PLC課程設計——交通燈

1、摘 要為了實現交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現交通燈管制的控制系統，以及該系統軟、硬件設計方法，實驗證明該系統實現簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的 PLC 設計方案。PLC 可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、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。據統計,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備

2、。由于 PLC 具有對使用環(huán)境適應性強的特性,同時其內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。因此現在越來越多地將 PLC 應用于交通燈系統中。同時,PLC 本身還具有通訊聯網功能,將同一條道路上的信號燈組成局域網進行統一調度管理,可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。關鍵詞: 交通燈；PLC；程序控制；目 錄1 緒緒 論論.11.1 概述.11.2 可編程控制器的簡介.21.2.1 PLC 的應用.21.2.2 PLC的特點.31.2.3 PLC的結構.41.2.4 PLC編程語言.42 PLC 控制系統設計概要控制系統設計概

3、要.12.1 設計的基本原則和內容.12.2 設計的步驟和實現過程.13 交通信號燈控制系統的硬件設計交通信號燈控制系統的硬件設計.43.1 交通信號燈的控制要求.43.2 交通信號燈的控制時序.53.3 PLC 硬件控制電路的設計.53.3.1 PLC的選型.53.3.2 I/O配置表.6表表 3-2 輸出地址分配輸出地址分配.7表表 3-1 十字路口交通燈控制信號說明十字路口交通燈控制信號說明.83.3.3 PLC控制電路接線圖.84 交通信號燈控制系統的程序設計交通信號燈控制系統的程序設計 .94.1 STEP7 編程軟件的概述.94.2 交通信號燈程序設計過程.94.2.1 PLC的狀

4、態(tài)轉移.94.2.2 交通信號燈程序設計步驟.104.3 交通信號燈的 PLC 程序.11結結 論論.14致致 謝謝.15參考文獻參考文獻.16交通信號燈 PLC 控制系統的設計11 緒 論1.1 概述據一項對美國主要城市交通狀況的調查顯示：1982 年至 2000 年，美國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間和汽油浪費而帶來的經濟損失每年高達 680 億美元。以廣州為例來講，現在市區(qū)平均車速只有每小時 12 公里。用這個目標速度代入歐美標準計算，廣州人為交通堵塞所付出的經濟代價總值：每年耗費 1.5 億小時，減少生產總值 117 億元。相當于該市整個生產總值的 7

5、%。在北美、澳大利亞等大城市，道路面積率高達 35%-40%，而北京只有 20%。緩解交通擁堵，加快道路建設是當務之急。據悉，到 2010 年，北京將投資 500 億元用于城市道路建設，到 2005 年，北京僅高速公路通車里程就達到 600 公里。但一味發(fā)展城市道路，也會刺激私家車超常規(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。當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設備都與計算機密切相關。因此，一個好的交通燈控制系統，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的發(fā)展

6、，是現代科技發(fā)展的主流方向。本設計介紹了一個智能交通燈系統的設計。該智能交通燈控制系統可以實現的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。在世界范圍內，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現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作。交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交

7、通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現交通燈管制的控制系統，以及該系統軟、硬件設計方法，實驗證明該系統實現簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的 PLC 設計方案?？删幊绦蚩刂破骱喎Q為 PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC 已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統中，PLC 在其他領域，例如在民用和家庭自動

8、化設備中的應用也得到了迅速的發(fā)展。交通信號燈 PLC 控制系統的設計2隨著微處理器、計算機和數字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經廣泛的應用在所有的工業(yè)領域?，F代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統必須具有極高的可靠性和靈活性。可編程序控制器（Programmable Logic Controller）正是順應這一要求出現的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。1.2 可編程控制器的簡介1.2.1 PLC 的應用目前，PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽

9、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：1、開關量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，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、包裝生產線、電鍍流水線等。2、模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，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，必須實現模擬量（Analog）和數字量（Digital）之間的 A/D 轉換及 D/A 轉換。PLC 廠家都生產配套的 A/D 和 D/A 轉換模塊，使可

10、編程控制器用于模擬量控制。 3、運動控制 PLC 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進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。 4、過程控制 過程控制是指對溫度、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 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統中用得較多的調節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此

11、功能模塊。PID 處理一般是運行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋交通信號燈 PLC 控制系統的設計3爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5、數據處理 現代 PLC 具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算） 、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據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，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統。 6、通信及聯網 PLC 通信含 PLC 間的通

12、信及 PLC 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。1.2.2 PLC 的特點1、抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，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的可靠性。傳統的繼電器控制系統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的少量硬件，接

13、線可減少互繼電器控制系統的 1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 而 PLC 采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。2、配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代 PLC 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來 PLC 的功能單元大量涌現，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的發(fā)展，使用

14、PLC 組成各種控制系統變得非常容易。 3、易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用 PLC 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。交通信號燈 PLC 控制系統的設計4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。 4、系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更

15、重要的是使同一設備經過改變程序改變生產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 5、體積小，重量輕，能耗低 以超小型 PLC 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。1.2.3 PLC 的結構PLC 實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相似。PLC 按其結構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、內存、電源模塊

16、、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC 的基本結構框圖如圖 2-1 所示。 接受驅動現場信號 受控元件圖 2-1 PLC 基本結構框圖1.2.4 PLC 編程語言采用面向控制過程、面向問題、簡單直觀的 PLC 進行編程，其編程語言常用的有：梯形圖、語句表、功能圖等。輸入接口部件 中央處理單元 CPU板接口部件輸出 電 源 部 件交通信號燈 PLC 控制系統的設計51、梯形圖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成。觸點電表邏輯輸入條件，例如外部的開關、按鈕和內部

17、條件等。線圈通常代表邏輯運算的結果，常用來控制外部的指示燈、交流接觸器和內部的標志位等。指令框用來表示定時器、計數器或者數學運算等附加指令。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。2、語句表語句表又叫指令表，它是一種類似于微機的匯編語言中的文本語言，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系，方框的左側為邏輯運算的輸入變量，右側為輸出變量，輸入、輸出端的小圓圈表示“非”運算，方框被“導線”連接在一起，信號自左向右流

18、動。1.3 設計的主要內容(1)交通信號燈的控制要求(2)交通信號燈的控制時序(3)PLC 應將控制電路設計(4)交通信號燈程序設計過程(5)交通信號燈的 PLC 程序因為是交通燈的單片機控制設計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設一個十字路口為東西南北走向。然后轉狀態(tài) 1 南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時間轉狀態(tài) 2 東西綠燈滅，黃燈閃爍幾次，南北仍然紅燈。再轉狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉狀態(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。交通信號燈 PLC 控制系統的設計22 PLC 控制系統總體方案設計2.1 設計的基本原則和內容我們 LC 在學

19、習了 PLC 的大量相關知識后，要能夠把其運用在實際設計當中。當然，要設計經濟、可靠、簡潔的 P 控制系統，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經驗。那么，我們首先來看一下 PLC 控制系統的設計原則和內容。一、PLC 控制系統設計的基本原則1、最大限度地滿足被控對象的控制要求；2、保證控制系統的高可靠、安全；3、滿足上面條件的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、實用和維修方便；4、選擇 PLC 時，要考慮生產和工藝改進所需的余量。二、PLC 控制系統設計的基本內容1、選擇合適的用戶輸入設備、輸出設備以及輸出設備驅動的控制對象；2、分配 I/O，設計電氣接線圖，考慮安全措施；3、選擇適合系統的 PLC

20、；4、設計程序；5、調試程序，一個是模擬調試，一個是聯機調試；6、設計控制柜，編寫系統交付使用的技術文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細表。7、驗收、交付使用。2.2 設計的步驟和實現過程一、PLC 控制系統設計的一般步驟1、對于復雜的控制系統，最好繪制編程流程圖，相當于設計思路；2、設計梯形圖；3、程序輸入 PLC 模擬調試，修改，直到滿足要求為止；4、現場施工完畢后進行聯機調試，直至可靠地滿足控制要求；5、編寫技術文件；6、交付使用。我們在設計流程圖時，也要遵循以下過程：1) 分析生產工藝過程；2) 根據控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，分配 I/O；3) 選擇 PLC；4) 設計 PL

21、C 接線圖以及電氣施工圖；5) 程序設計和控制柜接線施工。具體的設計步驟框圖如圖 2-1 所示。交通信號燈 PLC 控制系統的設計2分析控制要求確定 I/O 設備選擇 PLC分配 I/O、設計電氣圖編寫流程圖設計梯形圖編制程序清單輸入程序并檢查調試滿足NY聯機調試滿足NN編制技術文件交付使用設計控制柜現場連接圖 2-1 控制系統設計步驟框圖二、PLC 控制系統執(zhí)行程序的過程及特點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。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對所有輸入端的輸入狀態(tài)進行采樣，并存入輸入映象寄存器中，此時輸入映象寄存器被

22、刷新。接著進入程序處理階段，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容也不會改交通信號燈 PLC 控制系統的設計2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。2、程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC 對程序按順序進行掃描執(zhí)行。若程序用梯形圖來表示，則總是按先上后下，先左后右的順序進行。當遇到程序跳轉指令時，則根據跳轉條件是否滿足來決定程序是否跳轉。當指令中涉及到輸入、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，根據用戶程序進行運算，運算的結果再存入元件映象寄存器中。對于元件映象寄存器來說，其內容會隨程序執(zhí)行的過程而變化。3、輸出刷新

23、階段程序執(zhí)行完畢后，進入輸出處理階段。在這一階段里，PLC 將輸出映象寄存器中與輸出有關的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉存到輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅動外部負載。因此，PLC 在一個掃描周期內，對輸入狀態(tài)的采樣只在輸入采樣階段進行。當 PLC進入程序執(zhí)行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)進行重新采樣。這方式稱為集中采樣，即在一個掃描周期內，集中一段時間對輸入狀態(tài)進行采樣。在用戶程序中如果對輸出結果多次賦值，則最后一次有效。在一個掃描周期內，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。

24、這種方式稱為集中輸出。對于小型 PLC，其 I/O 點數較少，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的響應速度，但使 PLC 工作時大多數時間與外部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統的抗干擾能力，增強了系統的可靠性。而對于大中型 PLC，其 I/O 點數較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統響應速度，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 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，需要一段時間，這種現象稱為 PLC 輸入/輸出響應滯后。對一般的工業(yè)

25、控制，這種滯后是完全允許的。應該注意的是，這種響應滯后不僅是由于 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，以及輸出接口中驅動器件的動作時間帶來輸出延遲，同時還與程序設計有關。滯后時間是設計 PLC 應用系統時應注意把握的一個參數。交通信號燈 PLC 控制系統的設計23 交通信號燈控制系統的硬件設計3.1 交通信號燈的控制要求隨著城市和經濟的發(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置，也會影響交通的順暢。因此，在實際設計時要遵循一定的原則和要求。交通信號燈

26、由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，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)出行進或停止的指令，使各個方向同時到達的人、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，對其控制系統的要求如下。圖 3-1 交通燈現場示意圖

27、1、采用 PLC 構成十字路口的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制系統上電后，交通指揮信號控制系統由由一個 3 位轉換開關 SA1 控制。SA1 手柄指向左 45時，接點 SA1-1 接通，交通指揮系統開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ鳎凑杖鐖D 3-2 所示工作時序周而復始，循環(huán)往復工作。SA1 手柄指向中間 0時，接點SA1-2 接通，交通指揮系統南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮， 。SA1 手柄指向右 45時，接點 SA1-3 接通，交通指揮系統東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮。交通信號燈 PLC 控制系統的設計22、信號燈的控制原則 1) 當東西方向允許通行（綠燈）時，南北方向應禁止通行（紅燈）

28、；同樣，當南北方向允許通行（綠燈）時，東西方向應禁止通行（紅燈） 。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，應有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時黃燈亮。3) 信號燈控制系統啟動后應能自動循環(huán)動作。3.2 交通信號燈的控制時序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。圖 3-2 十字路口交通燈正常工作時序3.3 PLC 硬件控制電路的設計3.3.1 PLC 的選型在對 PLC 控制系統進行硬件結構設計時，首先，要了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質等；其次，要分析

29、對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數量；再次，要確定所控制參數的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。根據上述原則，我們要選擇適合的 PLC 機型及外設，完成相應的 PLC 硬件結構配置。因此，PLC 的選型是設計中至關重要的一步。目前，國內外 PLC 生產廠家生產的 PLC 品種可達數百個，其性能各有特點。所以，在設計時首先要盡可能考慮采用便于學習、掌握、維護方便、備品配件通用性強的PLC。交通信號燈 PLC 控制系統的設計2我國市場上流行的 PLC 產品有以下幾家：1) 德國西門子(Siemens)公司的產品，目前有 SIMATIC S7-400/3

30、00/200 系列產品；2) 美國羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的 AB(Allen&Bradly)公司的產品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix 等產品；3) GE-Fanuc 公司的產品；4) 法國施耐德(Schneider)公司的產品；5) 日本三菱、歐姆龍等公司產品。本次設計的交通信號燈控制系統的主要任務和內容集中在程序編寫和梯形圖的繪制，由于在本設計中用到了大量的開關量、繼電器、計數器以及計時器等。而德國西門子出產的 PLC 功能全，性價比高，有統一的地址分配，完全可以滿足本設計的要求。并且，在目前相關領域的控制設計中，西門子產品的應用比較

31、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系統啟動按鈕I0.1系統停止按鈕交通信號燈 PLC 控制系統的設計2表 3-2 輸出地址分配輸出地址變量說明Q0.0系統運行指示燈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Q1.0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

32、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東西右行黃等交通信號燈 PLC 控制系統的設計2表 3-1 十字路口交通燈控制信號說明3.3.3 PLC 控制電路接線圖根據上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路接線圖，如圖 3-3 所示。輸入輸出文字符號信號地址說明文字符號信號地址說明SA1-1X0交通燈正常工作控制開關H1Y0南北向綠燈指示SA1-2X1南北向交通燈常綠控制開關H2Y1南北向黃燈指示SA1-3X2東西向交通燈常綠控制開關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Y6COM1Y0Y1Y2COM2Y

33、4Y5220 V ACLNCOMSARUNSB1X0SB2X1SB3X2X3FX2-32MR交通信號燈 PLC 控制系統的設計2圖 3-3 4 交通信號燈控制系統的程序設計在本設計中以城市十字路口為研究對象，根據十字路口車輛運行情況，調整各紅、綠、黃燈亮的時間，利用 STEP7 軟件對其進行程序設計，實現對交通信號燈的實時控制。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)控和參數設置的標準工具。STEP7 具有以下功能:硬件配置和參數設置、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

34、。在 STEP7 中，用項目來管理一個自動化系統的硬件和軟件。STEP7 用 SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S7、M7、C7 和 WinAC 的數據。實現 STEP7 各種功能所需的 SIMATIC 軟件工具都集成在 STEP7 中。 4.2 交通信號燈程序設計過程4.2.1 PLC 的狀態(tài)轉移在設計較為復雜的程序時，僅僅采用簡單的邏輯處理已經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，我們可以將一個控制過程分為若干個階段，在每一個階段均設立一個控制標志，當每一個階段執(zhí)行完畢，就啟動下一個階

35、段的控制標志，將本階段的控制標志清除。所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉移實際上就是控制系統的功能轉移。機電自控系統中機械的自動工作循環(huán)過程就是電氣控制系統的狀態(tài)自動、有序、逐步轉移的過程。這種功能流程圖完整地表現了控制系統的控制過程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉移順序和條件，它是 PLC 應用控制程序設計的極好工具。其狀態(tài)轉移圖如圖 3-4 所示交通信號燈 PLC 控制系統的設計2圖 3-4 十字路口交通信號燈 PLC 的狀態(tài)轉移圖4.2.2 交通信號燈程序設計步驟根據圖 3-4 所示的狀態(tài)轉移過程，其具體的程序設計步驟如下：S0X0Y6S20Y6Y0Y0T0K250S21T1K5T0T1S22

36、Y0C0T2S23Y1T3K20T3T2K5K3C0T2C0S24Y2T7RSTC0S30Y6T4K250S31Y4K5T3T1S32T5T6S33Y4T6C1T6C1S34Y5RSTC1T5C1K5K3T7K20交通信號燈 PLC 控制系統的設計21、PLC 開始運行時，M8002 產生一初始脈沖，使初始狀態(tài) S0 置 1；2、當 SA1 手柄指向中間 0時，觸點 X1 接通，交通指揮系統南北向綠燈 Y1 常亮，東西向紅燈常亮；3、當 SA1 手柄指向右 45時，觸點 X2 接通，交通指揮系統東西向綠燈 Y1 常亮，南北向紅燈常亮；4、當 SA1 手柄指向左 45時，觸點 X0 接通，狀態(tài)轉

37、移到 S20 和 S30，使 S20和 S30 置 1，同時 S0 在下一掃描周期自動復位，Y1 線圈得電南北綠燈亮與此同時 Y6線圈得電，東西紅燈亮；5、延時 25S 后，轉移條件 T0 閉合，狀態(tài)從 S20 轉移到 S21，使 S21 置 1，同時驅動 T1 記時，而 S20 在下一掃描周期自動復位；6、延時 5S 后，轉移條件 T1 閉合，狀態(tài)從 S21 轉移 S22，使 S22 置 1 產生 0.5S接通和斷開的時針脈沖信號，從而使南北綠燈閃爍，同時驅動計數器 C0 記數，若記數次數未到三次，C0 的常閉觸點接通，狀態(tài)轉移到 S21，繼續(xù)循環(huán)共計三次；7、次數到三，C0 常開觸點閉合，

38、狀態(tài)由 S22 轉移到 S23，使 S23 置 1 同時 S22在下一掃描周期自動復位，Y2 線圈得電南北黃燈亮；8、延時 2S 后，轉移條件 T3 閉合，一方面狀態(tài)從 S23 轉移到 S24，使 S24 置1，S23 在下一掃描周期自動復位，Y3 線圈得電南北紅燈亮，計數器 C0 復位。另一方面狀態(tài) S30 轉移到 S31，使 S31 置 1 同時 S30 在下一掃描周期自動復位，線圈 Y4 得電東西綠燈亮；9、延時 25S 后，轉移條件 T4 閉合，狀態(tài)從 S31 轉移到 S32，使 S32 置 1，同時驅動 T5 記時，而 S31 在下一掃描周期自動復位；10、延時 5S 后，轉移條件

39、T5 閉合，狀態(tài)從 S32 轉移 S33，使 S33 置 1 產生 0.5S接通和斷開的時針脈沖信號，從而使東西綠燈閃爍，同時驅動計數器 C1 記數，若記數次數未到三次，C1 的常閉觸點接通，狀態(tài)轉移到 S32，繼續(xù)循環(huán)共計三次；11、次數到三，C1 常開觸點閉合，狀態(tài)由 S33 轉移到 S34，使 S34 置 1 同時 S33在下一掃描周期自動復位，Y5 線圈得電東西黃燈亮，計數器 C1 復位；12、延時 2S 后，回到初始狀態(tài) S0 進行循環(huán)執(zhí)行。4.3 交通信號燈的 PLC 程序在本設計中，交通信號燈 PLC 控制系統的程序采用梯形圖語言來設計。具體過程如下：交通信號燈 PLC 控制系統

40、的設計2交通信號燈 PLC 控制系統的設計2交通信號燈 PLC 控制系統的設計2結 論本系統結構簡單，操作方便；可現自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設計將各任務進行細分包裝，使各任務保持相對獨立；能有效改善程序結構，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一步的提高。 在設計過程中，經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，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我趁著做課程設計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。程序中所用到的數據均可以根據實際情況進行設置，修改靈活方便。通過此次設計，我對于 VHDL 硬件描述語言有了更深入地了解，