机电一体化职业文章

1、综合评审机电一体化职业文章（国家职业资格二级）文章类型：论文文章题目：交通灯姓名： 准考证号：所在省市： 摘要随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器plc、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而单片机编程复杂不容易掌握，因此，最终我们选择了

2、用可编程的控制器plc来实现系统功能的设计。 plc可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。由于plc具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将plc应用于交通灯系统中。同时,plc本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。目录摘要(2)第一章 绪论.(4)1

3、.1 交通灯的发展史(4)1.2 研究背景(5)1.3 交通灯控制技术现状(5)第二章 plc功能简介(6)2.1 plc的产生和和发展(6)2.2 plc的内部结构(7)2.3 plc的工作原理(8)2.4 plc的主要功能(9)2.5 plc的发展趋势(11)第三章 方案设计(12)3.1 控制要求(12)3.2 主电路(13)3.3 i/o分配(13)3.4 梯形图(14)3.5指令表(23)总结(23)致谢(24)参考文献.(24)第一章 绪论1.1交通灯的发展史1、起源19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未

4、婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德·哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 ，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，2、红绿黄交

5、通灯的出现随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信

6、号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。3、交通灯颜色对视觉的影响实,用这三色来作交通讯号和人的视觉机能结构和心理反应有关。 我们的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞。杆状细胞对黄色的光特别敏感，三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球，对蓝光敏感的感光细胞较少，所以分辨颜色，还是以红、绿色为佳。颜色也有活动的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。绿色则有较冷及平静的含意。因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。 而且，由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见

7、，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会发生事故。所以我们用红色表示禁止。1.2研究背景可编程控制器是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器，简称plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称pc。但是为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程控制器简称plc。随着生活的质量越来越高，车辆也越来越多，随之而来的交通事故也发生的更加频繁。十字路口更是拥挤不堪,基于交通灯控制要求也就越来越高，交通灯的设计有很多实现的方法，从交通

8、灯的重要性看来,交通灯工作一定要稳定可靠。1.3交通灯控制技术现状随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。

9、第二章 plc功能简介2.1 plc的产生和发展 1969年，美国数字设备公司研制出来第一台plc，型号为pdp-14，用它取代了传统的继电器接触器控制系统，在美国通用汽车公司的汽车自动装配线上使用，取得了巨大的成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点，很快在美国其他领域推广应用。国际电工委员会在1987年2月颁布的可编程控制器标准草案的第三稿中将plc定义为：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过

10、数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。目前，世界上的plc 产品按地域可分为三大类：国、欧洲、日本产品。美国和欧洲的plc技术是在相互隔离的情况下研究开发的，产品具有明显的差异性；日本的plc技术是从美国引进的，对美国的plc产品具有一定的继承性。日本的主推产品定位在小型plc上，而欧美一大中型plc为主。德国的西门子公司、aeg公司、法国的te公司是欧洲著名的plc制造商。日本的小型plc最具有特色，某些需要用欧美的中型机或大型机才能实现的控制，日本的小型机就可以解决，所以十分受用

11、户欢迎。日本有许多plc制造商，如：三菱、欧姆龙、松下等。三菱公司的plc是较早进入中国市场的产品。其中fx2系列是在90年代开发的整体式高功能小型机，它配有各种通信适配器和特殊功能单元。本课题就采用最近几年推出的fx2n系列产品。目前，我国有许多自主研发的plc设备，如中国科学院自动化研究所的plc-0088，北京联想计算机集团公司的gk-40，上海机床电器厂cky-40等。2.2 plc内部结构和控制系统1） plc内部结构plc主要有cpu模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（编程软件）组成，cpu模块通过输入模块控制现场的控制信号读入cpu模块的存储器中，经过用户程序处理后，再将控制

12、信号通过模块外部控制现场的执行机构。2） 接线程序控制系统在传统的继电器和电子逻辑控制系统中，通过不同的导线连接方式来连接继电器，接触器，电子元件等来实现控制任务的逻辑控制部分。这种控制系统称为接线程序控制系统。在接线程序控制中，控制功能的更改必须通过导线的连接才能实现。如图所示： 3） 存储程序控制系统存储程序控制系是将控制逻辑以程序语言的形式存放在存储器中，通过执行存储器中的程序实现系统的控制要求。在存储程序控制系统中，控制功能的更改只需改变程序而不必改变导线的连接就能实现。如图所示：plc主要有cpu模块、输入模块、输出模块、电源和编程器（编程软件）组成，cpu模块通过输入模块控制现场的

13、控制信号读入cpu模块的存储器中，经过用户程序处理后，再将控制信号通过模块外部控制现场的执行机构。2.3 plc的工作原理1） 循环扫描工作方式plc用户程序的执行采用循环扫描工作方式。它有两种基本的工作模式，运行模式和停止模式，如图所示：停止模式。在停止模式下，plc只进行内部处理和通信服务工作。在内部处理阶段，plc检查cpu模块内部的硬件是否正常，进行监控定时器复位等工作。在通信服务阶段，plc与其他的带cpu的智能装置通信。运行模式。在运行模式下，plc还要完成输入处理、程序执行和输出处理三个阶段的工作。输入处理阶段，plc以扫描方式按顺序将所有输入信号的状态读入到输入映像寄存器中存储

14、起来，对输入信号的采样。程序执行阶段，cpu反复执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能，为了使plc的输出及时响应随时可能变化的输入信号，用户程序要不断地来重复执行，指导plc停机或切换到停止模式。输出处理阶段，plc将程序执行中存入输出映像寄存器中的内容庄村到输出锁存电路，再通过输出驱动用户输出设备，这也plc的实际输出。2） plc对输入输出的处理规则 输入映像寄存器中的数据，取决于本次扫描周期输入采样阶段刷新的状态。 输出映像寄存器中的数据，由程序中的输出指令的执行结果决定。 输出锁存电路中的数据，取决于上一次扫描周期输出刷新阶段的刷新状态。输出端子上的输出状态，由输出锁存电路中的数据

15、决定。程序执行过程中所需的输入输出数据，由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出。如图所示：3）输入输出滞后时间输入输出滞后时间是指plc的外部输入信号发生变化的时刻至它所控制的外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔。滞后现象对于一般的工业设备是完全允许的，但对某些需要对输入做出快速响应的实时控制设备，滞后现象有是必须克服的，在硬件上可采用快速响应模块、高速计数模块等，在软件上可采用改变信息刷新方式、运用中断处理、调整输入滤波器参数等措施加以克服。24 plc主要功能1） 逻辑控制功能逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是plc的最基本功能之一。plc设置有“与”（and）、“或”（or）、“非”

16、（not）等逻辑指令，根据外部现场（开关、按钮或其它传感器）的状态，根据指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、电机等）。因此，plc可代替继电器进行开关控制，完成接点的串联、并联、串并联、并串联等各种连接。另外，在plc中一个逻辑位的状态可以无限次的使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。2） 定时控制功能定时控制功能是plc的最基本功能之一。plc中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，plc将根据用户用定时器指令指定的定时器对某个操作进

17、行限时或延时控制，以满足生产工艺的要求。3） 计数控制功能 计数控制功能是plc的基本功能之一。plc为用户提供了许多计数器，计数器记到某一个数时，产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中进行修改。程序执行时，plc将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数，以完成对某个计数过程的计数控制。4）步进控制功能plc为用户提供了若干个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下，自动进行下一道工序。有些plc还专门设置了用于步进控制的步进

18、指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用都极为方便。5）数据处理功能 plc大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。中、大型plc数据处理功能更加齐全，可完成开方、pid运算、浮点运算等操作，还可以和crt、打印机相联、实现程序、数据的显示的打印。6）回路控制功能 有些plc具有a/d、d/a转换功能，可以方便的完成对模拟量的控制和调节。7）通讯联网功能 有些plc采用通讯技术，实现远程i/o控制、多台plc之间的同位链接、plc与计算机之间的通讯等。8）监控功能 plc设置了较强的监控功能，利用编程器或监视器，操作人员对plc有关部分的

19、运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变plc内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。9）停电记忆功能 plc内部的部分存储器所使用的ram设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证存储器中信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持plc断电后的数据内容不变。plc电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。10）故障诊断功能 plc可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。plc的故障自诊断功能大大提高了plc控制系统的

20、安全性和可维护性。2.5 plc的发展趋势随着计算机科学的发展和工业自动化愈来愈高的需求，可编程控制技术得到了飞速的发展，其技术和产品日趋完善。仅仅将plc理解为开关量控制的时代己经过去，plc不仅以其良好的性能满足了工业生产的广泛需要，而且将通信技术和信息处理技术融为一体，其功能也日趋完善。今后，plc将主要朝着以下两个方向发展:一个是向超小型专用化和低价格方向发展;另一个是向高速多功能和分布式自动化网络方向发展。2.6 plc的优点 从性价比、安装使用方便等方面来分析，使用plc来设计交通灯，不但性能稳定，而且一次安装可以使用长达30年之久，在市场上有强的竞争力，而且从编程上来分析，plc

21、编程简单易学，容易看懂，不象单片机编程那么复杂。再次从安装上来分析，plc安装简单，维修方便同时更能保证系统的稳定运行。第三章 方案设计3.1 控制要求1）启停控制信号灯受一个启动按钮控制，当启动开关按下时，交通信号灯系统、行人信号灯系统开始工作，进入第一循环工作。当停止按钮按下时，交通信号系统、行人信号灯系统停止工作。2）当人流量较大时，按下控制按钮，南北向和东西向向人行绿灯都亮57秒，然后闪烁3秒后熄灭，提醒人赶快通过马路。进入下一个循环。南北向交通红灯亮维持60秒，东西向交通红灯亮维持60秒，然后闪烁3秒，进入第一个循环。3）第一个循环，在南北向交通灯红灯亮25秒的同时，东西向交通灯红亮

22、75秒，南北向左转弯绿灯亮25秒后熄灭，东西、南北向人行道红灯亮25秒。然后南北向绿灯亮47秒。在东西向行人绿灯亮的同时，东西向行人绿灯亮47秒，东西向行人红灯亮50秒。东西向交通黄灯闪烁3秒后熄灭，南北左转弯红灯亮50秒，南北向黄灯闪烁3秒，东西向人行绿灯闪烁3秒。进入第二个循环。4）第二个循环，在东西向交通灯红灯亮25秒的同时，南北向交通灯红亮75秒，东西向左转弯绿灯亮25秒后熄灭，南北向人行道红灯亮25秒。然后东西向绿灯亮47秒。在南北向行人绿灯亮的同时，南北向行人绿灯亮47秒。南北向交通黄灯闪烁3秒后熄灭，东西左转弯红灯亮50秒，南北向黄灯闪烁3秒，南北向人行绿灯闪烁3秒。5） 按下夜

23、晚模式控制按钮，交通信号灯黄灯闪烁，人行绿灯闪烁。3.2 主电路3.3 i/o分配 输入量：启动按钮 ：停止按钮：人流控制按钮：夜晚模式按钮：输出量：交通南北向红灯：交通东西向红灯：交通南北向绿灯：交通东西向绿灯：交通南北向黄灯：交通东西向黄灯：人行南北向红灯：人行东西向红灯：人行南北向绿灯：人行东西向绿灯1:交通南北向左转弯绿灯 1：y12交通东西向左转弯绿灯2：y13交通南北向左转弯红灯 h l 1 3：y14交通东西向左转弯红灯 h l 1 4：y15.梯形图3.4 指令表总结三菱系列fx2n plc具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。plc还具有功能强，适应面广的特点。今天的plc已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，不仅在交通灯中控制自如，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。由plc控制十字路口的指示灯,维护方便,可按需要随意修改指示灯亮的时间,更是体现了城市管理工作的现代化。城市交通灯控制采用plc比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，plc还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯