基于PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)設(shè)計題目:基于PLC十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計專業(yè):班級:學號:姓名:指導教師:2021年7月15日目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章前言 頁第1章前言1.1交通信號燈的發(fā)展及研究意義1858年,在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅,藍兩色的機械扳手式信號燈,用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年,英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上,安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成,紅色表示“停止”,綠色表示“注意”869年1月2日,煤氣燈爆炸,使警察受傷,被取消。1914年,電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成,安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”,綠燈亮表示“通行"。1918年,又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈,一種是把壓力探測器安在地下,車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈;另一種是用擴音器來啟動紅綠燈,司機遇紅燈時按一下嗽叭,就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時,它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間,推遲汽車放行,以免發(fā)生交通事故。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。1968年,聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號,面對綠燈的車輛可以直行,左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎,除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號,面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號,面對黃燈的車輛不能越過停車線,但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。1.2PLC在我國城市交通上的應(yīng)用概述可編程序控制器簡稱PLC,是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(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(yīng)用最多的一種設(shè)備。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、價格低、可靠性高,在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加重要。然而,將PLC用于對交通信號燈的控制,主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性,同時其內(nèi)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的實現(xiàn)。目前大多品牌的PLC內(nèi)部均配有實時時鐘,通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于PLC本身具有通訊聯(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(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學化管理。當前,我國交通建設(shè)也應(yīng)用PLC控制,適用性特強,軟件,硬件通過用PLC控制有很高的自動化,更能安全管理和控制,它的作用在我過交通建設(shè)方面極為重要。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護方便,用法簡單、通用性強等特點,本文用的可編程控制器控制十字路口信號燈來說明可編程控制器硬件、軟件的設(shè)計。同時在東西南北每個路口都有兩位七段碼顯示倒計時?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)的特點:1.脫機手動工作;2.聯(lián)機自動就地工作;3.上機控制的單周期運行方式;4.由上位機通過串口向下位機送入設(shè)定配方參數(shù)實現(xiàn)自動控制;5.自動啟動、自動停機控制方式。近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高,使得實際應(yīng)用成為可能。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因:1.PLC具有很高的可靠性,通常的平均無故障時間都在30萬小時以上。2.編程能力強,可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)。3.抗干擾能力強,目前空中各種電磁干擾日益嚴重,為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定,我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC。根據(jù)交通信號燈系統(tǒng)的要求與特點,我們采用了德國西門子公司S7-1200型PLC。根據(jù)交通信號燈系統(tǒng)的要求與特點,我們采用了德國內(nèi)門子公司S7-1200型PLC。西門子PLC有小型化、高速度、高性能等特點,是S7-1200系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門子可編程控制器指令豐富,可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備,有豐富的特殊擴展設(shè)備,其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的,能夠方便地聯(lián)網(wǎng)盟通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現(xiàn)控制。

第2章可編程程序控制器（PLC）2.1PLC概述可編程序控制器(ProgrammabieLogicController,縮寫PLC)是以微處理器為基礎(chǔ),綜合計算機、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。可編程序控制器是隨著技術(shù)的進步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變,為適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)的需要,生產(chǎn)發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置。PLC從1969年問世以來,雖然至今還不到40年,但由于其具有通用靈活的控制性能,簡單方便的使用性能,可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性,因此在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。有人將它與數(shù)控技術(shù)、CADICAM技術(shù)工業(yè)機械人技術(shù)并稱為現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)的四大支柱?？删幊绦蚩刂破髟谖覈陌l(fā)展與應(yīng)用已有30多年的歷史,現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域,成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強大支柱。隨著全球一體化經(jīng)濟的發(fā)展,努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù),應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向。2.1.1PLC發(fā)展歷程在可編程控制器出現(xiàn)前,在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中,繼電器控制占主導地位,應(yīng)用廣泛。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點,特別是其接線復(fù)雜、不易更改,對生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。1968年美國通用汽車公司(G.M)為了適應(yīng)汽車型號的不斷更新,生產(chǎn)工藝不斷變化的需要,實現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn),希望能有一種新型工業(yè)控制器,它能做到盡可能減少重新設(shè)計和更換電器控制系統(tǒng)及接線,以降低成本,縮短周期。于是就設(shè)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來,制成一種通用控制裝置,而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”進行編程,使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。1969年美國數(shù)字設(shè)備公司(DEC)根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求,研制成功了世界上第一臺可編程控制器,并在通用汽車公司的自動裝配線上試用,取得很好的效果。從此這項技術(shù)迅速發(fā)展起來。早期的可編程控制器僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能,只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制,通常稱為可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController)。隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,20世紀70年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到PLC中,使PLC不僅具有邏輯控制功能,還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。20世紀80年代以后,隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,16位和32位微處理器應(yīng)用于PLC中,使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制功能增強,同時可靠性提高,功耗、體積減小,成本降低,編程和故障檢測更加靈活方便,而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能,使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實的多功能控制器。PLC的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個階段:1970—1980年:PLC的結(jié)構(gòu)定型階段。在這一階段,由于PLC剛誕生,各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)(如邏輯電路型、1位機型、通用計算機型、單板機型等),但迅速被淘汰。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有PLC結(jié)構(gòu)形成,取得了市場的認可,得以迅速發(fā)展.推廣。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟,PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機床、生產(chǎn)線擴展。1980—1990年:PLC的普及階段。在這一階段,PLC的生產(chǎn)規(guī)模日益擴大,價格不斷下降,PLC被迅速普及。各PLC生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格.品種開始系列化,并且形成了固定I/O點型、基本單元加擴展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FF1F2小型PLC系列產(chǎn)品,K/A系列中、大型PLC產(chǎn)品等。1990—2000年,PLC的高性能與小型化階段。在這一階段,隨著微電子技術(shù)的進步,PLC的功能日益增強,PLC的CPU運算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加,使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā),PLC的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。此外,PLC的體積大幅度縮小,出現(xiàn)了各類微型化PLC。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品,AIS/A2US/Q2A系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等。2000年至今:PLC的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。在本階段,為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要,PLC的各種功能不斷進步。一方面,PLC在繼續(xù)提高CPU運算速度,位數(shù)的同時,開發(fā)了適用于過程控制,運動控制的特殊功能與模塊,使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動化的全部領(lǐng)域。與此同時,PLC的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展,PLC不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入/輸出設(shè)備,還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),為工廠自動化奠定了基礎(chǔ)。三婁公司本階段的主要產(chǎn)品有FX小型PLC系列產(chǎn)品(包括最新的FX3u系列產(chǎn)品),Qn,QnPH系列中,大型PLC系列產(chǎn)品等。2.1.2PLC的發(fā)展趨勢從當前產(chǎn)品技術(shù)性能來看,PLC發(fā)展趨勢仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。①體積小型化。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果?，F(xiàn)代PLC無論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的PLC有了很大的不同,PLC體積被大幅度縮小。②性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能與10性能兩大方面可編程序控制器在我國的發(fā)展狀況如下:(1)我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同,國際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用,而我國則是從成套設(shè)備引進、可編程序控制器引進應(yīng)用、消化移植、合資生產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。大致可劃分為下述三個階段:①可編程序控制器的初級認識階段(70年代后期到80年代初期)國際上可編程序控制器的發(fā)展,首先引起了國內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣,所以我國對可編程序控制器的認識始于70年代后期到80年代初期的成套設(shè)備引進中,當時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約200多臺可編程序控制器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個鋼鐵治煉以及加工生產(chǎn)線上,取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng),并部分取代了模擬量控制和小型DDC系統(tǒng)。繼寶鋼一期工程后,國內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器,其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域。正是在成套設(shè)備引進過程中,我們打開了眼界,了解認識了可編程序控制器,這也促進了可編程序控制器在我國的發(fā)展。②可編程序控制器的引進應(yīng)用和消化移植階段(80年代初期到90年代初期)80年代初期開始,隨著我國改革開放的不斷深入,在成套設(shè)備引進的同時,國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內(nèi)市場。許多部門和單位相繼引進可編程序控制器并自己設(shè)計組成控制系統(tǒng),其應(yīng)用范圍也擴大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細化工等工業(yè)領(lǐng)域。③可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段(90年代初期到現(xiàn)在)進入90年代,我國的可編程序控制器進入了廣泛發(fā)展階段,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:（2）政府重視可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視,在當時機械電子工業(yè)部的領(lǐng)導下,于1991年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會。可編程序控制器行業(yè)協(xié)會在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用,溝通了情況,為做出決策提供了依據(jù)。同時可編程序控制器的標準化工作也受到了有關(guān)部門的重視,于1993年成立了可編程序控制器標準化技術(shù)委員會，為我國可編程程序控制器的進一步發(fā)展打下基礎(chǔ)。2.1.3PLC的應(yīng)用（一）PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使得其應(yīng)用受到限制。但最近十多年來,PLC的應(yīng)用面越來越廣,其主要原因是:一方面由于微處理器芯片幾有關(guān)元件的價格大大下降,使得PLC的成本下降;另一方面PLC的功能大大增強,它也能解決復(fù)雜的計算和通信問題。目前PLG在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機械制造、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。PLC的應(yīng)用范圍通常可分成以下5種類型(1)順序控制這是PLC應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域,也是最適合PLC使用的領(lǐng)域。它用來取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。PLC應(yīng)用于單機控制、多機群控、生產(chǎn)自動線控制等。例如:注塑機械、印刷機械、、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。(2)運動控制PLC制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊,在多數(shù)情況下,PLC把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊,其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標位置。每個軸移動時,位置控制模塊保持適當?shù)奈恢煤图铀俣?確保運動平滑。（3)過程控制PLC還能控制大量的過程參數(shù),例如:溫度、流量、壓力、液位和速度。PID模塊提供了使PLC具有閉環(huán)控制的功能,即一個具有PID控制能力的PLC可用于過程控制。當過程控制中某個變量出現(xiàn)偏差時,PID控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設(shè)定植上。(4)數(shù)據(jù)處理在機械加工,,PLC作為E的控制管理系統(tǒng)用FCNC和NC系統(tǒng)中,可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作(5)通信網(wǎng)絡(luò)PLC的通信包括主機與遠程10之間的通信、多臺PLC之間的通信、PLC和其他智能控制設(shè)備(如計算機、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起,可以組成“集中管理、分散控制"的分布式控制系統(tǒng)。（二）PLC在我國的應(yīng)用雖然我國在PLC生產(chǎn)方面比較弱,但在PLC應(yīng)用方面,我國是很活躍的,近年來每年約新投入10萬臺套PLC產(chǎn)品,軍銷售額30多億人民幣,應(yīng)用的行業(yè)也很廣。在我國,一般按1/0點數(shù)將PLC分為以下級別(但不絕對,國外分類有些區(qū)別):微型:32I/O小型:256I/O中型:1024I/O大型：4096I/O巨型：8192I/O在我國應(yīng)用的PLC系統(tǒng)中，I/O64點以下PLC銷售額占整個PLC的47%，64點~256點的占31%，合計占整個PLC銷售額的78%。圖2.1PLC控制圖2.2PLC的硬件結(jié)構(gòu)PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機從結(jié)構(gòu)上分,PLC分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PLC包括CPU板、1O板、顯示面板、內(nèi)存塊電源等,這些元素組合成拆卸的整體,模塊式PLC包括CPU模塊、1O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架,這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。其結(jié)構(gòu)如圖所示。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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器1/0以及警戒定時器的狀態(tài);并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時,首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù),并分別存入1/0映象區(qū),然后從用戶程序存儲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)運算的結(jié)果送入1/0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10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)運行直到停止運行。2.3PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式,即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開,該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作,必須等掃描到該觸點時才會動作。考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上,而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms,因此,PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式--掃描技術(shù)。這樣在對于1/0響應(yīng)要求不高的場合,PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。當PLC投入運行后,其工作過程一般分為三個階段,即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間,PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1.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1/0映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后,轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中,即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化,1/0映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此,如果輸入是脈沖信號,則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期,才能保證在任何情況下,該輸入均能被讀入。2.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,又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路,并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算,然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果,刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者刷新該輸出線圈在10映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài);或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。3.輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后,PLC就進入輸出刷新階段。在此期間,CPU按照1/0映象區(qū)內(nèi)對應(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)動相應(yīng)的外設(shè)。PLC的掃描工作過程如圖2.2圖2.2PLC的掃描工作過程圖第3章系統(tǒng)分析3.1控制要求交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下:1．信號燈受一個起動開關(guān)控制,當起動開關(guān)接通時,信號系統(tǒng)開始工作,且先南北紅燈亮,東西綠燈亮。當起動開關(guān)斷開時,所有信號燈都熄滅。2．南北紅燈亮并維持25S,在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮,并維持20S。到20s時,東西綠燈閃爍,閃爍3S后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持2S.到2S時,東西黃燈熄,東西紅燈亮。同時,南北紅燈熄滅,南北綠燈亮。3．東西紅燈亮并維持30S,南北綠燈亮并維持25S然后閃爍3S,熄滅。同時南北黃燈亮,維持2S后熄滅,這時南北紅燈亮,東西綠燈亮。4．周而復(fù)始。3.2系統(tǒng)分析交通燈系統(tǒng)控制要求下,結(jié)合西門子S7-1200系列可編程控制器的特性,選擇適合的型號。設(shè)計思想分析如下:給一個啟動的輸入信號,要配合一個SB1的按鈕,當SIB啟動按鈕動作,系統(tǒng)工作。首先,南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài),東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,南北紅燈亮25s,需計時器設(shè)定延時25秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮;同時,東西方向道路也一起亮綠燈20s,需計時器設(shè)定延時20秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍:東西綠燈閃爍3s,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使東西綠燈閃爍,還要需計時器設(shè)定延時3秒,才會轉(zhuǎn)下狀態(tài)東西黃燈亮:東西黃燈亮25,需計時器設(shè)定延時2秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。其次,東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài),南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中,東西紅燈亮30s,需計時器設(shè)定延時30秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮;同時,南北方向道路也一起亮綠燈25s,需計時器設(shè)定延時25秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍;南北綠燈閃爍3s,需振蕩器或脈沖源(秒/次)動作使南北綠燈閃爍,還要需計時器設(shè)定延時3秒,才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮;南北黃燈亮2S,需計時器設(shè)定延時2秒,才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。另外,當斷開系統(tǒng),所有信號燈熄滅;需要按鈕SB1動作斷開系統(tǒng),停此輸入。信號入可編程控制器,而最快的方法,是使可編程控制器不動作,那么肯定無信號輸出。綜上所述,可編程控制器要滿足一個信號輸入(作系統(tǒng)接通、斷開作用),七個信號輸出,十字路口有十二個交通信號燈,但南北、東西兩個為一組用一個輸出信號控制,再加上一個報警信號驅(qū)動的報警燈。通過如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表、主流程圖,將十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計思路逐漸脈絡(luò)清晰。表3.1十字路口交通燈狀態(tài)分析表南北方向交通燈狀態(tài)紅燈亮25s綠燈亮25s綠燈閃3s黃燈亮2s東西方向交通燈狀態(tài)綠燈亮20s綠燈閃3s黃燈亮2s紅燈亮30s十字路口交通燈如下圖3.1所示，將12個交通燈進行編號圖3.1十字路口交通燈狀態(tài)圖這12個交通燈共有四個狀態(tài)。狀態(tài)1:南北紅燈(1.7)亮,東西綠燈(6、12)亮。狀態(tài)2:南北紅燈(1,7)繼續(xù)亮,東西綠燈(6、12)閃。狀態(tài)3:南北紅燈(1.7)繼續(xù)亮,東西黃燈(5、11)亮。狀態(tài)4:東西紅燈(4,10)亮,南北綠燈(3.9)亮。狀態(tài)5:東西紅燈(4,10)繼續(xù)亮,南北綠燈(3.9)閃。狀態(tài)6:東西紅燈(1、7)繼續(xù)亮,南北黃燈(2、8)亮。主程序流程圖:(如圖3.2所示)圖3.2主流程圖3.3硬件介紹3.3.1PLC的選型從上面的分析可以知道,系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點1個,開關(guān)量輸出點7個,如果選用CPU1215CDC/DC/DC/PLC,也需要擴展單元PLC,參照西門子S7-1200系列特性(見附錄),選用主機為CPU1215CDC/DC/DC(14輸入/10繼電器輸出)。其外形圖3.4如下:圖3.4CPU1215CDC/DC/DC外形圖輸入電路采用了雙向光電耦合器,24VDC極性可任意選擇,IM、2M為輸入端子的公共端。1L、2L為輸出公共端。CPU1215CDC/DC/DC另有24V、28OmA電源供PLC輸入點使用。3.3.2PLC的接線形式如圖3.5所示 圖3.5PCL接線圖端口I0.0為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號,端口Q0.0接起報警作用的信號燈，端口Q0.1接南北紅燈,端口Q0.2接東西綠燈,端口Q0.3接東西黃燈,端口Q0.4接東西黃燈,端口Q0.5接南。北綠燈,端口Q0.6接南北黃燈。3.4系統(tǒng)程序3.4.1系統(tǒng)的梯形圖圖3.6啟動停止梯形圖圖3.7紅綠燈控制梯形圖圖3.8紅綠燈控制梯形圖圖3.9紅綠燈控制梯形圖圖3.10紅綠燈控制梯形圖3.4.2十字路口交通燈觸摸屏設(shè)計圖3.11紅綠燈控制仿真圖南北紅燈亮25s，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20s。在東西黃燈亮時維持2s圖3.12紅綠燈控制仿真圖東西紅燈亮維持30s，南北綠燈亮維持25s，然后閃爍3s后熄滅。同時南北黃燈亮，維持2s后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。第4章系統(tǒng)檢測與調(diào)試4.1檢測與調(diào)試大體思路流程如下:1.硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器(萬用表、示波器等),檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。①靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)詞試靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測第一步;目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步:用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點,再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步;加電檢測。給板加電,檢測所有的插座成是器件的電源端是否符合要求的位第四步;是聯(lián)機檢查。因為只有用可編控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。②動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部從障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊,當調(diào)試電路時,與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉,這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上當各塊電路無故障后,將各電路逐塊加入系統(tǒng)中,在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各的器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進行由近及遠的分層,然后分層調(diào)試。調(diào)試時,仍緊用去掉無關(guān)元件的方法,逐層調(diào)試下去,就會定位故障元件了。③軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對擁護程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后,編輯,查看程序是否有邏輯的錯誤。如果出現(xiàn)故障,應(yīng)返回編程環(huán)境,檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進行調(diào)試,如此反復(fù)直到調(diào)試成功?？偨Y(jié)交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計,我們以前學過,我想這個課題是很容易的。當真正做起來的時候,還是覺得有點困難的,有些東西以前學了,但現(xiàn)在用起來可能又有點疑問。如畫電氣原理圖吧,整體的構(gòu)造腦海里都有一個整體的概念。而你要畫出來的話,你可能會遇到細背上的問題,比如說按鈕開關(guān)的方向是怎樣,以及怎么劃分區(qū)域等。遇到這些問題的時候都能讓你主動去翻書,復(fù)習這些陌生的知識。這個只有你自己投入進去你才能發(fā)現(xiàn)自己知識點的欠缺。做為一名機電一體化的學生對電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻的認識,知道它的重要性。要能看的懂,給你一張電氣原理圖,你要能夠?qū)懗鎏菪螆D。在程序設(shè)計過程中,我對以前的編程方法做了歸納,之前我習慣用功能流程寫程序,遇到難點的時候習慣翻書,對照例子提取點精華。現(xiàn)在能靈活運用經(jīng)驗設(shè)計法、電氣原理圖設(shè)計法、順序控制設(shè)計法。特別多順序控制設(shè)計有了一定的了解。這里面最經(jīng)典我認為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個三個是很值得研究的,也是一種格式。只要你能熟悉掌握,靈活應(yīng)用的話,那么編程對你來說將變的非常容易。一個流程圖無論多么復(fù)雜,都可以拆分上面的形式,然后就可以利用上面的方法編程了。當然對于簡單的流