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基于
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基于PLC的红绿信号灯应急信号处理,基于,plc,信号灯,应急,信号,处理
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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化 学 生 姓 名 学号 设 计 题 目 基于 红绿信号灯应急信号处理 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 红绿信号灯应急信号处理 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，并能够对外部信号选择可靠性进行分析 ； 000 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， 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. 分析 序执行机制及处理方式，完成相应程序设计 ； 3. 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，对子程序的编写方法进行分析总结； 4. 结合本课题涉及技术内容查阅并翻译 5000 8000印刷字符的 制英文资料； 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. 子程序的编写方法进行分析总结； 3. 分析说明信号传输的可靠性； 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黄永红主编 用技术 械工业出版社， 2011 3马文烈 电工电子技术 中科技大学出版社， 2012 4蔡行健 深入浅出西门子 二版） 京航空航天大学出版社， 2003 5赵凯 2001 专 业 班 级 学 生 指 导 教 师 签 字 日期 教 研 室 主 任 签 字 日期 机械学院 毕业设计开题报告 毕业设计题目 ： 基于 红绿信号灯应急信号处理 学 生 姓 名 ： 指导教师姓名 ： 专 业： 机械设计制造及其自动化 2015 年 3 月 12 日 于 红绿信号灯应急信号处理 直至在今天，各个道口上都可以看见安装有红绿灯，它已经与人们的生活息息相关，只有遵守交通规则行人和车辆的通行才能有序进 行，它已是交通疏导最常见和最有效的手段。此技术的问世却早已出现在 19 世纪。 世界上最早的交通信号灯出现在英国伦敦， 1858 年之前，英国还没有形成一套有效地管理交通秩序的方案，马车随意在大街上奔走，路上行人散乱毫无约束。因此，政府为了方便行人的出行，发展交通运输，降低交通事故的发生，发明并安装了机械扳手式的红蓝两色信号灯来指挥交通，这是英国伦敦也是世界上最早出现的交通信号灯。 经过将近十年的使用和探索， 1868 年，英国机械工程师纳伊特又进一步将信号灯进行改造，改装为红绿两色旋转式方形玻璃，它是世界上最早的煤 气红绿灯，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。当煤气灯投入使用中后，它的弊端也逐渐显露，会发生爆炸。炸伤行人和操作的警察，所以被取消使用。 随着社会的进步，和人口的不断增多，交通的安全和方便也越来越重要。在 1914 年，美国研制出了电气启动的红绿灯，这种红绿灯却有三种颜色，由红绿黄三色圆形的投光器组成 , 被率先 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，黄灯亮表示“警示”。而中国最早的交通灯是诞生于 1928 年的上海英租界。从最早的机械式到 上 世纪 50 年代的电气式 ,从采用计算机控制到现 代化的电子监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地创新、改进，逐步完善其功能。但是，随着生活的不断进步，人口基数的不断扩大，交通运输的日渐发达，传统的交通灯已不能满足于社会需要，交通灯的设计缺陷显露无疑，它的设计死板，道路的最大通行效率根本达不到，红绿灯交替变换时间过于固定。 经过 150 多年的历史演变，交通灯从最开始的机械扳手式发展到今天的全自动化，是顺应社会的进步，历史的进程。 我国现有的交通灯是普遍采用 制的红、黄、绿三种颜色，又叫红绿灯。“红灯停，绿灯行，黄灯等一等”，这是我们从 小就熟背的过马路的交通规则。随着我国的经济发展，综合国力的提升，交通运输业发展迅速，汽车逐步成为我们上下班的代步工具，汽车的销售量连年增长，交通压力日渐增大。人们的出行安全成为了首要解决的问题，所以我国制定了一系列交通规则，和法律法规来规范人们的行为。而这些交通规则主要是靠红绿灯的指挥来实现。既然红绿灯扮演着如此重要的角色人们也对它提出很多必要客观要求，例如它的可靠性、灵敏性。 现有的交通灯普遍采用 制系统来实现对交通的指挥，此系统自动化程度高，结构简单，可靠性高，配置灵活，安装维护方便，还能够实时监 控记录交通违法行为。有效地解决了交通混乱的情况为人们的财产安全带来了保障。但是每个路口的的人流量、车流量都是随机的，我们根据采样回来的数据，通过数学分布模型，计算出来的红绿灯等待和通行时间不具有特殊性，设计的死板不能够发挥道路的最大通行率，空等待浪费人们的时间和精力。遇到紧急情况却不能急行通过，这就从客观上对我们提出了设计要求，来满足日益丰富的社会需求。 研究此课题能够让我们更加了解红绿灯的工作方式，对交通规则的进一步学习有了新的基础。只有在了解现有技术的基础上，我们才能够剖析其原理发现其缺点，按人们提出的 需求去改进和完善，使其更加人性化和现代化。 料收集概况： 1黄永红主编 用技术 械工业出版社， 2011 2刘智勇 M2008 3赵凯 2001 4西门子公司 7编程序控制器系统手册 （ 1）信号灯逻辑功能说明； （ 2）分析 序执行机制及处理方式，完成相应程序设计； （ 3） 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，对子程序的编写方法进行分析总结； （ 4）结合本课题涉及技术内容查阅并翻译 5000 8000 印刷字符的 自动化控制英文资料； （ 5）编写设计说明书。 文）提交形式： （ 1） 制原理图，软件流程图，梯形图； （ 2）子程序的编写方法进行分析总结； （ 3）分析说明信号传输的可靠性； （ 4）毕业设计说明书。 第一周 接受任务书，查阅文献，收集资料，翻译外文资料，完成开题报告初稿； 第二周 在导 师指导下，修改开题报告初稿，最终形成开题报告，并顺利完成开题答辩； 第三周 实习调研，收集资料； 第四周 学习 础知识 ,包含 由来发展、功能、工作原理； 第五周 查阅西门子 编程序控制器系统手册中的指令； 第六周 学习关于控制电路电气原理图和 制梯形图的相关知识 ； 第七周 查阅关于 程软件的相关书籍 ,了解并掌握编程的相关知识 ； 第八周 在书上查找梯形图的绘制方法 ,了解语句表程序的制作方法； 第九周 制定程序流程图 ,分配 I/O 接口； 第十周 绘制控制电路电气原理图，撰写毕业说明书初稿 ； 第十一周 绘制 制梯形图，在一稿的基础上撰写毕业设计说明书二稿 ； 第十二周 对设计程序进行测试、调试仿真和调整修改并对程序运行原理进行说明 ； 第十三周 编写设计计算说明书定稿，形成毕业设计全部文件，准备答辩； 第十四周 毕业答辩。 8. 指导教师意见 签名： 年 月 日 39 384243 41 签名批准更改文件号标准化标记阶段标记 重量 比例共张 第 张年月日晋中学院机械学院11本六班1: 学 院 本科毕业设计 题 目 基于 红绿信号灯应急信号处理 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 09 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 5月 30日 基于 红绿信号灯应急信号处理 学生姓名： 指导老师： 摘 要 : 在现代交通运输中，红绿灯扮演着重要的角色，它与人们的生活息息相关。了解和改进现有红绿灯的工作方式，提高其自动化的可靠性、人性化是非常有必要的。现代交通控制系统正在向智能化的趋势发展，所以开展与此有关的研究和设计具有重要的理论和应用价值。本文基于红绿灯的应用和发展要求，着重研究在 制下的红绿灯的工作方式和它的应急处理。本文详细阐述了本控制系统的设计思想，以及整个系统的硬件实现和软件设计。 关键词 : 红绿灯 应急处理 s In an it is s of is is so on of on s LC on of of as as of s of 目 录 1 引言 . 1 绿灯的背景 . 1 绿灯课题的研究意义 . 2 概述 . 2 2 系统总体设计 . 9 制要求 . 9 统设计方案分析 . 10 3 硬件设计 . 12 型及其资源配置 . 12 I/O 地址分配 . 15 件设计接线原理图 .误 !未定义书签。 4 软件设计 . 17 程元件 . 17 形图编写规则 . 19 制系统软件设计及其程序说明 . 20 5 程序仿真 . 34 真过程 . 34 总结和致谢 . 36 参考文献 . 37 附录 . 38 1 1 引言 究的背景 直至在今天，各个道口上都可以看见安装有红绿灯，它已经与人们的生活息息相关，只有遵守交通规则行人和车辆的通行才能有序进行，它已是交通疏导最常见和最有效的手段。此技术的问世却早已出现在 19 世纪。 世界上最早的交通信号灯出现在英国伦敦， 1858 年之前，英国还没有形成一套有效地管理交通秩序的方案，马车随意在大街上奔走，路上行人 散乱毫无约束。因此，政府为了方便行人的出行，发展交通运输，降低交通事故的发生，发明并安装了机械扳手式的红蓝两色信号灯来指挥交通，这是英国伦敦也是世界上最早出现的交通信号灯。 经过将近十年的使用和探索， 1868 年，英国机械工程师纳伊特又进一步将信号灯进行改造，改装为红绿两色旋转式方形玻璃，它是世界上最早的煤气红绿灯，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。当煤气灯投入使用中后，它的弊端也逐渐显露，会发生爆炸。炸伤行人和操作的警察，所以被取消使用。 随着社会的进步，和人口的不断增多，交通的安全和方便也越来越重要。在 1914年，美国研制出了电气启动的红绿灯，这种红绿灯却有三种颜色，由红绿黄三色圆形的投光器组成 , 被率先 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，黄灯亮表示“警示”。而中国最早的交通灯是诞生于 1928 年的上海英租界。从最早的机械式到 上 世纪 50 年代的电气式 ,从采用计算机控制到现代化的电子监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地创新、改进，逐步完善其功能。但是，随着生活的不断进步，人口基数的不断扩大，交通运输的日渐发达，传统的交通灯已不能满足于社会需要，交通灯的设计缺陷显露无疑，它 的设计死板，道路的最大通行效率根本达不到，红绿灯交替变换时间过于固定。 题研究意义 ： 经过 150 多年的历史演变，交通灯从最开始的机械扳手式发展到今天的全自动化，是顺应社会的进步，历史的进程。 我国现有的交通灯是普遍采用 制的红、黄、绿三种颜色，又叫红绿灯。“红灯停，绿灯行，黄灯等一等”，这是我们从小就熟背的过马路的交通规则。随着我国的经济发展，综合国力的提升，交通运输业发展迅速， 2 汽车逐步成为我们上下班的代步工具，汽车的销售量连年增长，交通压力日渐增大。人们的出行安全成为了首要解决的问题，所以我 国制定了一系列交通规则，和法律法规来规范人们的行为。而这些交通规则主要是靠红绿灯的指挥来实现。既然红绿灯扮演着如此重要的角色人们也对它提出很多必要客观要求，例如它的可靠性、灵敏性。 现有的交通灯普遍采用 制系统来实现对交通的指挥，此系统自动化程度高，结构简单，可靠性高，配置灵活，安装维护方便，还能够实时监控记录交通违法行为。有效地解决了交通混乱的情况为人们的财产安全带来了保障。但是每个路口的的人流量、车流量都是随机的，我们根据采样回来的数据，通过数学分布模型，计算出来的红绿灯等待和通行时间不具有特殊性 ，设计的死板不能够发挥道路的最大通行率，空等待浪费人们的时间和精力。遇到紧急情况却不能急行通过，这就从客观上对我们提出了设计要求，来满足日益丰富的社会需求。 研究此课题能够让我们更加了解红绿灯的工作方式，对交通规则的进一步学习有了新的基础。只有在了解现有技术的基础上，我们才能够剖析其原理发现其缺点，按人们提出的需求去改进和完善，使其更加人性化和现代化。 产生 1968 年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（ 为现有的继电器控制系统不能够很好的适应其生产过 程，当更换新的生产工艺时，就需要按新的要求重新设计、安装，使时间和资金严重浪费。为了克服继电器体积大、可靠性差、运行速度慢、耗电多、寿命短、适应性差等缺点，通用公司提出要研制一种新型的工业控制装置来适应时代的进步，满足生产。所以提出了著名的“ 条”作为招商的指标。 (1)在现场修改程序和调试。 (2)用插件式结构。 (3) (4) (5)长远看在市场上可以与继电器竞争。 (6) 3 (7)15V 输入。 (8)15V，可以直接驱动电磁阀、交流接触器等。 (9)展方便。 (10)量能够被扩展到 4 1969 年美国数字设备公司（ 标成功后，开始按照招商指标研制能够代替继电器的新型设备，研制成功后首先在通用公司的自动装配线上得到试用，并且取得了预计的效果。世界上的第一台 这样问世了。早期的 是为了满足生产要求，取代传统的继电器控制而发明的。仅有一些简单的功能，例如逻辑运算、定时、计数等，通常称其为可编程序逻 辑控制器（ 上世纪 80 年代以后，微电子技术开始发展， 开始应用大规模的集成电路，它的微处理器也变成了 16 位和 32 位，使得 能变的更加强大。 仅比继电器体积小，功耗低，而且可以通过编程来改变生产工艺，维修和拆装更加方便和灵活，并且可靠性高，成本也低。同时还能够进行图像显示和数据分析处理，联网通信等强大功能，使 正成为具有多种控制的名副其实的多功能控制器。 在 1987 年 2 月，国际电工委员会（ 了统一标准，让人们对 加了解，对 了如下定义：“ 一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下的应用而设计。它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 其有关的外部设备，都应该按易于与工业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。 发展与应用 上世纪 60 年代末，在美国马萨诸塞州 世，标志着一个新的工业时代的来临。世界 上第一种投入生产的 号是 起于上世纪 70 年代的 先被应用于汽车制造业，大量使用于流水线上。 80 年代 始逐渐走向成熟，微电子电路和集成处理器技术的全面采用，使得能更加强大，体积、功耗却减小，因此得到大量推广应用。年销售稳步上升达到 20以上，为其在工业控制中不可动摇的老大地位奠定了坚实的基础。 4 90 年代，为了工业自动化控制系统的软件设计和开发有一个统一的规范，国际上颁布工控编程语言 现了标准化的编程。 开始向它的第三个发展周期迈进 ，在技术上又有了新的突破和改进。 系统结构上，从传统单一的单机向多 分布式及远程控制系统方向发展，丰富了其结构形式，使其变得多样化。在编程语言上，更具表达力，其图形化和文本化的多重选择让其充满人性化。语言的多样性，创造了更强的通信和文字处理能力；从应用角度看，除了继续应用于机械加工控制系统外，还被应用于交通运输、采矿、电力、纺织等各个生活领域，应用范围及其广泛。 目前， 国内外已广泛应用于工业环境，人们的社会生活当中，它已经成为我们生活中不可缺少的一部分。使用情况大致为以下几类： 单机电气控制系统。如纺织机、外包装生产线等。 该领域主要对物体进行加工处理，使其品质、形状、位置、等发生改变，以机械量和逻辑控制为主。 动步进电机或伺服电机使运动模块做圆周运动或直线运动的控制，如机床、机器人、电梯等各种机械。 程控制是指对模拟量的闭环控制，从而实现参数的自动调节，例如温度、压力、流量等。 特点 干扰能力强。对输入 /输出的 I/O 接口电路均采用光电隔离电路，能够有效的抑制外部干扰对 影响；对 供电电源及线路提供滤波电路，能够及时有效的消除或抑制高频干扰；为了减少空间电磁波对 重要部件的干扰，采用屏蔽手段；并有较完善的自诊断和自保护能力，能够适应恶劣的工业环境。 用的是扫描的工作方式，这样能够减少由外界环境干扰引起的故障；在其系统程序中还设有故障检测和自诊断程序，能够对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当由于外界干扰而出现故障时，当前信息会被马上封存保护起开，在不稳定的情况下是禁止读写操作的。只有外界环境正常后，才会继续原来的工作恢复到故障发生前的状态。另外平均无故障工作数可以 达到数万小时，这就使得它比其它计算机系统可靠的多。 用性强。除了单元式的小型 外，绝大多数 5 各个部件均采用模块化结构设计，装拆方便、灵活，可以根据用户的需要自行组合 客户极大的提供了选择性。而且 接线简单、清楚易懂，并具有较强的带负载能力。 着很丰富的 I/O 接口模块。而且它的 I/O 接口适应性强，基本上对工业现场的各种信号都能与之匹配，对工业现场的元器件或设备基本都能找到相应的模块与之连接。 用方便。目前，大多数 用“梯 形图”的编程方。梯形图与电气控制电路图相似，形象、直观，使用者不需要具备很深的计算机编程知识，只需将梯形图转换成逻辑表达式，将其输入 可，很容易让广大工程技术人员掌握。需要改变生产工艺流程时，只需改变程序，不需要拆卸电路重新设计。 修方便。由于 软元件代替了传统电器控制系统的硬件，控制柜的设计、安装接线工作量大大减少。一旦出现故障，可以按照 指示或编程器上提供的故障信息，迅速查明故障原因，维修方便。 量轻、能耗低，易于装入机器内部。 分类 （ 1）整体式：它的 I/O 点数固定，属于小型 储器、电源、输入 /输出接口、通信接口等 部件都集中安装于基本单元上，而且 I/O 点数不能改变，也没有扩展模块接口。这种 构紧凑、体积小，适用于输入 /输出接口固定、点数较少的控制系统，特别是在产品批量较大时，可以降低生产成本，提高性能价格比。 （ 2）模块式：通过单独的 能模块，各自安装在机架或基板的插座上组合成一个功能完整的 体。其配置灵活，装配方便，可根据用户的不同需要选配不同规模来实现系统控制，而且便 于扩展和维修。 （ 3）叠装式 :是由整体式和模块式综合而成的一种小型 具有整体结构的基本单元，又能够进行 I/O 模块的扩展。 （ 4）分布式：当需要进行远程控制的时候，可以把 各功能模块分块安装在不同的工作场所，来进行系统控制。主要应用于大型生产设备或者生产线。 O 点数分类： 6 （ 1）小型 I/O 点数小于 256 点的为小型 中的超小型或微型 I/4 点的。 （ 2）中型 I/O 点数在 256 2048 点之间的为中型 （ 3）大型 I/O 点数在 2048 点以上的为 I/O 点数超过 8192 的时候我们称之为超大型 硬件结构和各部分的作用 储器、 I/O 接口、通信接口、扩展接口、电源等都是 硬件部分。其中核心部件是 相当于 心脏。现场输入 /输出设备通过 I/O 接口与 接，编程器、上位计算机等外设设备需要通信接口与 接才能进行数据传输。 图 1制系统的组成 是控制接口电路。是 运算和控制中心，微处理器控制系统内部各部分的工作，实现各种运算功能，接收、存储数据，执行用户输入的程序； 过扫描的工作方式接收到输入元件的信号，放到输入映像寄存器或数据存储器中以供程序执行阶段使用；当编程中出现语法错误和内部电路出现工作故障 可以通过自身诊断来检测； 入 态后，用户指令被逐条顺序读取，经过微处理器的运算和数据传输，更新有关存储器标志位的状态和输出映像寄存器里的内容，再经由控制接口电路转换输出到输出元件实现输出控制、数据通信等功能。 7 主要作用是用来存放系统程序、用户程序及工作数据。一种是 够随机读写，另一种是 的只读存储器。系统程序以固化的形式存放于 ，用户不能对它访问和修改。制造厂商编写的系统程序，关系到 性能。系统程序能够完成各种运算、命令解释、系统诊断、子程序调用、通信等参数设置，为 运行提供了平 台。 用户要根据确定的生产工艺控制要求才能编制程序，用户程序一般存放于读写存储器 ，为了便于检查和修改。如果不需要修改也可将其固化在只读存储器 在 行过程中工作数据是经常变化的，需要经常存取。它存放在 ，以适应随机存储的要求。 输出装置或其他外部设备与 间的数据就必须通过输入 /输出单元连接。 输入单元将现场的输入信号经过输入接口电路的转换，成为 够接收和识别的信号进行运算；输出单元则将 出的信号转换为控制器件所能接收的电压、电流信号，以 驱动负载。可编程序控制器的抗干扰能力是通过输入 /输出单元的光电耦合电路来实现的，它把可编程序控制器与外部电路直接隔离开来，这就有效地提高了 了实现更多功能和信号处理，输入单元还配有滤波、电平转换、信号锁存电路；输出单元配有输出锁存、显示、电平转换、功率放大电路。一般，输入类型有 :直流、交流、交直流方式；输出类型有：晶体管、晶闸管、继电器等方式。 有各种带有通信处理器的通信接口。 过这些通信接口可与打印机、监视器、其他 算机等设备实将过程信息、系统参数等输出打印； 与监视器连接，可将控制过程图像显示出来；与其他 接，可形成连接网络组成多机系统，扩大控制规模；还可与计算机连接，成为多级分布式控制系统，将控制与管理进行完美结合。 连，在 控制下能够独立的完成工作，它是一个独立的计算机系统。拥有自己的 统程序、存储器，以及与 统总线相连的接口。 行人机对话的设备。用户可以在它上面编辑程序，观察 行状态和各项参数，能够方便的对 行维护。 8 有开关电源，以供内部电路使用 。 可编程控制器的工作原理 要采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式 ，可分为以下三大步： 第一步，是上电处理。为了确保 正常运行在其上电后，首先要对系统硬件、I/O 资源配置检查、掉电保持设置等进行初始化处理 。 第二步，也是主要的工作过程，此过程又有三个阶段：输入采样、用户程序执行和输出刷新。在输入采样阶段， 所有现场的输入信号通过输入电路的数字量转换读入至输入映像寄存器中，输入映像寄存器相应位状态改变，也被称为刷新。然后系统进入用户程序执行阶段，在这个阶段输入映像寄存器被 锁存，不管是否再有输入信号，其内容保持不变，一直被锁存到下一个扫描周期的输入采样阶段，才会被重新写入新的状态。 用户程序执行阶段，开始扫描、执行程序。在无中断或跳转指令的情况下，按照编写时的程序先后，自上而下、自左向右的对每条指令进行逐一扫描，扫描一条执行一条。当程序中有中断或跳转指令，扫描到中断或跳转指令时应跳到中断或跳转指令指向的地方去优先执行，执行完成以后再返回到原状态顺序执行。这里的执行不是直接输出驱动负载，而是改变与程序指令对应的输出映像寄存器的位状态。在 行完用户程序后，还需要把输出 映像寄存器中所有对应的位 状态 在输出刷新阶段一起转存到输出锁存器中，然后所有指令并行输出。在下一个输出刷新阶段开始之前，输出锁存器的状态会保持不变，因此与之对应的输出端子的状态也不会发生改变。输出锁存器的状态只有两种：“ 1”和“ 0”。当为“ 1”时，输出信号经输出电路转换后接通外部电路使负载通电工作。当为“ 0”时不输出，对应的外部电路不接通使负载不能正常工作。 第三步是出错处理。 自诊断功能，为了保持正常运行，每扫描完一次，就会对自身执行一次自我诊断检查，来确定 身是否在正常运行。当检查出异常时，比 如发现 池电压、程序存储器、 I/O、通信等异常或出错，会在特殊寄存器中会存入出错代码，相应的 板上的 点亮。当出现的错误是致命的，所有的扫描随即停止， 强制转换为 式。图 1 工作流程图。 9 图 1工作流程 2 系统总体设计 制要求 电源 部处理 入处理 （输入传送、远程 I/O） 存放自诊断错误结果 执行自诊断 执行程序 更新时钟、特殊寄存器 输出出路 通信服务 （外设、 线服务） 致命 错误 Y N Y 10 图 2通信号灯设置示意图 ，信号灯开始工作，首先是南北向红 灯、东西向绿灯同时亮。 0s 后，南北向绿灯亮， 20s 后南北向绿灯闪烁 3 次（ 1s/次），接着南北向黄灯开始亮， 2s 后南北向红灯又亮 如此不断循环 ， 直至停止工作 。 5s 后，闪烁 3 次（ 1s/次），接着东西向黄灯亮， 2s 后东西向红灯亮， 30s 后东西向绿灯又亮 如此不断循环 ， 直至停止工作 。 要程序有自我诊断功能，当程序不能够按照规定进行顺序动作时，能够自处理回到正常的运行状态。 西的通断，交警可以随时、任意中断红绿灯的正常运行，使十字路口一条绿灯通行，一条红灯禁行。 统设计方案分析 按照交通灯系统控制要求，画出时序图，如图 2制流程图如图 2 系统需要四个按钮 控制 输入， 制 正常运行启动； 制东西绿灯，南北红灯同时工作； 制东西红灯，南北绿灯同时绿 黄 红 北 南 东 西 11 工作； 停止按钮。输出端为了保护 线端子需要接中间继电器。一共有 12个交通灯，两两一组，所以需要 6 个中间继电器， 型号暂时未定。 系统是按时 间顺序工作的，所以需要用到延时接通定时器，这里的定时器指的是部的“软元件” 北、东西共有 8 种状态所以需要 8 个 外要输出1s/次的闪烁需要两个 合产生 1s 的时钟脉冲。南北方向的红灯用 定延迟30s，南北绿灯用 为 20s，用 设置 3s 的绿灯闪烁，南北黄灯 2s 用 定。东西方向红灯采用 设定延迟 25s，绿灯用 定为 25s，绿灯闪烁 3s 用定，黄灯 2s 用 定。用 合来产生 1s 的时钟脉冲。 分辨率 1 分辨率 10 分辨率 100 图 2序图 南北红 东西绿 东西黄 东西红 南北绿 南北黄 3s 2s 3s 2s 30s 30s 30s 25s 25s 30s 25s 30s 20s 12 2制流程图 3 硬件设计 型及其资源配置 型 首先进行 I/O 端口分析： 启动按钮需要 3 个 ,停止按钮一个，对应 4 个输入端口。12 个交通灯两两一组，每组需要一个输出端口，所以共计 4 个输入， 6 个输出。 北红 南北红 30s 东西绿闪 3s 东西黄 2s 东西绿 25s 南北黄 2s 南北绿 20s 南北绿闪 3s 东西红 25s 东西绿 东西红 南北绿 13 满足要求，但考虑到输出端全 被应用一旦需要丰富其功能需要添加扩展模块，所以直接选用 C/ 列 。 图 3列实物图 14 术配置及其安装尺寸 表 3主要技术参数 技术参数 说明 本机数字量 I/O 14 入 /10 出 本机模拟量 I/O 0 定时器 /计数器 256/256 信口 1 个 高速计数器 6 个 数据存储器 /B 8192 掉电保持 /h 100 模拟量 I/O 映像区 32 入 /32 出 高速脉冲输出 /个 2（ 20C） 脉冲捕捉输入 /个 14 定时中断 /个 2,1辨率 模拟量调节电位器 /个 2（ 8 位分辨率） 实时时钟 内置 扩展模块数量 7 个 15 图 37 扩展模块的安装尺寸 I/O 地址分配 根据控制要求对系统输入、输出信号进行地址分配。 I/O 地址分配表见表 北绿灯 北黄灯 西红灯 西绿灯 西黄灯 并联后公用一个输出点。 表 3通信号灯控制 I/O 地址分配表 输入信号 输出信号 启动按钮 北红灯 北绿灯 北黄灯 止按钮 西红灯 西绿灯 西黄灯 16 硬件设计接线原理图 7 件接线图 17 4 软件设计 程元件 编程元件就是系统软件 把 数据区存储器区域划分出有限数量的小区域，并将这些小区域赋予不同的功能。我们把这些编程元件称为“软元件”，因为它并不是真正的电气元件，只是 部具有固定地址的、拥有一定功能的存储单元。这些软继电器的特点如下： 1.“软继电器”跟实际存在的物理触点是不同的，它也是看不见，摸不着的。 继电器”拥有无限多个常开触点和常闭触点，而且能够被无限次地放在同一程序的任何地方。 继电器”都有相应的地址，比起实际的物理继电器它的体积很小、功耗也低、寿命更长。 入继 电器（ I） 输入继电器就是位于 据存储区的输入映像寄存器。它不能够直接接收来自现场的开关信号，需要有一个物理的输入模块端子在外部与它对应。现场的控制按钮、行程开关、接近开关及各种传感器的输入信号，都是通过输入继电器的物理端子接入到 。 在每个扫描周期的输入采样阶段，将采样信号经过输入电路转换为数字信号存入与输入端子对应的输入映像寄存器中，通过改变输入映像寄存器的相应位状态来供程序执行阶段使用。当外部常开按钮闭合时，则对应的输入映像寄存器的位状态为“ 1”，在程序中其常开触点闭合，常闭触点打开。 注 意：程序指令不能驱动输入映像寄存器的状态，它只能由外部输入信号来驱动。 输入继电器（ I）的地址格式为： 位地址： I字节地址 .位地址 ，如 字节、字、双字地址： I数据长度 起始字节地址 ，如 出继电器（ Q） 的输出继电器也就是输出映像寄存器。其外部有一个物理的输出模块端子 18 与之对应，该输出模块端子可与各种现场被控负载相连，如接触器线圈、指示灯、电磁阀等。 每一个输出模块端子与输出映像寄存器的相应位相对应，或者说以字节为单位的输出映像寄存 器的每 1 位对应 1 个数字量输出端子。在程序执行过程中， 将运行结果存放在输出映像寄存器中，到了每个扫描周期结尾的时候， 批处理方式集中将输出映像寄存器的数值送到输出锁存器，对相应的输出模块端子刷新，作为控制外部负载的开关信号。 输出模块端子是 接向外部负载发出控制命令的窗口。当程序使得输出映像寄存器的某位状态为“ 1”时，相应的输出模块端子开关闭合，对应的外部负载接通；同时，程序中其常开触点闭合，常闭触点打开。 输出继电器（ Q）的地址格式为： 位地址 :Q字节地址 .位地址 ，如 字节、字、双字地址： Q数据长度 起始字节地址 ，如 助继电器（ M） 辅助继电器（或称中间继电器）就是位于 据存储区的内部标志位存储器，其作用和物理的中间继电器相似，用于存放中间操作状态，或存储其他相关数据。辅助继电器没有外部的输入端子或输出端子与之对应，因此它不能受外部输入信号的直接控制，其触点也不能直接驱动外部负载，这是与输入继电器和输出继电器的主要区别。每个辅助继电器对应着数据存储区的一个存储单元，可按位为单位使用，也可按字节、字、双字为单 位使用。 辅助继电器（ M）的地址格式为： 位地址： M字节地址 .位地址 ，如 节、字、双字地址： M数据长度 起始字节地址 ，如 时器（ T） 定时器是 重要的编程元件，是累计时间增量的内部元件。其作用类似于继电器控制系统中的时间继电器，用于需要延时控制的场合。 时器有三种类型：接通延时定时器 开延时定时器 持型接通延时定时器 时器的定时时基有三种： 110100 用时需要提前设置时间设定值，通常 19 设定值由程序赋予，需要时也可通过外部触摸屏等设置。 与定时器相关的有两个变量：定时器当前值和定时器状态位。 定时器当前值为 16 位的有符号整数，用于存储定时器累计的时基增量值 (032767)。 定时器状态位用来描述定时器延时动作的触点状态。当定时器的输入条件满足时开始计时，当前值从 0 开始按一定的时间单位（取决于定时器的定时时基）增加，当定时器的当前值大于或等于设定值时，定时器状态位被置为 1，梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。 定时器（ T）的地址格式为： T定时器号 ， 如 时器的有效地址范围为： T（ 0 255）。 形图编写规则 是为了代替继电器而生的，继电器的功能在它身上都可以实现，它的编程语言中的梯形图就是模拟了继电器控制系统的表示方法，梯形图内各种元件也沿用了继电器的叫法，但它不是真正的物理继电器，只是存储器中的一位，所以被称为“软继电器”。当相应位为“ 1”，时表示该继电器线圈“通电”。为“ 0”时表示“断电”。 流”不是真正的物理电流，术语称为“能流”，是一种运算规则，它的流向与 扫 描过程是一致的，只能从左到右、自上而下，且不允许倒流。“能流”从左母线流到右母线，则线圈被接通。 闭触点不是现场物理开关的触点。它们对应寄存器中的相应位的状态，“ 0”或“ 1”。而不是想当然的把它作为现场物理开关的触点状态。梯形图中的常开触点应理解为“取位状态”操作，常闭触点应理解为“位状态取反 ” 操作 。而且在梯形图中同一元件的一对常开 、 常闭触点的切换没有时间的延迟 ， 常开 、 常闭触点只是位状态相反 。 形图中的输出线圈也不是实际的物理线圈，负载也不能由它直接驱动。输出映像寄存器 的位状态决定输出线圈的状态，而不是由现场物理开关决定。 编程元件的常开、常闭触点可无限次、反复使用，因为存储单元中的位状态可无限次刷新。 20 序是由多个网络组成，每个网络开始于左端，终止于右端，线圈要与右母线直接连接，中间不能插入其它逻辑元件 完成，把 接到左母线上再把逻辑元件接到它的右端。 式下是始终为“ 1”的，逻辑元件接到它的右端相当于接到左母线上。 一个线圈一般只能出现一次，通常不能重复使用，因为根据入先出的工作原理会输出最后一次出现线圈的程序，先前出现的线圈都是无效的。但是它的触点却没有限制可以无限次的使用。同一地址编号的线圈使用两次及两次以上称为双线圈输出，在用 程时是不允许有双线圈输出的。但是在置位、复位指令中，允许出现双线圈输出，置位指令将某继电器线圈置位或激励，复位指令又可将该继电器线圈复位或失励。这时程序中出现的双线圈是允许的，它们实际上是一个继电器线圈的两个输入端。 9. 为了减少读取用户程序步数，缩短 程序扫描的时间，当几个串联支路并联时，应将串联多的触点组安排在最上面；几个并联回路串联时，应把并联回路多的触点组尽量安排在最左边的位置。 控制系统软件设计及其程序说明 形图 主程序 ： 21 22 23 24 25 26 27 子程序： 句表 主程序： 1, D 自锁 1: 启动 1: 停止 : 自锁 1:D 自锁 1:28 1 N 南北红灯 30s: 南北红灯辅助继电器 :N 南北黄灯 2s: 南北红灯 30s:300 自锁 1:B= 1 东西绿灯 25s:D 东西绿灯 25s:N 东西绿灯闪烁 3s: 闪烁脉冲 2: 东西绿灯辅助继电器 :N 东西红灯 25s: 东西绿灯 25s:250 东西绿灯 25s:29 东西绿灯闪烁 3s:30 东西绿灯辅助继电器 : 2, 2 A 东西绿灯闪烁 3s:N 东西黄灯 2s: 东西黄灯辅助继电器 : 东西黄灯 2s:20 东西黄灯辅助继电器 : 3, 3 A 东西黄灯 2s:N 东西红灯 25s: 东西红灯辅助继电器 : 东西红灯 25s:250 南北红灯辅助继电器 : 4, 4 A 南北红灯 30s:30 南北绿灯 20s:D 南北绿灯 20s:N 南北绿灯闪烁 3s: 闪烁脉冲 2: 南北绿灯辅助继电器 : 南北绿灯 20s: 南北绿灯闪烁 3s:30 南北绿灯 20s:200 南北绿灯辅助继电器 : 5, 5 A 南北绿灯闪烁 3s:N 南北黄灯 2s: 南北黄灯辅助继电器 : 南北黄灯 2s:20 31
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