方案基于plc的智能交通燈控制系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 制器在我國的發展 狀況如下： (1) 我國可編程序控制器的發展與國際上的發展有所不同，國際上可編程序控制器的發展是從研制、開發、生產到應用，而我國則是從成套設備引進、可編程序控制器引進應用、消化移植、合資生產到廣泛 應用。大致可劃分為下述三個階段： ① 可編程序控制器的初級認識階段（ 70 年代后期到 80 年代初期）國際上可編程序控制器的發展，首先引起了國內工程技術界的極大興趣，所以我國對可編程序控制器的認識始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設備引進中，當時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約 200 多臺可編程序控制器。這些可編程序控制器用于原料碼頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個鋼鐵冶煉以及加工生產線上，取代了傳統的繼電器邏輯系統，并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統。繼寶鋼一期工程后，國內許多 廠家陸續引進的設備和生產線大都配備了可編程序控制器，其應用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領域。正是在成套設備引進過程中，我們打開了眼界，了解認識了可編程序控制器，這也促進了可編程序控制器在我國的發展。 ② 可編程序控制器的引進應用和消化移植階段（ 80 年代初期到 90 年代初期） 80年代初期開始，隨著我國改革開放的不斷深入，在成套設備引進的同時，國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內市場。許多部門和單位相繼引進可編程序控制器并自己設計組成控制系統，其應用范圍也擴大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、 制藥、造紙、橡膠和精細化工等工業領域。 ③ 可編程序控制器的廣泛發展階段（ 90 年代初期到現在） 進入 90 年代，我國的可編程序控制器進入了廣泛發展階段，主要表現在以下幾個方面： (2) 政府重視 可編程序控制器的發展得到了政府的高度重視，在當時機械電子工業部的領導下，于 1991 年成立了可編程序控制器行業協會。可編程序控制器行業協會在政府和企事業之間起到了橋梁作用，溝通了情況，為做出決策提供了依據。同時可編程序控制器的標準化工作也受到了有關部門的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標準化技術委員菏澤學院本科生畢業設計（論文） ７ 會 ，為我國可編程序控制器的進一步發展打下了基礎。 PLC 的應用 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應用受到限制。但最近十多年來， PLC 的應用面越來越廣，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片幾有關元件的價格大大下降，使得 PLC 的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增強，它也能解決復雜的計算和通信問題。目前 PLC 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、采礦、水泥、 石油 、化工、 電力 、 機械制造 、汽車、裝卸、造紙、紡織、環保和娛樂等行業。 PLC 的應用范圍通常可分成以下 5種類型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應用最廣泛的領域，也是最適合 PLC 使用的領域。它用來取代傳統的 繼電器順序控制。 PLC 應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。例如：注塑機械、印刷機械、包裝機械、切紙機械、組合機床、磨床、裝配 生產線、電鍍流水線及電梯控制等。 (2)運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，在多數情況下， PLC 把描述目標位置的數據送給模塊，其輸出移動一軸或數據到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的位置和加速度，確保運動平滑。 （ 3）過程控制 PLC 還能控制大量的過程參數，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。 PID 模塊提供了使 PLC 具有閉環控制的功能，即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當過程控制中某個變量出現偏差時， PID 控制算法會計算出正確的輸出，把 變量保持在設定 值 上。 （ 4）數據處理 在機械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統用于 CNC 和 NC系統中，可以完成大量的數據處理工作。 （ 5）通信網絡 PLC 的通信包括主機與遠程 I/O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、PLC 和其他智能控制設備（如計算機、變頻器、數控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設備一起，可以組成 “ 集中管理、分散控制 ” 的分布式控制系統 [3]。 2 PLC 在我國的應用 雖然我國在 PLC 生產方面比較弱，但在 PLC 應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產品，年銷售額 30 多億人民幣，應用的行業也很廣。 在我國，一般按 I/O 點數將 PLC 分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區別）： 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 在我國應用的 PLC 系統中， I/O64 點以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47%， 64 點~256 點的占 31%，合計占整個 PLC 銷售額的 78%。 PLC 的硬件結構 PLC 實質是一種專用于工業控制的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構上分， PLC 分為固定式和組 合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、 I/O 模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。其結構如圖 21 所示。 菏澤學院本科生畢業設計（論文） ８ 圖 21 PLC 的結構圖 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入 的用戶程序和數據、檢查電源、存儲器 I/O 以及警戒定時器的狀態；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 I/O 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后，按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區或數據寄存器內，等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將 I/O 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行直到停止運行 [4]。 PLC 的工作原理 PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。這樣在對于 I/O 響應要求不高的場合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區別了。 當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程 序執行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復執行上述三個階段。 1 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態和數據，并將它們存入I/O 映象區中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態和數據發生變化， I/O 映象區中的相應單元的狀態和數據也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2 用戶程序執行 階段 在用戶程序執行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統 RAM 存儲區中對應位的狀態；或者刷新該輸出線圈在 I/O映象區中對應位的狀態；或者確定是否要執行該梯形圖所規定的特殊功能指令。 3 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后， PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象系統程序存儲器 系統程序存儲器 電源 編輯器 中央處理單元 （ CPU） 輸 入 電 路 輸 出 電 路 菏澤學院本科生畢業設計（論文） ９ 區內對應的狀態和數據刷新所有的 輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設 [5]。 PLC 的掃描工作過程如圖 22所示 圖 22 PLC 的掃描工作過程 本章小結 PLC 作為一種工業標準設備，雖然生產廠家眾多，產品種類眾多；但它們都具有相同的工作原理，使用方法也大同小異。本章從多個層面介紹和講解了有關 PLC 的基本概念。 （ 1） PLC 是計算機技術與繼電接觸式控制技術相結合的產物。專為在工業環境下應用而設計。可靠性高，使用方便，應用廣泛。 PLC 功能的不斷增強，使 PLC 的應用領域不斷擴大和延 伸，應用方式也更加豐富。 （ 2） PLC 可以在任何工業自動化領域使用，但最適合的地方還是以開關量為主的單機控制系統和制造業自動化控制系統。 （ 3） PLC 最顯著的特點是抗干擾能力強、可靠性高、使用簡單、系統柔性大和功能強。 （ 4） PLC 的組成部件主要有中央處理單元（ CPU）、存儲器、輸入 /輸出（ I/O）接口和電源等。 （ 5） PLC 按集中采樣、集中輸出，按順序周期性循環掃描用戶程序的方式工作。當 PLC 處于正常運行時，它將不斷重復掃描過程，其工作過程的中心內容由輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段組成。 （ 6） PLC 有多種編程語言，大家可以根 據需要使用；但最常用的梯形圖、 SFC，過去一般得 PLC 都不提供 ST 編程語言。 PLC 編程語言的國際標準是IEC611313 用戶輸入設備 輸 入 端 子 輸 入 鎖 存 器 輸 入 映 像 寄 存 器 程 序 執 行 輸 出 映 像 寄 存 器 輸 出 鎖 存 器 輸 出 端 子 用戶輸出設備 菏澤學院本科生畢業設計（論文） １０ 3 帶人行橫道過馬路請求的交通燈控制系統設計 交通燈控制設計方案分析 帶人行橫道過馬路請求的十字馬路交通燈控制系統，應用于主干道是快速車道而次道是普通車道的十字路口，次道主要用于少量行人、非機動車輛以及一些機動車輛。鑒于當前實際中，一般在主干道是快速車道而次道是人行橫道和一些非機動車通行的十字路口的交通燈仍然采用固定通行的一般的交通燈系統。這樣的系