[優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)精品]交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）題 目： 交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 所在院(系)： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 07級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 3班 指導(dǎo)教師： 職稱： 高級(jí)工程師 2010年12月26日教務(wù)本科學(xué)生課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題目交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、課程設(shè)計(jì)的目的專業(yè)課程綜合訓(xùn)練目的是本使學(xué)生通過對所學(xué)主要專業(yè)課的綜合應(yīng)用，基本掌握一般機(jī)電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟。綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)技能，進(jìn)一步提高學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，提高控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的總體意識(shí)和工程實(shí)踐能力。2、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）試設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通指

2、揮信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)，燈的供電電壓為220v。設(shè)計(jì)結(jié)束后提交：1.4000字左右的課程設(shè)計(jì)論文；2、電氣元件列表；3、繪制工作狀態(tài)圖、控制原理圖（若為plc控制，繪制plc的接線圖與梯形圖及程序。）；4、有機(jī)械設(shè)計(jì)的完成設(shè)計(jì)分析計(jì)算及cad制圖。3、主要參考文獻(xiàn)1 張建民等，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社.2002年2 趙先仲， 機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2004年3 吳圣莊，金屬切削機(jī)床概論，北京.機(jī)械工業(yè)出版社.1993年4 周萬珍，plc分析與設(shè)計(jì)應(yīng)用，北京，電子工業(yè)出版社，2004年5 黃明琪，可編程序控制器，重慶，重慶大學(xué)出版社，2003年6 楊幫文，新型繼電器

3、實(shí)用手冊，人民郵電出版社，2004年4、課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)度計(jì)劃內(nèi)容學(xué)時(shí)明確對控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行工作過程分析 8初步確定控制系統(tǒng)的形式，進(jìn)行控制系統(tǒng)輸入、輸出參數(shù)的確定與應(yīng)采用的安全保護(hù)措施時(shí)48確定控制系統(tǒng)方案,擬定電氣控制圖16分析計(jì)算電氣參數(shù)并選擇適合的電氣元件8系統(tǒng)性能驗(yàn)算4繪制所需的種類圖及編制技術(shù)文件20合計(jì)3周指導(dǎo)教師（簽字）日期2010 年 12 月 3 日教研室意見：年 月 日學(xué)生（簽字）： 接受任務(wù)時(shí)間： 年 月 日課程設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)教師成績評(píng)定表題目名稱交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)評(píng)分項(xiàng)目分值得分評(píng)價(jià)內(nèi)涵工作表現(xiàn)20%01學(xué)習(xí)態(tài)度6遵守各項(xiàng)紀(jì)律，工作刻苦努力，具有良好的科學(xué)

4、工作態(tài)度。02科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研7通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí)踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。03課題工作量7按期圓滿完成規(guī)定的任務(wù)，工作量飽滿。能力水平35%04綜合運(yùn)用知識(shí)的能力10能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題，能正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能對課題進(jìn)行理論分析，得出有價(jià)值的結(jié)論。05應(yīng)用文獻(xiàn)的能力5能獨(dú)立查閱相關(guān)文獻(xiàn)和從事其他調(diào)研；能提出并較好地論述課題的實(shí)施方案；有收集、加工各種信息及獲取新知識(shí)的能力。06設(shè)計(jì)（實(shí)驗(yàn)）能力，方案的設(shè)計(jì)能力5能正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立進(jìn)行裝置安裝、調(diào)試、操作等實(shí)驗(yàn)工作，數(shù)據(jù)正確、可靠；研究思路清晰、完整。07計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力5具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算

5、與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔助設(shè)計(jì)等。08對計(jì)算或?qū)嶒?yàn)結(jié)果的分析能力（綜合分析能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析能力）10具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)收集、分析、處理、綜合的能力。成果質(zhì)量45%09插圖（或圖紙）質(zhì)量、篇幅、設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化程度5符合本專業(yè)相關(guān)規(guī)范或規(guī)定要求；規(guī)范化符合本文件第五條要求。10設(shè)計(jì)說明書（論文）質(zhì)量30綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。11創(chuàng)新10對前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解。成績指導(dǎo)教師評(píng)語指導(dǎo)教師簽名： 年月日機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 摘要摘 要 plc可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)

6、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(diǎn),已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì),可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)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(chǔ)設(shè)備之一,plc、機(jī)器人、cad/cam將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于plc具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性,同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將plc應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時(shí),plc本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號(hào)燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短

7、車輛通行等候時(shí)間,實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理.關(guān)鍵詞：交通燈 plc 程序 設(shè)計(jì)35機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 目錄目 錄摘 要i目 錄1前 言31 交通信號(hào)控制系統(tǒng)任務(wù)分析41.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容42.1 方案設(shè)計(jì)42 設(shè)計(jì)背景52.1 背景概述52.2 可編程邏輯控制器簡介53 plc的特點(diǎn)及應(yīng)用63.1 概述63.2 plc的特點(diǎn)63.3 plc的應(yīng)用63.3.1開關(guān)量的邏輯控制73.3.2 模擬量控制73.3.3 運(yùn)動(dòng)控制73.3.4 過程控制73.3.5 數(shù)據(jù)處理73.3.6 通信及聯(lián)網(wǎng)84 plc的結(jié)構(gòu)及原理94.1 plc的分類94.2 plc的結(jié)構(gòu)94.3 plc的工作原理104.4 plc匯編語

8、言104.4.1 梯形圖104.4.2 語句表114.5 plc的基本指令114.5.1 輸入輸出指令（ld/ldi/out）114.5.2 觸點(diǎn)串連指令（and/andi）、并聯(lián)指令（or/ori）124.5.3 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（orb、anb）134.5.4 程序結(jié)束指令（end）145 丁字路口交通信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)簡介155.1 控制對象及要求155.1.1 控制對象155.1.2 控制要求165.2 系統(tǒng)簡介175.3 硬件選型186 系統(tǒng)i/o分配206.1 系統(tǒng)i/o分配表206.2 plc端子接線圖217 軟件設(shè)計(jì)227.1 實(shí)驗(yàn)步驟237.2 由順序功能圖繪出的pl

9、c梯形圖297.3 根據(jù)梯形圖寫出的指令338 總結(jié)348.1程序調(diào)試348.2難點(diǎn)分析348.3 收獲和體會(huì)35參考文獻(xiàn)36機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 交通信號(hào)控制系統(tǒng)任務(wù)分析前 言當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)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”。1869年1月2日

10、，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動(dòng)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，1914年始安裝于紐約市5號(hào)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(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通

11、事故有明顯效果。 1 交通信號(hào)控制系統(tǒng)任務(wù)分析1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容任務(wù)：試設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通指揮信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)，燈的供電電壓220v。內(nèi)容：因?yàn)楸菊n程設(shè)計(jì)是交通燈的plc控制設(shè)計(jì)，所以要了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設(shè)一個(gè)十字路口為東西南北走向。然后南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時(shí)間東西綠燈滅，黃燈閃爍幾次，南北仍然紅燈。再轉(zhuǎn)南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時(shí)間，南北綠燈滅，閃幾次黃燈，東西仍然紅燈。最后循環(huán)。2.1 方案設(shè)計(jì)在日常生活中我們可以看見十字路口有很多種形式，而最常見的有兩種：十字形和丁字路形。我們以這兩種方案來設(shè)計(jì)交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)。方案一： 紅 黃 紅 黃 綠

12、綠 北 西 東 紅 黃 綠 南 紅 黃 綠十字路口示意圖方案二:丁字路口示意圖機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)背景2 設(shè)計(jì)背景2.1 背景概述隨著汽車進(jìn)入家庭步伐的加快和城市汽車數(shù)量的增多，城市道路交通問題顯得越來越重要。馬路上經(jīng)常會(huì)看到這種現(xiàn)象:一旦整個(gè)路口的交通信號(hào)燈出現(xiàn)故障，若沒有交警的及時(shí)疏導(dǎo)，該路口就會(huì)塞得一塌糊涂，甚至造成嚴(yán)重的交通事故。原交通信號(hào)控制大都采用繼電器或單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、維護(hù)量大等缺點(diǎn),越來越不能適應(yīng)城市道路交通高速發(fā)展的要求。另外，根據(jù)人車流量的多少，可能隨時(shí)增加路口的交通信號(hào)，比如增加轉(zhuǎn)彎或人行道交通信號(hào)，原有系統(tǒng)的制約性就更加明顯了。為了彌補(bǔ)原交通信號(hào)

13、燈系統(tǒng)存在的以上缺點(diǎn)，我們引入了基于plc控制的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。本文對十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，運(yùn)用可編程邏輯器件plc做了軟件與硬件的設(shè)計(jì)，能基本達(dá)到控制要求。系統(tǒng)僅實(shí)現(xiàn)了小型plc系統(tǒng)的一個(gè)雛形，在完善各項(xiàng)功能方面都還需要進(jìn)一步的分析、研究和調(diào)試工作。如果進(jìn)一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，形成一個(gè)較為成型的產(chǎn)品，則需要作更多、更深入的研究。2.2 可編程邏輯控制器簡介可編程邏輯控制器(programmable logic controller,簡稱 plc) 根據(jù)國際電工委員會(huì)(iec)在1987年的可編程控制器國際標(biāo)準(zhǔn)第三稿中，對其作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，

14、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儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(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?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(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)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！笨删幊炭刂破髯鳛槟壳肮I(yè)自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)設(shè)備，被稱為“工業(yè)自動(dòng)化三大支柱性產(chǎn)業(yè)之一”，在各工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮著愈來愈大的作用。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) plc的特點(diǎn)及應(yīng)用3 plc的特點(diǎn)及應(yīng)用3.1 概述 可編程控制器（programmable controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早

15、期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller），簡稱plc，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（personal computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。3.2 plc的特點(diǎn)1可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；2 通用性高，使用方便；3程序設(shè)計(jì)簡單，易學(xué)，易懂；4采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；5系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短；6安裝簡便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量小；7對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)；3.3

16、plc的應(yīng)用目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。 3.3.1開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。3.3.2 模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)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(shí)現(xiàn)模擬量（analog）和數(shù)字量（digital）之間

17、的a/d轉(zhuǎn)換及d/a轉(zhuǎn)換。plc廠家都生產(chǎn)配套的a/d和d/a轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3.3.3 運(yùn)動(dòng)控制 plc可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 3.3.4 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(jì)算機(jī)，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多

18、的調(diào)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(yùn)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(yīng)用。 3.3.5 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(chǔ)在存儲(chǔ)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?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?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、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 3.3.6 通信及聯(lián)

19、網(wǎng) plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)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(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) plc的特點(diǎn)及原理4 plc的結(jié)構(gòu)及原理4.1 plc的分類1 按plc的結(jié)構(gòu)形式分類：1）整體式；2）模塊式。2 按plc的i/o點(diǎn)數(shù)分類：1）小型256點(diǎn)以下；2）中型256點(diǎn)以上，2048點(diǎn)以下；3）大型2048點(diǎn)以上。3按plc功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。4.2 plc的結(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)從

20、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、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。plc的基本結(jié)構(gòu)框圖如下：接口部件輸出輸入接口部件 中央處理單元 cpu板 接受 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場信號(hào) 受控元件 電 源 部 件4.3 plc的工作原理 1輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時(shí)，即使輸入信號(hào)發(fā)生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才能讀入

21、信息。 2 程序執(zhí)行階段：plc對用戶程序掃描。 3 輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動(dòng)功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。4.4 plc匯編語言采用面向控制過程，面向問題，簡單直觀的plc編寫橫語言，常用的有：梯形圖，語句表，功能圖等。4.4.1 梯形圖由繼電器控制邏輯演變而來，兩者具有一定程度的相似性，但梯形圖編程語言功能更強(qiáng)更方便。主要特點(diǎn)：1自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。每一邏輯行，起使左母線。 2 梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實(shí)物理繼電器稱為“軟繼電器” 3 每個(gè)梯級(jí)流過的是概念電流，從左向右，其兩端母線設(shè)有電源。 4 輸入

22、繼電器，用于接入信號(hào)，而無線圈，輸入繼電器，通過輸入接入的繼電器，晶體及晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。 4.4.2 語句表又叫指令表，類似計(jì)算機(jī)匯編語言形式，用指令的記助符編程。梯形圖與助記符的對應(yīng)關(guān)系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎?，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序?yàn)椋旱刂分噶钭兞?000ldx0000001orx0100002andx0010003outy0000004end反之根據(jù)助記符，也可畫出與其對應(yīng)的梯形圖4.5 plc的基本指令4.5.1 輸入輸出指令（

23、ld/ldi/out）下面把ld/ldi/out三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明： 符號(hào) 功 能 梯形圖表示 操作元件 ld（取） 常開觸點(diǎn)與母線相連 x，y，m，t，c,s ldi（取反）常閉觸點(diǎn)與母線相連 x，y，m，t，c,sout（輸出） 線圈驅(qū)動(dòng) y，m，t，c，s,f ld與ldi指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此外還可用于分支電路的起點(diǎn)。out 指令是線圈的驅(qū)動(dòng)指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。 x000 y000 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 ld x000 0001

24、 out y0004.5.2 觸點(diǎn)串連指令（and/andi）、并聯(lián)指令（or/ori） 符號(hào)（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 and（與） 常開觸點(diǎn)串聯(lián)連接 x，y，m，t，c,s andi（與非） 常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接 x，y，m，t，c,s or（或） 常開觸點(diǎn)并聯(lián)連接 x，y，m，t，c，s ori（ 或非） 常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接 x，y，m，t，c，s and、andi指令用于一個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限，這兩個(gè)指令可連續(xù)使用。 or、ori是用于一個(gè)觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令。 x001 x002 y001 地址 指令 數(shù)據(jù) 0002 ld x001 x003 0003 andi x

25、002 0004 or x003 0005 out y001 4.5.3 電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（orb、anb） 符號(hào)（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 orb（塊或） 電路塊并聯(lián)連接 無 anb（塊與） 電路塊串聯(lián)連接 無 含有兩個(gè)以上觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)連接塊”，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時(shí)，支路的起點(diǎn)以ld或ldnot指令開始，而支路的終點(diǎn)要用orb指令。orb指令是一種獨(dú)立指令，其后不帶操作元件號(hào)，因此，orb指令不表示觸點(diǎn)，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個(gè)電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)并聯(lián)電路塊之后使用一個(gè)orb指令，用這種方法編程時(shí)并聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒有限制；也可將所有要

26、并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出orb的指令，但這時(shí)orb指令最多使用7次。將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時(shí)使用anb指令，各并聯(lián)電路塊的起點(diǎn)，使用ld或ldnot指令；與orb指令一樣，anb指令也不帶操作元件，如需要將多個(gè)電路塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)串聯(lián)電路塊之后使用一個(gè)anb指令，用這種方法編程時(shí)串聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒有限制，若集中使用anb指令，最多使用7次。 anb x000 x002 x003 y006 x001 x004 x005 orb x006 x003 地 址 指 令 數(shù) 據(jù) 0000 ld x000 0001 or x001 0002 ld x0

27、02 0003 and x003 0004 ldi x004 0005 and x005 0006 or x006 0007 orb 0008 anb 0009 or x003 0010 out y006 4.5.4 程序結(jié)束指令（end）符號(hào)（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件結(jié)束 end（結(jié)束） 程序結(jié)束 無 在程序結(jié)束處寫上end指令，plc只執(zhí)行第一步至end之間的程序，并立即輸出處理。若不寫end指令，plc將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用end指令可縮短掃描周期。另外。在調(diào)試程序時(shí)，可以將end指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動(dòng)作，確認(rèn)無誤后，再依次刪去插

28、入的end指令。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 丁字路口交通信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)簡介 5 丁字路口交通信號(hào)燈plc控制系統(tǒng)簡介5.1 控制對象及要求 5.1.1 控制對象 本系統(tǒng)的控制對象有八個(gè)，分別是：東西方向紅燈（rew）兩個(gè)；南北方向紅燈 (rsn) 一個(gè)；東西方向黃燈（yew）兩個(gè)；南北方向黃燈 (ysn) 一個(gè)；東西方向綠燈（gew）兩個(gè)；南北方向綠燈 (gsn) 一個(gè)；東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(lew)一個(gè)；南北方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(lsn)一個(gè)。圖1 丁字路口交通燈示意圖5.1.2 控制要求1、系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動(dòng)開關(guān) on 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開關(guān) off 則系統(tǒng)停止工作；2、交通信號(hào)燈按高峰時(shí)段、

29、正常時(shí)段及晚上時(shí)段進(jìn)行控制，這三個(gè)時(shí)段的的時(shí)序分配如圖1所示；3、在高峰時(shí)段，交通信號(hào)燈按圖2所示時(shí)序控制；4、在正常時(shí)段，交通信號(hào)燈按圖3 所示時(shí)序控制；5、晚上時(shí)段按提示警告方式運(yùn)行，規(guī)律為： 東、南、西、北四個(gè)黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。圖2 時(shí)段分配時(shí)序圖t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6圖3 高峰期信號(hào)燈時(shí)序控制圖t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6圖4 正常期信號(hào)燈時(shí)序控制圖5.2 系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)是一個(gè)丁字路口交通燈的plc控制系統(tǒng)，利用西門子公司的s7-200可編程邏輯控制器對丁字路口的交通燈進(jìn)行控制。本系統(tǒng)具有

30、一定的智能性，即它可以對交通燈按高峰期、正常期及晚間幾個(gè)時(shí)段進(jìn)行分段控制。高峰期的控制方案為：1、 南北方向左轉(zhuǎn)彎燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，同時(shí)東西方向紅燈亮；2、 南北方向綠燈亮35秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；3、 南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續(xù)亮；4、 東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；5、 東西方向綠燈亮25秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮；6、 東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮，然后跳至第（1）步依次循環(huán)。正常期的控制方案為：1、 南北方向左轉(zhuǎn)彎燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，同時(shí)東西方向紅燈亮；2、 南北方向綠燈亮30秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；3、

31、南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續(xù)亮；4、 東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈和南北方向紅燈同時(shí)亮10秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；5、 東西方向綠燈亮30秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮；6、東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮，然后跳至第（1）步依次循環(huán)。晚間的控制方案為：東、南、西四個(gè)黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。5.3 硬件選型城市道路交通信號(hào)控制是典型的開關(guān)量順序控制，采用plc能充分利用它的優(yōu)點(diǎn)。在這里我們采用德國西門子公司的s7-200可編程控制器，它是積木式結(jié)構(gòu)，安裝比較方便，中央處理單元和信號(hào)模板有多種類型，另外還具有如位控單元、pd調(diào)節(jié)等特殊

32、功能模塊。根據(jù)本系統(tǒng)輸入點(diǎn)數(shù)及控制要求，中央處理單元可選用cpu224，該cpu板上本身具有10個(gè)數(shù)字量輸入點(diǎn)，6個(gè)非隔離數(shù)字量輸出點(diǎn)，最多能夠帶8個(gè)數(shù)字量信號(hào)模板。電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供cpu，存儲(chǔ)器等所有擴(kuò)展模塊使用的直流電源，是整個(gè)plc系統(tǒng)的能源供給中心，它的好壞直接影響到plc的穩(wěn)定性和可靠。s7-200屬于小型plc，電源模塊與cpu模塊封裝在一起，通過連接總線為本機(jī)和擴(kuò)展模塊提供+5v（dc）電源。同時(shí)，還可通過端子向外輸出一個(gè)+24v（dc）電源，供本機(jī)輸入點(diǎn)和擴(kuò)展模塊繼電器線圈使用。需注意的是，從資料中我們了解到，外部電源不可與s7-200的傳感器電源并聯(lián)使用。否則，交會(huì)

33、導(dǎo)致兩個(gè)電源的竟?fàn)幎绊懰鼈兏髯缘妮敵?，縮短其使用壽命，使得一個(gè)或兩個(gè)電源同時(shí)失效，使plc系統(tǒng)產(chǎn)生不正確的操作。正確的使用方法是s7-200的傳感器電源和外部電源應(yīng)該在不同的點(diǎn)上提供電源，而兩者之間只能有一個(gè)會(huì)共連接點(diǎn)。由于根據(jù)控制要求所確定的輸入輸出點(diǎn)分別人二個(gè)和九個(gè)，由于我們是以一個(gè)路口信號(hào)單獨(dú)控制為例，考慮到夠用為準(zhǔn)。所以我們選擇了cpu224這一具有較強(qiáng)控制功能的控制器。另外，在硬件選型時(shí)，不要忘記完成現(xiàn)場測試及軟件編程時(shí)所需的一些設(shè)備。綜上，得到系統(tǒng)硬件配置如表1所示： 表1 硬件配置表名 稱數(shù) 量dc24v電源1cpu2241pc/ppi編程電纜1step7編程軟件1pc機(jī)1機(jī)電

34、一體化課程設(shè)計(jì) 系統(tǒng)i/o分配 6 系統(tǒng)i/o分配6.1 系統(tǒng)i/o分配表分析plc的輸入和輸出信號(hào),在滿足控制要求的前提下,要盡量減少占用plc的i/o點(diǎn)。由系統(tǒng)控制要求可見，由控制開關(guān)輸入的啟、停信號(hào)是輸入信號(hào)。由plc的輸出信號(hào)控制各指示燈的亮、滅。在交通燈布置圖中，東西方向的三色燈共六盞，同顏色的燈在同一時(shí)間亮、滅；所以，可將同色燈兩兩并聯(lián)，用一個(gè)輸出信號(hào)控制。同理，南北方向的三色燈也依次設(shè)計(jì)。再加上東西方向左轉(zhuǎn)和南北方向左轉(zhuǎn)的兩色燈共八盞，所以其占8個(gè)輸出點(diǎn)。由此可得系統(tǒng)i/o分配如表2所示：表2 系統(tǒng)i/o分配表輸入/輸出設(shè)備/器件名稱i/o地址符號(hào)名數(shù)據(jù)類型輸入高峰時(shí)期按鈕i0.

35、0sb0bool正常時(shí)期按鈕i0.1sb1bool晚上工作按鈕i0.2sb2bool停止按鈕i0.3sb3bool輸出東西方向綠燈q0.0q1dint東西方向黃燈q0.1q2dint東西方向紅燈q0.2q3dint南北方向綠燈q0.3q4int南北方向黃燈q0.4q5int南北方向紅燈q0.5q6int東西方向左轉(zhuǎn)彎燈q0.6q7int南北方向左轉(zhuǎn)彎燈q0.7q8int6.2 plc端子接線圖根據(jù)i/o表及plc的配置圖很容易就可以得到plc端子接線圖4如下所示：圖5 正常期信號(hào)燈時(shí)序控制圖機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì) 7 軟件設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的控制原理是：用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)來判定是否對

36、時(shí)鐘進(jìn)行初始化，用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)分別用作程序的啟動(dòng)和停止控制，每一方向有紅、黃、綠及轉(zhuǎn)彎四種信號(hào)燈，分別對應(yīng)四位數(shù)字量輸出，兩個(gè)方向共有8位數(shù)定量輸出；在某一方向用兩個(gè)延時(shí)脈沖定時(shí)器分別控制該方向黃燈閃爍的亮、滅時(shí)間，根據(jù)道路人車流量多少，分別設(shè)置各信號(hào)燈亮滅時(shí)間的長短，通過6個(gè)定時(shí)器依次交替工作，就可實(shí)現(xiàn)各方向交通信號(hào)燈的順序工作。本文所設(shè)計(jì)的軟件由一個(gè)主程序和四個(gè)子程序（時(shí)鐘初始化子程序，晚間時(shí)段交通燈控制子程序，正常時(shí)段交通燈控制子程序和高峰時(shí)段交通燈控制子程序）組成。主程序主要任務(wù)包括：讀取兩個(gè)開關(guān)狀態(tài)，根據(jù)開關(guān)的不同狀態(tài)做出相應(yīng)的處理，當(dāng)開關(guān)sb0閉合時(shí)則對時(shí)鐘進(jìn)行初始化，

37、反之則不對時(shí)鐘進(jìn)行初始化；當(dāng)開關(guān)sb1閉合時(shí)，則讀取時(shí)鐘值，并做處理，根據(jù)處理后的時(shí)鐘值的大小判定當(dāng)前時(shí)間是屬于哪個(gè)時(shí)間段，并調(diào)用相應(yīng)的交通燈控制子程序，反之，則停止程序的運(yùn)行主程序流程圖如圖5所示。晚間時(shí)段的控制規(guī)律為：兩個(gè)方向的四個(gè)黃燈均按亮0.4秒滅0.6秒的規(guī)律閃爍，其余的交通燈全滅程序中將用到兩個(gè)定時(shí)器t37和t38，各定時(shí)器的功能如表3所示。正常時(shí)段的控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，程序中將用到8個(gè)定時(shí)t37-t44，各定時(shí)器的功能如表4所示。高峰時(shí)段的控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，程序中將用到8個(gè)定時(shí)t37-t44，各定時(shí)器的功能如表5所示。該程序?qū)崿F(xiàn)了信號(hào)由東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北左轉(zhuǎn)依

38、次循環(huán)變化。其優(yōu)勢思路簡單，容易理解，對時(shí)鐘的校正以及各時(shí)段的起始時(shí)間和終止時(shí)間的修改方便。如路口要求在晚上10：00以后實(shí)行各方向黃色信號(hào)燈閃爍功能，只需要將實(shí)時(shí)采集plc的時(shí)鐘信號(hào)作為一個(gè)子程序的跳轉(zhuǎn)條件，再增加一段閃光程序即可。如果需要將幾個(gè)路口集中到一臺(tái)plc控制，根據(jù)實(shí)際需要的i/o點(diǎn)數(shù)，硬件上再增加相應(yīng)的數(shù)字量輸出模板即可。需要指出的是，用plc實(shí)現(xiàn)城市道路關(guān)通信號(hào)控制，最好幾個(gè)路口共用一套plc，這樣可以大大降低工程成本。7.1 實(shí)驗(yàn)步驟（1）、由實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和分析控制過程，得出控制規(guī)律，根據(jù)以上分析繪出順序功能圖如下：表3 晚間時(shí)段各定時(shí)器一個(gè)循環(huán)中的功能明細(xì)表定時(shí)器t0t1t2t

39、37定時(shí)0.4秒開始定時(shí)，黃燈亮定時(shí)到，輸出on且保持；黃燈滅開始下一次循環(huán)的定時(shí)t38定時(shí)1秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on，隨即復(fù)位開始下一次循環(huán)的定時(shí)，黃燈亮。表4 正常時(shí)段各定時(shí)器一個(gè)循環(huán)中的功能明細(xì)表 定時(shí)器t0t1t2t3t4t5t6t37定時(shí)10秒開始定時(shí),南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。定時(shí)到，輸出on且保持；南北轉(zhuǎn)彎燈滅，南北綠燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。onononon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t38定時(shí)40秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；南北綠燈滅，南北黃燈閃爍，東西紅燈繼續(xù)亮。ononon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t39定時(shí)45秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；

40、南北黃燈滅，東西轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。onon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t40定時(shí)55秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；東西轉(zhuǎn)彎、東西紅燈滅，東西綠燈亮，南北紅燈繼續(xù)亮。on開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t41定時(shí)85秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；東西綠燈滅，東西黃燈閃爍，南北紅燈繼續(xù)亮。開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t42定時(shí)90秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on，隨即復(fù)位開始下一次循環(huán)定時(shí)；東西黃燈、南北紅燈滅，南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。表5 高峰時(shí)段各定時(shí)器一個(gè)循環(huán)中的功能明細(xì)表 定時(shí)器t0t1t2t3t4

41、t5t6t37定時(shí)10秒開始定時(shí),南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。定時(shí)到，輸出on且保持；南北轉(zhuǎn)彎燈滅，南北綠燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。onononon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t38定時(shí)45秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；南北綠燈滅，南北黃燈閃爍，東西紅燈繼續(xù)亮。ononon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t39定時(shí)50秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；南北黃燈滅，東西轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。onon開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t40定時(shí)60秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；東西轉(zhuǎn)彎、東西紅燈滅，東西綠燈亮，南北紅燈繼續(xù)亮。on開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t41定時(shí)85秒開

42、始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on且保持；東西綠燈滅，東西黃燈閃爍，南北紅燈繼續(xù)亮。開始下一個(gè)循環(huán)定時(shí)t42定時(shí)90秒開始定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)繼續(xù)定時(shí)定時(shí)到，輸出on，隨即復(fù)位開始下一次循環(huán)定時(shí)；東西黃燈、南北紅燈滅，南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。圖6 正常時(shí)段控制結(jié)構(gòu)圖1040s010s4045s4555s5585s8590s東西方向紅燈、南北方向紅燈和南北方向左轉(zhuǎn)綠燈亮；其他燈滅。南北方向綠燈亮,，東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向黃燈閃爍,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向紅燈、東西方向紅燈和東西方向左轉(zhuǎn)彎燈亮；其他燈滅。東西方向綠燈亮，南北方

43、向紅燈仍亮；其他燈滅。東西方向黃燈閃爍,南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。圖7 高峰時(shí)段控制結(jié)構(gòu)圖1045s010s4550s5060s6085s8590s東西方向紅燈、南北方向紅燈和南北方向左轉(zhuǎn)綠燈亮；其他燈滅。南北方向綠燈亮,，東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向黃燈閃爍,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向紅燈、東西方向紅燈和東西方向左轉(zhuǎn)彎燈亮；其他燈滅。東西方向綠燈亮，南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。圖4 pcl端子接線圖東西方向黃燈閃爍,南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。7.2 由順序功能圖繪出的plc梯形圖7.3 根據(jù)梯形圖寫出的指令機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 總結(jié) 8 總結(jié)8.1程序調(diào)試 經(jīng)過設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤。剛開始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個(gè)周期后就循環(huán)不起來了。那時(shí)真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指