基于PLC交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

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1、目 錄 第一章 緒 論 1 1.1 交通燈的發(fā)展史 1 1.2 我國(guó)城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀 2 第二章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 3 2.1 PLC的由來(lái) 3 2.2 PLC的結(jié)構(gòu) 4 2.3 PLC的特點(diǎn)和功能 5 2.3.1 PLC的特點(diǎn) 5 2.3.2 PLC的功能 6 2.4 可編程控制器的分類、應(yīng)用及發(fā)展 6 2.4.1 可編程控制器的分類 6 2.4.2 可編程控制器的應(yīng)用 7 2.4.3 可編程控制器的發(fā)展方向 7 2.5 PLC的工作原理 8 2.5.1 工作原理 8 2.5.2 PLC的工作過(guò)程 9 2.6 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 10 2.

2、7 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 12 2.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 12 2.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù) 12 2.7.3 可編程序控制器的機(jī)型選擇 12 2.7.4 輸入/輸出模板的選擇 13 2.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)文件 13 2.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì) 13 第三章 PLC編程軟件CX-Programmer的使用簡(jiǎn)介 14 3.1 CX-P編程軟件的主要功能 14 3.2 CX-P編程軟件的使用： 15 3.2.1 繪制梯形圖 15 3.2.2 程序的檢查和編譯 20 3.2.3下載程序 21 3.2.4 程序的調(diào)試及監(jiān)控 21 3.2.5 主要按鈕圖標(biāo) 22

3、 第四章 倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn) 23 4.1 簡(jiǎn)述 23 4.2 數(shù)碼顯示管 23 4.2.1 數(shù)碼管的分類 23 4.2.2 數(shù)碼管引腳圖 24 4.2.3 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式 24 4.2.4 數(shù)碼管參數(shù) 25 4.2.5 恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響 25 第五章 基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27 5.1 控制要求： 27 5.2 I/O分配表 27 5.3 交通燈I/O分布圖 28 5.4 交通燈工作流程圖 29 5.5 交通燈工作時(shí)序圖 30 5.6 梯形圖 31 第六章 總結(jié)與展望 36 6.1 總結(jié) 36 6.2 展望 36 致

4、謝 37 參考文獻(xiàn) 38 附錄A： 39 附錄B： 41 摘 要 古老的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來(lái)越不能滿足日益增長(zhǎng)的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來(lái)取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今PLC技術(shù)飛快發(fā)展，應(yīng)用越來(lái)越廣，在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)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、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。本論文就是運(yùn)用PLC原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口的交通燈的控制，介紹了基于可編程序控制器在交通系統(tǒng)的運(yùn)用，系統(tǒng)介紹了可編程序控制器的基本原理。我們所

5、設(shè)計(jì)出來(lái)的交通燈必須美觀、大方、經(jīng)濟(jì)適用、有多種變化，為了達(dá)到要求，并考慮到節(jié)省電子元件的成本，以達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)效益，運(yùn)用歐姆龍系列的PLC來(lái)控制紅綠燈的變化，經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)今交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地考察，選擇一種最優(yōu)方案，用以在一定程度上緩解目前交通壓力。 關(guān)鍵詞：交通燈；PLC；自動(dòng)控制 ABSTRACT The most ancient traffical light control unit was designed by digital electric circuit. With the development of science and tech

6、nology,the traffic light which designed by electric circuit can not contain the increseing pressure of the traffical day by day,so we must find a new method to replace the control unit which is complex and worked insteady.Nowaday,the technical of programbal logic controller advanced raiply,and use m

7、ore and more wide.PLC（Programmable Controller）is one of the most important components of the industry automation. PLC provide automation solution across a broad range of many industries. With the development of science and technology, the function of PLC is more and more perfect, and its get smaller

8、, smarter, more interoperable, more reliable.this thesis was designed by PLC to control the traffical light.we design a traffical lightBased on application of PLC in the traffic system, this paper systematically describes the foundational principium,the request of the design must be beautiful, gener

9、ous, the economy apply, has many varieties. Should request for the sake of attain, and consider the cost of the economical electronics component, to attain the biggest and economic performance,adopt little programbal logic controller to control the change of the traffical light,we have checed the pr

10、esent traffic control unit,shoose a best plan,in orde to alleviate the present traffic pressure. Keywords: Traffic light；PLC ；Tutomatic allies control 第一章 緒 論 1.1 交通燈的發(fā)展史 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(chē)輛最常見(jiàn)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(guó)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(chē)通行。這是世界上最早

11、的交通信號(hào)燈。1868年，英國(guó)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(chǎng)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，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(guó)，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(cè)器安在地下，車(chē)輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)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

12、燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車(chē)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(duì)于疏導(dǎo)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(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車(chē)輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車(chē)輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車(chē)輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車(chē)輛必須在交叉路口的停車(chē)線后停車(chē)。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車(chē)輛不能越過(guò)停車(chē)線，但車(chē)輛已十分接

13、近停車(chē)線而不能安全停車(chē)時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。 隨著中國(guó)加入WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。俗話說(shuō)“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號(hào)燈也應(yīng)具有可靠性。 1.2 我國(guó)城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注，交通問(wèn)題成為制約我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)大問(wèn)題，我國(guó)的人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。隨著社會(huì)的發(fā)展，一個(gè)城市的交通是否便捷是衡量其是

14、否具有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜?biāo)，目前，我國(guó)大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是那些大城市，隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。 如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，

15、越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。因此選擇一個(gè)最優(yōu)的放行時(shí)間是解決交通擁堵問(wèn)題的根本，現(xiàn)在也有很多城市開(kāi)始考慮用GPS定位系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)路口的車(chē)流量從而實(shí)現(xiàn)交通燈的智能控制即根據(jù)路口的車(chē)流量來(lái)控制交通，這種方法雖說(shuō)能很大程度上緩解交通壓力，但以目前的經(jīng)濟(jì)條件還不能完全實(shí)現(xiàn)。 那么，我覺(jué)得最經(jīng)濟(jì)最實(shí)用的做法就是根據(jù)現(xiàn)今路口的實(shí)際車(chē)流量來(lái)確定好放行時(shí)間，本論文就是通過(guò)對(duì)路口車(chē)流量的實(shí)際考察然后確定最優(yōu)循環(huán)時(shí)間，運(yùn)用PLC原理來(lái)完成多交通燈的最優(yōu)控制。而且，近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在工業(yè)控制和自動(dòng)控制的PLC應(yīng)用

16、系統(tǒng)中，PLC具有很強(qiáng)的抗干擾性， PLC往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用。 第二章 PLC的基礎(chǔ)知識(shí) 2.1 PLC的由來(lái) 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。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)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(guò)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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可

17、編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。 在19世紀(jì)60年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車(chē)公司在1969年公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即： 1．編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 2．維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 3．可靠性高于繼電器控制裝置； 4．體積小于繼電器控制裝置；

18、 5．?dāng)?shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 6．成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 7．輸入可以是交流115V； 8．輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等； 9．在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； 10．用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4K。 1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。

19、 這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制。于1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。 在1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型

20、的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。” 2.2 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。 如圖2-1所示： 2.3 PLC的特點(diǎn)和功能 2.3.1 PLC的特點(diǎn) （1）高可靠性 PLC的高可靠性主要表現(xiàn)在以下

21、幾個(gè)方面： 1）所有的I/O接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離； 2）各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時(shí)間常數(shù)一般為10-20ms； 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾； 4）采用性能優(yōu)良的開(kāi)關(guān)電源，對(duì)采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選； 5）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采用有效措施，以防止故障擴(kuò)大； 6）大型PLC還可以采用由雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三CPU構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠性更進(jìn)一步提高。 （2）豐富的I/O接口模塊 PLC針對(duì)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，如：交流或直流；開(kāi)關(guān)量或模擬量；電壓或電流；脈沖或電位

22、； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的I/O模塊與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的器件或設(shè)備，如：按鈕；行程開(kāi)關(guān)；接近開(kāi)關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提高操作性能，它還有多種人-機(jī)對(duì)話的接口模塊，為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 （3）采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，大多數(shù)PLC均采用模塊化結(jié)構(gòu)。PLC的各個(gè)部件，包括CPU，電源，I/O等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來(lái)，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 （4）編程簡(jiǎn)單易學(xué) PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門(mén)知識(shí)，因此很容易被一

23、般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 （5）安裝簡(jiǎn)單，維修方便 PLC不需要專門(mén)的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過(guò)更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行。 2.3.2 PLC的功能 （1）邏輯控制 （2）定時(shí)控制 （3）計(jì)數(shù)控制 （4）步進(jìn)(順序)控制 （5）PID控制 （6）數(shù)據(jù)控制：PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。 （7）通信和聯(lián)網(wǎng) （8）其它：P

24、LC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。 2.4 可編程控制器的分類、應(yīng)用及發(fā)展 2.4.1 可編程控制器的分類 （1）小型PLC 小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以及其他各種特殊功能模塊。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。 （2）中型PLC 中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在256~1024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接

25、處理方式，即在掃描用戶程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 （3）大型PLC 一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱為大型PLC。大型PLC的軟、硬件功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。大型PLC還可以采用三CPU構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。 PLC可以分為整體式和模塊式兩種 2.4.2 可編程控制器的應(yīng)用 PLC廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石化、冶煉、電力、輕紡、汽車(chē)、交通及各種機(jī)電產(chǎn)品的生產(chǎn)中。 典型的應(yīng)

26、用有：順序控制、過(guò)程控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)、顯示打印。 2.4.3 可編程控制器的發(fā)展方向 （1）向體積更小、速度更快的方向發(fā)展 微電子技術(shù)及電子電路裝配工藝的不斷改進(jìn)，都會(huì)使PLC的體積更加小，以便于嵌入到任何小型的機(jī)器和設(shè)備之中。 （2）向大型化、高可靠性及多功能方面發(fā)展 大型PLC向著容量大、智能高、通信功能強(qiáng)的方向發(fā)展。對(duì)于大規(guī)模、復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行綜合自動(dòng)控制的PLC，大多已采用多CPU的結(jié)構(gòu)，有閉環(huán)控制的PID模塊、模擬量的模糊控制，自適應(yīng)、參數(shù)自整定功能。 （3）與其他工業(yè)控制產(chǎn)品的結(jié)合 在大型自動(dòng)控制系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)和PLC在應(yīng)用功能方面互相融合、互補(bǔ)

27、、滲透，使控制系統(tǒng)的性價(jià)比不斷提高。 2.5 PLC的工作原理 2.5.1 工作原理 圖 2-2 PLC原理圖 PLC是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時(shí)，可不必用計(jì)算機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器等組成的裝置，從而把PLC等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如圖3-1所示。 （1）輸入部分 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是PLC與外部的開(kāi)關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口。每個(gè)端子可等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)線圈由接收到的輸入端的外部信號(hào)來(lái)

28、驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由PLC的電源部件提供(如直流24V)，也可由獨(dú)立的交流電源(如交流110V)供給。每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)窮多個(gè)內(nèi)部觸點(diǎn)，供設(shè)計(jì)PLC控制程序時(shí)使用。 （2）內(nèi)部控制電路 這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi)部控制電路實(shí)際上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。PLC程序一般用梯形圖形式表示。梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來(lái)的，PIC程序中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在PLC內(nèi)部還設(shè)有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位器、保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒(méi)有的器件，它們的線圈及動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在PLC內(nèi)部控制電路中

29、使用，而不能與外部電路相連。 （3）輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。在PLC內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無(wú)限多軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在PLC內(nèi)部控制電路中使用；但對(duì)應(yīng)每一個(gè)輸出端只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載；如圖3-1所示。外部負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端(COM)上。 2.5.2 PLC的工作過(guò)程 PLC一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng)PLC加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除I／O及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時(shí)器、檢查I/O單元的連接等。開(kāi)始運(yùn)行之后，串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個(gè)過(guò)程

30、可以分為如下四個(gè)階段。 （1）公共處理階段 這部分在每次循環(huán)開(kāi)始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時(shí)器、檢查程序存貯器、檢查I／O總線、檢查掃描時(shí)間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過(guò)自診斷給出故障信號(hào)，或自行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)或提前預(yù)報(bào)系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。 （2）執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡(jiǎn)易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與PLC相連時(shí)，則PLC在每次循環(huán)時(shí)，都將執(zhí)行來(lái)自外部設(shè)備的命令。 （3）程序執(zhí)行階段 在這個(gè)階段，CPU將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出的狀態(tài))進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 （4）輸入

31、、輸出更新階段 PLC的CPU在每個(gè)掃描周期進(jìn)行一次輸入來(lái)進(jìn)行輸出更新。CPU對(duì)各個(gè)輸入端進(jìn)行掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時(shí)，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通過(guò)輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)被控設(shè)備。這種對(duì)輸入、輸出狀態(tài)的集中處理過(guò)程，稱為批處理，這是PLC工作的重要特點(diǎn)。 2.6 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟 如圖2-3 流程所示，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟可以分為： （1）根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程分析控制要求，對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖，用以清楚的表明動(dòng)作的順序和條件，對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)可以省去這步； （2）根據(jù)控制要求確定所需要的輸入、輸出設(shè)備。據(jù)

32、此確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)； （3）選擇PLC的機(jī)型及其容量。選型十規(guī)模要適當(dāng)，功能相當(dāng)，結(jié)構(gòu)緊湊，考慮負(fù)載能力及其環(huán)境因數(shù)； （4）定義輸入、輸出點(diǎn)名稱，分配PLC的I/O點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖； （5）根據(jù)PLC所要完成的任務(wù)及其應(yīng)該具備的功能，進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行控制臺(tái)的設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)施工。 圖 2-3 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 2.7 PLC硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 2.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 1．PLC控制系統(tǒng)類型 （1）由PLC構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)。 （2）由PLC構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)。 （3）由PLC構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。 （4）用PLC構(gòu)成遠(yuǎn)程I／0控制系統(tǒng)。

33、 2．系統(tǒng)的運(yùn)行方式 （1）手動(dòng)運(yùn)行方式。 （2）半自動(dòng)運(yùn)行方式。 （3）自動(dòng)運(yùn)行方式。 2.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù) 1．工藝要求 2．設(shè)備狀況 3．控制功能 4．I／0點(diǎn)數(shù)和種類 5．系統(tǒng)的先進(jìn)性 2.7.3 可編程序控制器的機(jī)型選擇 1．CPU的功能 2．I/0點(diǎn)數(shù) 3．響應(yīng)速度 4．指令系統(tǒng) 5．機(jī)型選擇的其他考慮 2.7.4 輸入/輸出模板的選擇 1．?dāng)?shù)字量輸入模塊的選擇 2．?dāng)?shù)字量輸出模塊的選擇 3．模擬量模塊的選擇 4．智能I／0模塊的應(yīng)用選擇 2.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)文件 1．系統(tǒng)硬件配置圖 2．模塊統(tǒng)計(jì)表

34、 3．I／0硬件接口圖及I／0地址表 2.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì) 1．供電系統(tǒng)的保護(hù)措施 2．電源模塊的選擇 4．I／0模塊供電電源設(shè)計(jì) 5．系統(tǒng)接地設(shè)計(jì) 6．可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7．電纜設(shè)計(jì)和敷設(shè) 第三章 PLC編程軟件CX-Programmer的使用簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)主要涉及的是軟件CX-Programmer的編程應(yīng)用以及與外接設(shè)備的模擬仿真，CX-Programmer 是OMRON公司新的編程軟件，適用于C、CV、CS1系列 PLC，它可完成用戶程序的建立、編輯、檢查、調(diào)試以及監(jiān)控，同時(shí)還具有完善的維護(hù)等功能，使得程序的開(kāi)發(fā)及系統(tǒng)的維護(hù)更為簡(jiǎn)單、快捷。

35、 3.1 CX-P編程軟件的主要功能 CX-P編程軟件可以實(shí)現(xiàn)梯形圖或語(yǔ)句表的編程、編譯檢查程序、程序和數(shù)據(jù)的上載及下載、設(shè)置PLC的設(shè)定區(qū)、對(duì)PLC的運(yùn)行狀態(tài)或內(nèi)存數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)試、打印程序清單、文檔管理等功能。 CX-P編程軟件界面的外觀如圖3-1所示。編程界面包括標(biāo)題欄、菜單條、工具條、狀態(tài)欄以及5個(gè)窗口（可用“視圖”菜單中的“窗口”項(xiàng)來(lái)選擇顯示窗口） 圖3-1 CX-P編程軟件界面 3.2 CX-P編程軟件的使用： 用CX-P編程軟件編制用戶程序可按以下步驟進(jìn)行：?jiǎn)?dòng)CX-P軟件、建立新工程文件、繪制梯形圖、編譯程序、下載程序和監(jiān)視程序運(yùn)行等。 3.2.1 繪

36、制梯形圖 本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于運(yùn)用CX-P編程軟件繪制梯形圖。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明使用CX-P軟件編寫(xiě)梯形圖的過(guò)程。 （1）先用鼠標(biāo)選取工具條中的“常開(kāi)觸點(diǎn)”按鈕，然后在如圖B-4所示的梯形圖編輯窗口中，單擊第一條指令行的開(kāi)始位置，將彈出如圖3-2所示的新接點(diǎn)對(duì)話框，輸入圖中的各項(xiàng)內(nèi)容后，按“確定”鍵。 圖3-2 “輸入常開(kāi)觸點(diǎn)”窗口 （2）圖3-3顯示第一個(gè)觸點(diǎn)已經(jīng)輸入到第一行的起始位置。觸點(diǎn)的上方是該常開(kāi)觸點(diǎn)的名稱和地址，下方是注釋。觸點(diǎn)左側(cè)的紅色標(biāo)記表示該觸點(diǎn)所在的指令條存在邏輯錯(cuò)誤或者不完整。 圖3-4 顯示常開(kāi)觸點(diǎn) 如果想改變觸點(diǎn)的顯示方式，可利用“工具”菜單

37、中的“選項(xiàng)”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖3-5 “選項(xiàng)”窗口（梯形圖信息） （3）若要在第一個(gè)觸點(diǎn)的右邊串接一個(gè)常閉觸點(diǎn)，可先用鼠標(biāo)選取工具條中的“常閉觸點(diǎn)”按鈕，然后單擊第一個(gè)觸點(diǎn)的右邊位置，在彈出的對(duì)話框中輸入相應(yīng)的內(nèi)容，完成第二個(gè)觸點(diǎn)的輸入。 （4）若要在第一行的最后輸入一個(gè)線圈，可用鼠標(biāo)選取工具條中的“新線圈”按鈕，然后按照上述的方法完成線圈的輸入。當(dāng)光標(biāo)離開(kāi)線圈時(shí)，軟件會(huì)自動(dòng)將該線圈調(diào)整到緊靠右母線的位置，如圖3-6所示。當(dāng)線圈輸入完畢后，第一個(gè)觸點(diǎn)左側(cè)的紅色標(biāo)記就會(huì)自動(dòng)消失。 圖3-6 添加輸出線圈 如果要改變右母線在梯形圖中的顯示位置

38、，可以通過(guò)“工具”菜單中的“選項(xiàng)”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。選項(xiàng)窗口如圖3-7所示，只要改變圖中“初始位置（單元格）”的數(shù)值即可。 圖3-7 “選項(xiàng)”窗口（梯形圖） （5）若要在第一個(gè)觸點(diǎn)的下方并聯(lián)一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，可用鼠標(biāo)選取工具條中的“新的縱線”按鈕，再點(diǎn)擊第一個(gè)觸點(diǎn)的右邊位置，添加一條縱線，此時(shí)軟件會(huì)在第一個(gè)觸點(diǎn)的下方自動(dòng)插入空行。然后按照第一步的方法，在第一個(gè)觸點(diǎn)的下方添加一個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)。，如圖3-8所示： 圖3-8 添加縱線和常開(kāi)觸點(diǎn) （6）如果要在梯形圖第二行的行首輸入常開(kāi)觸點(diǎn)20000，可以用復(fù)制和粘貼命令來(lái)完成。輸入定時(shí)器線圈時(shí)，可用鼠標(biāo)單擊工具條中的“指令盒”按鈕，并點(diǎn)擊第二

39、行右邊的空白處輸入“001”，在“操作數(shù)”欄的第二行輸入定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)“#300”，將出現(xiàn)如圖3-9的對(duì)話框，在該窗口中輸入定時(shí)器指令和操作數(shù)后，按“確定”鍵，顯示的內(nèi)容如圖3-10所示。 圖3-9 “輸入定時(shí)器指令”窗口 圖3-10 顯示定時(shí)器指令 （7）如果要在梯形圖中插入一個(gè)定時(shí)器的常開(kāi)或常閉觸點(diǎn)，可依照第三步的方法來(lái)完成。輸入右移指令SRD(75)和指令MOV(21)時(shí)方法與輸入時(shí)間指令相同。 （8）輸入程序結(jié)束指令“END”。用鼠標(biāo)選取工具條中的“指令盒”按鈕，并點(diǎn)擊梯形圖中第三行的起始處，在彈出窗口的“指令”欄中輸入“END”，按“確定”鍵后，顯示的內(nèi)容如圖

40、3-11所示。至此，全部程序輸入完畢完整程序截圖見(jiàn)附錄A。 圖3-11 添加END指令 梯形圖程序編輯完成后，可以通過(guò)雙擊工程窗口中“新程序”下的“符號(hào)”項(xiàng)，顯示本地符號(hào)表，查看該程序段中各符號(hào)的使用情況。詳見(jiàn)附錄B。 3.2.2 程序的檢查和編譯 可以通過(guò)“PLC”菜單中的“程序檢查選項(xiàng)”命令來(lái)實(shí)現(xiàn)程序編輯過(guò)程的語(yǔ)法、數(shù)據(jù)等檢查，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)在相應(yīng)指令條的左母線前出現(xiàn)紅色標(biāo)記，并在輸出窗口中顯示錯(cuò)誤信息。 程序編輯完成后，單擊工具條中的“編譯程序”按鈕，或者選擇“程序”菜單中的“編譯”命令進(jìn)行程序的編譯，檢查程序的正確性，編譯的結(jié)果將顯示在輸出窗口中。當(dāng)“錯(cuò)誤”

41、的級(jí)別較高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致程序無(wú)法運(yùn)行，而“警告”的級(jí)別較低，程序仍然可以運(yùn)行。 3.2.3下載程序 程序編譯完成后，要將程序傳送到PLC中，可以按照以下3個(gè)步驟進(jìn)行。 （1）使用專用電纜連接PLC與計(jì)算機(jī)，并在離線的狀態(tài)下進(jìn)行PLC的接口設(shè)置。 （2）選擇“PLC”菜單中的“在線工作”命令，或點(diǎn)擊工具條上的“在線工作”按鈕，在出現(xiàn)的確認(rèn)對(duì)話框中，選擇“是”，建立起PLC與計(jì)算機(jī)的通信。此時(shí)CPU面板上的通信燈不斷閃爍，梯形圖編輯窗口的背景由白色變?yōu)榛疑?，表明系統(tǒng)已經(jīng)正常進(jìn)入在線狀態(tài)。 （3）開(kāi)始下載程序。選擇“PLC”菜單中的“傳送”命令，在彈出的下拉菜單中點(diǎn)擊“到PLC”，將出現(xiàn)下

42、載選項(xiàng)對(duì)話框，在選項(xiàng)中選取“程序”，并確認(rèn)，就可以實(shí)現(xiàn)程序的下載。也可點(diǎn)擊工具條中的“傳送到PLC”按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)程序的下載。 3.2.4 程序的調(diào)試及監(jiān)控 （1）程序監(jiān)控 首先選擇“PLC”菜單中“操作模式”下的“運(yùn)行”或“監(jiān)視”命令，PLC開(kāi)始運(yùn)行程序；然后選取“PLC”菜單中的“監(jiān)視”命令，使程序進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，以上操作也可利用工具條中的快捷按鈕實(shí)現(xiàn)。進(jìn)入程序的監(jiān)控狀態(tài)后，梯形圖窗口中被點(diǎn)亮的元件表示是導(dǎo)通的，否則為斷開(kāi)。 通過(guò)“查看”窗口也能實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行監(jiān)視。將要觀察的地址添加到查看窗口中，利用元件值信息就可知道該元件的工作情況。 （2）暫停程序監(jiān)控 暫停監(jiān)視能夠?qū)⒊绦虻?/p>

43、監(jiān)視凍結(jié)在某一時(shí)刻，這一功能對(duì)程序的調(diào)試有很大幫助。觸發(fā)暫停監(jiān)視功能可以用手動(dòng)觸發(fā)或者觸發(fā)器觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)，步驟如下。 1）在監(jiān)視模式下，選擇需要暫停監(jiān)視的梯級(jí)。 2）單擊工具條中“以觸發(fā)器暫?！卑粹o，在出現(xiàn)的對(duì)話框中選擇觸發(fā)類型：手動(dòng)或觸發(fā)器。 若選擇觸發(fā)器，則在“地址和姓名”欄中鍵入觸發(fā)信號(hào)地址，并選擇“條件”類型。當(dāng)觸發(fā)的條件滿足時(shí)，“暫停監(jiān)視”將出現(xiàn)在剛才所選擇的區(qū)域。要恢復(fù)完全監(jiān)視，可再單擊“以觸發(fā)器暫停”按鈕。 若選擇手動(dòng)，監(jiān)視開(kāi)始后，等屏幕中出現(xiàn)所需的內(nèi)容時(shí)，單擊工具條中“暫?！卑粹o，使暫停監(jiān)視功能發(fā)生作用。要恢復(fù)完全監(jiān)視，可再次單擊“暫?！卑粹o。 （3）強(qiáng)制操作 強(qiáng)制操

44、作是指對(duì)梯形圖中的元件進(jìn)行強(qiáng)制性地賦值，來(lái)模擬真實(shí)的控制過(guò)程，以驗(yàn)證程序的正確性。先選中要操作的元件，再點(diǎn)擊“PLC”菜單中的“強(qiáng)制”命令，此時(shí)，進(jìn)行強(qiáng)制操作的元件會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)制標(biāo)記。元件的強(qiáng)制操作可通過(guò)相同的方法解除。 （4）在線編輯程序 下載完成后，程序變成灰色，將無(wú)法進(jìn)行直接修改，但可利用在線編輯功能來(lái)修改程序，提高編程效率。 先選擇要編輯的對(duì)象，再點(diǎn)擊程序菜單中“在線編輯”命令，在彈出的子菜單中選擇“開(kāi)始”，此時(shí)，編輯對(duì)象所在的梯級(jí)的背景將由灰色變?yōu)榘咨?，表示可以?duì)其進(jìn)行編輯。當(dāng)編輯完成時(shí)，利用程序菜單的“在線編輯”中的“發(fā)送修改”命令將修改的內(nèi)容傳送到PLC。傳送結(jié)束后，梯級(jí)的背景

45、又會(huì)變成灰色，處于只讀狀態(tài)。 3.2.5 主要按鈕圖標(biāo) “在線工作”按鈕： “編譯程序”按鈕： “編譯PLC程序”按鈕： “監(jiān)視模式”按鈕： “運(yùn)行模式”按鈕： “以觸發(fā)器暫?！卑粹o： 第四章 倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能及其實(shí)現(xiàn) 4.1 簡(jiǎn)述 本系統(tǒng)使用數(shù)碼管完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。以南北方向?yàn)槔?，?shù)碼管顯示的數(shù)值從綠燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，每秒鐘減1，一直減到1。然后又從紅燈的設(shè)置時(shí)間最大值往下減，一直減到1。接下來(lái)又顯示綠燈時(shí)間，如此循環(huán)。 按日常中的交通燈系統(tǒng)來(lái)講，系統(tǒng)應(yīng)該有4個(gè)兩位的LED數(shù)碼管，分別放置在模擬交通燈控

46、制板上的四個(gè)路口。因?yàn)樗膫€(gè)方向的數(shù)碼管應(yīng)該顯示同樣的內(nèi)容，所以我們可以把它們同樣對(duì)待，也就是說(shuō)各個(gè)方向的數(shù)碼管個(gè)位（把數(shù)碼管第二位定義為個(gè)位，第一位定義為十位）用一組信號(hào)線控制，十位用另一組信號(hào)線控制，各組信號(hào)線均為4根。 下面先介紹一下數(shù)碼顯示管的相關(guān)內(nèi)容： 4.2 數(shù)碼顯示管 4.2.1 數(shù)碼管的分類 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管； 按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共

47、陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 4.2.2 數(shù)碼管引腳圖 根據(jù)管腳資料，我們可以判斷該系統(tǒng)使用的是七段的共陰極數(shù)碼管。 圖4-1 LED數(shù)碼管引腳圖 LED數(shù)

48、碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有1～2 mA，最大極限電流也只有10～30 mA，所以它的輸入端在5 V電源或高于TTL高電平(3.5 V)的電路信號(hào)相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。 4.2.3 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 （1）靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口

49、進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58＝40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 （2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到

50、相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)所用的是動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)方式。 4.2.4

51、數(shù)碼管參數(shù) 8字高度：8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來(lái)表示。范圍一般為0.25-20英寸。 長(zhǎng)*寬*高：長(zhǎng)——數(shù)碼管正放時(shí)，水平方向的長(zhǎng)度； 寬——數(shù)碼管正放時(shí)，垂直方向上的長(zhǎng)度； 高——數(shù)碼管的厚度。 數(shù)碼管使用的電流與電壓： 電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用10-15mA；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。 電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少。當(dāng)紅色時(shí)，使用1.9V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)；當(dāng)綠色時(shí)，使用2.1V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。 4.2.5 恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響 （1

52、）顯示效果： 由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關(guān)，為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且不能受溫度及其它因素的影響。另外，當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片還要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電流的大小以實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。 （2）安全性： 即使是短時(shí)間的電流過(guò)載也可能對(duì)發(fā)光管造成永久性的損壞，采用恒流驅(qū)動(dòng)電路后可防止 由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。 另外，我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級(jí)聯(lián)延時(shí)開(kāi)關(guān)特性，可防止反向尖峰電壓對(duì)發(fā)光二極管的損害。 超大規(guī)模集成電路還具有熱保護(hù)功能，當(dāng)任何一片的溫度超過(guò)一定值時(shí)可自動(dòng)關(guān)斷，

53、并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示。 第五章 基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1 控制要求： 1、系統(tǒng)工作受開(kāi)關(guān)控制，起動(dòng)開(kāi)關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開(kāi)關(guān) OFF 則系統(tǒng)停 止工作。 2、控制對(duì)象有六個(gè)： 東西方向紅燈兩個(gè)，南北方向紅燈兩個(gè)； 東西方向黃燈兩個(gè)，南北方向黃燈兩個(gè)； 東西方向綠燈兩個(gè)，南北方向綠燈兩個(gè)。 3、控制規(guī)律： 設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈自動(dòng)控制系統(tǒng)主要完成東、西、南、北四個(gè)方向紅、黃、綠燈的時(shí)間控制，控制功能描述如下： （1）東西向紅燈亮30秒，綠

54、燈亮17秒，綠燈閃3秒（周期為1秒），黃燈閃5秒（周期為1秒）； （2）南北向紅燈亮25秒，綠燈亮22秒，綠燈閃3秒（周期為1秒），黃燈閃5秒（周期為1秒）； 5.2 I/O分配表 表5-1 輸 入 輸 出 啟動(dòng)：00000 停止：00001 南北綠燈：01000 南北黃燈：01001 南北紅燈：01002 東西綠燈：01003 東西黃燈：01004 東西紅燈：01005 5.3 交通燈I/O分布圖 由于CPM1A-40CDR輸出I/O口共16點(diǎn)，因此作為交通燈設(shè)計(jì)必須對(duì)輸出進(jìn)行擴(kuò)展。其資源分配如下： 圖5-1 I/O分布圖

55、 5.4 交通燈工作流程圖 圖5-2 工作流程圖 5.5 交通燈工作時(shí)序圖 控制描述： 當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，首先是東西向紅燈亮并維持30秒，在東西向紅燈亮的同時(shí)，南北綠燈亮但只維持22秒。到22秒時(shí)，南北綠燈開(kāi)始閃亮3秒后熄滅，南北黃燈再閃亮5秒，然后南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮，南北紅燈亮維持25秒，東西綠燈亮并維持17秒，到17秒時(shí)，東西綠燈閃亮3秒后熄滅，東西黃燈再閃亮5秒。到5秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮，開(kāi)始第二周期的動(dòng)作，以后周而復(fù)始的循環(huán)。綠燈或黃燈閃亮的周期為1秒（即亮0.5秒，熄滅0.5秒）。

56、當(dāng)啟動(dòng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。 圖5-3 工作時(shí)序圖 5.6 梯形圖 控制描述： 當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕00000，保持繼電器20000通電，定時(shí)器TIM001接通并開(kāi)始計(jì)時(shí)30秒，同時(shí)TIM002開(kāi)始22秒計(jì)時(shí)22秒，TIM003開(kāi)始25秒計(jì)時(shí)25秒，此時(shí)首先是東西向紅燈亮并維持30秒，南北向綠燈亮并維持22秒。 當(dāng)南北向綠燈持續(xù)亮22秒之后，由于02001和TIM002的常開(kāi)觸點(diǎn)的作用，南北向綠燈閃爍3秒。經(jīng)過(guò)3秒的閃爍之后，TIM003計(jì)時(shí)時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)失電斷開(kāi)南北向綠燈熄滅。同時(shí)其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，南北黃燈閃亮5秒結(jié)束之后熄滅。 此時(shí)TIM001計(jì)時(shí)時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)東

57、西向紅燈熄滅，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合TIM004接通并開(kāi)始計(jì)時(shí)25秒，TIM005開(kāi)始計(jì)時(shí)17秒，TIM006開(kāi)始計(jì)時(shí)20秒。此時(shí)首先是南北向紅燈亮并維持25秒，東西向綠燈亮并維持17秒。 當(dāng)東西向綠燈持續(xù)亮17秒之后，在TIM006的常閉觸點(diǎn)的作用下東西綠燈閃爍3秒。經(jīng)過(guò)3秒的閃爍之后，TIM006計(jì)時(shí)時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)失電斷開(kāi)東西向綠燈熄滅。同時(shí)其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，東西黃燈閃亮5秒結(jié)束之后熄滅。 此時(shí)TIM004計(jì)時(shí)時(shí)間到，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)南北向紅燈熄滅，其常開(kāi)觸點(diǎn)閉合TIM001接通并開(kāi)始計(jì)時(shí)30秒，TIM005開(kāi)始計(jì)時(shí)22秒，TIM003開(kāi)始計(jì)時(shí)25秒，開(kāi)始第二周期的動(dòng)作，以后周而復(fù)始的循環(huán)。

58、 當(dāng)啟動(dòng)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) 圖5-4 梯形圖 第六章 總結(jié)與展望 6.1 總結(jié) 本課題設(shè)計(jì)是我們通過(guò)對(duì)路口車(chē)流量的實(shí)際考察，然后確定最優(yōu)循環(huán)時(shí)間，運(yùn)用PLC原理來(lái)完成多交通燈的最優(yōu)控制，從而達(dá)到改善交通的效果。 與傳統(tǒng)的交通燈相比，擁有最優(yōu)的放行時(shí)間，而不是像目前普遍采用的60秒放行，這樣大大節(jié)約了時(shí)間，更好的適應(yīng)現(xiàn)在的交通現(xiàn)狀。 6.2 展望 本課題的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)于南北方向和東西方向直行通道的紅綠燈設(shè)計(jì)，對(duì)斜行通道的控制設(shè)計(jì)

59、在今后還應(yīng)該結(jié)合實(shí)際繼續(xù)進(jìn)行研究。 對(duì)現(xiàn)在所確定的最優(yōu)循環(huán)時(shí)間，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合現(xiàn)今交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)。 對(duì)于PLC在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用還應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步去學(xué)習(xí)和研究。 致謝 本課題的大量研究工作都是在趙主任和王老師的精心指導(dǎo)下完成的，在我整個(gè)研究學(xué)業(yè)過(guò)程中，包括這篇論文的完成，都受到趙主任和王老師大量的幫助。從論文的選題，研制計(jì)劃的安排到論文的具體的內(nèi)容，趙主任給矛了我悉心的指導(dǎo)。從PLC編程到交通燈的模擬仿真，以及梯形圖的繪制，都得到了王老師的幫助與指導(dǎo)。 值此論文完成之際,謹(jǐn)向趙主任和王老師致以最崇高的謝意!再一次向他

60、們表示衷心的感謝,感謝他們?yōu)閷W(xué)生營(yíng)造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍,以及學(xué)習(xí),生活上的無(wú)私幫助! 參考文獻(xiàn) [1] 張萬(wàn)忠.《可編程控制器入門(mén)與應(yīng)用實(shí)例》.北京：中國(guó)電力出版社，2004. [2] 臺(tái)方.《可編程序控制器應(yīng)用教程》.北京：中國(guó)水利水電出版社，2001. [3] 常斗南.《可編程序控制器》原理應(yīng)用實(shí)驗(yàn) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998. [4] 邦田.《電子電路實(shí)用抗干擾技術(shù)》.北京：人民郵電出版社，1994. [5] 錢(qián)曉龍，李鴻倩.《智能電器與Microloeix控制器》.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003. [6] 黃凈.《電氣及PLC控制技術(shù)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [7] 李建新.《可編程序控制器及其應(yīng)用》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 [8] 廖常初.《 PLC應(yīng)用技術(shù)》. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [9] 陳立定，吳玉香，蘇開(kāi)才.《電氣控制與可編程控制器》.廣州：華南理工大學(xué)出版社,200l. [10] 王兆義.《小型可編程控制器使用技術(shù)》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004. [11] 黃繼昌.《傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例》.北京:人民郵電出版社,2006. 附錄A： 附錄B： 46