PLC課程教學設計交通燈

1、交通信號燈PLC控制系統(tǒng)的設計交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力, 減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)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(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明 該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)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(xiàn)代 城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原 理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的 PLC設計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器 的功能日益完善，加上小型化

2、、價格低、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，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(jù)統(tǒng)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。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 礎設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產的三大支柱。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(xiàn)。因此現(xiàn)在越

3、來越多地將PLC應用于交通燈系統(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)一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理由于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(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。同時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)中的實際應用。關鍵詞:交通燈；PLC;程序；設計Stoplight PLC con trol system desig nAbstractThe em

4、erge nee of traffic lights, so traffic can be effectively con trolled, forease trafficflow, in crease road cap acity and reduce traffic accide nts haveremarkableresults. In order to achieve traffic management,advaneed trafficman ageme ntsought and scientific. Programmablecontrollerwith control oftra

5、ffic lightcontrolsystem and the system software and hardware ved that the system sim pie, econo mic, effective in eas ing traffic con gesti on,improve traffic jun ctio n cap acity. An alysis of the moder n urba n traffic controland managementstatus, combinedwith the traffic situation desc

6、ribed thetraffic light control system working principle of a simpie and practical urbantraffic light control system PLC design. ProgrammableLogic Controller'spo siti on in in dustrial automati on is extremely imp orta nt, widely used in variousin dustries.With the devel opmentof tech no logy,p r

7、ogrammablecon trollerfeatures more sop histicated and smaller, low cost, high reliability, i n the moder nin dustry in a more prominent role.PLC programmable logic controller is amicr op rocessor-based,in tegratedcompu tertech no logy,automatic controltech no logyand com muni cati ontech no logyfrom

8、 a new type of in dustrialcontrol devices. It has a simplestructure, convenient p rogram ming, and higher reliability, has bee n widely usedin in dustrial p rocesses and con trol of the locati on. Accordi ng to statistics, thep rogrammablecon troller is the most widely used in dustrialautomati onequ

9、ipment in a device. Exp erts believe, PLC will become the p rimary mea ns ofin dustrial con trols an imp orta nt in frastructure and one of, P LC, robotics, CAD /CAM will be the three p illars of in dustrial p roducti on. As the PLC with the use ofen vir onmen tal ada ptability features, while its i

10、n ternal timer resources are veryrich, the current widespread use of "progressive"precise control of lights, inp articular the con trol of multi-fork can be easily achieved. Therefore, the PLC isnow increasinglyused in traffic lights system. Meanwhile,PLC itself withcom muni catio nsn etwo

11、rk ing,will be the same sig nal on the road to form aunified LAN, scheduling management, vehicle traffic can reduce the waitingtime to realize the scie ntific man ageme nt.As the PLC with the use of en vir onmen tal ada ptability features, while its in ternal timer resources are very rich, the curre

12、 nt wides pread use of "p rogressive" sig nal for p recise con trol, p articularly con trol over the fork can beeasily achieved. Therefore, the PLC is now increasinglyused in traffic lights system. While some also in troduces touch-scree n simulatio n of vehicle traffic crossing lights fla

13、sh and the very image of the PLC to show the traffic light system in p ractical app licati on.Key words : Traffic lights ; Program; design.3.IIAbstract1.1概述1.2可編程控制器的簡介1.2.1 PLC的應用 PLC的特點1.2.3 PLC的結構和工作方式 PLC編程語言6.1.3設計的主要內容2 PLC控制系統(tǒng)設計概要7.2.1設計的基本原則和內容8.2.2設計的步驟和實現(xiàn)過程3交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設計123.

14、1交通信號燈的控制要求123.2交通信號燈的控制時序143.3 PLC硬件控制電路的設計153.3.1 PLC的選型153.3.2 I/O配置表163.3.3 PLC控制電路接線圖184交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計204.1 STEP7編程軟件的概述204.2交通信號燈程序設計過程21214.2.1 PLC的狀態(tài)轉移224.2.2交通信號燈程序設計步驟4.3交通信號燈的PLC程序232.6.參考文獻1.1概述據(jù)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(jīng) 濟損失每年高達680億美元。以廣

15、州為例來講，現(xiàn)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(jīng)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%。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(jù)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“擁堵一 修路一再擁堵”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

16、切相關。因此，一個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，是現(xiàn)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(tǒng)的設計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)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

17、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(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作。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力, 減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)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(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明 該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)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(xiàn)代 城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原 理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的 PLC設計方案?？?/p>

18、編程序控制器簡稱為PLC,它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經(jīng)成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之。PLC已經(jīng)廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如在民用和家庭自動化設備中的應用也得到了迅速的發(fā)展。隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速發(fā)展，計算機控制已經(jīng)廣泛的應用在 所有的工業(yè)領域?，F(xiàn)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(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒ rogrammable LogicController ）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它

19、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 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(tǒng)的繼電器電路，實現(xiàn)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

20、擬量，必須實現(xiàn)模擬量(Analog )和數(shù)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(xiàn)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

21、，完成閉環(huán)控制。PID調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)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、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。5、數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉 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(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

22、品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。6、通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)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(wǎng)絡系統(tǒng)。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(tǒng)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(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、時間繼電器。由 于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電

23、器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，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(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。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)運算能力,可用于各種數(shù)字控制領域。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

24、增強及人機界面技術的 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為不熟近,只用PLC的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。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(tǒng)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(tǒng)設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經(jīng)

25、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(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現(xiàn)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、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī) 則組合配

26、置。PLC的基本結構框圖如圖2-1所示?，F(xiàn)場信號接受圖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。1、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(shù)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(shù)器或者數(shù)學運算等附加指令。使用編程軟件可以直接生成和編輯梯

27、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(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 動。1.3設計的主要內容交通信號燈的控制要求 交通信號燈的控制時序PLC應將控制電路設計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

28、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(這一小節(jié)寫你的整個設計的內容，即把第三、四兩章的內容做綜合總結！)2 PLC控制系統(tǒng)設計概要2.1設計的基本原則和內容我們在學習了 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(jīng)濟、可靠、簡潔的PLC控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經(jīng)驗。 那么, 我們首先來看一下PLC控制系統(tǒng)的設計

29、原則和內容。、PLC控制系統(tǒng)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(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)簡單、經(jīng)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。、PLC控制系統(tǒng)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(tǒng)的PLC;4、設計程序;5、調試程序，一個是模擬調試，一個是聯(lián)機調試;6、設計控制柜，編寫系統(tǒng)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(xiàn)過程、PLC控制系統(tǒng)設計的

30、一般步驟1、對于復雜的控制系統(tǒng)，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(xiàn)場施工完畢后進行聯(lián)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(jù)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PLC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。圖2-1控制系統(tǒng)設計步驟框圖、PLC控制系統(tǒng)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

31、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(jù)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(jù)用戶程序進

32、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

33、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。這種方式稱為集中輸出。對于小型PLC,其I/O點數(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)的響應速度，但使PLC工作時大多數(shù)時間與外 部輸入/輸出設備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。而 對于大中型PLC，其I/O點數(shù)較多，控制功能強，用戶程序較長，為提高系統(tǒng)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

34、出端對該輸入變化作出反應，需要一段時間，這種現(xiàn)象稱為PLC輸入/輸出響應滯后。對一般的工業(yè)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(tǒng)時應注意 把握的一個參數(shù)。3交通信號燈控制系統(tǒng)的硬件設計3.1交通信號燈的控制要求隨著城市和經(jīng)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。

35、因此，在實際設計時要遵循一定的原則和要求。交通信號燈由紅燈、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(xiàn)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

36、安全，對其控制系統(tǒng)的要求如下。VS¥5西V4Y5型丫圧東北旳 VI V2陰0V2 VI V0南圖3-1交通燈現(xiàn)場示意圖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(tǒng)上電后，父通指揮信號控制系統(tǒng)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(tǒng)開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ鳎凑杖鐖D3-2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(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮，0 SA1手柄指向右45 °時，接 點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、信號燈

37、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）；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(tǒng)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。南北綠燈南北黃燈南北紅燈東黃燈東E紅燈injiTLII nII IT0= 25sL"CO：班35s用 Tr= ojfI匚1=工丈I I T1： OJs I13±

38、3CT6= 0.5sUUULjI I !_n I 11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(tǒng)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，要分析對象的控制要求，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：對開關量、模擬量的 控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。根據(jù)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(shù)百個，其性能各有特

39、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。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 S7-400/300/200 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(tǒng)的主要任務和內容集中在程序編寫和梯形圖的繪

40、制，由于在本設計中用到了大量的開關量、繼電器、計數(shù)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(tǒng)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。輸入地址分配表3-1輸入地址變量說明I0.0系統(tǒng)啟動按鈕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Q

41、0.6南北右行紅燈Q0.7南北右行綠燈Q1.0南北右行黃燈Q1.1東西左仃綠燈Q1.2東西左仃紅燈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說明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H1Y0南北向綠燈指關示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3.3.3 PLC控制電路接線圖南南

42、南東東東電如圖3-3所示。圖3-3十字路口交通信號燈PLC外部I/O分配及其接線圖中用一個輸出點驅動兩個信號燈， 如果PLC輸出點的輸出電流不夠，可以用一個 輸出點驅動一個信號燈，也可以在PLC輸出端增設中間繼電器，由中間繼器再去驅動信 號燈。4交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計在本設計中以城市十字路口為研究對象，根據(jù)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(xiàn)對交通信號燈的實時控制。4.1 STEP7編程軟件的概述STE P7編程軟件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的Win AC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設置的標準工具。STEP7具有

43、以下功能：硬件配置和參 數(shù)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。STEP7 用SIMATIC S7、在STEP7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的硬件和軟件。SIMATIC管理器對項目進行集中管理，它可以方便地瀏覽M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STE P7中。XOSOI-S20S30TO<TOX) K250K5T2COT1S22!-T2COS23T3S24K5K3K20I RST I c0|T6cT n'T3T1T*J、T51T6C1£1SJJ*J1S31S32S33S34K250K

44、5K5K3K20RST I C1 I4.2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(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(tǒng)的功能轉移。機電自控系統(tǒng)中機械的自動工作循環(huán)過程就是電氣控制系統(tǒng)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(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，

45、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。啟動南北紅燈東西綠燈HEY6T7圖3-4 十字路口交通信號燈PLC的狀態(tài)轉移圖422交通信號燈程序設計步驟根據(jù)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:2、當SA1手柄指向中間01、PLC開始運行時，M8002產生一初始脈沖，使初始狀態(tài) SO置1 ； 時，觸點X1接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈 丫1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(tǒng)東西向綠燈丫1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)轉移到S20

46、和S30，使S20和S30置1，同時S0在下一掃描周期自動復位，丫1線圈得電南北綠燈亮與此同時 丫6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(shù)器C0記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)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(shù)到三，C0常開觸點閉合，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，丫2線圈得電南北黃

47、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，丫3線圈得電南北紅燈亮，計數(shù)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，線圈丫4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(shù)器C1記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C1的常閉觸點接通，狀態(tài)轉移到 S32，

48、繼續(xù)循環(huán)共計三次;11、次數(shù)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，丫5線圈得電東西黃燈亮，計數(shù)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(tǒng)的程序采用梯形圖語言來設計。 具體過程如 下:£pcsEia1117EQnI：口Mli4130 JOT1£zhpKIQKI：T卜Ba MOFflS卄67Ta4hU：T0XQMXUQl卄f弓OB;nF:HtciaK327t-HTfC£DIDIDD咒IQDOPlgoPJ.paPUtic冊XITL

49、urKSAlt-hcvnnaDIMjIEVKID 口DIOL-adpPIOD-f?DBPlOl-f皿PlOlfzp和EQOPZLOECLQniioDillDillBll肋本系統(tǒng)結構簡單，操作方便；可現(xiàn)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(jīng)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(xiàn)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(shù)據(jù)均可以根據(jù)實際情況進行設置， 修改靈活方便。通過此次設計,