃描周期內(nèi)，對(duì)

33、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(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)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(gè)掃描周期內(nèi)，集中一段時(shí)間對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。在用戶程序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。在一個(gè)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(duì)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。對(duì)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(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入/輸出設(shè)備隔離，從根

34、本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。而對(duì)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(zhǎng)，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。從上述分析可知，當(dāng)plc的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到plc輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為plc輸入/輸出響應(yīng)滯后。對(duì)一般的工業(yè)控制，這種滯后是完全允許的。應(yīng)該注意的是，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(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì)plc應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)

35、應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。3 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 交通信號(hào)燈的控制要求隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號(hào)燈發(fā)揮的作用越來越大，正因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘?hào)燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時(shí)，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號(hào)燈不合理使用或設(shè)置，也會(huì)影響交通的順暢。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要遵循一定的原則和要求。交通信號(hào)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(hào)燈分為機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈、道路與鐵路平面交叉道口信號(hào)燈。交通信號(hào)燈用于道路平面交叉路口，通過對(duì)車輛、行人發(fā)出行進(jìn)或停止的指令，使各

36、個(gè)方向同時(shí)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。在本設(shè)計(jì)中，我們僅以機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈為例，來說明它的控制要求。一般的十字路口交通信號(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖3-1所示，其南北和東西每個(gè)方向各有紅、綠、黃三種信號(hào)燈，為確保交通安全，對(duì)其控制系統(tǒng)的要求如下。圖3-1交通燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖1、采用plc構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號(hào)燈的電氣控制系統(tǒng)上電后，交通指揮信號(hào)控制系統(tǒng)由由一個(gè)3位轉(zhuǎn)換開關(guān)sa1控制。sa1手柄指向左45°時(shí)，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?，按照如圖3-2所示工作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。sa1手柄指向中間

37、0°時(shí)，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(shí)，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。2、信號(hào)燈的控制原則 1) 當(dāng)東西方向允許通行（綠燈）時(shí)，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(shí)，東西方向應(yīng)禁止通行（紅燈）。2) 在綠燈信號(hào)要切換為紅燈信號(hào)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(hào)：綠燈閃爍同時(shí)黃燈亮。3) 信號(hào)燈控制系統(tǒng)啟動(dòng)后應(yīng)能自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作。3.2 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序交通信號(hào)燈的控制時(shí)序如圖3-2所示，它是按信號(hào)燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號(hào)燈點(diǎn)

38、亮，置0表示信號(hào)燈點(diǎn)滅。圖3-2 十字路口交通燈正常工作時(shí)序3.3 plc硬件控制電路的設(shè)計(jì)3.3.1 plc的選型在對(duì)plc控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；其次，要分析對(duì)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(duì)開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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(jì)中至關(guān)重要的一步。目前，國(guó)內(nèi)外plc生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的plc品種可達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要盡可能考慮采

39、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。我國(guó)市場(chǎng)上流行的plc產(chǎn)品有以下幾家：1) 德國(guó)西門子(siemens)公司的產(chǎn)品，目前有simatic s7-400/300/200系列產(chǎn)品；2) 美國(guó)羅克韋爾(rockwell)公司所屬的ab(allen&bradly)公司的產(chǎn)品，目前有slc、micro logix、control logix等產(chǎn)品；3) ge-fanuc公司的產(chǎn)品；4) 法國(guó)施耐德(schneider)公司的產(chǎn)品；5) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)的交通信號(hào)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(jì)中用到了大量的開關(guān)量、繼電

40、器、計(jì)數(shù)器以及計(jì)時(shí)器等。而德國(guó)西門子出產(chǎn)的plc功能全，性價(jià)比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。并且，在目前相關(guān)領(lǐng)域的控制設(shè)計(jì)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。3.3.2 i/o配置表i/o配置表如表3-1、3-2所示。表3-1 輸入地址分配輸入地址變量說明i0.0系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕i0.1系統(tǒng)停止按鈕表3-2 輸出地址分配輸出地址變量說明q0.0系統(tǒng)運(yùn)行指示燈q0.1南北左行紅燈q0.2南北左行綠燈q0.3南北直行紅燈q0.4南北直行綠燈q0.5南北直行黃燈q0.6南北右行紅燈q0.7南北右行綠燈q

41、1.0南北右行黃燈q1.1東西左行綠燈q1.2東西左行紅燈q1.3東西左行黃燈q1.4東西直行綠燈q1.5東西直行紅燈q1.6東西直行黃燈q1.7東西右行綠燈q2.0東西右行紅燈q2.1東西右行黃等表3-1 十字路口交通燈控制信號(hào)說明輸入輸出文字符號(hào)信號(hào)地址說明文字符號(hào)信號(hào)地址說明sa1-1x0交通燈正常工作控制開關(guān)h1y0南北向綠燈指示sa1-2x1南北向交通燈常綠控制開關(guān)h2y1南北向黃燈指示sa1-3x2東西向交通燈常綠控制開關(guān)h3y2南北向紅燈指示h4y3東西向綠燈指示h5y4東西向黃燈指示h6y5東西向紅燈指示3.3.3 plc控制電路接線圖根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制plc控制

42、電路接線圖，如圖3-3所示。圖3-3十字路口交通信號(hào)燈plc外部i/o分配及其接線圖中用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)信號(hào)燈，如果plc輸出點(diǎn)的輸出電流不夠，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)信號(hào)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(dòng)信號(hào)燈。4 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中以城市十字路口為研究對(duì)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(shí)間，利用step7軟件對(duì)其進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈的實(shí)時(shí)控制。4.1 step7編程軟件的概述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:

43、硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。在step7中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。step7用simatic管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽simatic s7、m7、c7和winac的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)step7各種功能所需的simatic軟件工具都集成在step7中。 4.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程4.2.1 plc的狀態(tài)轉(zhuǎn)移在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的程序時(shí)，僅僅采用簡(jiǎn)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。為了保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個(gè)控制過程分為若干個(gè)階段，在每一個(gè)階段均設(shè)立

44、一個(gè)控制標(biāo)志，當(dāng)每一個(gè)階段執(zhí)行完畢，就啟動(dòng)下一個(gè)階段的控制標(biāo)志，將本階段的控制標(biāo)志清除。所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實(shí)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(dòng)工作循環(huán)過程就是電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)、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、狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序和條件，它是plc應(yīng)用控制程序設(shè)計(jì)的極好工具。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-4所示。圖3-4 十字路口交通信號(hào)燈plc的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖4.2.2 交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟根據(jù)圖3-4所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，其具體的程序設(shè)計(jì)步驟如下：1、plc開始運(yùn)行時(shí)，m8002產(chǎn)生一初始脈沖，使初始狀態(tài)s0置1；2、

45、當(dāng)sa1手柄指向中間0°時(shí)，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；3、當(dāng)sa1手柄指向右45°時(shí)，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；4、當(dāng)sa1手柄指向左45°時(shí)，觸點(diǎn)x0接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到s20和s30，使s20和s30置1，同時(shí)s0在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，y1線圈得電南北綠燈亮與此同時(shí)y6線圈得電，東西紅燈亮；5、延時(shí)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(shí)驅(qū)動(dòng)t1記時(shí)，而s20在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位；6、延時(shí)5s后，轉(zhuǎn)移條件t1閉合，狀態(tài)從s21轉(zhuǎn)移s22，使s22置1產(chǎn)生0.

46、5s接通和斷開的時(shí)針脈沖信號(hào)，從而使南北綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)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(jì)三次；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(shí)s22在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，y2線圈得電南北黃燈亮；8、延時(shí)2s后，轉(zhuǎn)移條件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(dòng)復(fù)位，y3線圈得電南北紅燈亮，計(jì)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(shí)s30在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，線圈y4得電東西綠燈亮；9、延時(shí)25s后，轉(zhuǎn)移條件t4閉合，狀態(tài)從s31轉(zhuǎn)移到s32，使s32

47、置1，同時(shí)驅(qū)動(dòng)t5記時(shí)，而s31在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位；10、延時(shí)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(shí)針脈沖信號(hào)，從而使東西綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)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(jì)三次；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(shí)s33在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，y5線圈得電東西黃燈亮，計(jì)數(shù)器c1復(fù)位；12、延時(shí)2s后，回到初始狀態(tài)s0進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。4.3 交通信號(hào)燈的plc程序在本設(shè)計(jì)中，交通信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)的程序采用梯形圖語(yǔ)言來設(shè)計(jì)。具體過程如下：結(jié) 論本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可現(xiàn)自動(dòng)控制，具有一定的智能性；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包裝，使各任務(wù)保持相對(duì)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。 在設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會(huì)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(shí)際接上電路，總是實(shí)現(xiàn)不了，因此耗費(fèi)在這上面的時(shí)間用去很多。我趁著做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也對(duì)課本知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了