【正文】 端口 接?xùn)|西綠燈，端口 接?xùn)|西黃燈，端口 接?xùn)|西黃燈，端口 接南北綠燈，端口 接南北黃燈。 PLC 的地址分配 列出交通信號(hào)燈 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)分配表，見表 32。 1L、 2L 為輸出公共端。 主程序流程圖：（如圖 32所示） 圖 32 主流程圖 南北紅燈亮，東西綠燈閃 20S 開始 南北紅燈亮，東西綠燈亮 南北紅燈亮，東西黃燈亮 3S 東西紅燈亮，南北綠燈亮 2S 東西紅燈亮，南北綠燈閃 25S 東西紅燈亮，南北黃燈亮 3S 結(jié)束 2S 12 啟動(dòng) 東西 綠 東西黃 東西紅 南北綠 南北 黃 20S 3S 2S 25S 3S 2S 30S 20S 3S 2S ON OFF 圖 33 十字路口交通燈 時(shí)序圖 25S 南北紅 13 硬件設(shè)計(jì) PLC 的選型 從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 1個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn) 7個(gè)，如果選用CPU222 / PLC，也需要擴(kuò)展單元 PLC，參照西門子 S7200 系列特性（見附錄），選用主機(jī)為 CPU224（ 14 輸入 /10繼電器輸出）。 狀態(tài) 5：東西紅燈（ 10）繼續(xù)亮，南北綠燈（ 9）閃。 南北方向 交通燈狀態(tài) 紅燈亮 25S 綠燈亮 25S 綠燈閃 3S 黃燈亮 2S 東西方向 交通燈狀態(tài) 綠燈亮 20S 綠燈閃 3S 黃燈亮 2S 紅燈亮 30S 11 狀態(tài) 3：南北紅燈（ 7）繼續(xù)亮，東西黃燈（ 11）亮。 表 31 十字路口交通燈狀態(tài)分析表 十字路口交通燈狀態(tài)的分析： 十字路口交通燈如下圖 31所示，將 12 個(gè)交通燈進(jìn)行編號(hào) 圖 31 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個(gè)交通燈共有四個(gè)狀態(tài)： 狀態(tài) 1：南北紅燈（ 7）亮，東西綠燈（ 12）亮。 綜上所述，可編程控制器要滿足一個(gè)信號(hào)輸入（作系統(tǒng)接通、斷開作用），七個(gè)信號(hào) 10 輸出，十字路口 有十二個(gè)交通信號(hào)燈，但南北、東西兩個(gè)為一組用一個(gè)輸出信號(hào)控制，再加上一個(gè)報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)的報(bào)警燈。而且，南北、東西綠燈同時(shí)亮，報(bào)警。 如此循環(huán)下去。 其次，東西方向道 路處于 禁止 通行的狀態(tài)， 南北方向道 路處于 允許 通行的狀態(tài) 。 首先，南北方向道 路處于 禁止 通行的狀態(tài)， 東西方向道 路處于 允許 通行的狀態(tài) 。 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子 S7200 系列可編程控制器的特性（見附錄），選擇適合的型號(hào)。同時(shí)南北黃燈亮，維持 2S后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。南北綠燈亮維持 25S。同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2S。在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持 20S。 2 南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并報(bào)警。 輸入刷新 程序執(zhí)行 輸出刷新 一個(gè)掃描周期 輸入刷新 讀 用 戶 輸 出 設(shè) 備 輸 入 端 子 輸 入 鎖 存 器 輸 入 映 象 寄 存 器 輸 出 映 象 寄 存 器 輸 出 鎖 存 器 輸 出 端 子 程序 執(zhí)行 用 戶 輸 入 設(shè) 備 寫 讀 9 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 交通燈控制 系統(tǒng)的控制要求如下： 1 信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。在 8 掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描 梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上 述三個(gè)階段。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸 入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。 其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。 在我國，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國外分類有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC 銷售額占整個(gè) PLC 的 47%， 64 點(diǎn) ~256點(diǎn)的占 31%，合計(jì)占整個(gè) PLC 銷售額的 78%。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制系統(tǒng)。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNC 和 NC 系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 PID 模塊提供了使 PLC 具有閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣龋_保運(yùn)動(dòng)平滑。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、 切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。目前 PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、 石油 、 化工、 電力 、 機(jī)械制造 、汽車、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂等行業(yè)。 PLC的應(yīng)用 1 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制?？删幊绦蚩刂破餍袠I(yè)協(xié)會(huì)在政府和企事業(yè)之間起到了橋梁作用，溝通了情況，為做出決策提供了依據(jù)。許多部門和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計(jì)組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也擴(kuò)大到建材、輕工、煤炭、水處理 、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域。正是在成套設(shè)備引進(jìn)過程中，我們打開了眼界，了解認(rèn)識(shí)了可編程序控制器，這也促進(jìn)了可編程序控制器在我國的發(fā)展。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個(gè)鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)，并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統(tǒng)。 可編程序控制器在我國的發(fā)展 狀況如下： (1) 我國可編程序控制器的發(fā)展與國際上的發(fā)展有所不同，國際上可編程序控制器的發(fā)展是從研制、開發(fā)、生產(chǎn)到應(yīng)用，而我國則是從成套設(shè)備引進(jìn)、可編程序控制器引進(jìn)應(yīng)用、消化移植、合資生 產(chǎn)到廣泛應(yīng)用。 ②性能的提高。電子產(chǎn)品體積的小型化是微電子技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。 PLC的發(fā)展趨勢(shì) 從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來看， PLC 發(fā)展趨勢(shì)仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。與此同時(shí)， PLC 的網(wǎng)絡(luò)與通信功能得到迅速發(fā)展， PLC 不僅可以連接傳統(tǒng)的編程與通入 /輸出設(shè)備，還可以通過各種總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，為工廠自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。在本階段，為了適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動(dòng) 化的需要， PLC 的各種功能不斷進(jìn)步。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX小型 PLC 系列產(chǎn)品， AIS/A2US/Q2A 系列中，大型 PLC 系列產(chǎn)品等。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC 的功能日益增強(qiáng)， PLC 的 CPU 運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開發(fā)， PLC 的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。比如三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 小型 PLC 系列產(chǎn)品 ,K/A 系列中、 大型 PLC 產(chǎn)品等。各 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價(jià)格 .品種開始系列化，并且形成了固定I/O 點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。 1980— 1990 年： PLC 的普及階段。最終以微處理器為核心的現(xiàn)有 PLC 結(jié)構(gòu)形成，取得了市 場的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展 .推廣。 4 PLC 的發(fā)展過程大致可以分為如下幾個(gè)階段： 1970— 1980 年： PLC 的結(jié)構(gòu)定型階段。 20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 16位和 32位微處理器應(yīng)用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速 發(fā)展。 早期的可編程控制器僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能， 只是用來取代傳統(tǒng)的繼電器控制 ,通常稱為可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller ）。 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用，取得很好的效果。 1968 年美國通用汽車公司（ ）為了適應(yīng)汽車型號(hào)的不斷更新，生產(chǎn)工藝不斷變化的需要，實(shí)現(xiàn)小批量、多品種生產(chǎn)，希望能有一種新型工業(yè)控制器，它能做到盡可能減少重新 設(shè)計(jì)和更換電器控制系統(tǒng)及接線，以降低成本，縮短周期。 PLC的發(fā)展歷程 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。 可編程序控制器在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高傳統(tǒng)工業(yè)裝備水平和技術(shù)能力的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。 PLC 從 1969 年問世以來，雖然至今還不到 40 年，但由于其具有通用靈活的控制性能 .簡單方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動(dòng)化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。 3 第 2 章 可編程程序控制器 （ PLC） PLC 概述 可編程序控制器 （ Programmabie Logic Controller,縮寫 PLC） 是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動(dòng)控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置。 第三章，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 本文的主要工作 第一章，回顧交通燈的歷史， 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展， 交通管制的要求越來越高， 采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(fā)了 交通燈 控制系統(tǒng)，才會(huì)滿足穩(wěn)定可靠的 交通控制系統(tǒng) 需求。西門子 可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò) 充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 本系統(tǒng)采用 PLC 是基于以下四個(gè)原因： ① PLC 具有很高的可靠性，通常的平均無故障時(shí)間都在 30 萬小時(shí)以上； ② 編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實(shí)現(xiàn)； ③ 抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的 PLC； 根據(jù) 交通信號(hào)燈系統(tǒng)的 要求與特點(diǎn)，我們采用了 德國西門子 公司 S7200 型 PLC。 可編程控制器交通燈控制 系統(tǒng)的特點(diǎn) ： ① 脫機(jī)手動(dòng)工作； ②聯(lián)機(jī)自動(dòng) 就地工作； ③ 上機(jī)控制的 單周期運(yùn)行 方式； ④ 由上位機(jī)通過串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； ⑤ 自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式 。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，原有的 交通燈 裝置遠(yuǎn) 遠(yuǎn) 不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問題。 目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、較