基于PLC交通灯控制系统毕业论文

目 录第一章 绪 论11.1 交通灯的发展史11.2 我国城市交通的发展现状2第二章 PLC的基础知识32.1 PLC的由来32.2 PLC的结构42.3 PLC的特点和功能52.3.1 PLC的特点52.3.2 PLC的功能62.4 可编程控制器的分类、应用及发展62.4.1 可编程控制器的分类62.4.2 可编程控制器的应用72.4.3 可编程控制器的发展方向72.5 PLC的工作原理82.5.1 工作原理82.5.2 PLC的工作过程92.6 PLC系统设计的一般步骤102.7 PLC硬件系统设计方法122.7.1 应用系统总体方案设计122.7.2 系统硬件设计根据122.7.3 可编程序控制器的机型选择122.7.4 输入/输出模板的选择132.7.5 系统硬件设计文件132.7.6 系统供电设计13第三章 PLC编程软件CX-Programmer的使用简介143.1 CX-P编程软件的主要功能143.2 CX-P编程软件的使用：153.2.1 绘制梯形图153.2.2 程序的检查和编译203.2.3下载程序213.2.4 程序的调试及监控213.2.5 主要按钮图标22第四章 倒计时计数功能及其实现234.1 简述234.2 数码显示管234.2.1 数码管的分类234.2.2 数码管引脚图244.2.3 数码管的驱动方式244.2.4 数码管参数254.2.5 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响25第五章 基于PLC的交通灯控制系统设计275.1 控制要求：275.2 I/O分配表275.3 交通灯I/O分布图285.4 交通灯工作流程图295.5 交通灯工作时序图305.6 梯形图31第六章 总结与展望366.1 总结366.2 展望36致谢37参考文献38附录A：39附录B：41摘  要古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于可编程序控制器在交通系统的运用，系统介绍了可编程序控制器的基本原理。我们所设计出来的交通灯必须美观、大方、经济适用、有多种变化，为了达到要求，并考虑到节省电子元件的成本，以达到最大经济效益，运用欧姆龙系列的PLC来控制红绿灯的变化，经过对现今交通灯控制系统进行实地考察，选择一种最优方案，用以在一定程度上缓解目前交通压力。关键词：交通灯；PLC；自动控制ABSTRACTThe most ancient traffical light control unit was designed by digital electric circuit. With the development of science and technology,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 more 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, 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, generous, 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 present 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 绪 论1.1 交通灯的发展史当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“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还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应具有可靠性。1.2 我国城市交通的发展现状随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是那些大城市，随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问题的根本，现在也有很多城市开始考虑用GPS定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通压力，但以目前的经济条件还不能完全实现。那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今路口的实际车流量来确定好放行时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用PLC原理来完成多交通灯的最优控制。而且，近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在工业控制和自动控制的PLC应用系统中，PLC具有很强的抗干扰性， PLC往往是作为一个核心部件来使用。 第二章 PLC的基础知识2.1 PLC的由来 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。 在19世纪60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1编程方便，现场可修改程序； 2维修方便，采用模块化结构； 3可靠性高于继电器控制装置； 4体积小于继电器控制装置； 5数据可直接送入管理计算机； 6成本可与继电器控制装置竞争； 7输入可以是交流115V； 8输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9在扩展时，原系统只要很小变更； 10用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。 在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”2.2 PLC的结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。如图2-1所示：2.3 PLC的特点和功能2.3.1 PLC的特点（1）高可靠性PLC的高可靠性主要表现在以下几个方面：1）所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离；2）各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10-20ms；3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰；4）采用性能优良的开关电源，对采用的器件进行严格的筛选；5）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大；6）大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。（2）丰富的I/O接口模块  PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块，为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。（3）采用模块化结构    为了适应各种工业控制需要，大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。（4）编程简单易学    PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。（5）安装简单，维修方便   PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。2.3.2 PLC的功能 （1）逻辑控制 （2）定时控制 （3）计数控制 （4）步进(顺序)控制 （5）PID控制 （6）数据控制：PLC具有数据处理能力。 （7）通信和联网 （8）其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。2.4 可编程控制器的分类、应用及发展2.4.1 可编程控制器的分类（1）小型PLC 小型PLC的I/O点数一般在128点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量I/O以外，还可以连接模拟量I/O以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各种应用指令。（2）中型PLC 中型PLC采用模块化结构，其I/O点数一般在2561024点之间。I/O的处理方式除了采用一般PLC通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。（3）大型PLC 一般I/O点数在1024点以上的称为大型PLC。大型PLC的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断功能。通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯网，实现工厂生产管理自动化。大型PLC还可以采用三CPU构成表决式系统，使机器的可靠性更高。 PLC可以分为整体式和模块式两种2.4.2 可编程控制器的应用 PLC广泛应用于机械制造、石化、冶炼、电力、轻纺、汽车、交通及各种机电产品的生产中。 典型的应用有：顺序控制、过程控制、数据处理、联网、显示打印。2.4.3 可编程控制器的发展方向（1）向体积更小、速度更快的方向发展 微电子技术及电子电路装配工艺的不断改进，都会使PLC的体积更加小，以便于嵌入到任何小型的机器和设备之中。（2）向大型化、高可靠性及多功能方面发展 大型PLC向着容量大、智能高、通信功能强的方向发展。对于大规模、复杂系统进行综合自动控制的PLC，大多已采用多CPU的结构，有闭环控制的PID模块、模拟量的模糊控制，自适应、参数自整定功能。（3）与其他工业控制产品的结合 在大型自动控制系统中计算机和PLC在应用功能方面互相融合、互补、渗透，使控制系统的性价比不断提高。2.5 PLC的工作原理2.5.1 工作原理 图 2-2 PLC原理图PLC是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位器等组成的装置，从而把PLC等效成输入、输出和内部控制电路三部分，如图3-1所示。 （1）输入部分这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是PLC与外部的开关、按钮、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动，其驱动电源可由PLC的电源部件提供(如直流24V)，也可由独立的交流电源(如交流110V)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点，供设计PLC控制程序时使用。（2）内部控制电路这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。PLC程序一般用梯形图形式表示。梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，PIC程序中的动合、动断触点、线圈等概念均与继电器控制电路相同。在PLC内部还设有定时器、计数器、移位器、保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断触点只能在PLC内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。（3）输出部分这部分的作用是驱动外部负载。在PLC内部，有若干能与外部设备直接相连的输出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限多软件实现的动合、动断触点，可在PLC内部控制电路中使用；但对应每一个输出端只有一个硬件的动合触点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；如图3-1所示。外部负载的驱动电源接在输出公共端(COM)上。2.5.2 PLC的工作过程PLC一般采用循环扫描方式工作。当PLC加电后，首先进行初始化处理，包括清除IO及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查I/O单元的连接等。开始运行之后，串行地执行存贮器中的程序，这个过程可以分为如下四个阶段。（1）公共处理阶段这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检查IO总线、检查扫描时间等。如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自行进行相应的处理，这将有助于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。（2）执行外围设备命令阶段当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与PLC相连时，则PLC在每次循环时，都将执行来自外部设备的命令。（3）程序执行阶段 在这个阶段，CPU将指令逐条调出并执行，即按程序对所有的数据(输入和输出的状态)进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。（4）输入、输出更新阶段PLC的CPU在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。CPU对各个输入端进行扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中；同时，把输出状态寄存器的状态通过输出部件转换成外部设备能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。这种对输入、输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是PLC工作的重要特点。2.6 PLC系统设计的一般步骤如图2-3 流程所示，PLC控制系统设计的一般步骤可以分为：（1）根据生产过程分析控制要求，对于复杂的控制系统，需要绘制系统控制流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件，对于简单的系统可以省去这步；（2）根据控制要求确定所需要的输入、输出设备。据此确定PLC的I/O点数；（3）选择PLC的机型及其容量。选型十规模要适当，功能相当，结构紧凑，考虑负载能力及其环境因数；（4）定义输入、输出点名称，分配PLC的I/O点，设计I/O连接图；（5）根据PLC所要完成的任务及其应该具备的功能，进行PLC程序设计，同时进行控制台的设计和现场施工。图 2-3 PLC系统设计步骤2.7 PLC硬件系统设计方法2.7.1 应用系统总体方案设计1PLC控制系统类型（1）由PLC构成的单机控制系统。（2）由PLC构成的集中控制系统。（3）由PLC构成的分布式控制系统。（4）用PLC构成远程I0控制系统。2系统的运行方式（1）手动运行方式。 （2）半自动运行方式。 （3）自动运行方式。2.7.2 系统硬件设计根据1工艺要求2设备状况3控制功能4I0点数和种类5系统的先进性2.7.3 可编程序控制器的机型选择1CPU的功能2I/0点数3响应速度4指令系统5机型选择的其他考虑2.7.4 输入/输出模板的选择1数字量输入模块的选择2数字量输出模块的选择3模拟量模块的选择4智能I0模块的应用选择2.7.5 系统硬件设计文件1系统硬件配置图2模块统计表3I0硬件接口图及I0地址表  2.7.6 系统供电设计1供电系统的保护措施2电源模块的选择4I0模块供电电源设计5系统接地设计6可编程序控制器供电系统设计7电缆设计和敷设第三章 PLC编程软件CX-Programmer的使用简介本设计主要涉及的是软件CX-Programmer的编程应用以及与外接设备的模拟仿真，CX-Programmer 是OMRON公司新的编程软件，适用于C、CV、CS1系列 PLC，它可完成用户程序的建立、编辑、检查、调试以及监控，同时还具有完善的维护等功能，使得程序的开发及系统的维护更为简单、快捷。3.1 CX-P编程软件的主要功能CX-P编程软件可以实现梯形图或语句表的编程、编译检查程序、程序和数据的上载及下载、设置PLC的设定区、对PLC的运行状态或内存数据进行监控和测试、打印程序清单、文档管理等功能。CX-P编程软件界面的外观如图3-1所示。编程界面包括标题栏、菜单条、工具条、状态栏以及5个窗口（可用“视图”菜单中的“窗口”项来选择显示窗口）图3-1 CX-P编程软件界面3.2 CX-P编程软件的使用： 用CX-P编程软件编制用户程序可按以下步骤进行：启动CX-P软件、建立新工程文件、绘制梯形图、编译程序、下载程序和监视程序运行等。3.2.1 绘制梯形图 本设计的关键在于运用CX-P编程软件绘制梯形图。下面简要说明使用CX-P软件编写梯形图的过程。（1）先用鼠标选取工具条中的“常开触点”按钮，然后在如图B-4所示的梯形图编辑窗口中，单击第一条指令行的开始位置，将弹出如图3-2所示的新接点对话框，输入图中的各项内容后，按“确定”键。图3-2 “输入常开触点”窗口（2）图3-3显示第一个触点已经输入到第一行的起始位置。触点的上方是该常开触点的名称和地址，下方是注释。触点左侧的红色标记表示该触点所在的指令条存在逻辑错误或者不完整。图3-4 显示常开触点如果想改变触点的显示方式，可利用“工具”菜单中的“选项”命令来实现。图3-5 “选项”窗口（梯形图信息）（3）若要在第一个触点的右边串接一个常闭触点，可先用鼠标选取工具条中的“常闭触点”按钮，然后单击第一个触点的右边位置，在弹出的对话框中输入相应的内容，完成第二个触点的输入。（4）若要在第一行的最后输入一个线圈，可用鼠标选取工具条中的“新线圈”按钮，然后按照上述的方法完成线圈的输入。当光标离开线圈时，软件会自动将该线圈调整到紧靠右母线的位置，如图3-6所示。当线圈输入完毕后，第一个触点左侧的红色标记就会自动消失。图3-6 添加输出线圈如果要改变右母线在梯形图中的显示位置，可以通过“工具”菜单中的“选项”命令来实现。选项窗口如图3-7所示，只要改变图中“初始位置（单元格）”的数值即可。图3-7 “选项”窗口（梯形图）（5）若要在第一个触点的下方并联一个常开触点，可用鼠标选取工具条中的“新的纵线”按钮，再点击第一个触点的右边位置，添加一条纵线，此时软件会在第一个触点的下方自动插入空行。然后按照第一步的方法，在第一个触点的下方添加一个常开触点。，如图3-8所示：图3-8 添加纵线和常开触点（6）如果要在梯形图第二行的行首输入常开触点20000，可以用复制和粘贴命令来完成。输入定时器线圈时，可用鼠标单击工具条中的“指令盒”按钮，并点击第二行右边的空白处输入“001”，在“操作数”栏的第二行输入定时器的定时常数“#300”，将出现如图3-9的对话框，在该窗口中输入定时器指令和操作数后，按“确定”键，显示的内容如图3-10所示。 图3-9 “输入定时器指令”窗口图3-10 显示定时器指令（7）如果要在梯形图中插入一个定时器的常开或常闭触点，可依照第三步的方法来完成。输入右移指令SRD(75)和指令MOV(21)时方法与输入时间指令相同。（8）输入程序结束指令“END”。用鼠标选取工具条中的“指令盒”按钮，并点击梯形图中第三行的起始处，在弹出窗口的“指令”栏中输入“END”，按“确定”键后，显示的内容如图3-11所示。至此，全部程序输入完毕完整程序截图见附录A。图3-11 添加END指令 梯形图程序编辑完成后，可以通过双击工程窗口中“新程序”下的“符号”项，显示本地符号表，查看该程序段中各符号的使用情况。详见附录B。3.2.2 程序的检查和编译可以通过“PLC”菜单中的“程序检查选项”命令来实现程序编辑过程的语法、数据等检查，当出现错误时，会在相应指令条的左母线前出现红色标记，并在输出窗口中显示错误信息。 程序编辑完成后，单击工具条中的“编译程序”按钮，或者选择“程序”菜单中的“编译”命令进行程序的编译，检查程序的正确性，编译的结果将显示在输出窗口中。当“错误”的级别较高时，可能会导致程序无法运行，而“警告”的级别较低，程序仍然可以运行。3.2.3下载程序程序编译完成后，要将程序传送到PLC中，可以按照以下3个步骤进行。（1）使用专用电缆连接PLC与计算机，并在离线的状态下进行PLC的接口设置。（2）选择“PLC”菜单中的“在线工作”命令，或点击工具条上的“在线工作”按钮，在出现的确认对话框中，选择“是”，建立起PLC与计算机的通信。此时CPU面板上的通信灯不断闪烁，梯形图编辑窗口的背景由白色变为灰色，表明系统已经正常进入在线状态。（3）开始下载程序。选择“PLC”菜单中的“传送”命令，在弹出的下拉菜单中点击“到PLC”，将出现下载选项对话框，在选项中选取“程序”，并确认，就可以实现程序的下载。也可点击工具条中的“传送到PLC”按钮来实现程序的下载。3.2.4 程序的调试及监控（1）程序监控 首先选择“PLC”菜单中“操作模式”下的“运行”或“监视”命令，PLC开始运行程序；然后选取“PLC”菜单中的“监视”命令，使程序进入监控状态，以上操作也可利用工具条中的快捷按钮实现。进入程序的监控状态后，梯形图窗口中被点亮的元件表示是导通的，否则为断开。通过“查看”窗口也能实现程序的运行监视。将要观察的地址添加到查看窗口中，利用元件值信息就可知道该元件的工作情况。 （2）暂停程序监控 暂停监视能够将程序的监视冻结在某一时刻，这一功能对程序的调试有很大帮助。触发暂停监视功能可以用手动触发或者触发器触发来实现，步骤如下。1）在监视模式下，选择需要暂停监视的梯级。2）单击工具条中“以触发器暂停”按钮，在出现的对话框中选择触发类型：手动或触发器。若选择触发器，则在“地址和姓名”栏中键入触发信号地址，并选择“条件”类型。当触发的条件满足时，“暂停监视”将出现在刚才所选择的区域。要恢复完全监视，可再单击“以触发器暂停”按钮。若选择手动，监视开始后，等屏幕中出现所需的内容时，单击工具条中“暂停”按钮，使暂停监视功能发生作用。要恢复完全监视，可再次单击“暂停”按钮。（3）强制操作 强制操作是指对梯形图中的元件进行强制性地赋值，来模拟真实的控制过程，以验证程序的正确性。先选中要操作的元件，再点击“PLC”菜单中的“强制”命令，此时，进行强制操作的元件会出现强制标记。元件的强制操作可通过相同的方法解除。（4）在线编辑程序 下载完成后，程序变成灰色，将无法进行直接修改，但可利用在线编辑功能来修改程序，提高编程效率。先选择要编辑的对象，再点击程序菜单中“在线编辑”命令，在弹出的子菜单中选择“开始”，此时，编辑对象所在的梯级的背景将由灰色变为白色，表示可以对其进行编辑。当编辑完成时，利用程序菜单的“在线编辑”中的“发送修改”命令将修改的内容传送到PLC。传送结束后，梯级的背景又会变成灰色，处于只读状态。 3.2.5 主要按钮图标“在线工作”按钮： “编译程序”按钮：“编译PLC程序”按钮： “监视模式”按钮：“运行模式”按钮： “以触发器暂停”按钮：第四章 倒计时计数功能及其实现4.1 简述本系统使用数码管完成倒计时显示功能。以南北方向为例，数码管显示的数值从绿灯的设置时间最大值往下减，每秒钟减1，一直减到1。然后又从红灯的设置时间最大值往下减，一直减到1。接下来又显示绿灯时间，如此循环。按日常中的交通灯系统来讲，系统应该有4个两位的LED数码管，分别放置在模拟交通灯控制板上的四个路口。因为四个方向的数码管应该显示同样的内容，所以我们可以把它们同样对待，也就是说各个方向的数码管个位（把数码管第二位定义为个位，第一位定义为十位）用一组信号线控制，十位用另一组信号线控制，各组信号线均为4根。下面先介绍一下数码显示管的相关内容：4.2 数码显示管4.2.1 数码管的分类 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。4.2.2 数码管引脚图根据管脚资料，我们可以判断该系统使用的是七段的共阴极数码管。 图4-1 LED数码管引脚图 LED数码管中各段发光二极管的伏安特性和普通二极管类似，只是正向压降较大，正向电阻也较大。在一定范围内，其正向电流与发光亮度成正比。由于常规的数码管起辉电流只有12 mA，最大极限电流也只有1030 mA，所以它的输入端在5 V电源或高于TTL高电平(3.5 V)的电路信号相接时，一定要串加限流电阻，以免损坏器件。4.2.3 数码管的驱动方式 数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。（1）静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。（2）动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。 本系统设计所用的是动态显示驱动方式。4.2.4 数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。 长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长度； 宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。数码管使用的电流与电压：电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA，峰值电流50-60mA。 电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少。当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。4.2.5 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响（1）显示效果：由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流的大小以实现色差平衡温度补偿。（2）安全性：即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可防止 由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。另外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时开关特性，可防止反向尖峰电压对发光二极管的损害。 超大规模集成电路还具有热保护功能，当任何一片的温度超过一定值时可自动关断，并且可在控制室内看到故障显示。第五章 基于PLC的交通灯控制系统设计5.1 控制要求： 1、系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。 2、控制对象有六个： 东西方向红灯两个，南北方向红灯两个； 东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个； 东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个。 3、控制规律： 设计的交通信号灯自动控制系统主要完成东、西、南、北四个方向红、黄、绿灯的时间控制，控制功能描述如下： （1）东西向红灯亮30秒，绿灯亮17秒，绿灯闪3秒（周期为1秒），黄灯闪5秒（周期为1秒）； （2）南北向红灯亮25秒，绿灯亮22秒，绿灯闪3秒（周期为1秒），黄灯闪5秒（周期为1秒）；5.2 I/O分配表 表5-1输 入输 出启动：00000停止：00001南北绿灯：01000南北黄灯：01001南北红灯：01002东西绿灯：01003东西黄灯：01004东西红灯：010055.3 交通灯I/O分布图 由于CPM1A-40CDR输出I/O口共16点，因此作为交通灯设计必须对输出进行扩展。其资源分配如下：图5-1 I/O分布图5.4 交通灯工作流程图图5-2 工作流程图5.5 交通灯工作时序图控制描述：当启动开关接通时，首先是东西向红灯亮并维持30秒，在东西向红灯亮的同时，南北绿灯亮但只维持22秒。到22秒时，南北绿灯开始闪亮3秒后熄灭，南北黄灯再闪亮5秒，然后南北黄灯熄灭，南北红灯亮，同时东西红灯熄灭，东西绿灯亮，南北红灯亮维持25秒，东西绿灯亮并维持17秒，到17秒时，东西绿灯闪亮3秒后熄灭，东西黄灯再闪亮5秒。到5秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮，开始第二周期的动作，以后周而复始的循环。绿灯或黄灯闪亮的周期为1秒（即亮0.5秒，熄灭0.5秒）。当启动断开开关时，所有信号灯熄灭。图5-3 工作时序图5.6 梯形图 控制描述：当按下启动按钮00000，保持继电器20000通电，定时器TIM001接通并开始计时30秒，同时TIM002开始22秒计时22秒，TIM003开始25秒计时25秒，此时首先是东西向红灯亮并维持30秒，南北向绿灯亮并维持22秒。当南北向绿灯持续亮22秒之后，由于02001和TIM002的常开触点的作用，南北向绿灯闪烁3秒。经过3秒的闪烁之后，TIM003计时时间到，其常闭触点失电断开南北向绿灯熄灭。同时其常开触点闭合，南北黄灯闪亮5秒结束之后熄灭。此时TIM001计时时间到，其常闭触点断开东西向红灯熄灭，其常开触点闭合TIM004接通并开始计时25秒，TIM005开始计时17秒，TIM006开始计时20秒。此时首先是南北向红灯亮并维持25秒，东西向绿灯亮并维持17秒。当东西向绿灯持续亮17秒之后，在TIM006的常闭触点的作用下东西绿灯闪烁3秒。经过3秒的闪烁之后，TIM006计时时间到，其常闭触点失电断开东西向绿灯熄灭。同时其常开触点闭合，东西黄灯闪亮5秒结束之后熄灭。此时TIM004计时时间到，其常闭触点断开南北向红灯熄灭，其常开触点闭合TIM001接通并开始计时30秒，TIM005开始计时22秒，TIM003开始计时25秒，开始第二周期的动作，以后周而复始的循环。当启动断开开关时，所有信号灯熄灭。 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)图5-4 梯形图 第六章 总结与展望6.1 总结本课题设计是我们通过对路口车流量的实际考察，然后确定最优循环时间，运用PLC原理来完成多交通灯的最优控制，从而达到改善交通的效果。 与传统的交通灯相比，拥有最优的放行时间，而不是像目前普遍采用的60秒放行，这样大大节约了时间，更好的适应现在的交通现状。 6.2 展望本课题的设计主要是针对于南北方向和东西方向直行通道的红绿灯设计，对斜行通道的控制设计在今后还应该结合实际继续进行研究。 对现在所确定的最优循环时间，还应当结合现今交通网络的特点进行针对性的改进。对于PLC在交通灯控制系统中的应用还应当进一步去学习和研究。 致谢本课题的大量研究工作都是在赵主任和王老师的精心指导下完成的，在我整个研究学业过程中，包括这篇论文的完成，都受到赵主任和王老师大量的帮助。从论文的选题，研制计划的安排到论文的具体的内容，赵主任给矛了我悉心的指导。从PLC编程到交通灯的模拟仿真，以及梯形图的绘制，都得到了王老师的帮助与指导。值此论文完成之际,谨向赵主任和王老师致以最崇高的谢意!再一次向他们表示衷心的感谢,感谢他们为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习,生活上的无私帮助!参考文献1 张万忠.可编程控制器入门与应用实例.北京：中国电力出版社，2004.2 台方.可编程序控制器应用教程.北京：中国水利水电出版社，2001.3 常斗南.可编程序控制器原理·应用·实验 .北京：机械工业出版社，1998.4 邦田.电子电路实用抗干扰技术.北京：人民邮电出版社，1994.5 钱晓龙，李鸿倩.智能电器与Microloeix控制器.北京：机械工业出版社，2003.6 黄净.电气及PLC控制技术. 北京：机械工业出版社，2005.7 李建新.可编程序控制器及其应用. 北京：机械工业出版社，20078 廖常初. PLC应用技术. 北京：机械工业出版社，2005.9 陈立定，吴玉香，苏开才.电气控制与可编程控制器.广州：华南理工大学出版社,200l.10 王兆义.小型可编程控制器使用技术.北京:机械工业出版社,2004.11 黄继昌.传感器工作原理及应用实例.北京:人民邮电出版社,2006.附录A：附录B：46