发布时间 : 星期日 文章【最新版】基于PLC的交通灯设计毕业设计论文更新完毕开始阅读
的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。
图1.1 PLC的结构图
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于IO响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
1. 输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入IO映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，IO映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2. 用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在IO映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
3. 输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照IO映
象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
PLC的扫描工作过程如图1.2、图1.3所示
图1.2 PLC的扫描工作过程图 图1.3 PLC的扫描周期图
第二章 交通灯的系统设计
2.1交通灯控制系统的控制要求
1. 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
2. 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。 3. 南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
4. 东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
5. 周而复始。
2.2系统设计方案
按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性（见附录），选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。
首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于允许通行的状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮25S,需计时器设定延时25秒，才会转
入下一状态南北绿灯亮；同时，东西方向道路也一起亮绿灯20S,需计时器设定延时20秒，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁3S，需振荡器或脉冲源（秒次）动作使东西绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3秒，才会转下一状态东西黄灯亮；东西黄灯亮2S,需计时器设定延时2秒，才会转入下一状态东西红灯亮。
其次，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮30S,需计时器设定延时30秒，才会转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯25S,需计时器设定延时25秒，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁3S，需振荡器或脉冲源（秒次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3秒，才会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮2S,需计时器设定延时2秒，才会转入下一状态南北红灯亮，如此循环下去。
另外，当断开系统，所有信号灯熄灭；需要按钮SB1动作断开系统，停此输入信号入可编程控制器，而最快的方法，是使可编程控制器不动作，那么肯定无信号输出。而且，南北、东西绿灯同时亮，报警。可编程控制器要输出一个信号，驱动一个报警灯。
综上所述，可编程控制器要满足一个信号输入（作系统接通、断开作用），七个信号输出，十字路口有十二个交通信号灯，但南北、东西两个为一组用一个输出信号控制，再加上一个报警信号驱动的报警灯。通过如下的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，将十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。
十字路口交通灯如下图2-1所示，将12个交通灯进行编号如下：
图2.1 十字路口交通灯状态图
这12个交通灯共有四个状态：
状态1：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮。 状态2：南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12）闪。 状态3：南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮。 状态4：东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮。 状态5：东西红灯（4、10）继续亮，南北绿灯（3、9）闪。
状态6：东西红灯（1、7）继续亮，南北黄灯（2、8）亮。
2.3硬件设计
2.3.1 PLC的选型及接线
和各种工业产品都具有系列及型号一样，可编程控制器也有系列及型号。日本OMRON公司公司生产的箱体式PLC含CPM1A、CPM2A、CPM2AE、CPM2AH、CPM2AH-S等系列。其中CPM2A系列机是箱体式机的代表。此外，OMRON公司还生产CQM1H、CJ1M、CJ1等机架式PLC。在以上每种系列中又分为许多品种，具有不同的型号。例如，CPM2A系列30、40、60个输入输出点的基本单元见表2-2所示。
表2.1 CPM2A系列30、40、60个输入输出点的基本单元 IO点数 电源 输入 输出 型号 CPM2A-30CDR-A CPM2A-30CDR-D CPM2A-30CDT-D 100～240V AC 24V DC 继电器 24V DC 继电器 24V DC 24V DC 信宿晶体管 24V DC 信源晶体管 30个IO点（18个输入和12个输出） CPM2A-30CDT1-D 100～240V AC 24V DC 继电器 24V DC 继电器 24V DC 24V DC 信宿晶体管 24V DC 信源晶体管 CPM2A-40CDR-A CPM2A-40CDR-D CPM2A-40CDT-D 40个IO点（24个输入和16个输出） CPM2A-40CDT1-D 100～240V AC 24V DC 继电器 24V DC 继电器 24V DC 24V DC 信宿晶体CPM2A-60CDR-A CPM2A-60CDR-D CPM2A-60CDT-D 60个IO点（36个输入和24个输出）