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节制
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基于PLC的红绿信号灯季节模式控制,基于,plc,信号灯,季节,模式,控制,节制
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学院 毕业设计任务书 学 院 机械学院 专业班 级 机械设计制造及其自动 学 生 姓 名 学号 设计题 目 基于 红绿信号灯季节模式控制 起 迄 日 期 计 (论文 )地 点 晋中学院 指 导 教 师 职 称 高级工程师 院 长 职 称 副教授 发任务书日期 : 2015 年 1 月 14 日 机械学院 毕业设计（论文）任务 书 毕业设计（论文）题目： 基于 红绿信号灯季节模式控制 毕业设计（论文）要求及原始数 据（资料）： 要求 ： 行文献检索、调查研究工作； 定最佳设计方案； 种参数处理、选取得当，计算正确； 确清晰，符合国家制图标准及有关规定； 次清晰、文理通顺，具体按照晋中学院毕业论文规范撰写； 握 件结构及程序设计原理，能够采用 行编程完成逻辑控制，并能够对 外部实时时钟进行分析应用 ； 并翻译 5000 8000 印刷字符的 自动化控制英文资料； 绝抄袭。 原始数据（资料） ： 十字路口信号灯逻辑调研， 时钟信号处理， 据手册 ， 程手册 。 毕业设计（论文）主要内容： 1. 信号灯逻辑功能说明 ； 2. 时钟信号分析及选型理由 ； 3. 分析 序执行机制及处理方式，完成相应程序设计 ； 4. 能及选型，采用最优控制模式进行逻辑处理，对 序的可移植性进行分析，对中断程序的编写方法进行分析总结； 5. 结合本课题涉及 技术内容查阅并翻译 5000 8000印刷字符的 学生应交出的设计文件（论文）： 1. 制原理图，软件流程图，梯形图； 2. 中断程序的编写方法进行分析总结； 3. 分析说明 部时钟程序处理方法； 4. 毕业设计说明书。 主要参考文献（资料）： 1 程手册 西门子中国公司 0 2黄永红 用技术 械工业出版社， 3刘顺禧 北京：北京理工大学出版社， 2000. 4廖常初 础及应用 M 械工业出版社， 2004. 5廖常初 形图的顺序控制设计法 M2001. 6吴中俊，黄永红 北京：机械工业出版社， 2004. 7余雷声 用 M械工业出版社， 1996. 8钟肇新，范建东编 M东理工大学， 2002. 9台方 M国水利水电出版社， 2001. 10常斗南 理应用实验 M. 北京：机械工业出版社， 1998. 11邦田 M民邮电出版社， 1994. 12陈金华 用技术 子工业出版社， 1995. 13张万忠 M国电力出版社， 2004. 14何衍庆 北京：化学工业出版社， 2000. 15连建华 武汉：华中科技大学武昌分校机电学院 专 业 班 级 学 生 指导教师签 字 日期 教 研 室 主 任 签 字 日期 学 院 本科毕业设计 题 目 基于 红绿信号灯 季节 模式控制 院 系 机械学院 专 业 _机械 设计制造及其自动化 姓 名 学 号 学习年限 2011 年 9 月至 2015 年 7 月 指导教师 职称 高级工程师 申请学位 工学 学士学位 2015年 05月 14日 基于 红绿信号 灯季节模式控制 学生姓名： 指导教师 摘 要： 随着科技的进步和社会的发展，城市中的车流量越来越大，交通拥堵现象日渐严重，成为了制约城市发展的一项因素。提高交通系统的运行效率已迫在眉睫。本文采用西门子 现了对城市十字路口红绿灯的控制。首先简要介绍了原理，优点和工作方式，分析了信号灯的逻辑功能，并在传统的交通灯上增加了夜间模式、季节变换、高峰时段和急车功能，通过对时序图的分析，对系统进行硬件设计和软件设计，并分析了程序的可移植性，中断程序的编写方法。实现了交通灯控制要求，并通 过仿真实验，对系统进行了调试。该方法结构简单，编程与操作方便，可靠性高，抗干扰能力强，具有很高的实用价值。 关键词： 交通灯 季节模式 ed s of in is is is a to of It is to of 7of at of a to of of in of of of is of is of 目 录 1 引言 1 究的背景 1 题研究意义 2 2 概述 2 编程控制器的定义 2 编程控制器的特点 2 编程控制器的结构 3 编程控制器的工作原理 4 编程控制器的工作过程 5 3 系统总设计 5 制要求 5 案分析 6 4 硬件设计 7 选型及 I/O 地址分配 7 他元件的选型 8 制原理图 11 5 软件设计 13 制系统时序图 13 制系统流程图 13 部时钟分析 15 形图设计及说明 17 移植性分析 28 断程序分析 28 6 系统调试 28 件部分的调试 28 件部分的调试 29 总结与致谢 31 参考文献 32 附录 33 1 1 引言 究的背景 随着社会的发展，科技的进步，人民生活水平的提高以及消费观念的改变，汽车已经逐渐进入了寻常百姓家。 车辆的数目不断增加， 给城市的交通网络带来了巨大的挑战。 在国内的许多城市中 ，受各种 可抗或不可抗 因素的影响，交通 基础 设施却得不到相应的改善，城市公路网络早已不堪重负，这便导致了城市中交通拥堵 严重 ，混乱 不堪 的问题。 世 界各国 都被这个问题困扰着，为此，各式各样的解决办法随之 而来。现 总结各地区采取的措施，选择其中效果较好的，并将其归为以下两个 方面 : 手法缓解交通压力 （ 1） 经济手段主要包括车辆税 ,道路拥挤收费和停车收费等。 比如在英国、新加坡、伦敦等国家，在拥堵路段和高峰路段收取额外的车辆行车费。在市中心等交通拥堵的地方收取高额的停车费用。这种手法是要以昂贵的出行费用以影响人们的出行意愿，或者出行方式，改驾车出行为步行，或者选择公共交通出行。以减少拥堵路段的车流量，在一定车堵上减轻了交通的压力 。 （ 2） 行政手段主要是 限单双号等 。 在我国首都，就采用了此项措施来缓解交通压力，也取得了一定的成效。但由于此项措施属于行政手段，拥有强制效力，不够人性化，而且会在一定程度上拉大贫富差距，并且此项措施还会损坏一部分人的利益。所以此项措施也不是长久之计。交通问题的处理还是需要统筹兼顾，权衡各方面利弊，以做到最大限度地造福社会，改善民生。 我国许多交通拥堵的大城市也在大力发展轨道交通。轨道交通之所以能 快速发展 ，主要 是因为 是 现代 城市结构的 改变，使得 一般的地面公交通 已经 无法满足 市民的出行需求 。 大 力发展轨道交通 ,是一条可行的道路，其具有的 运量大、效率高的特性 ,能 够有效地解决大城市的发展问题及因发展带来的城市交通拥堵问题。 但是面对这日益严峻的交通问题，仅靠行政 和经济 措施明显是不够的，还应该 合理地 利用科技的力量 ，让现有的科技力量能够为社会服务，为人民服务。 2 目前 所采用的 交通 控制 系统 由于结构庞大，导致管理与维修不便，加大了后期投入等诸多的缺陷。 为了改善现有的交通状况，迫切需要设计智能的交通灯控制系统。 总之， 采取什么样 的控制 系统 ， 才能够 最大限度利用 已 修建 好 的城市道路 设施 ，缓解 城市现存的各项 交通 问题 ， 已经 成为 政府有关 部门 有 待解决的 一项 问题。 题研究意义 交通基础设施 的 建设是 国民 经济社会发展的基础和保障，对经济的发展 ，社会的稳定， 人民生活水平的提高起着十分重要的作用。 在流量较大的路口加入红绿信号灯，会让车流变得更加有秩序，这就增加了单位时间内的车辆流通，提高了交通效率。 可编程控制器的控制系统集成了自动控制技术、计算机管理技术等 多种科技技术 于一体的机电一体化产品； 可编程控制器具有 分散式控制系统及集中控制系统的优点， 控制系统结构简单、通用性强 。另外随着 高科技技术产品日渐进入普通老百姓的 日常生活， 电磁污染日益严重 ，为保证控制 系统 的可靠、稳定，选择 可靠性高、抗干扰能力强 的系统是 必然的趋势 。 而且，随着一年四季的变化，改变的不只是我们身边的风景，还有昼夜交替的时间，以及气温气压的变化，这些都将导致人们出行的意愿和高峰时间也发生改变。因此， 在交通信号灯中加入季节模式控制，在不同的季节采用不同的模式， 不同的时间段采用不一样的交通控制， 能够更加合理地利用城市的交通资源，减轻城市的交通压力 ，缓解交通拥堵。 2 概述 编程控制器的定义 可编程控制器 根据顺序逻辑控 制的需要发展起来的，是专门为了工业环境的应用而设计的进行数字运算操作的电子装置。国际电工委员会（ 1987 年颁布的草案中对可编程控制器做了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门为在工业环境下的应用而设计。它采用了可编程序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、定时、顺序控制、计数和算术运算等操作的指令。并且通过数字式和模拟式的输入与输出，来控制各种类型的机械或者生产过程。 其有关的外部设备，都应该按易于与工业系统联为一个整体，易于扩充其功能的原则设计。” 编程 控制器的特点 干扰能力强。 3 用性强。 。 用方便。 修方便。 量轻、能耗低。 编程控制器的硬件结构 硬件主要由中央处理器、存储器、输入 /输出单元、通信接口、扩展接口、电源等部分组成。 起“心脏”的作用，包括控制接口电路和微处理器。纵向来说，工作人员从可编程控制器的输入端将程序输入到用户程序存储器中时，系统程序存储器会给出一定的解释，同时 据其独特的功能，根据上述解 释来编译程序，并且把用户输入的程序翻译成 自己辨识的用户编译程序。 而横向来说，输入端接口接受了现场的状态和数据，接着 它们存入工作数据存储器中或者输入映像寄存器。再由 数据和程序根据一定原则结合起来，把运算结果存入工作数据存储器中或者输出映像寄存器，最后输出接口接收到信号来继续控制外部设备。 有一定的记忆能力。它主要有两种，分别为系统程序存储器与用户存储器。其中系统程序存储器是只能读取信息而不能记录信息的存储器，用来存放生产厂家编写的系统程序，用户不可访问和 修改，断电后信息不会丢失。主要包括管理程序、监控程序和对用户指令解释编译程序。用户存储器有三种，分别为用户程序存储区、数据区和系统区。用户存储器是既能读取信息又能记录信息的存储器，主要是用户使用的，断电后信息会丢失。所以需要大电容或者备用电池为它供电，用户存储器常用相对高效的锂电池作为其备用电源，锂电池的寿命一般为三年到五年。 输出单元 光电耦合器是由两个发光二极管与光电三极管组成的，作用是把外部电路与 果有不断变动的电信号加在光电耦合器的输入端，则发光二极管会发出一定的光信号，光 信号随着输入信号的变化而变化。光信号的照射作用会使得光电三极管导通，光信号越强，导通程度越强，而光信号越弱，导通程度越差。在光电耦合器的线性工作区中，输出信号随着输入信号变化而成正比例变化。 输入单元工作原理，当工作人员接通电路时，二极管做出反应，同时使三极管在 4 二极管的作用下反应，然后向中央处理器送入信号。而当工作人员切断电路时，二极管不会做出反应，三极管不会反应，也向中央处理器送入其相应的信号。总之就是通过输入单元将工作人员的动作信号转化成为 央处理器所能识别的二进制信号。 输出单元工作原理，当 央处理器输出二进制信号 1 时，产生电流，同时继电器做出相应反应，然后继电器常闭触点闭合起来，产生相应的电压和电流，使负载产生反应。当 央处理器输出二进制信号 0 时，则不会产生电流，且继电器不会做出相应的反应，这时继电器常开触点恢复切断，也使负载失去电压和电流。总之就是通过输出单元把 央处理器的二进制信号作用在负载上。 输出单元主要有三种类型 : （ 1） 继电器输出的特点是抗干扰能力强，负载能力大，响应慢，可使用交流电源也可使用直流电源。 （ 2） 晶体管输出的特点是可以放大功率，响应时间短即响应速 度快，负载能力小，只能用直流电源。 （ 3） 晶闸管输出的特点是能放大功率，响应时间较短，负载能力较强，只能用交流电源。 辑、监视和调试的外部设备。主要分为两种，一种是手持编程器，主要特点是方便。通常我们实验室使用的就是手持编程器。另一种是通过 口与计算机相连，然后再敲击键盘。通过 件向 内部输入程序。 普通电源比较而言，这种电源输入的电压范 围宽、抗干扰能力强、稳定性好、重量轻、体积小。有的电源单元还能向外提供 24稳压电源，用来对外部传感器供电。这样就能避免由于电源污染或者使用不合格的电源产品引起的故障，从而使系统的可靠性提高。 编程控制器的工作原理 一种工业控制计算机，它的工作原理是建立在微型计算机的工作原理之上的，即通过执行程序，来实现控制逻辑，已达到用户的控制要求。 以分时操作的方式来处理各项任务的，计算机在每一瞬间只能做一件事，所以执行程序时，是按照程序顺序依次完成相应各存储器单元的写操作，它属于 串行工作方式。而传统的继电器 5 编程控制器的工作过程 要采用 的是 “顺序扫描，不断循环”的工作方式 。 整个扫描工作过程分为三个部分：第一步上电处理。第二部分是主要工作过程。第三部分是出错处理。 主要工作过程如下： 这个阶段， 要 检查 块的硬件是否 能 正常 工作 ，清除内部继电器区以及复位监视定时器 。 与一些智能模块进行通信 、 同时响应 编程器键入的命令，再更新编程器的显示内容等， 假如 处于停止状态 的 ，则只能进行内容处理 与 通信操作等。 如果输入端口关闭或者程序在进行执行阶段时，输入端会产生新状态 ，但这个新的状态并不会被直接读入，而是直到下一次扫描的时候，这个状态才能够被读入程序。 采样） 阶段，在这个阶段系统顺序读取所有输入端子的通断状态，然后将所读取的信息存入到输入映像寄存器中，同时，输入映像寄存器 会 被刷新。 一般来说，输入信号的宽度比一个扫描周期要大，否则的话，很可能会丢失一部分输入信号。 在执行过程中，无中断或者跳转指令的前提下。扫描 按照先上后下，先左后右的 顺序，对程序的梯形图 的每条指令 进行逐句扫描 ， 并且根据输入到输入映像寄存器中的结果进行逻辑运算，其结果再存入到有关 的 映像寄存器中。 序处理完成后，把所有输出映像寄存器中各点的状态，转存入输出锁存器中，最后再通过输出端驱动外部负载。 断 的巡回扫描，执行上述整个过程，直到停机。 3 系统总设计 制要求 交通灯控制系统的控制要求如下： 信号灯受一个起动开关（ 制，当起动开关接通时，信号系统开始工作 。先是东西方向直行和人行的绿灯亮 25 秒，接着绿灯闪 3 秒，每秒闪一次，接着黄灯亮 2秒之后变红灯，同时左转的绿灯亮 20 秒，闪亮 3 秒，然后黄灯亮， 2 秒之后变红灯，红灯亮 80 秒之后，东西方向直行绿灯亮 6 南北方向红灯先亮，在东西方向左转由黄变红的同时南北直行和人行的红灯变成绿灯亮 25 秒，闪亮 3 秒，接着变成黄灯，亮两秒，同时南北左转变绿灯， 20 秒后绿灯闪烁， 3 秒后变为黄灯， 2 秒后变为红灯，同时东西方向直行和人行绿灯亮 另外，在直行的绿灯灯亮时，同方向上的人行道绿灯亮，直行方向的绿灯闪烁，人行方向一样闪烁，当直行方向变为黄灯时，人行方向变为红灯。 由于每 天 7:00 到 9:00,17:00 到 19： 00 车流量较大，所以在这两个个时间段要将直行的绿灯亮时间由 25 秒变为 35 秒。 半夜时段的车流量比较小，所以在夜间要将红绿灯关掉，让所有的黄灯闪烁，来提醒司机师傅晚间小心驾驶。这种方式提高了对道路资源的利用。夏季时段（五月到十月）夜间模式时间段为 00:000，冬季时间段（十月到次年五月）夜间模式时段 23:006:00。 另外，在其中加入紧急（ 车状态，以便应对一些突发状况。 根据控制要求，做出一个交通灯的位置图 3 3 通灯位置图 案分析 在 交通灯系统控制要求下 ，结合可编程控制器 的特性以及编程之后程序的可移植性，得出以下设计思路： 7 对于季节模式和车流高峰时段，需要加入内部时钟，对实时时间进行比较分析，先对月份进行比较，得出处于冬季时段还是夏季时段，然后再继续对处于白天模式还是夜间模式进行比较，在白天模式的基础上，再继续对是否处于车流高峰时间短进行确定，分别输出不同的信号。 对于白天模式，将路口的每一次变灯前都视为一个状态（本设计将 为当前状态）。这样就可以将复杂的红绿黄灯之间的变换转换成状态与状 态之间的改变。然后只需要对各个状态之间的时间差进行分析，用计时器改变状态之间的切换，便可以很容易的将白天模式程序做出来。 对于高峰时段的程序处理，可以将直行方向上计时器的输入时间换成一个不定值（本设计使用 代替路口直行状态的持续时间）。 对于夜间模式，比较简单，只需要输出黄灯就可以了。 4 硬件设计 选型及 I/O 地址分配 本程序有启动按钮 1 个，停止按钮个，东西直行和左转方向强通启动按钮 2 个，南北方向直行和左转强通启动按钮 2 个，恢复循环按钮 1 个。总计需要 7 个输入端口 。东西方向人行和直行绿灯需要一个输出端口，东西方向直行黄灯需要一个输出端口，东西方向直行红灯一个输出端口，东西方向人行红灯一个输出端口，东西方向左转绿灯、黄灯、红灯三个输出端口，南北方向人行和直行绿灯一个输出端口，南北方向直行黄灯红灯两个输出端口，南北方向人行红灯一个输出端口，南北方向左转绿灯黄灯红灯三个输出端口。总计 14 个输出端口。 西门子 有多种规格，根据数字量 I/O 点数和经济性，确定本程序使用 将其技术参数列于表 4数字量 I/O 数为 14 入 /10 出，加入一个数字量输 出模块， 04 模块会增加 8 个输出端口。符合程序 14个端口的要求，经济适用。 表 4技术参数 技术参数 说明 本机数字输入 14 路数字量输入 本机数字输出 10 路数字量输出 高速计数器（ 32 位值） 6 个高速计算器 8 脉冲输出 2 个， 20冲速率 模拟电位器 1 个， 8 位分辨率 下表为 I/O 分配表（表 4 表 4，负载电流流经熔体。当电路正常工作时，熔断器允许通过熔体的额定电 流，其熔体长期不化；当电路发生严重过载或短路时，将有很大的故障电流通过熔断器使熔断器的熔体发生熔断，从而 将 电路 强行断开 ，达到保护 其他元件 的目的。当电路发生严重过载时，熔体 不能够在瞬间 熔化 ，而是需要一定的时间，所以不被用作过载保护 ； 但 当电路发生短路时，熔体能在瞬间熔化。 因此 熔断器主要 用来 作短路保护。 熔断器主要由熔体、安装熔体的熔管和熔座三个部分组成。熔断器主要有以下几种形式的分类： 按结构形式分类可分为半封闭插入式熔断器、无填料密闭管式熔断器、有填料封闭管式熔断器、快速熔断器和自复熔断器五类。 按使用对象分 类可分为专职人员使用和非熟练人员使用两大类。 按工作类型分类可分为 g 和 a 两类。 g 类即全范围分段熔断器， a 类即部分范围分段熔断器。 按使用类别分类可分为 G 和 M 两类。 G 类即一般用途熔断器， M 类即电动机电路用熔断器。 熔断器的型号选用 规则： 9 （ 1）对于日常生活及各种生产中的变压器和照明等不同类型的负载，额定电流的选择应该略微大于或者是等于负载中通过的电流，一边熔体能够正常工作； （ 2）在日常生活及各种生产中的输电、配电线之中路，额定电流的选择应该略微地大于或者是等于线路中通过 的安全电流； （ 3）当作线路短路保护的情况下，电动机回路应该要考虑到电动机的不同地启动条件，此时熔体额定电流的选择应该按照电动机启动所需要的时间长短来进行判断。并且应该选用 a 型熔断器来作为电动机的末端回路的保护熔断器，此时的额定电流 （ 4）一般情况下应该选用 g 型熔断器来作为电容补偿柜回路的保护熔断器，这种情况下熔断体的额定电流 倍的线路计算电流。但是熔断体的额定电流 的线路电 流如果此时选用 a 型熔断器的话。 （ 5）通电线路中上、下级之间的电流选择性保护，上级熔断器的额定电流 该等于或者是大于下级熔断器额定电流 ，就能够避免扩大故障以及停电范围当因不恰当操作或是其他意外情况时发生越级动作的时候。 （ 6）降容使用 如果在 20 的室温环境下，熔断体此时的实际工作电流最好不应超过自身的额定电流值。并且在选用熔断体的时后要求人们该应考虑到熔断体的工作条件和工作环境，比如周围的封闭程度等等一些因素的影响。熔断体实际生产工作时的使用会受到环境温度变化的 影响因为熔断器熔体的电流承载能力的实验是在 20 的环境温度下进行的，所以在选用时这一因素应考虑在内。并且熔断器所在的环境温度越高，它工作时的温度就会越高，这就导致熔断器的寿命大为减短；当然相反的是，熔断体的寿命将会在较低的温度环境下运行而得到延长。 （ 7）在生活生产的配电线路当中，为了避免因为发生越级动作而导致扩大故障停电的范围，一般情况下要求前一级熔体的额定电流要比后一级熔体的额定电流大 2 （ 1）熔断器的额定电压：应大于或等于实际电路的工作电压，即 断器 （ 2）熔断器的额定电流：应大于熔体的额定电流，即 （ 3）熔断器的额定分析分析能力：指在规定的额定电压和功率因素（时间常数） 10 的条件下，能分析的最大电流值它必须大于电路中可能出现的最大故障电流 。 需要 根据 具体的情况 来选择。电网配电一般选用刀型触头熔断器（如 列）就可满足；电动机一般选用螺旋式熔断器进行保护；照明电路一般选用圆筒帽形熔断器则可；保护可控硅元件用半导体保护用快速式熔断器保护。 常用的熔断器有： (a)列有填料快速熔断器； (b)填料管式熔断器；(c)变压器保护用高压限流熔断器； (d)电动机保护用高压限流熔断器； (e)旋式熔断器； (f)列有填料封闭管式圆筒帽形熔断器； (g)型触点熔断器。 本设计选用 列螺旋式熔断器： 列螺旋式熔断器的主要技术参数如下表 4 表 4列螺旋式熔断器的主要技术参数 熔断器型号 熔断器 额定电流（ A） 熔断体 额定电流（ A) 极限分段能力 5 2,4， 5， 6， 10， 15 KA 0 20， 25， 30， 35， 40，50， 60 25 00 60， 80， 100 50 00 100， 120， 150， 200 50 断器在保护一盏灯时考虑到启动电流的影响，按下式选择 I )（ 4 式中 机额定电流（ A） 熔断器在保护多盏灯时，可 按下公式选择 4 公式中中一盏灯额定电流 余灯额定电流的总和 断器 ) 则 制按钮选择 按钮又称按钮开关或控制按钮，是一种短时间接通或断开小电流电路的手动控制器，一般由于电路中发出启动或停止指令，以控制电磁起动器、接触器、继电器等电器线圈的电流的接通或断开，再由他们去控制主电路。 11 按钮的工作原理：当用手按下按钮帽时，动断触头断开，动合触头接通；而当松开手后，复位弹簧便将按钮的触头恢复原位，从而实现对电路的控制。 按钮的选择 要求 ： 如，控制台柜面板上的按钮一般可 用开启式；若需显示工作状态，则选用带指示灯式；在重要场合，为防止无关人员误操作，一般用钥匙式；在有腐蚀的场合一般用防腐式。 停止或分段用红色；起动或接通用绿色；应急或干预用黄色。 应根据控制回路的需要选择按钮的数量。 本次设计我选择的是 号的按钮。 制原理图 在绘制控制原理图和编制梯形图时，为了方便识别各地址，使用了一些符号，将所使用的地址及其符号列于下表（表 4 表 4号表 序号 符号 地址 注释 1 西方向直行人行绿灯 2 西方向直行黄灯 3 西方向直行红灯 4 西方向左转绿灯 5 西方向左转黄灯 6 西方向左转红灯 7 北方向直行人行绿灯 8 北方向直行黄灯 9 北方向直行红灯 10 北方向左转绿灯 11 北方向左转黄灯 12 北方向左转红灯 13 西方向人行红灯 14 北方向人行红灯 12 图 4制原理图 13 5 软件设计 制系统时序图 根据对交通信号灯控制要求的分析，得出这是一个时序逻辑控制系统。首先画出时序图，这样便于系统软、硬件的设计 。 图 5交通灯的状态时序图。 图 5通灯时序图 制系统流程图 图 5 14 图 5程序流程图 恢复循环流程图（图 5 图 5急状态 /恢复循环流程图 15 5 图 5常时段循环流程图 部时钟分析 西门子 200 可编程控制器 部有实时时钟，可编写程序来读取实时时间，以便做一些在时间上的程序控制。当然，也可以使用秒脉冲特殊存储器 计数器组合来做一个高精度的时钟，也是可以的。但本程序并不需要太高精度的时钟， 16 内部时钟完全可以实现程序所 需要的时间。用 部时钟编出来的程序也比较简单。所以此次设计所用的是 内部时钟。 读实时时钟指令 实时时钟读取当前 日 期和时间，装入以 T(例如： 起始地址的 8 字节缓冲区，依次存放年 (月 (日 (时 (分 (秒 ( O(星期 (时间和日期的数据类型为 节型， 当然，我们也可以将读取的实时时钟存入到 ，即：年 期 详见表 5 5 T+1 T+2 T+3 T+4 T+5 T+6 T+7 年 月 日 时 分 秒 - 星期 00110000 1部时钟 变量存储区 V，例如： 、月 )、 、月、 日 、小时 )等， 而且 存储时钟时其编号可以连续使用。但是模拟 量 信号 (例如：电压、电流、压力等 )却有不同 ， 所以在使用模拟量信号时，要 避免数据区的交叉使用 。详见表 5 表 5储 类型 年 00 01 01 00 00 00 - 星期 1节 字 本设计中，将读取的实时时钟存入 ，由于所涉及的时间只有月份和小时，即：月 份 小时 外， 扫描速度非常快，而本设计并不需要多么准确的实时时间，所以没有必要再每个扫描周期都读取实时时钟，因此，在其中加一个特 17 殊继电器 位提供周期为 1 秒，占空比为 50%的时钟脉冲 )。读取实时时钟程序如下： 形图设计及说明 主程序用来初始化程序，启动停止输出，输出状态。子程序 0 用以执行紧急程序，子程序 1 用以恢复循环，子程序 2 用以判断季节模式和白天晚上模式，子程序 3 用作判断是否处于交通高峰时段，子程序 4 用作白天模式的正常循环。 8 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 移植性分析 本设计的设计思路一目了然，主程序与子程序的划分也比较清晰。状态之间循环没有任何关联，方便修改定时器的时间，以便在后期或者以后使用过程中更改红绿灯的亮灯时间。也可以将定时器的输入时间改为一个不定值，在初始化程序中编入需要给定的时间，方便后期在更改时间方面的变动，就像子程序 4 中的网络 1 和网络 7 一样。这样便使得程序的使用范围更广阔，可移植性增强。 断 程序分析 中断是指系统暂时中断正在执行的程序，而转到中断服务子程序去处理那些继续处理的中断事件，处理后返回原程序时，恢复当时的程序执行状态并继续执行。 断事件 通信口中断（最高优先级）； I/O 中断（中等优先级）； 时基中断（最低优先级）。 断指令 中断连接（ 令用来建立某个中断事件（ 处理这个事件的中断程序（ 间的联系 ,并允许这个中断事件。 中断分离 (令用来解除某个中断事件（ 某个中断 程序之间的联系，以单独禁止某中断事件，使中断回到不激活或无效状态。 全局中断允许 (令全局地允许所有被连接的中断事件。 全局中断禁止 (令全局地禁止处理所有中断事件。 中断返回 (令用来从中断程序中有条件的返回。 本设计做的是关于红绿灯的控制系统，程序对实时要求较弱，所以并未编写中断程序。 6 系统调试 在完成了系统硬件的设计、制造和软件编程后，为了使系统能够按照设计意图正常的运行，我们必须进行系统调试。系统调试主要包括硬件调试和软件调试两部分。 件部分 的调试 29 首先我们应该根据电气接线图安装接线，在 际接线时，还应该考虑到以下几个方面的问题： 般为 220V,50流电源，并且允许电源有一定的浮动范围。同时必须有保护装置，例如熔断器等。如果是在干扰较强或者对可靠性要求很高的场所，应该在 电源输入端加装带有屏蔽层的隔离变压器与低通滤波器。 用一个 。 该单独接地，不要与其他电器元件共用接地线，并且接地线面积应该大于 2 平方毫米，同时应尽可能的靠近 输出端接有 线圈或者电磁阀等感性元件时必须加上保护电路，如并接吸收回路或者续流二极管。 件部分的调试 软件部分调试是指用编程工具把用户程序输入计算机，经过反复的编辑、编译、下载、调试、运行，直到运行正确。 辑 与 编译 首先打开梯形图编辑器将程序输入电脑。当程序输入完成后，用 下拉菜单或者工具条中的编译快捷键按钮对程序进行编译，当编译完成后会在显示其下方的输入窗口显示出编译结果，同时能明确指出错误的网络断，工作人员可以根据错误的提示对程序进行修改，再编译，直至编 译无误。 序下载 当程序编译成功后，单击标准工具条中的下载快捷按钮打开文件菜单，选择出下载项，这时弹出对话框，在选定程序块、数据块、系统块等一系列下载内容后，按确定按钮把选中的内容下载到 存储器上 。 序监视与运行调试 如果 作方式开关在 置时工作人员还可以用 菜单命令或者快捷按钮对 作方式进行软件设计。 若使用程序编辑器还可在 行监视程序的过程，各元件的状态以及数据，同时打开调试菜单选中程序状态。这个 时候闭合触点与通电线圈内部的颜色变蓝。随着运行工作状态随输入条件的改变、计数和定时过程的进行，这时每个扫描周期 30 的输入阶段把各个期间的状态刷新，并且还可以动态的显示各个计数、定时器的当前值，方便在线动态的观察程序的运行，如果出现错误易于发现和更改。 31 总结与致谢 在本次 毕业 设计中，我查阅了 许多 与课题有关的资料， 设计刚开始时，感觉自己什么也做不好，好多东西都不懂，经过了一段时间的学习与靳老师的耐心解惑，了解了许多关于 知识，丰富了我的知识面，拓宽了我的视野。学习并掌握了西门子公司 技术知识，并学会了 件的编程与调试。 感谢学校在毕业之际给我们一个 这样 的机会 ，通过此次的毕业设计，将我的理论知识与实践动手能力结合在了一起，锻炼了我查阅资料的能力，使自身得到了提高。同时也让我充分认识到自己在诸多方面的不足之处。让我意识到，在以后的学习生活中，我要把自己学的东西和实际结合起来，这样不仅会让自己所学的知识更加记忆深刻，而且会得到意想不到的结果。 我要向所有的在 此次设计中 给予我帮助和关心的老师和同学表示谢意。本次设计在选题和设计的过程中 ，靳老师给了我很大的 帮助，可以说，离开他 的关心和指导，就没有我现在的设计成果，所以 我 在此由衷 的感谢 他 。 最后，对各位专家、老师表示感谢，并希望予以批评指正。 32 参考文献 1程手册 J西门子中国公司 0 2黄永红 用技术 M械工业出版社， 3刘顺禧 M京理工大学出版社， 2000. 4廖常初 础及应用 M 械工业出版社， 2004. 5廖常初 形图的顺序控制设计法 M志， 2001. 6吴中俊，黄永红 M械工业出版社， 2004. 7余雷声 用 M械工业出版社， 1996. 8钟肇新，范建东编 M东理工大学， 2002. 9台方 M国水利水电出版社， 2001. 10常斗南 用实验 M. 北京：机械工业出版社， 1998. 11邦田 M民邮电出版社， 1994. 12陈金华 用技术 M子工业出版社， 1995. 13张万忠 M国电力出版社， 2004. 14何衍庆 M学工业出版社， 2000. 15连建华 M中科技大学武昌分校机电学院 33 附 录 路口亮灯状态表 状态 时间 /s 亮灯情况 1 35/25 东西方向直行人行绿灯亮，路口其它方向红灯亮 2 3 东西方向直行人行绿灯闪，路口其 它方向红灯亮 3 2 东西方向直行黄灯亮，路口其它方向红灯亮 4 20 东西方向左转绿灯亮，路口其它方向红灯亮 5 3 东西方向左转绿灯闪，路口其它方向红灯亮 6 2 东西方向左转黄灯亮，路口其它方向红灯亮 7 35/25 南北方向直行人行绿灯亮，路口其它方向红灯亮 8 3 南北方向直行人行绿灯闪，路口其它方向红灯亮 9 2 南北方向直行黄灯亮，路口其它方向红灯亮 10 20 南北方向左转绿灯亮，路口其它方向红灯亮 11 3 南北方向左转绿灯闪，路口其它方向红灯亮 12 2 东西方向左转 黄灯亮，路口其它方向红灯亮 13 路口所有方向红灯亮 14 人行道灯灭，路口其它方向黄灯闪烁 学 院 本科毕业设计英文参考资料 题 目 院 系 机械学院 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 学习年限 2011 年 9 月至 2015 年 6 月 指导教师 职称 高级工程师 申请学位 工学学士学位 2015年 03 月 10 日 1英文原文： s s in s is in 0 of of of in a of At LC is an it to in of is 1 LC a to of it A a , LC to in in In LC in in a LC or , as in ID to in to to of 2a LC 2 in in In 970s LC to to an to LC in to to in a In 0 we of s to be to as as to be to in to LC Cs CS on in is of t be * * of it to * of * 3 LC is to to LC 3at a at LC LC a is of On is an at to in to LC C) or is to 4 of LC is 1131-3 LC * * * * to on at of as 6 LC to LC It to be a its so so 45 he LC in LC a at LC to on up a of 6 AC LC in de be as a PC in an LC 7 2005 to of he to do so is in of de P) LC on , 5to he to , , or it to , by LC or a be a of at a he to In it an be to is no no as or in on as LC to to of to in of be a LC on a HP BM it 6on of in 7中文译文 : 过去、现在与未来 作者姓名： 所周知，科技世界里只有一个永恒真理，那就是变化。这在可编程逻辑控制器（ 其各种应用的发展过程中尤为明显。自从三十多年前将 进以来， 从本质上讲， 一种用高度专业化语言编程的工业计算机，并继续受益于计算机和信息技术领域的技术进步。它的最突出之处是小型化和通信功能。 1 微型化的 最初引进 时候，主要改进的是它的体积，这关系到数百个硬接线继电器和计时器的替换。一个嵌有 I/O 的典 型单元大约有 19 寸电视机那么大。从 20世纪 80 年代到 20 世纪 90 年代初，模块化的 占用内存方面逐渐的减少，同时它的容量和性能在逐步提高。 近年来，更小型 经发展到纳米级和微型级，它们已具有以前只在大型 此仅为了额外特性或性能而不是增加 I/O 容量而具体指定一个大型的 得不必要，因为即使纳米级 具备以太网通信、运动控制、自动调谐的嵌入式 程连通性等更多的功能。 现在，由于 执行运动控制、数据采集，远程终端单元（ 至一些集成人机介面 （ 功能，因此 很多应用中也已配置齐全从而替代单一的过程控制器。以前，这些功能通常要求他们自身内置实现这些功能的控制器和软件，此外，还需要一个用于离散控制和互锁的独立的 2 强大的通信功能 近年来，最有意义的变化也许发生在通信领域。在 20 世纪 70 年代， 行的 信协议，允许 过标准电缆进行通信。这为 好地适用于现存的设备提供了可能性，并且向主板上的其它控制系统通信成为可能。 在过去的 30 年里，我们真实地目睹了数百个专利化协议和标准化 协议的发展，每一个协议都有自己独特的优势。现在， 成为数据编译器和信息网关，它们必须 8接入条形码扫描器和打印机，还有温度和模拟传感器。在过程控制中，它们需要支持多种协议，以便它们能和其它设备通信。此外，在它们全部具备这些功能的同时，它们仍然要有高的性价比而且编程简单。 另一个主要改进来自于计算处理领域。确切地说，它革命化了 编程方式、互相通信、与用于 接口。 在过去的五年中，车间级以太网通信的应用已经翻了一倍。尽管串行通信仍然很受欢迎并且很可靠，但以 太网快速地成为值得选择的通信媒体，它有着不能被忽视的优势，例如： * 网速 * 设置简单、布线方便 * 现成网络组件的可用性 * 嵌入式通信设置 3 集成运动控制 另一个分配给 任务是运动控制。从简单的开环控制到多轴应用来看，在 很多系统在快速运行时要求精确的控制，但并不是在超高速运行时的绝对精准。单机 一些系统上也能很好地运行。许多纳米级和微型级 有高速运算能力和控制器内置的高频脉冲输出能力，使它们成为开环控制的可行解决 方案。 一方面要提醒的是控
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