基于PLC的交通信號燈控制系統(tǒng)教材

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于PLC的交通信號燈控制系統(tǒng)系部：信息技術(shù)系專業(yè)：低壓電器的制造與檢測學(xué)號：120313124學(xué)生姓名：饒建飛導(dǎo)師姓名：陳忠海導(dǎo)師職稱：二○一四年十二月（填寫時(shí)間要用中文） 溫州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第19頁【摘要】:針對近年來城市交通的擁擠現(xiàn)象，特別是駕駛員違章嚴(yán)重、交通事故頻發(fā)、車輛尾氣污染等問題，介紹集計(jì)算機(jī)、信息、電子及通訊等眾多高新技術(shù)手段于一體的智能交通指揮中心控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的安裝及使用，大大緩解了城市道路堵塞現(xiàn)象、提高了道路的通行能力。減少了駕駛員違章的次數(shù)，抑制了交通事故的發(fā)生、同時(shí)能夠減輕車輛尾氣排放，從而對降低環(huán)境污染起到了不可低估的作用。分析現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案?！娟P(guān)鍵詞】:交通控制交通燈PLC控制機(jī)【Abstract】:Inrecentyears,forurbantrafficcongestion,especiallydriversofseriousviolations,thefrequenttrafficaccidents,vehicleexhaustpollution,introducedthesmall-computer,information,electronicsandcommunicationsandotherhigh-techmeansinoneoftheintelligenttrafficcontrolcenterSystem.Thesystem,andtheuseofandgreatlyeasetheurbanroadcongestion,increasedroadcapacity.Toreducethenumberofillegaldriverstocurbtheoccurrenceoftrafficaccidentsandatthesametimetoreducevehicleemissions,thusreducingenvironmentalpollutionHaveplayedaroleshouldnotbeunderestimated.Analysisofthemodernurbantrafficcontrolandmanagementofthestatusquo,combinedwiththeactualsituationofurbanandruraltransportonthetrafficlightcontrolsystemworkingprinciple,givenasimpleandpracticalurbantrafficlightcontrolsystemhardwaredesign.【Keywords】:trafficcontroltrafficlightsPLCcontrol目錄序言 41PLC的概述 51.1PLC的產(chǎn)生和定義 51.2PLC的基本組成 52PLC的硬件與工作原理 72.1PLC的硬件結(jié)構(gòu) 72.2CPU模塊中的存儲器 82.3PLC的工作原理 83PLC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域 103.1PLC的特點(diǎn) 103.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 113.3PLC的前景 114PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 114.1PLC中的程序結(jié)構(gòu) 115應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)十字路口交通燈 135.1十字路口交通燈的原理及示意圖 135.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖 145.3IO分配表 145.4模擬控制時(shí)序圖 155.5梯形圖： 155.6指令表 155.7監(jiān)控組態(tài)圖 16小結(jié) 17致謝 18參考文獻(xiàn) 19附錄 20序言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(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。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。不同的城市有不同城市的問題，但共性就是混合交通流問題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互影響或彼此的相互影響，就是解決問題的關(guān)鍵！隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，越來越多的新興城市的出現(xiàn)，使得城市的交通成為了一個(gè)絕對主要的問題。同時(shí)隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進(jìn)入尋常老百姓的家庭，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來取代交通燈的情況)。單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)硬件和軟件均要設(shè)計(jì)，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價(jià)格中等，制造較難。程序的設(shè)計(jì)中，分析控制交通的多種原理，用傳統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)難度較大，所以使用可編程控制器，其主要原因是因?yàn)镻LC具有簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)介紹了應(yīng)用PLC實(shí)現(xiàn)十字路口交通信號燈的自動(dòng)控制。通過對交通信號燈的控制要求分析，對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，并通過實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。1PLC的概述1.1PLC的產(chǎn)生和定義1968年由美國通用汽車公司（GE）提出，1969年有美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制成功，有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)算功能稱為PLC（programmablelogiccontroller）。80年代，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PLC采用通用微處理器為核心，功能擴(kuò)展到各種算術(shù)運(yùn)算，PLC運(yùn)算過程控制并可與上位機(jī)通訊、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。被稱為PC（programmablecontroller）即可編程控制器。國際電工委員會(huì)（IEC）在1985年對PLC做了如下定義：“可編程控制器（ProgrammbleLogicController,PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則來設(shè)計(jì)?！睆囊陨隙x中可以看出，PLC是一種用程序來改變控制功能的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，除了能夠完成各種各樣的控制功能外，還有與其它計(jì)算機(jī)智能設(shè)備通信聯(lián)網(wǎng)的功能。PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。1.2PLC的基本組成目前，可編程控制器的產(chǎn)品很多，不同的廠家生產(chǎn)的PLC以及同一家生產(chǎn)的不同型號的PLC其結(jié)構(gòu)個(gè)不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實(shí)現(xiàn)不僅基于硬件的作用，而更靠軟件的支持。PLC的主機(jī)由微處理器（CPU）、存儲器（EPROM、ROM）、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。下面分別介紹PLC各組成部分及作用。1.2.1CPU模塊CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于認(rèn)的大腦和心臟，它不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來儲存程序和數(shù)據(jù)。1.2.2I/O模塊輸入（Input）模塊和輸出（Output）模塊簡稱為I/O模塊，它們相當(dāng)于人的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕、選擇開關(guān)、數(shù)字撥碼開關(guān)、限位開關(guān)、接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號；模擬量輸入模塊用來接收電位器、測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號。開關(guān)量輸出模塊用來控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備；模擬量輸出模塊用來控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC外部的輸入、輸出電路的電源電壓較高，例如DC24V和AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能損壞CPU模塊中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。1.2.3編程器編程器用來生成用戶程序，并用它來編輯、檢查、修改用戶程序，監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入和編輯指令表程序，因此又叫做指令編程器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來給小型PLC編程，或者用于現(xiàn)場調(diào)試和維護(hù)。使用編程軟件可以在計(jì)算機(jī)屏幕上直接生成和編輯梯形圖或指令表程序，并且可以實(shí)現(xiàn)不同編程語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計(jì)算機(jī)。程序可以存盤或打印，通過網(wǎng)絡(luò)或電話線，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程編程和傳送。1.2.4電源PLC使用AC220V電源或DC24V電源。內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供不同電壓等級的直流電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開關(guān)）提供DC24V電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。2PLC的硬件與工作原理2.1PLC的硬件結(jié)構(gòu)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和混合式。2.1.1整體式PLC整體式又叫做單元式或箱體式，它的體積小、價(jià)格低，小型PLC一般采用整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC將CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱型塑料機(jī)殼內(nèi)，S7-200稱為CPU模塊。其前蓋下面有模式選擇開關(guān)、模擬量電位器和擴(kuò)展模塊連接器。S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶選用。CPU模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接，可以選用全輸入型或全輸出型的數(shù)字量I/O擴(kuò)展模塊來改變輸入、輸出點(diǎn)的比例。整體式PLC還配備有許多專用的特殊功能模塊，例如模擬量輸入、輸出模塊、熱電偶模塊、位置控制模塊和通信模塊等，使PLC的功能得到擴(kuò)展。2.1.2模塊式PLC大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，它由機(jī)架和模塊組成。模塊插在模塊插座上，后者焊在機(jī)架中的總線連接板上，有不同槽數(shù)的機(jī)架供用戶選用，如果一個(gè)機(jī)架容納不下選用的模塊，可以增設(shè)一個(gè)或數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)架，各機(jī)架之間接口模塊和電纜相連。用戶可以選用不同檔次的CPU模塊、品種繁多的I/O模塊和特殊功能模塊，對硬件配置的選擇余地較大，維修時(shí)更換模塊也很方便。整體式PLC每一I/O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，小型控制系統(tǒng)一般采用整體式PLC。但是模塊式PLC的硬件組態(tài)方便靈活，I/O點(diǎn)數(shù)的多少、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、I/O模塊的種類和塊數(shù)、特殊I/O模塊的使用等方面的選擇余地都比整體式PLC大得多，維修時(shí)更換模塊、判斷故障范圍也很方便，因此較復(fù)雜的、要求較高的系統(tǒng)一般選用模塊式PLC。2.2CPU模塊中的存儲器存儲器分為系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。系統(tǒng)程序相當(dāng)于個(gè)人計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，它使PLC具有基本的智能，能夠完成PLC設(shè)計(jì)者規(guī)定的各種工作。系統(tǒng)程序由PLC生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化在ROM（只讀存儲器）中，用戶不能讀取。用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，它使PLC能完成用戶要求的特定功能。用戶程序存儲器的容量以字節(jié)（B）為單位。PLC使用以下幾種物理存儲器：2.2.1隨機(jī)存取存儲器（RAM）用戶可以用編程裝置讀出RAM中的內(nèi)容，也可以將用戶程序?qū)懭隦AM，因此RAM又叫讀/寫存儲器。它是易失性的存儲器，它的電源中斷后，儲存的信息將會(huì)丟失。RAM的工作速度高、價(jià)格便宜、改寫方便。在關(guān)斷PLC的外部電源后，可以用鋰電池保存RAM中的用戶程序和某些數(shù)據(jù)。鋰電池可以用1~3年，需要更換鋰電池時(shí)，由PLC發(fā)出信號，通知用戶?，F(xiàn)在部分PLC仍然用RAM來儲存用戶程序。2.2.2只讀存儲器（ROM）ROM的內(nèi)容只能讀出，不能寫入。它是非易失性的，它的電源消失后，仍能保存儲存的內(nèi)容。ROM用來存放PLC的系統(tǒng)程序。2.2.3可以電擦除可編程的只讀存儲器（EEPROM）EEPROM是非易失性的，但是可以用編程裝置對它編程，兼有ROM的非易失性和RAM的隨機(jī)存取優(yōu)點(diǎn)，但是寫入數(shù)據(jù)所需的時(shí)間比RAM長得多。S7-200用EEPROM來存儲用戶程序和需長期保存的重要數(shù)據(jù)。2.3PLC的工作原理2.3.1用觸點(diǎn)和線圈實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算在數(shù)字量控制系統(tǒng)中，變量僅有兩種相反的工作狀態(tài)，例如高電平和低電平、繼電器線圈的通電和斷電、觸點(diǎn)的接通和斷開，可以用邏輯代數(shù)中的1和0來表示，在波形圖中，用高電平表示1狀態(tài)，用低電平表示0狀態(tài)。用繼電器電路或梯形圖可以實(shí)現(xiàn)“與”、“或”、“非”邏輯運(yùn)算。用多個(gè)觸點(diǎn)的串、并聯(lián)電路可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯運(yùn)算。繼電器的線圈通電時(shí)，其常開觸點(diǎn)接通，常閉觸點(diǎn)斷開；線圈斷電時(shí)，其常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合。梯形圖中的位元件（例如PLC的輸出點(diǎn)Q）的觸點(diǎn)和線圈也有類似的關(guān)系。2.3.2PLC的操作模式2.3.2.1操作模式PLC由兩種操作模式，即RUN（運(yùn)行）模式與STOP（停止）模式。在RUN模式下，通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能；而在STOP模式下，CPU不執(zhí)行用戶程序，我們可以使用編程軟件來創(chuàng)建和編輯用戶程序，設(shè)置PLC的硬件功能，并將用戶程序和硬件設(shè)置信息下載到PLC中。如果有致命錯(cuò)誤，在消除它之前不允許從STOP模式進(jìn)入RUN模式。PLC操作系統(tǒng)儲存非致命錯(cuò)誤供用戶檢查，但是不會(huì)從RUN模式自動(dòng)進(jìn)入STOP模式。I/O響應(yīng)時(shí)間:指從PLC的某一輸入信號變化開始到系統(tǒng)有關(guān)輸出端信號的改變所需的時(shí)間。PLC的I/O響應(yīng)時(shí)間為了增強(qiáng)PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個(gè)開關(guān)量輸入端都采用光電隔離等技術(shù)。為了能實(shí)現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式（掃描技術(shù)）。以上兩個(gè)主要原因，使得PLC的I/O響應(yīng)比一般微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制系統(tǒng)慢一些，其響應(yīng)時(shí)間至少等于一個(gè)掃描周期，一般均大于一個(gè)掃描周期。2.3.2.2用模式開關(guān)改變操作模式CPU模塊上的模式開關(guān)在STOP位置時(shí)，將停止用戶程序的運(yùn)行；在RUN位置時(shí)，將啟動(dòng)用戶程序的運(yùn)行。模式開關(guān)在STOP或TERM（Terminal，終端）位置時(shí)，電源通電后CPU自動(dòng)進(jìn)入STOP模式；在RUN位置時(shí)，電源通電后自動(dòng)進(jìn)入RUN模式。2.3.2.3用STEP7-Micro/WIN編程軟件改變操作模式用編程軟件控制CPU的操作模式必須滿足下面的兩個(gè)條件：在編程軟件與PLC之間建立起通信連接。將PLC的模式開關(guān)放置在RUN模式或TERM模式。在編程軟件中單擊工具條上的運(yùn)行按鈕，或執(zhí)行菜單命令“PLC”—“RUN”（運(yùn)行），將進(jìn)入RUN模式。單擊停止按鈕，或執(zhí)行菜單命令“PLC”—“STOP”（停止），將進(jìn)入STOP模式。2.3.2.4在程序中改變操作模式在程序中插入STOP指令，可以使CPU由RUN模式進(jìn)入STOP模式。2.3.3PLC的基本工作原理PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據(jù)某一對象的具體控制要求，編好程序后，編程器將程序鍵入PLC的用戶存儲器中存儲。PLC的控制功能就是運(yùn)用用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。PLC采用循環(huán)掃描的方式來進(jìn)行工作，即在PLC通電并完成了對硬件和軟件的初始化之后，用戶程序反復(fù)不斷地執(zhí)行，以使PLC的輸出及時(shí)的響應(yīng)隨時(shí)可能變換的輸入信號，直到PLC停機(jī)或者切換到STOP狀態(tài)為止。這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。PLC在RUN工作模式下，采用周期循環(huán)掃描、分時(shí)操作的工作方式，不斷地采集輸入信號、執(zhí)行用戶程序以刷新系統(tǒng)輸出；同時(shí)，完成內(nèi)部處理和通信服務(wù)等工作。掃描工作當(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。3LC的特點(diǎn)與應(yīng)用領(lǐng)域3.1PLC的特點(diǎn)PLC是綜合繼電器接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)及計(jì)算機(jī)靈活、方便的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)制造和發(fā)展的,這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的優(yōu)點(diǎn)。（1）編程方法簡單易學(xué)（2）功能強(qiáng)、性價(jià)比高（3）硬件配套齊全、用戶使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)（4）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少（6）維修工作量小，維修方便（7）體積小，能耗低，易于集成3.2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC廣泛地應(yīng)用在很多的部門，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，PLC的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面：數(shù)字量邏輯控制這是PLC最基本最廣泛的應(yīng)用。其輸入輸出均為開關(guān)量信號，控制過程與繼電器控制系統(tǒng)最為接近，控制成本低廉，可靠性極高?？梢杂糜趩闻_設(shè)備，也可用于自動(dòng)生產(chǎn)線，還可用于民用或家庭場合。運(yùn)動(dòng)控制使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊，實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)等場合的位置、速度等過程控制，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械的加工場合。閉環(huán)過程控制通過PLC的模擬量A/D、D/A模塊，可以完成模擬量和數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的PID（比例－積分－微分）閉環(huán)過程控制。廣泛應(yīng)用于塑料加工、鍋爐控制等設(shè)備控制。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表等功能，可能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析和處理，大大增強(qiáng)了PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能。通信聯(lián)網(wǎng)經(jīng)通訊端口，可以實(shí)現(xiàn)PLC之間、PLC與其它智能設(shè)備（如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置等）之間通信，組成功能強(qiáng)大的“分散控制、集中管理”的分布式自動(dòng)控制系統(tǒng)（DCS系統(tǒng)），為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的控制支持。3.3PLC的前景為了適應(yīng)市場的各方面的需求,各生產(chǎn)廠家對PLC不斷進(jìn)行改進(jìn),推出功能更加強(qiáng)大、結(jié)果更加完美的新產(chǎn)品。這些新產(chǎn)品總體來說，朝兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)向超小型、專用化和低價(jià)格的方向發(fā)展，以進(jìn)行單機(jī)控制；另一個(gè)是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代化的大型工廠、企業(yè)自動(dòng)化的需要[6]。4PLC的程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)4.1PLC中的程序結(jié)構(gòu)（1）可編程序控制器是專為工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制而開發(fā)的通用控制器，編程簡單是它的—個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，它沒有采用計(jì)算機(jī)程序語言，而是開發(fā)了面向控制過程、面向問題、簡單直觀的PLC編程語言。程序由兩部分組成：操作系統(tǒng)，由PLC的生產(chǎn)廠家提供，它支持用戶程序的運(yùn)行；用戶程序，由用戶為了完成特定的控制任務(wù)而編寫的應(yīng)用程序。PLC的編程語言標(biāo)準(zhǔn)IEC61131-3規(guī)定了下述5鐘編程語言：順序功能圖，梯形圖，功能塊圖，指令表和結(jié)構(gòu)文本。其中較為常用的有順序功能圖、梯形圖和指令表。順序功能圖，是一種位于其它編程語言之上的圖形語言，用來編寫順序控制程序。它為我們提供了一種組織程序的圖形方法。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作是順序功能圖中的三種主要元件。梯形圖程序是使用的最多的PLC圖形編程語言。梯形圖程序由觸點(diǎn)、線圈和用方框表示的功能塊組成。觸點(diǎn)代表邏輯輸入條件，例如外部的開關(guān)、按鈕和內(nèi)部條件等。線圈通常代表邏輯輸出結(jié)果，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。功能塊圖用來表示定時(shí)器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等指令。PLC的梯形圖也稱之為電路或程序，是一種軟件信息，反映PLC的輸入輸出邏輯控制關(guān)系的程序軟件。需要注意的是，與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖電路不同，PLC的梯形圖不是真正的物理硬件電路，不能把他們當(dāng)做硬件電路來對待。指令表程序，指令是程序中的最小獨(dú)立單位，用戶程序是由若干條順序排列的指令而構(gòu)成。一條指令一般由一個(gè)操作碼和一個(gè)操作數(shù)組成，操作數(shù)由標(biāo)識符和參數(shù)組成。操作碼定義要執(zhí)行的功能，它告訴CPU該執(zhí)行什么操作；操作數(shù)為執(zhí)行該操作所需要的信息，它告訴CPU用什么去做。一般情況下，指令的操作數(shù)在PLC的存貯器中。（2）S7-200的控制程序由主程序、子程序和中斷程序組成。主程序：是程序的主體，每個(gè)項(xiàng)目都必須并且只能有一個(gè)主程序。在主程序中可以調(diào)用子程序和中斷程序。子程序：子程序是可選的，僅在被其它程序調(diào)用時(shí)執(zhí)行。同一個(gè)子程序可以在不同地方被多次調(diào)用。使用子程序可以簡化程序代碼和減少掃描時(shí)間。中斷程序：用來及時(shí)處理與用戶程序的執(zhí)行時(shí)序無關(guān)的操作，或者不能事先預(yù)測何時(shí)發(fā)生的中斷事件。中斷程序不是由用戶程序調(diào)用，而是在中斷事件發(fā)生時(shí)由操作系統(tǒng)調(diào)用。中斷程序由用戶編寫。5應(yīng)用PLC設(shè)計(jì)十字路口交通燈5.1十字路口交通燈的原理及示意圖在十字路口的東西、南北主干道上裝設(shè)紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛，人行斑馬線上裝設(shè)紅、綠燈控制行人。其控制過程為：(1)系統(tǒng)啟動(dòng)后，南北紅燈全亮35秒；與此同時(shí)東西直行綠燈亮20秒,東西左轉(zhuǎn)彎紅燈亮；(2)東西燈亮20秒后開始閃爍，周期為1秒(滅0.5秒，亮0.5秒)，閃亮3秒。(3)東西直行綠燈閃亮3秒后變成黃燈亮，維持2秒；(4)東西直行黃燈亮2秒后變成紅燈亮；同時(shí)東西左轉(zhuǎn)彎綠燈亮，維持10秒；(5)東西左轉(zhuǎn)彎綠燈亮10秒后變成紅燈亮;(至此東西方向全是紅燈亮，維持40秒)；同時(shí)南北方向直行控制紅燈滅，綠燈亮。維持20秒；南北左轉(zhuǎn)彎繼續(xù)紅燈亮.；(6)南北直行綠亮20秒后開始閃爍，周期為1秒(滅0.5秒，亮0.5秒)，閃亮3秒；(7)南北直行綠燈閃亮3秒后變成黃燈亮，維持2秒；(8)南北直行黃燈亮2秒后變成紅燈亮；同時(shí)南北左轉(zhuǎn)彎綠燈亮，維持10秒；(9)南北左轉(zhuǎn)彎綠燈亮10秒后變成紅燈亮

(至此東西方向全是紅燈亮)；同時(shí)東西方向直行控制紅燈滅綠燈亮；東西左轉(zhuǎn)彎繼續(xù)紅燈亮。(10)循環(huán)執(zhí)行上述1到9步，實(shí)現(xiàn)對交通信號燈的控制。該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)工作的控制系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠周期性地連續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)輸入信號分別控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。PLC選用三菱F1—40MR基本單元，I/O接口數(shù)為24/16。根據(jù)系統(tǒng)的控制模型和控制要求可畫出系統(tǒng)中各輸出信號的控制時(shí)序如圖三所示。5.2設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖5.3IO分配表為了將十字路口交通燈的控制關(guān)系用PLC控制器實(shí)現(xiàn)，PLC需要1個(gè)輸入點(diǎn)作為啟動(dòng)、停止開關(guān)，10個(gè)輸出點(diǎn)。交通信號燈控制系統(tǒng)的IO分配表。IO分配名稱代號名稱代號南北直紅Y1東西直黃Y12南北直黃Y2東西直綠Y13南北直綠Y3東西轉(zhuǎn)彎紅Y14南北轉(zhuǎn)彎紅Y4東西轉(zhuǎn)彎綠Y15南北轉(zhuǎn)彎綠Y5啟動(dòng)/結(jié)束按鈕MO東西直紅Y115.4十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖5.5梯形圖：根據(jù)控制系統(tǒng)的順序功能圖，采用以轉(zhuǎn)換條件為主要的設(shè)計(jì)方法，可以編寫得到該十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的梯形圖，見附錄一。5.6指令表該十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的指令表，見附錄二。5.7監(jiān)控組態(tài)圖小結(jié)本次設(shè)計(jì)的是十字路口交通燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試，由于這個(gè)課題和我們的生活聯(lián)系很緊密，所以這讓我做起來相對簡單一點(diǎn)。俗話說萬事開頭難，一開始我沒有頭緒，但是在老師和同學(xué)的指導(dǎo)下，我慢慢的就理解了，然后就開始了設(shè)計(jì)。首先我自己研究課題中的十字交通燈的基本要求，在了解透徹的情況下，就去查閱各種資料，然后初步確定了要以時(shí)間計(jì)時(shí)為轉(zhuǎn)換條件來進(jìn)行各工部間的聯(lián)系