【正文】 自動(dòng)控制中的應(yīng)用問題。圖 路口交通信號燈示意圖在交通指揮信號燈控制系統(tǒng)工作時(shí)，對指揮燈的控制按一定的時(shí)序要求進(jìn)行，如表 所示。表 交通信號燈的具體控制要求信 號 紅燈亮 綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮南 北時(shí) 間 25s 20s 3s 2s信 號 綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮 紅燈亮東 西時(shí) 間 20s 3s 2s 25s根據(jù)表 可知。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 14 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊? 東西方向綠燈和南北方向綠燈不能同時(shí)亮。? 系統(tǒng)工作后，首先南北方向紅燈亮并維持 25 秒；在此同時(shí)，東西方向綠燈亮，并維持20 秒時(shí)間，到 20 秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。? 在東西方向綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮并維持 2 秒；到 2 秒時(shí)，東西方向黃燈熄滅，東西方向紅燈亮，同時(shí)南北方向紅燈熄滅，南北方向綠燈亮。? 東西方向紅燈亮，并維持 25 秒；在此同時(shí)，南北方向綠燈亮，并維持 20 秒；然后南北方向綠燈閃亮 3 秒后熄滅。? 南北方向綠燈熄滅時(shí)，南北黃燈亮維持 2 秒后熄滅；同時(shí)南北方向紅燈亮，東西方向綠燈亮。至此，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)。兩個(gè)方向的信號燈，應(yīng)按上面的要求周而復(fù)始地進(jìn)行工作。其時(shí)序如圖 所示。圖 十字路口交通信號燈控制的時(shí)序圖交通燈還應(yīng)需要具有倒計(jì)時(shí)功能，方便司機(jī)判斷剩余時(shí)間以便做出選擇。倒計(jì)時(shí)每一個(gè)方向需要兩個(gè)數(shù)碼管分別表示十位和個(gè)位，一共八個(gè)。此外，還需要譯碼器與 LED 數(shù)碼管連接，進(jìn)行譯碼節(jié)省輸出端口。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 15 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 總體方案確定 方案的原理本方案所要實(shí)現(xiàn)的是模擬十字路口交通燈的運(yùn)行，并利用 PLC 對十字路口交通燈進(jìn)行控制：總共有 2 個(gè)輸入點(diǎn)和 16 個(gè)輸出點(diǎn)，兩個(gè)輸入是系統(tǒng)的開和關(guān)，用代替交通燈的發(fā)光二極管的亮、滅和閃爍作為信號的輸出，把燈分為東西兩組，南北兩組，各有紅、黃、綠三種，分別用來指示左轉(zhuǎn)彎和直行，另外，還有四組人行道上的紅綠燈。首先，按照控制要求利用計(jì)算機(jī)編程軟件編寫好科學(xué)合理的程序并輸入 PLC，PLC 按照所輸入的程序給出輸出并通過外部中間繼電器對硬件電路進(jìn)行相應(yīng)的邏輯順序控制，使交通燈按控制要求進(jìn)行亮、滅和閃爍來完成科學(xué)的交通控制要求。 方案的特點(diǎn)PLC 運(yùn)用與交通燈控制系統(tǒng)有較強(qiáng)的優(yōu)勢,主要可從以下四個(gè)方面來描述。使用壽命長：從目前反饋情況看,目前控制電路的使用壽命大部分均不足五年這與其電路設(shè)計(jì)、元器件選型、工作環(huán)境及控制方式等因素有關(guān),是其本身無法克服的固有缺點(diǎn)。PLC 作為工業(yè)控制單元,應(yīng)用于各種控制環(huán)境,內(nèi)部電路、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極為精良,所用器件均選用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)級產(chǎn)品,其使用壽命一般可保證在十年以上。因此，PLC 的這種特點(diǎn)可以使十字路口交通燈的 PLC控制系統(tǒng)正常運(yùn)行較長時(shí)間。性能穩(wěn)定可靠,抗干擾性好：由于 PLC 可應(yīng)用于各種工業(yè)控制現(xiàn)場 ,其硬件及軟件設(shè)計(jì)均考慮到各種生產(chǎn)環(huán)境,其電壓適用范圍很寬,具有極強(qiáng)的抗電磁干擾、抗震動(dòng)、抗高溫、高濕等特性,性能極為穩(wěn)定、可靠。所以十字路口交通燈的 PLC 控制系統(tǒng)因?yàn)?PLC 的應(yīng)用也具有了這樣的一些優(yōu)點(diǎn)。由于 PLC 的功能強(qiáng)大,實(shí)現(xiàn)靈活,可擴(kuò)展性好，并可根據(jù)實(shí)際需要改變功能的控制過程及方式,并可根據(jù)使用者要求在不增加或少增加硬件的基礎(chǔ)上開發(fā)新的控制功能，在加上良好的性價(jià)比。本十字路口交通燈的 PLC 控制系統(tǒng)，比之原有的交通燈控制系統(tǒng)，控制更加的靈活，功能更加的豐富。 方案的選擇依據(jù)使用西門子 S7200 PLC 可編程控制器，其編程方法簡單易學(xué)，且功能強(qiáng)大，工業(yè)控制能力較為強(qiáng)大，一臺小型的 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可以為用戶提供使用的變成元件，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制能力，就控制能力而言較普通的單片機(jī)要強(qiáng)一些，具有很高的性能價(jià)格比，故而本系統(tǒng)選擇西門子 S7200 PLC 作為本設(shè)計(jì)的主控制器。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 16 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第五章 I/O 分配及元器件選型 輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)的地址分配該控制器輸入/。表 輸入/輸出地址分配表以及定時(shí)器元件序號輸入元件 輸入地址輸出元件 輸出地址定時(shí)器元件（T=PT*S）定時(shí)器代表內(nèi)容（S=100ms）1 工作開關(guān) 南北綠燈 T38 南北綠燈200*S2 南北黃燈 T39 南北綠燈閃爍30*S3 南北紅燈 T40 南北黃燈20*S4 東西綠燈 T37 南北紅燈250*S5 東西黃燈 T43 東西綠燈200*S6 東西紅燈 T44 東西綠燈閃爍30*S7 LELE2 T42 東西黃燈20*S8 LELE4 T41 東西紅燈250*S9 A1 10 B1 11 C1 12 D1 13 A2 14 B2 15 C2 16 D2 17 A3 18 B3 19 C3 20 D3 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 17 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊21 A4 22 B4 23 C4 24 D4 PLC選型根據(jù)對交通指揮信號燈控制系統(tǒng)控制要求的分析，系統(tǒng)采用自動(dòng)工作方式，其輸入信號有系統(tǒng)開啟、停止按鈕信號；輸出信號有東西方向、南北方向各兩組指示燈驅(qū)動(dòng)信號。由于每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時(shí)工作，為節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。倒計(jì)時(shí)模塊使用譯碼器減少 PLC 的輸出，東西方向和南北方向的兩組數(shù)碼管均可采用并聯(lián)。由此可知，系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為 1，輸出點(diǎn)數(shù)為 24，全部是開關(guān)量。根據(jù)以上分析，可以選用西門子公司的 S7200 系列 PLC。S7200 系列 PLC 中可提供 4 種不同的基本型號的 CPU 供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表 。 幾種S7200PLC的CPU選型型 號 輸入點(diǎn)數(shù) 輸出點(diǎn)數(shù) 可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7200CPU221 6 4 —S7200CPU222 8 6 2個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU224 14 10 7個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU226 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU226XM 24 16 2個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)查閱上表可選擇 S7200CPU226(見圖 （a）)，欠缺的輸出端口可以再接 EM 系列擴(kuò)展。所學(xué)過的課程中只有 EM222 的 8 點(diǎn)輸出產(chǎn)品可用（見圖 （b））。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 18 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 （a） S7200CPU226 外形圖圖 （b） EM222 外形圖倒計(jì)時(shí)采用 PLC 輸出 BCD 碼，由譯碼器譯碼后傳給七段數(shù)碼管。 常用譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中，常常需要將運(yùn)算結(jié)果用人們習(xí)慣的十進(jìn)制顯示出來，這就要用到顯示譯碼器。顯示譯碼器主要用來驅(qū)動(dòng)各種顯示器件，如 LED、LCD 等，從而將二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字、文字、符號“翻譯”成人們習(xí)慣的形式，直觀地顯示出來。 目前用于顯示電路的中規(guī)模譯碼器種類很多，其中用得較多的是七段顯示譯碼器。它的輸入是 8421BCD 碼，輸出是由 a、b、c、d、e、f、g 構(gòu)成的一種代碼，我們稱之為七段顯示碼。根據(jù)字形的需要，確定 a、b、c、d、e 、f 、g 各段應(yīng)加什么電平，就得到兩種代碼對應(yīng)的編碼表。七段顯示碼被送到七段顯示器顯示。圖 為 CD4511 芯片引腳圖，各引腳說明見表 .，真值表見表 。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 19 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊圖 CD4511 芯片引腳圖表 CD4511芯 片 引 腳 說 明引腳名 功能說明A0~A3 二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端BI輸出消隱控制端LE 數(shù)據(jù)鎖定控制LT燈測試VDD 正電源Vss 接地Ya~Yg 數(shù)據(jù)輸出端表 譯 碼 器 真 值 表輸入 輸出LE BILTA3 A2 A1 A0 Ya Yb Yc Yd Ye Yf YgLLLLLLLLLLLHHHHHHHHHHLHHHHHHHHHHHLLLLLLLLHHLLLLHHHHLLLLHHLLHHLLLHLHLHLHLHHLHLHHLHLHHHHLHHHHHLLHHHHLHHLHHHHHHHHLHLHHLHHLHLHLHLHLLLHLHLHLHLHLHHHLHHHLLLHHHHHHHLL H H H L H L L L L L L L Lxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙共 39 頁 第 20 頁┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊LLLLLHHHHHHHHHHHHHHHLHHHHHLLHHHLHLHLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLH H H ? ? ? ? ? ? ? LED七段數(shù)碼顯示器LED 七段數(shù)碼顯示器由 7 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成七段字形，它是將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的固體顯示器件，通常由磷砷化鎵半導(dǎo)體材料制成。故又稱為 GaAsP 七段數(shù)碼管，其最大工作電流為10mA 或 15mA 分共陰和共陽兩類品種。七段顯示器分共陰極和共陽極兩種形式，它的外形結(jié)構(gòu)如圖 所示。從圖中可以看出，對于共陽極的顯示器，當(dāng)輸入低電平時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光；對于共陰極的顯示器，當(dāng)輸入高電平時(shí)發(fā)光二極管發(fā)光。與之相應(yīng)的譯碼器的輸出也分低電平有效和高電平有效兩種。如 74LS474LS47 為低電平有效，可用于驅(qū)動(dòng)共陽極的 LED 顯示器；74LS474LS4CD4511 為高電平有效，可用于驅(qū)動(dòng)共陰極的 LED 顯示器。有的 LED 顯示器帶有小數(shù)點(diǎn)，一般用 dp 表示。圖 外 形 結(jié) 構(gòu) 圖 電氣接線圖根據(jù)信號燈的控制要求，本模塊所有的器件有：啟動(dòng)按鈕 SB1，紅黃綠色信號燈各四只，CD4511 譯碼器四塊，七段數(shù)碼管 8 個(gè)。輸入/輸出端口接線見附錄。根據(jù)控制要求：啟動(dòng)按鈕 SB1 接于 輸入端，南北方向的綠燈接于 輸出端，南北方向黃燈接于 輸出端，南北方向紅燈接于 輸出端，東西方向綠燈接于 輸出端，東西方向黃燈接于 輸出端，東西方向紅燈接于 輸出端。南北方向倒計(jì)時(shí)顯示接于輸出端 至 ，選通信號接于輸出端 和 。東西方向倒計(jì)時(shí)顯示接于輸出端 至