[工学]基于PLC技术的交通灯设计.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要自动控制装置的先进程度是体现工业自动化水平的重要标志。随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器已经成为工业控制的标准设备之一。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器,简化控制线路、提高系统可靠性,是PLC的最大优点；根据实际工艺要求,借助于顺序功能图和梯形图来编制用户控制程序,实现单台设备或生产过程的顺序控制,则是PLC的主要功能之一。本课题是对可编程控制器的顺序控制进行实际的应用，通过欧姆龙的CPM1A可编程控制软件对十字路口交通灯编写来研究顺序控制在使用中的作用。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。关键词： PLC、CX-Programmer、CD4511、顺序控制、梯形图、数码管显示AbstractThe advanced degree that the automatic control equips is the important sign that embodies industry automation level.Along with the fast fierce development of the calculator technique and the micro-electronics technique, the programmable preface controller has already become one of the standard equipmentses of industrial control.Weaving the distance"soft component" to replace with the inner part after a great deal of time in the electric appliances logic control electric circuit after the electric appliances and in the center simplifying control circuit and raising system credibility after the electric appliances is PLC the biggest advantage;Request according to the actual craft, ask for help from in proper order function diagram and trapezoid diagram to draw up customer control procedure, carry out single set equipments or the in proper order control of production line, then one of the PLC main functions.This topic carries on an actual application to the in proper order control of programmable controller and pass the CPM1 A programmable control software of Mu dragon in Europe to write to the intersections transportation light to study an in proper order control in the function in the usage.Along with the development of social economy, transportation problem in the city more and more causes the concern of people.Person, car and road three relate to of coordination, have become a transportation management the section need one of the important problems for working out.The transportation control system in city is to used for a transportation data monitor in city, traffic sign light control and the calculator that transportation appease synthesize management system, it is modern city transportation to supervise and control conductor to constitute most importantly in the system part.Keyword:PLC, CX-Programmer, CD4511, in proper order control, the trapezoid diagram, figures tube show目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题目的11.3 国内外现状2第2章PLC的概述32.1 PLC的发展历程32.2 PLC的构成42.3 PLC的特点92.4 PLC的功能102.5 PLC的工作原理11本章小结11第3章硬件系统设计123.1 交通灯显示的设计123.2 倒计时显示的设计123.2.1 七段共阴极数码管的引脚图133.2.2 CD4511的使用说明133.3 PLC的I/O点的分配15本章小结15第4章软件设计164.1 控制时序和流程图164.2 OMRON编程软件概述174.3 OMRON编程语言概述204.3.1 梯形图程序设计语言214.3.2 布尔助记符程序设计语言214.3.3 功能表图程序设计语言214.3.4 功能模块图程序设计语言224.3.5 结构化语句描述程序设计语言234.4 交通灯程序的设计234.4.1 急通车道的设计234.4.2 交通灯交替顺序控制设计244.4.3 倒计时程序的设计25本章小结27第5章 交通灯的整机调试285.1 硬件的调试285.2 程序设计的调试28本章小结29结 论30致 谢31参考文献32附录1 硬件连接电路图33附录2 软件程序图34附录3 译文44附录4 英文参考资料49-48-第1章 绪论1.1 课题背景编程控制器简称PLC，是20世纪60年代以来发展极为迅速、应用面极为广泛的工业控制装置，是现代工业自动化的三大支柱之首。它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入输出，完成确定的逻辑、顺序、定时、计数、运算和一些确定的功能，来控制各种类型的机械设备或生产过程。自动控制装置的先进程度是体现工业自动化水平的重要标志。随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器已经成为工业控制的标准设备之一。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器,简化控制线路、提高系统可靠性,是PLC的最大优点；根据实际工艺要求,借助于顺序功能图和梯形图来编制用户控制程序,实现单台设备或生产过程的顺序控制,则是PLC的主要功能之一。1.2 课题目的本课题是对可编程控制器的顺序控制进行实际的应用，通过欧姆龙的CPM1A可编程控制软件对十字路口交通灯编写来研究顺序控制在使用中的作用。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。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管明该系统实现简单、经济，能够有理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。1.3 国内外现状21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。在中国机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等地出现了交通超负荷运行的情况，交通事故的问题也越来越严重。并且由于各种特殊车辆（如120急救车、119火警车、110警车及各种特种车辆）在紧急情况之下不受红灯限制，也给交通带来很多不便，甚至造成交通事故。而且，目前大多数交通灯在同一时刻都会出现两个或两个以上方向同时为绿灯的情况，也增加了交通事故的发生率。因此，设计一种专为特殊车辆通过而不至于引发任何交通事故、正常交通控制时任何时刻只有一个方向通行绿灯的现代化智能交通灯控制系统是迫切需要的。第2章PLC的概述2.1 PLC的发展历程 PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC。虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段： 一. 早期的PLC(60年代末70年代中期) 早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它在硬件上以准计算机的形式出现，在I/O接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图。因此，早期的PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂，便于安装，体积小，能耗低，有故障指使，能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图一直沿用至今。 二. 中期的PLC(70年代中期80年代中，后期) 在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。 这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大。 三. 近期的PLC(80年代中、后期至今) 进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。 2.2 PLC的构成PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，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可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。相同如图2-1所示：图2-1 PLC的构成（一）中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先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，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将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。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO数量及软件容量等，因此限制着控制规模（二）存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。1 PLC 常用的存储器类型（1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。（2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存储器内容)。（3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。2 PLC存储空间的分配 虽然各种PLC 的CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据PLC 的工作原理其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区；系统RAM 存储区(包括I/O 映象区和系统软设备等)；用户程序存储区。（1）系统程序存储区在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化在EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该PLC 的性能。（2）系统RAM 存储区系统RAM 存储区包括I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。I/O 映象区，由于PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设，因此它需要一定数量的存储单元(RAM)以存放I/O 的状态和数据，这些单元称作I/O 映象区，一个开关量I/O 占用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量I/O 占用存储单元中的一个字(16 个bit)， 因此整个I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量I/O 映象区，模拟量I/O 映象区。系统软设备存储区除了I/O 映象区区以外，系统RAM 存储区还包括PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不会遗失，后者当PLC 断电时数据被清零。1) 逻辑线圈与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。2) 数据寄存器与模拟量I/O 一样，每个数据寄存器占用系统RAM 存储区中的一个字(16bits) ，另外PLC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。3) 计时器4) 计数器（3）用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的PLC 其存储容量各不相同。（三）电源PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将PLC 直接连接到交流电网上去。（四）I/O 模块PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模块相反。I/O分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的I/O分类如下： （1）开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。 （2）模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 （3）除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 （4）按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。 （五）PLC系统的其它设备 编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。 人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。 （六）PLC的通信联网 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。（七）外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：（1）编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。 （2）监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 （3）存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。 （4）入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。 了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳。2.3 PLC的特点PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强； 为了限制故障的发生或者在发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。2. 通用性强，控制程序可变，使用方便；PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3. 功能强，适应面广；现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4. 编程简单，容易掌握；目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5. 减少了控制系统的设计及施工的工作量； 由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6. 体积小、重量轻、功耗低、维护方便；PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.4 PLC的功能PLC功能有下面几点：1. 顺序控制：这是可编程控制器最广泛应用的领域，取代了传统的继电器顺序控制，例如注塑机、印刷机械、订书机械，切纸机、组合机床、磨床、装配生产线，包装生产线，电镀流水线及电梯控制等。程控：在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液体、速度、电流和电压等，称为模拟量。可编程控制器有A/D和D/A转换模块，这样，可编程控制器可以作模拟控制用于程控。2. 数据处理：一般可编程控制器都设有四则运算指令，可以很方便地对生产过程中的资料进行处理。用PLC可以构成监控系统，进行数据采集和处理、控制生产过程。较高档次的可编程控制器都有位置控制模块，用于控制步进电动机，实现对各种机械的位置控制。3. 通信联网：某些控制系统需要多台PLC连接起来使用或者由一台计算机与多台PLC组成分布式控制系统。可编程控制器的通信模块可以满足这些通信联网要求。4. 显示打印：可编程控制器还可以连接显示终端和打印等外围设备，从而实现显示和打印的功能。2.5 PLC的工作原理PLC(Power Line Communication)即电力线通信是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。迄今，PLC技术已经有几十年的发展历史，在技术发展的各个阶段，电力系统已经得到了不同的应用。在高压输电网（35kV以上）、中压输电网（10kV-35kV）以及低压(10kV以下)的各个领域，数据传输的通讯数率不断提高。现阶段，在低压配电网上传输数率已由1Mbps发展到2Mbps、14Mbps、24Mbps、45Mbps甚至达到100Mbps和200Mbps的高速率，传输距离可达300米。在中压配电网传输技术方面，高于10Mbps数据信号的设想和方案也日益引起人们的重视并开发成功。 PLC的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现可靠的电力线高速数据通信。本章小结通过本章对PLC的原理、特点、功能、发展做简单的介绍，加深了对PLC的了解，为接下来对PLC的应用，提供了理论基础。第3章 硬件系统设计硬件电路的设计是为了保证PLC能在现场中运行，硬件设计不仅包括了电路板的设计，还包括了PLC I/O点的分配。这也是至关重要的，程序通过I/O点的输入输出，来完成逻辑量控制的显示。3.1 交通灯显示的设计由于十字路口交通灯的是有两条直行道组成的，所以东西方向和南北方向的交通灯可以如图3-1进行连接：L1L2L3L4L5L6 图3-1 交通灯连接图3.2 倒计时显示的设计十字路口信号灯的倒计时，如果完全使用PLC的一个输出点控制一排LED灯的显示方法的话，那么一个七段数码管至少需要7个输出点。实验室的OMRON PLC的输出点只有16个，远远不够实现倒计时的方式，并且出于节约PLC输出点的方式，加入CD4511译码，取消PLC的直接译码，这样不仅大大的节约了输出点，而且也能完全实现倒计时功能。由于4个数码管的线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，4位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方式轮流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时,人眼不能感觉其变化，所以每位显示的间隔不能超过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足；如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，故常采用动态扫描方式。3.2.1 七段共阴极数码管的引脚图通过对七段共阴极数码管引脚与CD4511的连接。如图3-2 图3-2 七段共阴极数码管引脚图3.2.2 CD4511的使用说明CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。CD4511引脚图如图3-3 图3-3 CD4511引脚图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。3.3 PLC的I/O点的分配 通过I/O分配使PLC程序输入输出确定。如表3-1：表3-1 I/O点分配输入单元输出单元名称代号输入点名称代号输出点名称代号输出点启动/停止SB10.00南北红灯L410.00CD4511A111.00南北急通SB20.01南北黄灯L510.01A211.01东西急通SB30.02南北绿灯L610.02A311.02东西红灯L110.03A411.03东西黄灯L210.04南北个位LE111.04东西绿灯L310.05南北十位LE211.05东西个位LE311.06东西十位LE411.07本章小结 本章通过对交通灯的硬件方面的设计，并对PLC的输入输出点的分配，实现硬件方面的连接，为PLC的现场调试提供了现场环境。第4章 软件设计 对于软件设计，先要对软件设计有总体的思路，也就是指逻辑顺序控制的方法及软件流程的设计，同时也要对所用软件和编程语言的认知，才能进行软件编程的设计。4.1 控制时序和流程图通过时序图和流程图，对交通灯程序整体框架有所了解，为后面的程序编写提供编程整体思想。时序图4-1，流程图4-2.南北黄灯南北绿灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯12S2S4S14S18S12S2S4S14S18SSB1ONOFF图4-1十字路口交通灯正常运行状态时序图运行东西绿灯亮东西黄灯亮东西红灯亮南北红灯亮南北黄灯亮南北绿灯亮急通车切换东西黄灯亮南北红灯亮YN东西方向急通车南北黄灯亮东西红灯亮YN南北方向急通车14S4S18S14S4S18S10S启动 图4-2 程序流程图4.2 OMRON编程软件概述编程软件是指在个人计算机上运行的、PLC厂家提供的、用于PLC编程的工具软件。早期运行在DOS环境下，而今都运行在Windows系统下，也都是Windows的界面。而且，所有PLC厂商在提供PLC硬件的同时，也都提供编程软件，尽管有的厂家的软件是单独收费的。没有编程软件，而有没有编程工具，那所买的PLC就无法使用。OMRON的编程软件为CX-One，集成了OMRON的PLC和Components的支持软件，提供了一个基于CPS（Component and Network Profile Sheet）集成开发环境。主要有：CX-Programmer（用于编程）、CX-Simulator（用于编程仿真）、NS-Designer（用于可编程终端编程）、CX-Motion（用于运动控制编程）、CX-Protocol（用于通信编程）、CX-ProcessTool（用于模拟量控制编程）、CX-Server（用于网路配置和管理）。编程软件的主要功能有：（1）编程 编写PLC的程序，并可进行相关语法的检查。（2）上、下载程序 把已编号的程序下载给PLC，或从PLC上读取已有程序。（3）监控 监控其PLC的工作，包括回路监视、软元件同时监视、软元件登陆监视等。（4）调试 测试在PLC上的程序能否正常运行。OMRON也可使用仿真软件，在计算机上对所编的程序进行仿真调试。（5）PLC诊断 诊断PLC状态，查找其故障记录。（6）设定 可对PLC进行种种设定，以确保其能正确工作。 编程软件几乎都是完全视窗风格的界面。尽管界面的水平有所差别，但都有窗口、菜单、工具条。状态条。否可用鼠标操作与键盘操作。并可打开多个例程、多个窗口、多个PLC、多个程序、多个段进行处理。CX-P编程软件界面的外观下图所示。编程界面包括标题栏、菜单条、工具条、状态栏以及5个窗口（可用“视图”菜单中的“窗口”项来选择显示窗口），下面将简单介绍各部分的功能。1、菜单条 1）文件菜单可完成如新建、打开、关