【正文】 因此，為了避免意外事件的發(fā)生，電路必須給出一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘（ clock）才能讓系統(tǒng)正常的工作。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)完畢，倒計(jì)時(shí)控制器就會(huì)負(fù)責(zé)產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)送給紅綠燈信號(hào)控制電路進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，之 后循環(huán)這一過(guò)程。接收到時(shí)鐘信號(hào)的紅綠燈信號(hào)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(hào)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(huì)將目前電路產(chǎn)生的狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給前者。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(hào)控制電路。（ 2）參數(shù)化的概念：針對(duì)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。軟件方面包括：（ 1）電路合成模塊的概念：將交通燈信號(hào)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。利用硬件描述語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)電路 ，使探測(cè)各種設(shè)計(jì)方案變成一件很容易的事，因?yàn)橹恍枰獙?duì)描述語(yǔ)言進(jìn)行修改，這比更改電路原理圖要容易實(shí)現(xiàn)得多。 其次，這次設(shè)計(jì)選用 VHDL硬件描述語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)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(kù)單元時(shí)，這種方法就顯得很受限制了。 VHDL的英文全稱是 VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit） Hardware Description Language。 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(shì) 無(wú)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(hào)燈設(shè)計(jì) 15 交通系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)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(guò)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)。 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。 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。 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。 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(hào)，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。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。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。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。 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。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的 控制過(guò)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。 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。 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(wú)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(hào)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(jiǎn)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(lái)編制程序。 據(jù)信號(hào)控制要求， I/O分配及其接線如圖 711所示。了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；分析對(duì)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(duì)開關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)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。 表 31 十字路口交通燈控制信號(hào)說(shuō)明 十字路口交通信號(hào)燈 控制系統(tǒng)電路圖 輸 入 輸 出 文字符號(hào) 信號(hào)地址 說(shuō) 明 文字符號(hào) 信號(hào) 地址 說(shuō) 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(wú)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(hào)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(duì)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(hào)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(hào)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。 信號(hào)燈動(dòng)作的時(shí)序圖如圖 32所示，它是按信號(hào)燈置 1與置 0兩種狀態(tài)繪制的，置 1表示信號(hào)燈點(diǎn)亮。 無(wú)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(hào)燈設(shè)計(jì) 10 ②在綠燈信號(hào)要切換為紅燈信號(hào)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(hào)：綠燈閃爍同時(shí)黃燈亮。 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。 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。 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芄ぷ鳎凑杖鐖D 32 所示工作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號(hào)控制系統(tǒng)由由一個(gè) 3 位轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 控制。 十字路口交通信號(hào)燈 現(xiàn)場(chǎng)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(hào)燈，為確保交通安全，要求如下。交通信號(hào)燈分為機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈、道路與鐵路平面交叉道口信號(hào)燈。 交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。 第三章 十字路口交通信號(hào)燈的 具體設(shè)計(jì) 十字路口交通信號(hào)燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號(hào)燈發(fā)揮的作用越來(lái)越大，正因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘?hào)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。應(yīng)該注意的是，這種響應(yīng)滯后不僅是由于PLC 掃描工作方式造成，更主要是 PLC 輸入接口的濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的輸入延遲，以無(wú)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(hào)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(lái)輸出延遲，同時(shí)還與程序設(shè)計(jì)有關(guān)。 從上述分析可知，當(dāng) PLC的輸入端輸入信號(hào)發(fā)生變化到 PLC輸出端對(duì)該輸入變化作出反應(yīng)，需要一段時(shí)間，這種現(xiàn)象稱為 PLC輸入／輸出響應(yīng)滯后。 對(duì)于小型 PLC，其 I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶程序較短，一般采用集中采樣、集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但使 PLC 工作時(shí)大多數(shù)時(shí)間與外部輸入 /輸出設(shè)備隔離，從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。在其它階段里輸出狀態(tài)一直保存在輸出映象寄存器中。 在用戶程 序中如果對(duì)輸出結(jié)果多次賦值，則最后一次有效。當(dāng) PLC進(jìn)入程序執(zhí)行階段后輸入端將被封鎖，直到下一個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行重新采樣。在這一階段里， PLC 將輸出映象寄存器中與輸出有關(guān)的狀態(tài)（輸出繼電器狀態(tài)）轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，并通過(guò)一定方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。對(duì)于元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，其內(nèi)容會(huì)隨程序執(zhí)行的過(guò)程而變化。當(dāng)遇到程序跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，則根據(jù)跳轉(zhuǎn)條件是否滿足來(lái)決定程序是否跳轉(zhuǎn)。 2．程序執(zhí)行階段 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O、設(shè)計(jì)電氣圖 編寫流程圖 設(shè)計(jì)梯形圖 編制程序清單 輸入程序并檢查 調(diào)試滿足 N Y 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足 N N 編制技術(shù)文件 交付使用 設(shè)計(jì)控制柜 現(xiàn)場(chǎng)連接 無(wú)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(hào)燈設(shè)計(jì) 8 在程序執(zhí)行階段， PLC 對(duì)程序按順序進(jìn)行掃描執(zhí)行。 1．輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描工作方式按順序?qū)λ休斎攵说妮斎霠顟B(tài)進(jìn)行采樣，并存 入輸入映象寄存器中，此時(shí)輸入映象寄存器被刷新。 5） 編寫技術(shù)文件 6） 交付使用。 3） 程序輸入 PLC模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止。 2． PLC程序設(shè)計(jì)的步驟 1） 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程 圖，相當(dāng)于設(shè)計(jì)思路。 4） 設(shè)計(jì) PLC 接線圖以及電氣施工圖。 2） 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，分配 I/O。 7) 驗(yàn)收、交付使用。 3) 選 擇適合系統(tǒng)的 PLC. 4) 設(shè)計(jì)程序 無(wú)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(hào)燈設(shè)計(jì) 6 5) 調(diào)試程序 ,一個(gè)是模擬調(diào)試，一個(gè)是聯(lián)機(jī)調(diào)試。 二、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容 1) 選擇合適的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象。 3） 滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和維修方便。 一、 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 1） 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求。最后循環(huán)至狀態(tài) 1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要 我們?cè)趯W(xué)習(xí)了 PLC的大量的相關(guān)知識(shí)后，要能夠把其運(yùn) 用在實(shí)際訓(xùn)練當(dāng)中。再轉(zhuǎn)狀態(tài) 3，南北綠燈通車，東西紅燈。然后轉(zhuǎn)狀態(tài) 1 南北紅燈，東西綠燈通車。 內(nèi)容： 因?yàn)楸菊n程設(shè)計(jì)是交通燈的單片機(jī)控制設(shè)計(jì)，所以要了解實(shí)際交通燈的變化情況和規(guī)律。并且要求交通信號(hào)燈按照交通規(guī)則的模試來(lái)運(yùn)行。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量 小，維護(hù)方便，容易改造 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)。梯形圖語(yǔ)言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用 PLC 的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。 (3)易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。近年來(lái) PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使 PLC滲透到了位置控制、溫度控 制、 CNC等各種工業(yè)控制中。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。 而 PLC采用微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的電子存儲(chǔ)器件來(lái)完成，大部分繼電器和復(fù)雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長(zhǎng)，可靠性大大提高。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。作為實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，不僅 PLC 數(shù)據(jù)通信速率要求高，而且要考慮出現(xiàn)停電故障時(shí)的對(duì)策。預(yù)計(jì)今后幾年 CNC系統(tǒng)將變成以 PLC為主體的控制和管理系統(tǒng)。通過(guò)窗口軟件，用戶可以獨(dú)自編程，由 PLC送至 CNC設(shè)備使用。著名的日本 FANUC公司推出的 Systen 1 12系列，已將CNC控制功能作為 PLC 的一部分。當(dāng)過(guò)程控制中某一個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí) ,PID控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出 ,把變量保持在設(shè)定值上。 （ 3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。 （ 2）運(yùn)動(dòng)控制 PLC制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)的單軸或多軸位置控制模版。 PLC可應(yīng)用于單機(jī)控制、多機(jī)群控、生產(chǎn)自動(dòng)線控制等。但近年來(lái) 由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降 ,使 PLC的成本下降 ,同時(shí)又由于 PLC的功能大大增強(qiáng) ,使 PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 PLC與機(jī)器人 ,計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)與制造一起作為現(xiàn)代工業(yè)的三大支柱。 PLC 及其有關(guān)的外圍設(shè)備 ,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形式一體 ,易于拓展其功能的原則設(shè)計(jì)。 PLC 的簡(jiǎn)介 PLC是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置 ,是帶有存儲(chǔ)器 ,可以編制程序的控制器。 PLC從原來(lái)具有邏輯控制、順序控制等功能，發(fā)展到現(xiàn)在已具有模擬量輸入 /輸出、定位控制、旋轉(zhuǎn)角度檢測(cè)、高速計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能。 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