【正文】 接口的濾波環(huán)節(jié)帶來的輸入延遲，以無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 9 及輸出接口中驅(qū)動(dòng)器件的動(dòng)作時(shí)間帶來輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。滯后時(shí)間是設(shè)計(jì) PLC 應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意把握的一個(gè)參數(shù)。 第三章 十字路口交通信號燈的 具體設(shè)計(jì) 十字路口交通信號燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因?yàn)橛?了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時(shí)，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設(shè)置，也會影響交通的順暢。 交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機(jī)動(dòng)車信號燈、非機(jī)動(dòng)車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進(jìn)或停止的指令，使各同時(shí)到達(dá)的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。 十字路 口交通信號燈 現(xiàn)場示意圖如圖 31 所示，南北和東西每個(gè)方向各有紅、綠、黃三種信號燈，為確保交通安全，要求如下。 1） 采用 PLC 構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個(gè) 3 位轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 控制。 SA1 手柄指向左 45176。 時(shí)，接點(diǎn) SA11 接通，交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ?，按照如圖 32 所示工作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。 SA1 手柄指向中間 0176。 時(shí)，接點(diǎn) SA12 接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常亮，東西向紅燈常亮。 SA1 手柄指向右 45176。 時(shí)，接點(diǎn) SA13 接通 ，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮。 圖 31 交通燈現(xiàn)場示意圖 2）正常控制時(shí) ①當(dāng)東西方向允許通行（綠燈）時(shí)，南北方向應(yīng)禁止通行（紅燈）；同樣，當(dāng)南北方向允許通行（綠燈）時(shí)，東西方向應(yīng)禁止通行（紅燈）。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 10 ②在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機(jī)提前減速并剎車，應(yīng)有明顯的提示信號：綠燈閃爍同時(shí)黃燈亮。 ③信號燈控制系統(tǒng)啟動(dòng)后應(yīng)能自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作。 信號燈動(dòng)作的時(shí)序圖如圖 32所示，它是按信號燈置 1 與置 0兩種狀態(tài)繪制的，置 1 表示信號燈點(diǎn)亮。 圖 32 十字路口交通燈正常工作時(shí)序 3）輸入 /輸出信號分配 輸入 /輸出信號分配如表 31 所示。 表 31 十字路口交通燈控制信號說明 控制系統(tǒng)電路圖 輸 入 輸 出 文字符號 信號地址 說 明 文字符號 信號地址 說 明 SA11 X0 交通燈正常工作控制開關(guān) H1 Y0 南北向綠燈指示 SA12 X1 南 北向交通燈常綠控 制開關(guān) H2 Y1 南北向黃燈指示 SA13 X2 東西向交通燈常綠控制開關(guān) H3 Y2 南北向紅燈指示 H4 Y3 東西向綠燈指示 H5 Y4 東西向黃燈指示 H6 Y5 東西向紅燈指示 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 11 開關(guān)合上后，東西綠燈亮 25s后閃 3s滅；黃燈亮 2s滅；紅燈亮 30s；綠燈亮??循環(huán)，對應(yīng)東西綠黃燈亮?xí)r南北紅燈亮 30s,接著綠燈亮 25S后閃 3s滅；黃燈亮 2s后，紅燈又亮??循環(huán)， 圖 34 十字路口交通信 號燈 控制系統(tǒng)電路圖 根據(jù)交通燈系統(tǒng)的控制要求 ，如圖 34所示 十字路口交通信號燈 控制系統(tǒng)電路圖 ， 實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的交通燈系統(tǒng)的控制功能。 PLC硬件控制電路設(shè)計(jì) 1) 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。了解各個(gè)控制對象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對象的控制要求，確定輸入 /輸出接口（ I/O）數(shù)量；確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等，選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)，完成 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。 2) 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路接線圖，編制 I/O 接口功 能表。 據(jù)信號控制要求， I/O分配及其接線如圖 711 所示。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 12 圖 35十字路口交通信號燈 PLC外部 I/O分配及其接線 圖中用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)信號燈，如果 PLC 輸出點(diǎn)的輸出電流不夠，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)信號燈，也可以在 PLC 輸出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼器再去驅(qū)動(dòng)信號燈 。 PLC控制程序設(shè)計(jì) Y6C O M 1 ~Y0電源東 西 綠 燈Y1東 西 黃 燈Y2東 西 紅 燈C O M 2Y4南 北 綠 燈Y5南 北 黃 燈南 北 紅 燈輸出2 2 0 V A CLNCOMSARUNS B 1X0S B 2X1S B 3X2X3停止輸入FX232MR無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 13 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的程序時(shí)，僅僅采用簡單的邏輯處理已經(jīng)很難保證程序的正確性和易讀性，所以就需要采用別的方法來 編制程序。為了保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個(gè)控制過程分為若干個(gè)階段，在每一個(gè)階段均設(shè)立一個(gè)控制標(biāo)志，當(dāng)每一個(gè)階段執(zhí)行完畢，就啟動(dòng)下一個(gè)階段的控制標(biāo)志，將本階段的控制標(biāo)志清除。 所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實(shí)際上就是控制系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)移。機(jī)電自控系統(tǒng)中機(jī)械的自動(dòng)工作循環(huán)過程就是電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)、有序、逐步轉(zhuǎn)移的過程。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序和條件，它是 PLC 應(yīng)用控制程序設(shè)計(jì)的極好工具。 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 圖 36 十字路口交通信號燈 PLC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 十字路口交通信號燈 PLC的程序設(shè)計(jì)說明 據(jù)圖 36 所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，說明 十字路口交通信號燈 PLC 的程序設(shè)計(jì)。 1） PLC 開始運(yùn)行時(shí)， M8002 產(chǎn)生一初始脈沖，使初始狀態(tài) S0 置 1。 S0啟動(dòng) X0Y6S 2 0Y6Y0Y0T0 K 2 5 0S 2 1 T1 K5T0T1S 2 2 Y0C0T2S 2 3 Y1T3 K 2 0T3南北紅燈東西綠燈T2 K5K3C0T2C0S 2 4 Y2T7R S T C0S 3 0 Y6T4 K 2 5 0S 3 1 Y4K5T3T1S 3 2 T5T6S 3 3 Y4T6C1T6C1S 3 4 Y5R S T C1T5C1K5K3T7 K 2 0無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 14 2）當(dāng) SA1 手柄指向中間 0176。時(shí)，觸點(diǎn) X1接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈 Y1常亮，東西向紅燈常亮。 3） 當(dāng) SA1 手柄指向右 45176。時(shí)，觸點(diǎn) X2 接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈 Y1常亮，南北向紅燈常亮。 4） 當(dāng) SA1 手柄指向左 45176。時(shí)，觸點(diǎn) X0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20 和 S30，使 S20和 S30 置 1，同時(shí) S0 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位， Y1 線圈得電南北綠燈亮與此同時(shí)Y6線圈得電，東西紅燈亮。 5）延時(shí) 25S 后，轉(zhuǎn)移條件 T0 閉合，狀態(tài)從 S20 轉(zhuǎn)移到 S21，使 S21 置 1，同時(shí)驅(qū)動(dòng) T1 記時(shí)，而 S20 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位。 6） 延時(shí) 5S 后，轉(zhuǎn)移條件 T1閉合，狀態(tài)從 S21 轉(zhuǎn)移 S22，使 S22 置 1產(chǎn)生 接通和斷開的時(shí)針脈沖信號，從而使南北綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器 C0 記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次， C0 的常閉觸點(diǎn)接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S21，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次。 7）次數(shù)到三， C0 常開觸點(diǎn) 閉合，狀態(tài)由 S22 轉(zhuǎn)移到 S23，使 S23 置 1 同時(shí)S22在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位， Y2 線圈得電南北黃燈亮。 8） 延時(shí) 2S 后，轉(zhuǎn)移條件 T3 閉合，一方面狀態(tài)從 S23 轉(zhuǎn)移到 S24，使 S24置1， S23 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位， Y3 線圈得電南北紅燈亮，計(jì)數(shù)器 C0 復(fù)位。另一方面狀態(tài) S30 轉(zhuǎn)移到 S31，使 S31置 1 同時(shí) S30 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，線圈 Y4 得電東西綠燈亮。 9）延時(shí) 25S 后，轉(zhuǎn)移條件 T4 閉合，狀態(tài)從 S31 轉(zhuǎn)移到 S32，使 S32 置 1，同時(shí)驅(qū)動(dòng) T5 記時(shí)，而 S31 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位。 10） 延時(shí) 5S后，轉(zhuǎn)移條件 T5閉合，狀態(tài)從 S32 轉(zhuǎn)移 S33，使 S33 置 1產(chǎn)生 接通和斷開的時(shí)針脈沖信號，從而使東西綠燈閃爍，同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器 C1 記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次， C1的常閉觸點(diǎn)接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S32，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次。 11）次數(shù)到三， C1 常開觸點(diǎn)閉合，狀態(tài)由 S33 轉(zhuǎn)移到 S34，使 S34 置 1同時(shí)S33在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位， Y5 線圈得電東西黃燈亮，計(jì)數(shù)器 C1復(fù)位。 12） 延時(shí) 2S后，回到初始狀態(tài) S0 進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。 第 四 章 交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 交通系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 15 交通系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢就是要提高通行能力，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù) ，開展智能化運(yùn)輸和環(huán)保專項(xiàng)技術(shù)的研究，并且要做到以人為本，重點(diǎn)開展交通安全技術(shù)的研究，在這個(gè)過程中要確定經(jīng)濟(jì)合理的目標(biāo)，促進(jìn)新材料的廣泛應(yīng)用和開發(fā)。 選擇 VHDL硬件描述語言設(shè)計(jì)的優(yōu)勢 首先，簡單地介紹一下什么是 VHDL 硬件描述語言。 VHDL 的英文全稱是 VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Description Language。是EDA 設(shè)計(jì)中使用最多的語言之一，它具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而 大大地簡化了硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。 其次，這次設(shè)計(jì)選用 VHDL 硬件描述語言的優(yōu)勢就在于傳統(tǒng)的用原理圖設(shè)計(jì)電路的方法具有直觀形象的優(yōu)點(diǎn)，但如果所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的規(guī)模比較大，或者設(shè)計(jì)軟件不能提供設(shè)計(jì)者所需的庫單元時(shí)，這種方法就顯得很受限制了。而且用原理圖表示的設(shè)計(jì)，通用性、可移植性也比較弱，所以在現(xiàn)代的設(shè)計(jì)中，越來越多地采用了基于硬件描述語言的設(shè)計(jì)方式。利用硬件描述語言來設(shè)計(jì)電路，使探測各種設(shè)計(jì)方案變成一件很容易的事，因?yàn)橹恍枰獙γ枋稣Z言進(jìn)行修改，這比更改電路原理圖要容易實(shí)現(xiàn)得多。 紅綠燈交通 信號系統(tǒng)功能描述 在交通信號燈的設(shè)計(jì)中，外部硬件電路方面主要包括：兩組紅綠燈、兩組 LED顯示器（見圖 1）。軟件方面包括：（ 1）電路合成模塊的概念：將交通燈信號系統(tǒng)劃分成若干個(gè)小電路，編寫每一個(gè)模塊的 VHDL 程序代碼，并將各個(gè)小電路相連接。這樣可以增加程序的調(diào)試速度，同時(shí)也能夠?qū)⒐ぷ骷?xì)分，以提高編程速度（見圖圖 3）。（ 2）參數(shù)化的概念：針對不同時(shí)段的交通流量，可以調(diào)整紅綠燈電路（增 加或者減少電路的計(jì)數(shù)時(shí)間），以增加程序的靈活性。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 16 圖 1 十字路口示意圖 圖 2 交通信號燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由交通信號燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 (見圖 2)可知，該系統(tǒng)由 4 個(gè)子電路組成。其中包括： (1) 時(shí)鐘發(fā)生電路； (2) 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路； (3) 倒計(jì)時(shí)控制電路； (4) 紅綠燈信號控制電路。 圖 3 交通信號燈系統(tǒng)模塊圖 西北南東紅黃綠紅 紅紅黃黃黃綠綠綠 時(shí) 鐘 發(fā) 生 電 路 紅綠 燈信號控制電路 倒計(jì)時(shí)控制電路 計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路 時(shí)鐘輸入 端 系統(tǒng)復(fù)位 端 東西及南北 方向信號燈 東西及南北 方向倒計(jì)時(shí) 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 用 PLC 的控制交通信號燈設(shè)計(jì) 17 由圖 3可以看出系統(tǒng)大體的工作程序是：首先由時(shí)鐘發(fā)生電路產(chǎn)生穩(wěn)定的時(shí)鐘 信號，為下面三個(gè)子電路提供同步工作信號。接收到時(shí)鐘信號的紅綠燈信號控制電路開始工作，并將產(chǎn)生的重新計(jì)數(shù)的輸出使能控制信號發(fā)送給計(jì)數(shù)秒數(shù)選擇電路和倒計(jì)時(shí)控制電路，同時(shí)還會將目前電路