2022年基于PLC的智能交通灯控制系统研究设计.docx

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1、精品学习资源摘要1关键词1ABSTRACT.1KEY WORDS1引言21 交通灯概述31.1 课题背景31.2 讨论目的和意义31.3 本文的主要工作42 可编程程序掌握器（PLC ）52.1 PLC 概述52.1.1 PLC 的进展历程52.1.2 PLC 的进展趋势62.1.3 PLC 的应用72.2 PLC 的硬件结构72.3 PLC 的工作原理82.4 本章小结93 带人行横道过大路恳求的交通灯掌握系统设计103.1 交通灯掌握设计方案分析103.2 交通灯掌握系统的工作方式103.2.1 带人行横道过大路恳求的工作方式113.2.2 带流量检测的十字路口设计123.3 车流量检测设

2、计133.4 硬件设计143.4.1 PLC 的选型143.4.2 PLC 的地址安排143.4.3 PLC 的外部接线153.5 系统程序设计153.5.1 系统的梯形图153.5.2 系统程序分析193.6 本章小结194 系统检测与调试204.1 检测与调试204.2 本章小结21参考文献22致谢23欢迎下载精品学习资源基于 PLC 的智能交通灯掌握系统设计自动化专业同学张清路指导老师王秀摘要：自从交通灯产生以来，其内部的电路掌握系统就不断的被改进；设计方法也开头多种多样， 从而使交通灯显得更加智能化；在一些特殊的十字路口，假如利用一般十字路口的交通灯掌握方式，会显现以下情形：一个方向上

3、绿灯但是没有车要经过，同时另一个方向上是红灯却有车要经过；这样就降低了道路使用率， 铺张很多时间，因此对待特殊的十字路口要实行特殊的掌握方式；挑选西门子可编程掌握器S7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图进行编程， 实现了特殊十字路口交通灯掌握系统的自动化；关键词： PLC；交通掌握；自动化Design of Intelligent Traffic Light Control System baseing on PLC Student majoring in AutomationZhang QingluTutorWangxiuAbstract ： Since the ince

4、ption of traffic lights, their internal circuit control system is constantly being improved. And design becomes various so that the traffic lights are more intelligent.In some special crossroads, if the ordinary traffic lights control method is used, the following situation will occur: when there is

5、 no vehicle passing in one direction, but the traffic light is green. While there is vehicle, but the traffic light is red, resulting in the reducing of the road usage and wasting a lot of time.Therefore, the special control mode is needed on the special intersection.It is to choose the Siemens S7-2

6、00 PLC as the core components, and focus on the hardware interface design and use the ladder diagram to program. And by doing so, the automation of traffic lightcontrol system on special intersection could be achieved.Key words: PLC； Traffic control； Automation欢迎下载精品学习资源引言据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采纳

7、定时来掌握不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情形，这样必定产生如下弊端:当某些特殊交汇路段（如主干道和次干道）的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情形进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费；智能掌握交通系统是目前讨论的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采纳智能方式来掌握交通信号，其中主要运用GPS 全球定位系统等；出于便利和成效的综合考虑，我们可用如下方案来掌握交通路况:在车流量少的路口安装行人按钮和制作传感器探测车辆数量来掌握交通 灯的变化；具体如下

8、：在车流量少的路口的两个方向安装行人按钮红外线车流量检测器，当行人要过大路时，按下按钮即可检测到行人要经过，当汽车经过光电开关时就会阻碍或者反射，经过转换电路转换，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程掌握器的掌握输入，并 用PLC计数， 按这些 要求自动 调节红绿 灯的变 化；比较传统的定时交通灯掌握与智能交通灯掌握，可知后者的最大优点在于减缓滞流现象，也不会显现空道占时的情形，提高了大路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低；欢迎下载精品学习资源1 交通灯概述1.1 课题背景1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥

9、马车通行，这是世界上最早的交通信号灯；1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯；它由红绿两色旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止 ”，绿色表示 “留意 ”；1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消； 1914 年，电气启动的红绿灯显现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上；红灯亮表示“停止 ”，绿灯亮表示 “通行 ”； 1918 年，又显现了带掌握的红绿灯和红外线红绿灯；带掌握的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红

10、绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯；红外线红绿灯当行人踏上对压力敏锐的路面时，它就能察觉到有人要过大路；红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故；信号灯的显现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行才能、削减交通事故有明显成效； 1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定；绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向；左右转弯车辆都必需让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行；红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必需在交叉路口的停车线后停车；黄灯是警告信号，面对黄灯

11、的车辆不能越过停车线，但车辆已特别接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口；1.2 讨论目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参加者的安全供应了强有力的保证；但是随着社会、经济的快速进展，原先的交通灯掌握系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况；如何改善交通灯掌握系统，使其适应现在的交通状况，成为讨论的课题；传统的十字路口交通掌握灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好；然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异；即使是经过长期运行、较适用的方案，仍旧会发生这样的现象： 绿灯方向

12、几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过；这种流量变化的偶然性是无法建立精确模型的，统计的方法已不能适应迅猛进展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够依据流量变化情形自适应掌握的交通灯目前，大部分城市中十字路口交通灯的掌握普遍采纳固定转换时间间隔的掌握方法；由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采纳固定时间的掌握方法，常常造成道路有效利用时间的铺张，显现空等现象，影响了道路的畅通；为此，采纳不依靠数学模型的模糊掌握方法设计交通灯掌握器，能较好地解决这个问题；另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应 用，城市空中各种电磁干扰日益严峻，为保证交通掌握的牢靠、稳固，挑选了

13、能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC 是必要的；随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满意当前高度自动化的需要；可编程掌握器交通灯掌握系统集成自动掌握技术、计量技术、新传感器技术、运算机治理技术于一体的机电一体化产品；充分利用运算机技术对生产过程进行集中监视、掌握治理和分散掌握；充分吸取了分散式掌握系统和集中掌握系统的优点，采纳标准化、模块化、系统化设计，配置敏捷、组态便利；可编程掌握器交通灯掌握系统的特点：脱机手动工作；欢迎下载精品学习资源联机自动就地工作；上机掌握的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动掌握；自动启动、自动停

14、机掌握方式；近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能；本系统采纳 PLC 是基于以下四个缘由：PLC 具有很高的牢靠性，通常的平均无故障时间都在30 万小时以上；编程才能强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都便利地用软件来实现；抗干扰才能强，目前空中各种电磁干扰日益严峻，为了保证交通掌握的牢靠稳固，我们挑选了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；依据交通信号灯系统的要求与特点，我们采纳了德国西门子公司S7-200 型 PLC；西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200 系列中最高档次的超小型程序装置；西门子可编程掌握器指令丰富，可以接各种输出、输入

15、扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够便利地联网通信；本系统就是应用可编程序掌握器PLC 对十字路口交通掌握灯实现掌握1 ；1.3 本文的主要工作第一章，回忆交通灯的历史，随着社会经济的进展，交通管制的要求越来越高，采纳可编程程序掌握器来代替中间继电器和过程掌握的微型机，设计开发了交通灯掌握系统，才会满意稳固牢靠的交通掌握系统需求；其次章，表达了可编程程序掌握器的产生、进展、应用的历程，通过论述可编程程序掌握器的各种优点、 杰出性能、结构、原理，有一个感性的总体熟识；为完成本次设计任务打下基础；第三章，结合交通灯掌握系统的要求，进行硬件、程序设计，从主

16、要部件的挑选、流程的分析、程序思路的产生，主要功能的实现和各种特殊功能的设计等方面来完成本次设计任务；第四章，最终对系统进行调试和检测，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐匿的不足之处加以修正和完善，以使主要功能和特殊功能得以完全实现，确保顺当应用于现实中；2 可编程程序掌握器（ PLC）2.1 PLC 概述可编程序掌握器（ Programmable LogicController, 缩写 PLC）是以微处理器为基础，综合运算机、通信、联网以及自动掌握技术而开发的新一代工业掌握装置；可编程序掌握器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种小批量生产的需要，生产、进展起来的

17、一种新型的工业掌握装置； PLC 从 1969 年问世以来，虽然至今仍不到40 年，但由于其具有通用敏捷的掌握性能、简洁便利的使用性能，可以适应各种工业环境的牢靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用；有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大欢迎下载精品学习资源支柱 1 ；可编程序掌握器在我国的进展与应用已有30 多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术才能的重要设备和强大支柱；随着全球一体化经济的进展，努力进展可编程序掌握器在我国的大规模应用，形成具有自主学问产权的可编程序掌握器技术，应当是广大技

18、术人员努力的方向；2.1.1 PLC的进展历程在可编程掌握器显现前，在工业电气掌握领域中，继电器掌握占主导位置，应用广泛；但是电器掌握系统存在体积大、牢靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特殊是其接线复杂、不易更换， 对生产工艺变化的适应性差；1968 年美国通用汽车公司（ G.M ）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要， 实现小批量、多品种生产，期望能有一种新型工业掌握器，它能做到尽可能削减重新设计和更换电器掌握系统及接线，以降低成本，缩短周期；于是就设想将运算机功能强大、敏捷、通用性好等优点与电器掌握系统简洁易懂、价格廉价等优点结合起来，制成一种通用掌握装置，而且这种装置采纳面

19、对掌握过程、面对问题的 “自然语言 ”进行编程，使不熟识运算机的人也能很快把握使用；1969 年美国数字设备公司（DEC ）依据美国通用汽车公司的这种要求，研制胜利了世界上第一台可编程掌握器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的成效；从今这项技术快速 进展起来；早期的可编程掌握器仅有规律运算、定时、计数等次序掌握功能，只是用来取代传统的继电器掌握 ,通常称为可编程规律掌握器（Programmable Logic Controller）；随着微电子技术和运算机技术的进展， 20 世纪 70 岁月中期微处理器技术应用到PLC 中，使 PLC 不仅具有规律掌握功能，仍增加了算术运算、数据传

20、送和数据处理等功能；20 世纪 80 岁月以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的快速进展，16 位和 32位微处理器应用于PLC 中，使 PLC 得到快速进展； PLC 不仅掌握功能增强，同时牢靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加敏捷便利，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC 真正成为具有规律掌握、过程掌握、运动掌握、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能掌握器；PLC 的进展过程大致可以分为如下几个阶段：1970 1980 年： PLC 的结构定型阶段；在这一阶段，由于PLC 刚产生，各种类型的次序掌握器不断显现（如规律电路型、1 位机型、通

21、用运算机型、单板机型等），但快速被剔除；最终以微处理器为核心的现有PLC 结构形成，取得了市场的认可，得以快速进展.推广； PLC 的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC 的应用领域由最初的小范畴、有挑选使用、逐步向机床、生产线扩展；1980 1990 年： PLC 的普及阶段；在这一阶段，PLC 的生产规模日益扩大，价格不断下降， PLC 被快速普及；各PLC 生产厂家产品的价格 .品种开头系列化，并且形成了固定I/O 点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种连续至今的基本结构模型；PLC 的应用范畴开头向次序掌握的全部领域扩展；比如三菱公司本阶段的主要产品有F.F1.F2 小型

22、 PLC 系列产品 ,K/A 系列中、大型PLC 产品等；1990 2000 年， PLC 的高性能与小型化阶段；在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC 的功能日益增强， PLC 的 CPU 运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊掌握的功能模块不断被开发， PLC 的应用范畴由单一的次序掌握向现场掌握拓展；此外，PLC 的体积大幅度缩小，显现了各类微型化PLC ；三菱公司本阶段的主要产品有FX小型 PLC系列产品， AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC 系列产品等；2000 年至今： PLC 的高性能与网络化阶段；在本阶段，为了适应信息技术的进展与工厂自动化的需要， PL

23、C 的各种功能不断进步；一方面，PLC 在连续提高 CPU 运算速度，位数的同时，开发了适用于过程掌握，运动掌握的特殊功能与模块，使PLC 的应用范畴开头涉及工业自动化的全部领域；与此同时， PLC 的网络与通信功能得到快速进展，PLC 不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，仍可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础；三菱公司本阶段的主要产品有 FX 小型 PLC 系列产品（包括最新的FX3u 系列产品）， Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列产品等2 ；2.1.2 PLC的进展趋势从当前产品技术性能来看，PLC 进展趋势仍旧主要表达在体积的缩小与性能的提高两大方面；体积小型化

24、；电子产品体积的小型化是微电子技术进展的必定结果；现代PLC 无论从内部元件组成仍是硬件、软件结构都已经与早期的PLC 有了很大的不同，PLC 体积被大幅度缩小；欢迎下载精品学习资源性能的提高； PLC 的性能主要包括 CPU 性能与 I/O 性能两大方面；可编程序掌握器在我国的进展状况如下：(1) 我国可编程序掌握器的进展与国际上的进展有所不同，国际上可编程序掌握器的进展是从研制、开发、生产到应用，而我国就是从成套设备引进、可编程序掌握器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用；大致可划分为下述三个阶段：可编程序掌握器的初级熟识阶段（70 岁月后期到 80 岁月初期）国际上可编程序掌握器的发展

25、，第一引起了国内工程技术界的极大爱好，所以我国对可编程序掌握器的熟识始于70 岁月后期到 80 岁月初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200 多台可编程序掌握器；这些可编程序掌握器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器规律系统，并部分取代了模拟量掌握和小型DDC系统；继宝钢一期工程后，国内很多厂家间续引进的设备和生产线大都配备了可编程序掌握器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域；正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，明白熟识了可编程序掌握器，这也促进了可编程序掌握器在我国的进展；可编程

26、序掌握器的引进应用和消化移植阶段（80 岁月初期到90 岁月初期） 80 岁月初期开头，随着我国改革开放的不断深化，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序掌握器开头涌入国内市场；很多部门和单位相继引进可编程序掌握器并自己设计组成掌握系统，其应用范畴也扩大到建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域； 可编程序掌握器的广泛进展阶段（90 岁月初期到现在）进入 90 岁月，我国的可编程序掌握器进入了广泛进展阶段，主要表现在以下几个方面：(2) 政府重视可编程序掌握器的进展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于1991 年成立了可编程序掌握器行业协会；可编

27、程序掌握器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情形，为做出决策供应了依据；同时可编程序掌握器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序掌握器标准化技术委员会，为我国可编程序掌握器的进一步进展打下了基础；2.1.3 PLC的应用PLC 的初期由于其价格高于继电器掌握装置，使得其应用受到限制；但最近十多年来， PLC 的应用面越来越广，其主要缘由是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC 的成本下降；另一方面 PLC 的功能大大增强，它也能解决复杂的运算和通信问题；目前 PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造

28、、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和消遣等行业； PLC 的应用范畴通常可分成以下 5 种类型：（1）次序掌握 这是 PLC 应用最广泛的领域，也是最适合 PLC 使用的领域；它用来取代传统的 继电器次序掌握； PLC 应用于单机掌握、多机群控、生产自动线掌握等；例如：注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯掌握等；2运动掌握 PLC 制造商目前已供应了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置掌握模块， 在多数情形下， PLC 把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置；每个轴移动时，位置掌握模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑；（

29、3）过程掌握 PLC 仍能掌握大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度；PID 模块供应了使 PLC 具有闭环掌握的功能，即一个具有PID 掌握才能的PLC 可用于过程掌握；当过程掌握中某个变量显现偏差时，PID 掌握算法会运算出正确的输出，把变量保持在设定值上；（4） 数据处理在机械加工中， PLC 作为主要的掌握和治理系统用于CNC 和 NC 系统中，可以完成大量的数据处理工作；（5） 通信网络 PLC 的通信包括主机与远程I/O 之间的通信、多台PLC 之间的通信、 PLC 和其他智能掌握设备（如运算机、变频器、数控装置）之间的通信；PLC 与其他智能掌握设备一起，可以组成 “

30、集中治理、分散掌握 ”的分布式掌握系统3 ；2 PLC 在我国的应用虽然我国在PLC 生产方面比较弱，但在PLC 应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入 10 万台套 PLC 产品，年销售额 30 多亿人民币，应用的行业也很广；在我国，一般按 I/O 点数将 PLC 分为以下级别（但不确定，国外分类有些区分）： 微型： 32 I/O小型： 256 I/O中型： 1024 I/O欢迎下载精品学习资源大型： 4096 I/O巨型： 8192 I/O在我国应用的 PLC 系统中， I/O64 点以下 PLC 销售额占整个 PLC 的 47%， 64 点256 点的占31%，合计占整个PLC 销

31、售额的 78%；2.2 PLC 的硬件结构PLC 实质是一种专用于工业掌握的运算机其硬件结构基本上与微型运算机从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种；固定式PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不行拆卸的整体；模块式PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以依据肯定规章组合配置；其结构如图2-1 所示；编辑器输入电路中心处理单元（ CPU）输出电路系统程序储备器系统程序储备器电源图 2-1 PLC 的结构图中心处理单元 CPU 是 PLC 的掌握中枢，它依据PLC 系统程序赐予的功能接收并储备

32、从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、储备器I/O 以及戒备定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误；当PLC 投入运行时，第一它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序储备器中逐条读取用户程序，经过命令说明后，按指令的规定执行规律或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等全部的用户程序执行完毕之后，最终将 I/O 映象区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 4 ；2.3 PLC 的工作原理PLC 的 CPU 就采纳次序规律扫描用户程序的运行方式，即假如一个输出线圈或规律线圈被接通或断开，该线

33、圈的全部触点包括其常开或常闭触点不会立刻动作，必需等扫描到该触点时才会动作；考虑到继电器掌握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 采纳了一种不同于一般微型运算机的运行方式 -扫描技术；这样在对于 I/O 响应要求不高的场合， PLC 与继电器掌握装置的处理结果上就没有什么区分了；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 以肯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，P

34、LC 以扫描方式依次地读入全部输入状态和数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内；输入采样终止后，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，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会转变；因此，假如输入是脉冲信号，就该脉冲信号的宽度必需大于一个扫描周期，才能保证在任何情形下，该输入均能被读欢迎下载精品学习资源入；2 用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的次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掌握线路，并按先左后右、先上后下的次序对由触点构成的掌握线路进行规律运算，然后依据规

35、律运算的结果，刷新该规律线圈在系统RAM储备区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O 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终止后，PLC 就进入输出刷新阶段；在此期间，CPU 依据 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新全部的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设5 ；用户输入设备输入端子PLC 的扫描工作过程如图2-2 所示输输输入出输用入映程映出输户锁像序像锁出输存寄执寄存端出器存行存器子设器器备欢迎下载精品学习资源2.4 本章小结图 2-2 PLC 的扫描工作过程欢迎下载精品学习资源PLC 作为一种工业标准设备，虽然生产

36、厂家众多，产品种类众多；但它们都具有相同的工作原理，使用方法也大同小异；本章从多个层面介绍和讲解了有关PLC 的基本概念；（1） ）PLC 是运算机技术与继电接触式掌握技术相结合的产物；专为在工业环境下应用而设计；牢靠性高，使用便利，应用广泛；PLC 功能的不断增强，使PLC 的应用领域不断扩大和延长，应用方式也更加丰富；（2） ）PLC 可以在任何工业自动化领域使用，但最适合的地方仍是以开关量为主的单机掌握系统和制造业自动化掌握系统；（3） ）PLC 最显著的特点是抗干扰才能强、牢靠性高、使用简洁、系统柔性大和功能强；（4） ）PLC 的组成部件主要有中心处理单元（CPU ）、储备器、输入

37、/ 输出（ I/O ）接口和电源等；（5） ）PLC 按集中采样、集中输出，按次序周期性循环扫描用户程序的方式工作；当 PLC 处于正常运行时，它将不断重复扫描过程，其工作过程的中心内容由输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段组成；（6） ）PLC 有多种编程语言，大家可以依据需要使用；但最常用的梯形图、SFC，过去一般得 PLC 都不供应 ST 编程语言； PLC 编程语言的国际标准是IEC61131-3欢迎下载精品学习资源3 带人行横道过大路恳求的交通灯掌握系统设计3.1 交通灯掌握设计方案分析带人行横道过大路恳求的十字大路交通灯掌握系统，应用于主干道是快速车道而次道是一般车道的十字路口，次

38、道主要用于少量行人、非机动车辆以及一些机动车辆；鉴于当前实际中，一般在主干道是快速车道而次道是人行横道和一些非机动车通行的十字路口的交通灯仍旧采纳固定通行的一般的交通灯系统；这样的系统，不利于提高道路的利用率，也不利于主要车道的通行，在没有行人需要通过人行横道的时候，主要车道上的行人也必需在停止线以外停车侯本车道绿灯亮7 ；本文的提出了一种全新的思路来解决此类问题，在有行人恳求或者是次道有满意要求的车要穿过的情形下才会使得主要车道的红灯点亮，禁止机动车通行；而平常就主干道上始终绿灯亮，答应车辆通行，次道始终红灯亮，禁止车辆通行；这样可以大大提高主干道是行车道而此道是人行道和一些非机动车通行的十

39、字路口的利用率；十字大路交通灯示意如图 3-1 所示，其主干道是行车道而次道是人行横道和一些非机动车通行，在大路通行及人行横道通行方向均有红、黄、绿交通灯，依据交通情形 依次点亮交通信号灯；十字路口如下列图：次干道主干道人行横道欢迎下载精品学习资源3.2 交通灯掌握系统的工作方式图 3-1 十字路口示意图欢迎下载精品学习资源带人行横道过大路恳求的交通灯掌握系统的简洁工作方式说明如下：（ 1）次道不满意要求过大路时，主干道交通始终通行，次道始终禁止通行；（ 2）当有行人恳求过大路时，按下按钮，才能得到通行许可；（ 3）当次道有肯定数量的车辆要经过时，次道放行，主干道禁止通行；欢迎下载精品学习资源

40、（ 4）当次道有车辆要经过但未达到要求数量时，需等待肯定时间才可放行；交通灯工作方式流程图如下所示：启动Y次道有无要求过大路？依据掌握要就进行十字路口的交通灯掌握N主道始终绿灯次道始终红灯启动图 3-2 十字路口主流程图3.2.1 带人行横道过大路恳求的工作方式本文所设计的交通灯系统是适用于比较特殊的十字路口，一般情形下，主道路是快速穿过的机动车辆，此道路一般很少有车辆或行人经过，而某一段时间内也会有行人或车辆要经过，比如下 班；为了提高道路利用率，我们在路口安放行人按钮，供需要穿过主道路的行人适用，从解决了这个十字路口等待时间过长的问题，按下启动按钮，主道点亮绿灯，次道点亮红灯，当次道不满意

41、放行的要求时，即次道没行人按按钮或者规定时间等待车辆未达到肯定数量，主道始终绿灯，准许车辆通过，而次道始终红灯，禁止车辆通过；当次道有行人要通过时，按下恳求按钮，等待一段时间后，主道绿灯闪耀3s，黄灯点亮2s，在这期间次道始终红灯；之后主道红灯点亮，次道绿灯点亮25s，接着次道绿灯闪耀3s，次道黄灯点亮2s；完成之后如无行人按下按钮就复原原状，即主道绿灯始终亮，次道红灯始终亮；此工作方式的流程图如下图3-3 所示：欢迎下载精品学习资源启动有 行 人 按下按钮？N主道绿灯亮，次道红灯亮Y等待 10s，主次道状态不变主道绿灯闪 3s，次道红灯主道黄灯亮 2s，次道红灯次道绿灯亮25s，主道红灯次道

42、绿灯闪 3s，主道红灯次道黄灯 2s，主道红灯终止图 3-3 带人行横道过大路恳求方式流程图3.2.2 带流量检测的十字路口设计按下启动按钮，主道点亮绿灯，次道点亮红灯；在次道距离路口处100m 安装车流量监测装置， 当次道有车通过时，车流量监测装置给PLC 一个信号， PLC 开头计时并且计数，当次道等候的车辆超过肯定数量，或者车辆等待到肯定时间，次道放行；主道绿灯闪耀3s，黄灯点亮2s，在这期间次道始终红灯；之后主道红灯点亮，次道绿灯点亮25s，接着次道绿灯闪耀3s，次道黄灯点亮2s；完成之后即复原主道绿灯，次道红灯；待下一次满意要求时再重复上述过程；此工作方式的流程图如下图3-4 所示：

43、欢迎下载精品学习资源启动欢迎下载精品学习资源次 道 有 车辆经过？N主道绿灯亮， 次道红灯亮欢迎下载精品学习资源Y主道绿灯闪 3s，次道红灯主道黄灯亮 2s，次道红灯次道绿灯亮25s，主道红灯次道绿灯闪 3s，主道红灯次道黄灯 2s，主道红灯终止欢迎下载精品学习资源3.3 车流量检测设计图 3-4 带流量检测的十字路口设计流程图欢迎下载精品学习资源利用红外线车辆检测器；红外线车辆检测器是利用被检测物对光束的遮挡或反射，通过同步回路检测物体有无；物体不限于金属，全部能反射光线的物体均可被检测；光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再依据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测；主

44、道车辆无需检测，所以只在次道距离十字路口100m 处安装光电开光，每当有车辆经过都会给PLC 一个脉冲；而当次道绿灯亮的时候光电开关的工作原理如图：欢迎下载精品学习资源图3-5 光电开关工作原理简图发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来于半导体光源，发光二极管LED 、激光二极管及红外发射二极管；光束不间断地发射，或者转变脉冲宽度；接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成；在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等；在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号；在这里挑选光电开关PNP 型，高电平输出有效；每当有车辆经过的时候，光电开关会输送一个脉冲给 PLC， PLC 开头计时，并开

45、头计数，计时10 分钟；在这10 分钟之内任何时刻假如经过光电开关的车辆超过5 辆，就次道放行，并且绿灯亮时PLC 停止计数也停止计时；当等待车辆小于5辆时，只要计时到10 分钟也会放行；3.4 硬件设计3.4.1 PLC的选型从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点4 个，开关量输出点7 个，假如选用CPU222 / PLC，也需要扩展单元PLC，参照西门子S7-200 系列特性（见附录），选用主机为CPU224（ 14输入 /10 继电器输出）；其形状图如 3-6 所示：图 3-6 CPU224 形状图输入电路采纳了双向光电耦合器，24V DC 极性可任意挑选，1M 、2M 为输入端子的公共端；1L、2L 为输出公共端；CPU224 另有 24V 、280mA 电源供 PLC 输入点使用 8 ；3.4.2 PLC 的地址安排