【導(dǎo)讀】本畢業(yè)設(shè)計(jì)為交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其次，在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜。述了PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展，特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢(shì)。PLC的選型及I/O口分配；控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)；PLC控制程序的編程設(shè)計(jì)及模擬調(diào)試。本文的最后對(duì)本次。設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)。PLC自產(chǎn)生至今只有30多年的歷史,卻得到了迅速發(fā)。PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼。續(xù)失去市場(chǎng)份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開放的工業(yè)控制行業(yè)。PLC，PLC的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。繼電器機(jī)械觸點(diǎn)易氧化,動(dòng)作壽命有限;而PLC系統(tǒng)本身幾乎。采用PLC可實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈常規(guī)控制和實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的精確位移控制。

　　

【正文】 QM CVM、 CV型機(jī)， Ha型、 F型機(jī)等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長(zhǎng)，在中國(guó)及世界市場(chǎng)，都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。 ● 日本三菱公司的 PLC也是較早推到我國(guó)來(lái)的。其小型機(jī) FI前期在國(guó)內(nèi)用得很多，后又推出 FXZ機(jī)，性能有很大提高。它的中、大型機(jī)為 A系列。 AIS、 AZC、 A3A等。 2. PLC系統(tǒng)的選型[2] 交通信號(hào)燈控制常用的 PLC系統(tǒng)型號(hào)有歐姆龍 C系列，三菱 F系列，富士 NB NB2 系列，光洋 SR系列等。這些型號(hào)原理上大同小異，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各成體系。如歐姆龍單元式 PLC機(jī)的輸入點(diǎn)數(shù)比輸出多， I/O端子是組裝式的可方便地與主機(jī)分離；而富士同等型號(hào)的 I/O點(diǎn)數(shù)一般相等， I/O端子是固定的。各公司的 PLC機(jī)產(chǎn)品呈系列化，具體型號(hào)應(yīng)根據(jù)交通信號(hào)燈的具體情況，一般考慮以下幾個(gè)方面： (1) 結(jié)構(gòu)：有單元式、模塊式、積木式等。單元式 I/O結(jié)構(gòu)固定，而模塊式 I/O點(diǎn)可靈活配置。 (2) 存儲(chǔ)量：有 1K、 2K、 4K、 8K、 32K等。根據(jù)程序的復(fù)雜程度來(lái)選擇。 (3) I/O點(diǎn)數(shù)及方式： 如歐姆龍 C系列單元式的 C20為 12/8， C40為 24/16等。輸入分為開關(guān)量或模擬量，輸出為繼電器、可控硅、晶體管等形式。 (4) 工作電壓：交流 100~240V，直流 24V等。 基于以上四方面的考量，設(shè)計(jì)中選用日本 OMRON公司的 CPM1A系列 PLC。 3. 日本 OMRON公司的 CPM1A系列 PLC。 CPM1A系列 PLC是歐姆龍公司生產(chǎn)的小型整體式可編程控制器，有多種型號(hào)的 CPU供選擇；具有豐富的特殊 I/O單元，它的性能價(jià)格比很高，適用于小規(guī)模機(jī)器控制。 CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不 僅具備了以往的小型 PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有 10點(diǎn) ~100點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成，而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無(wú)前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同的需求。 (1) CPM1A的各單元 CPM1A有 CPU單元 (主機(jī) )、 I/O擴(kuò)展單元、特殊功能單元和通信單元。 CPM1A的 CPU單元有 16種規(guī)格，按 I/O點(diǎn)數(shù)分有 10點(diǎn)、 20點(diǎn)、 30點(diǎn)、 40點(diǎn) 4種，按使用電源分有AC型和 DC型 2種，按輸出形式分有繼電器型 和晶體管，表 2為 CPU單元的規(guī)格。 CPM1A的 I/O擴(kuò)展單元有 7種規(guī)格，分為三種類型： 8點(diǎn)輸入單元、 8點(diǎn)輸出單元和20點(diǎn) I/O單元。表 3為 I/O擴(kuò)展單元的規(guī)格。 CPM1A的特殊功能單元有模擬量 I/O單元、溫度傳感器和模擬量輸出單元以及溫度傳感單元。 CPM1A的通信單元 RS232C通信適配器、 RS422通信適配器和 CompoBus/S I/O鏈接單元等。 表 2 CPU單元的規(guī)格 表 3 I/O擴(kuò)展單元的規(guī)格 (2) CPM1A的繼電器區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū) CPM1A PC的繼電器區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)由 以下幾部分組成：內(nèi)部繼電器區(qū) (IR)，特殊輔助繼電器區(qū) (SR)，暫存繼電器區(qū) (TR)，保持繼電器區(qū) (HR)，輔助記憶繼電器區(qū) (AR)，鏈接繼電器區(qū) (LR)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) (DM)。 IR區(qū)分為兩部分：一部分供輸入點(diǎn) /輸出點(diǎn)用，稱為輸入 /輸出繼電器區(qū)；另一部分供 PC內(nèi)部的程序使用，稱為內(nèi)部輔助繼電器區(qū)。 CPM1A的通道用 3位數(shù)字表示，稱為通道號(hào)。一個(gè)通道內(nèi)有 16位。在指明一個(gè)位時(shí)用 5位數(shù)字，稱為繼電器號(hào)，前 3位數(shù)字為該位所在的通道號(hào)，后 2位數(shù)字為 00~15，如 20204為 200通道中的 04位。輸入繼電器區(qū)有 10個(gè)通道 000~009，其中 000、 001通道用于 CPU單元輸入通道，002~009通道用于 CPU單元鏈接的擴(kuò)展單元的輸出通道。輸出繼電器區(qū)有 10個(gè)通道010~019，其中， 0 011通道用于 CPU單元的輸出通道， 012~019通道用于 CPU單元鏈接的擴(kuò)展單元的輸入通道。 特殊輔助器區(qū)共有 24個(gè)通道 232~255， SR區(qū)和 IR區(qū)實(shí)際上是 PC的同一數(shù)據(jù)區(qū)， SR區(qū)的通道在 IR區(qū)之后順序編號(hào)， IR和 SR的區(qū)別在于前者供用戶使用，而后者由系統(tǒng)使用。 暫存繼電器區(qū) (TR)用于 暫存復(fù)雜梯形圖中分支點(diǎn)的 ON/OFF狀態(tài)，在語(yǔ)句表編程時(shí)使用。 CPM1A有 8個(gè)暫存繼電器，其范圍為 TR0~TR7。暫存繼電器在同一程序段內(nèi)不能重復(fù)使用，在不同的程序段可重復(fù)使用。 保持繼電器區(qū) (HR)具有短點(diǎn)保持功能，即當(dāng)電源掉電時(shí)，他們能夠保持掉電前的ON/OFF狀態(tài)。保持繼電器以 HR標(biāo)識(shí)，有 20個(gè)通道 HR00~HR19。每個(gè)通道有 16個(gè)繼電器，編號(hào)為 00~15，共有 320個(gè)繼電器。保持繼電器的使用方法同內(nèi)部輔助繼電器一樣。 輔助記憶繼電器區(qū) (AR)有 16個(gè)通道 AR00~AR15。 AR區(qū)用來(lái)儲(chǔ)存 PC的 工作狀態(tài)信息，包括擴(kuò)展單元連接的臺(tái)數(shù)，繼電發(fā)生的次數(shù)、掃描周期最大值及當(dāng)前值，以及高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出的工作狀態(tài)標(biāo)志和通信出錯(cuò)碼、系統(tǒng)設(shè)定區(qū)域異常標(biāo)志等。 鏈接繼電器區(qū) (LR)共有 16個(gè)通道 LR00~LR15。當(dāng) CPM1A之間， CPM1A與 CQM CPMSRM1以及 C200HS、 C200HX/HG/HE之間進(jìn)行 1： 1連接時(shí)，用鏈接繼電器與對(duì)方交換數(shù)據(jù)。不進(jìn)行 1： 1鏈接時(shí)，鏈接繼電器可作內(nèi)部輔助繼電器使用。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)用于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。當(dāng)電源斷點(diǎn)時(shí)，定時(shí)器復(fù)位，計(jì)數(shù)器保持?jǐn)嚯?前的狀態(tài)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，共有 1536個(gè)字 (通道 )。并只能以字為單位使用，不能以位為單位使用。利用 DM區(qū)可進(jìn)行間接尋址。 DM區(qū)有保持?jǐn)嚯姽δ堋? 5． 2 ＰＬＣ的 I／ O表的確定 [7] OMRON公司的 CPM1 A系列的 20點(diǎn)輸入輸出型?？紤]到開關(guān)壽命問(wèn)題，最好選用晶閘管輸出模塊。輸入點(diǎn)數(shù) 12，通道號(hào) 000，輸出 8點(diǎn)，通道號(hào) 010。此次設(shè)計(jì)我們選用 CPM1A20CDTD。ＰＬＣ的 I／ O表如表 4所示 表 4 ＰＬＣ的 I／ O表 5． 3 PLC端子接線 端子接線圖如圖 5所示 圖 5 端子接線圖 第 6 章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 6． 1 主要控制環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 前半周期啟動(dòng)環(huán)節(jié) 給上電源，運(yùn)行用戶程序。安下啟動(dòng)鈕后， 20200 接通且自鎖。 TIM000 接通計(jì)時(shí)，TIM006 同時(shí)接通計(jì)時(shí)， 01002 接通，南北紅燈亮，同時(shí)由 01002 使 01004 接通，東西綠燈亮 梯形圖如下： 東西綠燈閃爍環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM006計(jì)滿 20s時(shí)，使 TIM007接通計(jì)時(shí)，同時(shí) TIM006常閉接點(diǎn)打開，使東西綠燈亮的功能停止，而 TIM006的一個(gè)常開接點(diǎn)接通，該接點(diǎn)與時(shí)鐘周期為 1s的 25502一起控制 01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 梯形圖如下： 東西黃燈接通環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM007計(jì)滿 3s后，其常開接點(diǎn)使 TIM005計(jì)時(shí)開始，其另一個(gè)常閉接點(diǎn)斷開東西綠燈閃爍電路，而一常開接點(diǎn)則使 01005接通，東西黃燈亮。 梯形圖如下： 半周期結(jié)束環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM005計(jì)滿 2s后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。 梯形圖如下 ： 后半周期啟動(dòng)環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM005計(jì)滿 2s的同時(shí)，恰好 TIM000計(jì)時(shí)滿 25s，此時(shí)循環(huán)工作的下半周期開始。TIM000常開接 點(diǎn)首先啟動(dòng) TIM004和 TIM001定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，而其常閉接點(diǎn)斷開01002，常開接點(diǎn)接通 01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時(shí)由 01006使 01000接通，南北綠燈亮起來(lái)。 梯形圖如下： 南北綠燈閃爍環(huán)節(jié) TIM001計(jì)滿 25s，其一常開接點(diǎn)起動(dòng) TIM002計(jì)時(shí)開始，一常閉斷開南北綠燈，而另一常開與 25502一起使南北綠燈閃爍。 梯形圖如下： 南北黃燈接通環(huán)節(jié) TIM002計(jì)滿 3s后，起動(dòng) TIM003計(jì)時(shí)開始， TIM002的一常閉接點(diǎn)使南北綠燈停止閃爍，而 TIM002的一常開接點(diǎn)使 01001通，南北黃燈亮。 梯形圖如下： 復(fù)位環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM003計(jì)滿 2s時(shí)，斷開 01001，南北黃燈熄滅。此時(shí)也正是 TIM004計(jì)滿 30s。TIM004的常閉接點(diǎn)使 TIM000斷開復(fù)位，隨后 TIM004自動(dòng)亦被復(fù)位。 梯形圖如下： 報(bào)警環(huán)節(jié) 在運(yùn)行中若東西、南北綠燈因錯(cuò)誤而被同時(shí)驅(qū)動(dòng)時(shí)， 01003就會(huì)被驅(qū)動(dòng)且自鎖，它一方面使 20200斷開使四個(gè)方向的各種燈都熄滅，另一方面是驅(qū)動(dòng)報(bào)警及顯示線路。在故障排除后，按過(guò)復(fù)位按鈕后，方能重新起動(dòng)系統(tǒng)工作 梯形圖如下： 6． 3 信號(hào)燈轉(zhuǎn)換控制程序軟件梯形圖 信號(hào)燈梯形如圖 6所示 圖 6 信號(hào)燈梯形 第 7章 總結(jié) 致謝 結(jié)束本文之際，本人謹(jǐn)向電子與自動(dòng)化學(xué)院的李靜老師致以崇高的敬意和由衷的感謝。李老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)時(shí)刻影響著我。李老師在本人準(zhǔn)備論文期間，對(duì)論文的結(jié)構(gòu)、學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、資料組織、論點(diǎn)論證等方面提出了大量的寶貴意見。論文初稿完成后，多次審驗(yàn)，提出了很多有建設(shè)性的修改意見。李老師對(duì)論文的質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，從論述方法的有效性到論文的措辭，甚至到標(biāo)點(diǎn)符號(hào)都一絲不茍的審查，以確保 論文的完整性和嚴(yán)謹(jǐn)性。為本人順利完成學(xué)位論文起到了至關(guān)重要的作用。 參考文獻(xiàn) [1]楊公源 ,黃琦蘭 .可編程控制器應(yīng)用與實(shí)踐 [M].北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [2]洪偉等 .交叉路網(wǎng)交通燈的協(xié)調(diào)模糊控制方法 [L].西安：系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2020 [3]李艷等 .基于模糊控制的城市交叉路口群信號(hào)控制及仿真 [L].湖南：交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)， 2020 [4]洪清輝等 .基于 PLC 的交通燈智能控制 [L].福建：漳州師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020 [5]田海等 .基于模糊控制的十字路口交通燈控制 系統(tǒng) [M].內(nèi)蒙古：自動(dòng)化與信息工， 2020 [6]王洪猛等 .基于 PLC 的過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [L].武漢：自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 2020 [7]文國(guó)瑋 .城市交通與道路系統(tǒng)規(guī)劃 .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [8]陳寬民等 .道路通行能力分析 [M].北京：人民交通出版社， 2020 [9]顧懷中等 .基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市道路交叉口車輛到達(dá)預(yù)測(cè)模型的研究 [L].西安：中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 1998 [10]陳淑燕等 .單路口多相位交通信號(hào)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [L].西安：系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào) 附錄：程序清單（指令表） LD 00000 OR 20200 AND NOT 00001 AND NOT 01003 OUT 20200 LD 20200 AND NOT TIM004 OUT TIM000 LD TIM000 OUT TIM004 LD 20200 AND TIM000 OUT TIM006 LD TIM006 OUT TIM007 LD TIM007 OUT TIM005 LD TIM000 OUT TIM001 LD TIM001 OUT TIM002 LD TIM002 OUT TIM003 LD 20200 ANT NOT TIM000 OUT 01002 LD TIM000 OUT 01006 LD 01002 AND NOT TIM006 OR TIM006 AND NOT TIM007 AND 25502 OUT 01004 LD TIM007 AND NOT TIM005 OUT 01005 LD 01006 AND NOT TIM001 OR TIM001 AND NOT TIM00