十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制設(shè)計(jì)

1、 十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制設(shè)計(jì) 目 錄 第1章 簡(jiǎn)述 31.1可編程邏輯控制器PLC簡(jiǎn)述 31.2PLC基本結(jié)構(gòu) .41.3可編程序控制器（PLC）三菱FX2N48MR .51.4PLC的工作原理 .51.5PLC發(fā)展趨勢(shì) .6 第2章 .72.1控制要求 .72.2設(shè)計(jì)任務(wù) .72.3.信號(hào)燈動(dòng)作時(shí)序圖 .82.4.十字路口交通燈控制信號(hào)說明 .8 第3章 .93.1.PLC外部接線圖設(shè)計(jì) .93.2PLC控制程序設(shè)計(jì) .10 3.2.1.綜述 .10 3.2.2.交通信號(hào)燈控制的梯形圖程序 .11 3.2.3程序指令設(shè)計(jì) .13第四章心得體會(huì) .16第五章參考文獻(xiàn) .16十字路

2、口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制的課程設(shè)計(jì)第1章簡(jiǎn)述1.1可編程邏輯控制器PLC簡(jiǎn)述 自二十世紀(jì)六十年代美國(guó)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(shí)，PLC的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)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(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產(chǎn)品，PLC在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，

3、世界范圍內(nèi)的PLC年增長(zhǎng)率保持為20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和PLC市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來PLC在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家PLC的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。PLC是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代的PLC只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)

4、行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1，程序從起始步（步序號(hào)為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。PLC每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的PLC，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型PLC使用另外一個(gè)CPU來完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給PLC的控制器。相同I/

5、O點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比DCS要低很多。一個(gè)PLC的控制器，可以接收幾千個(gè)I/O點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)I/O）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。近10年來，隨著PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用PLC應(yīng)用

6、于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但PLC相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器。1.2PLC的基本結(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)相同a. 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/

7、O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高PLC的可*性，近年來對(duì)大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個(gè)CPU出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。b、存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。C、電源PLC的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個(gè)良好的、可*得電源系統(tǒng)是無法

8、正常工作的，因此PLC的制造商對(duì)電源的設(shè)計(jì)和制造也十分重視。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。1.3. 可編程序控制器（PLC）三菱FX2N48MR該可編程序控制器是由電源+CPU輸入輸出+程序存儲(chǔ)器（RAM）的單元型可編程序控制器。其主機(jī)稱為基本單元，為主機(jī)備有可擴(kuò)展其輸入輸出點(diǎn)的“擴(kuò)展單元（電源+I/O）”和“擴(kuò)展模塊（I/O）”，此外，還可連接擴(kuò)展設(shè)備,用于特殊控制。PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng):PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)裝置、PLC、微機(jī)三部分構(gòu)成。微機(jī)用于編程、提供界面，使編程、調(diào)試更加方便。PLC教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)流程:分析被控對(duì)象 編

9、程輸入程序 連接實(shí)驗(yàn)線路 運(yùn)行PLC程序 （運(yùn)行實(shí)驗(yàn)輔助程序） 觀察現(xiàn)象。設(shè)備連接:首先將通訊電纜（SC09）的9芯型插頭插入微機(jī)的串行口插座（以下假定為端口2，此工作由實(shí)驗(yàn)室完成），再將通訊電纜的圓形插頭插入編程插座，打開開關(guān)即可工作。1.4PLC的工作原理一. 掃描技術(shù) 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。(一) 輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采

10、樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二) 用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確

11、定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。(三) 輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。同樣的

12、若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運(yùn)行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運(yùn)行的結(jié)果有所區(qū)別。當(dāng)然，如果掃描周期所占用的時(shí)間對(duì)整個(gè)運(yùn)行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說，PLC的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個(gè)掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時(shí)間的總和。1.5PLC發(fā)展趨勢(shì) 21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，

13、產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國(guó)各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國(guó)際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國(guó)際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國(guó)際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。第2章方案設(shè)計(jì)2

14、.1控制要求采用PLC構(gòu)成十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示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45º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11-9所示工作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。正常運(yùn)行時(shí)，南北向及東西向均有兩位數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示牌同時(shí)顯示相應(yīng)的指示燈剩余時(shí)間值。SA1手柄指向中間0º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，數(shù)碼管顯示99不變。SA1手柄指向右45º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，

15、數(shù)碼管顯示99不變?？刂菩盘?hào)說明見表1。 2.2設(shè)計(jì)任務(wù)1) 根據(jù)控制要求，進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，包括PLC硬件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制交通信號(hào)燈PLC控制程序。3) 編寫設(shè)計(jì)說明書，內(nèi)容包括： 設(shè)計(jì)過程和有關(guān)說明。 基于PLC的十字路口交通燈電氣控制電路圖。 PLC控制程序（梯形圖和指令表）。 電器元器件的選擇。2.3.信號(hào)燈動(dòng)作時(shí)序圖 如圖所示，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)亮。按啟動(dòng)按鈕SB1后，南北向紅燈亮，東西向綠燈亮，25s后東西向綠燈閃爍3s（3次，每次亮、暗0.5s），然后熄滅。在綠燈熄滅的同時(shí)，東西向黃燈亮2s，然后熄滅。在該燈熄滅的

16、同時(shí)，東西向紅燈亮及南北向綠燈亮，以下的變化規(guī)律與上述相同。到南北向綠燈亮，東西向紅燈亮開始第二個(gè)循環(huán)，以后周而復(fù)始地循環(huán)動(dòng)作。按停止按鈕SB2，所有信號(hào)燈熄滅。 圖1 十字路口交通燈正常工作時(shí)序2.4.十字路口交通燈控制信號(hào)說明表1 十字路口交通燈控制信號(hào)說明 第3章3.1.PLC外部接線圖設(shè)計(jì)根據(jù)信號(hào)燈控制要求，I/O分配及接線圖如圖2所示。 圖2 PLC外部接線圖3.2PLC控制程序設(shè)計(jì) 3.2.1.綜述  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

17、，也會(huì)影響交通的順暢。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。 十字路口交通信號(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖3-1所示，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，要求如下。正?？刂茣r(shí)： 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

18、方向允許通行（綠燈）時(shí)，東西方向應(yīng)禁止通行（紅燈）。 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。 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。 交通燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖 3.2.2.交通信號(hào)燈控制的梯形圖程序備注：M0 初始化 Y2 南北紅燈亮 M2 南北綠燈亮 M3 南北綠燈閃 M4 南北黃燈閃 M1 南北黃燈 M10 東西綠燈亮 M11 東西綠燈閃 M12 東西黃燈亮 M13 東西紅燈亮 M15 運(yùn)行 Y0 南北綠燈 Y3 東西綠燈 3.2.3程序指令設(shè)計(jì) 0 LD X0 1 ANI M15 2 LD M8002 3 ORB 4 LD M0 5 O

19、RB 6 ANI MI 7 OUT M0 8 LD MO 9 AND XO 10 LD M14 11 LD M15 12 ORB 13 LD M1 14 ORB 15 ANI M2 16 OUT M1 17 OUT Y2 18 LD M1 19 AND T2 20 OR ANI 21 ANI M3 22 OUT M2 23 OUT T3 K200 24 LD M2 25 AND T3 26 OR M3 27 ANI M4 28 OUT M3 29 OUT T4 30 LD M3 31 AND T4 32 OR M4 33 ANI M5 34 OUT M4 35 OUT T5 K20 36 OU

20、T Y1 37 LD M4 38 AND T5 39 OR M5 40 ANI M14 41 OUT M5 42 OUT T6 K1 43 LD MO 44 AND X0 45 LD M14 46 AND M5 47 ORB 48 LD M10 49 ORB 50 ANI M11 51 OUT M10 52 OUT M10 53 LD M10 54 AND T0 55 OR M11 56 ANI M12 57 OUT M11 58 OUT T1 K30 59 LD M11 60 AND T1 61 OR M12 62 ANT M13 63 OUT M12 64 OUT T4 65 OUT Y4 66 LD M12 67 AND T2 68 OR M13 69 ANI M14 70 OUT M13 71 OUT Y5 72 LD X0 73 OR M15 74 ANI X1 75 OUT M15 76 LD M5 77 AND M13 78 AND T6 79 OR M14 80 ANI M1 81 ANI M10 82 OUT M14 83 LD M3 84 AND M8013 85 OR M2 86 OUT Y0 87 LD M11 88 AND M8031 89 OR M10 90 OUT Y3 91 END 第四章心得體會(huì) 本次課程設(shè)計(jì)的作品是十字路口帶