PLC交通灯程序设计Word下载.docx
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4.3PLC的基本指令·
7
5交通信号灯PLC控制系统分析与设计·
5.1控制要求分析·
5.2PLC选型·
8
5.3I/O地址定义·
9
5.4梯形图设计·
6结束语·
10
致谢·
11
附录·
12
参考文献·
17
1绪论
1.1引言
交通灯常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。
绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停车线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。
当今，红绿灯安装在哥哥到路口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
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，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，不过，这时已是“电器信号灯”。
稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。
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号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。
从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。
1.2设计目的及意义
设计目的
（1）掌握系统设计的一般步骤和方法，掌握一个大的系统中个子系统之间的相互作用和相互制约的关系。
（2）运用PLC理论知识设计一个较为完整的交通灯系统。
通过系统设计、写论文等环节，初步掌握工程设计的具体步骤和方法，提高分析问题和解决问题的能力，提高实际应用水平。
（3）通过毕业设计加深对PLC语言和梯形图的运用。
（4）培养对生活周围事物的研究兴趣。
设计意义
让我们进一步熟悉PLC的特点原理及运用，运用所学知识和技能进行简单的设计，得到PLC控制系统的综合训练，培养查阅资料的习惯，训练和提高自学、独立思考的能力。
通过毕业设计，对我们大学几年的学习进行了一次总结，使我们初次体验用自己学到的知识变为生产力的感受，对我们自身的意志的考验和思维的拓广有着非常重要的意义。
2PLC的特点及应用
2.1概述
可编程控制器，简称PLC（ProgrammableLogicController）,它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
它是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。
可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简单，维护方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。
2.2PLC的特点
（1）高可靠性和强抗干扰能力
（2）丰富的I/O接口模块
（3）灵活性好
（4）编程简单易学
（5）系统安装简单，维修方便
2.3PLC的应用
（1）逻辑控制
逻辑控制是PLC最基本的应用，它可以取代传统的继电器控制装置，如机床电气控制、各种电机控制等，可实现组合逻辑控制、定时控制和顺序逻辑控制等功能。
（2）运动控制
PLC使用专用的运动模块，可对直线运动或圆周运动的位置、速度、加速度进行控制，实现单轴、双轴和多轴位置控制，并使运动控制和顺序控制功能有机结合在一起。
（3）闭环过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的闭环控制。
PLC通过其模拟量I/O模块，及数据处理和数据运算等功能，实现对模拟量的闭环控制。
（4）数据处理
现代PLC具有数学运算、数据传递、转换、排序、和查表等功能，可以完成数据的采集、分析和处理等操作。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值进行比较，也可以用通信功能能传送到其他智能装置，或将它们打印制表。
（5）通信联网
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与其他智能设备（如计算机、变频机、数控装置等）之间的通信。
PLC与其他智能控制设备一起可以组成“集中管理、分散控制”式的分布式控制系统。
3PLC的结构及原理
3.1PLC的分类
（1）按结构形式的分类
整体式PLC是将电源、CPU、输入/输出部件等集中配置在一起，装在一个箱体内，通常称主机。
整体式结构的PLC具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格较低等特点，但主机的I/O点数固定，使用上不太灵活。
小型的PLC通常使用这种结构，是用于比较简单的控制场合。
模块式PLC也称积木式结构，即把PLC的各个组成部分以模块的形式分开，如电源模块、CPU模块、输入模块、输出模块等，把这些模块插在底板上，组装在一个机架内。
这种结构的PLC配置灵活、装配方便、便于扩展，但结构复杂，价格较高。
大型的PLC通常采用这种结构，适于比较复杂的控制场合。
叠装式PLC是一种新的结构形式，它吸收了整体式和模块式PLC的优点，如三菱公司的FX2系列PLC，它的基本单元、扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同。
它们不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼接后组成一个整齐的长方体，输入、输出点数的配置也相当灵活。
（2）按容量的分类
PLC的容量主要是指其输入/输出点数。
可分为：
小型PLC：
I/O点数一般在256点一下；
中型PLC：
I/O点数一般在256~1024点之间；
大型PLC：
I/O点数在1024点以上。
（3）按功能的分类
低档机具有逻辑运算、计时、计数等功能，有的有一定的算术运算、数据处理和传送等功能，可实现逻辑、顺序、计时计数等控制功能。
中档机除具有低档机的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务。
高档机除具有中档机的功能外，还具有带符号运算、矩阵运算等功能，使得运算能力更强，还具有模拟量调节、强大的联网通信的功能，能进行智能控制、远程控制、大规模控制，可构成分布式控制系统，实现工厂自动化管理。
3.2PLC的结构
PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机。
它的硬件配置与一般的微机装置类似，主要由中央处理单元（CPU）、输入单元、输出单元、编程器、电源的特殊输入输出单元等组成，如下图所示。
（1）CPU模块：
同一般的微处理机一样，中央处理单元是可编程控制器的主要部分，是系统运算和控制中心。
（2）存储器：
主要用于存放系统程序和应用软件（用户程序及工作数据）。
可编程控制器系统所用存储器基本上由ROM（ReadOnlyMemory，只读存储器），EPROM（ErasablePogrammableReadOnlyMemory,可擦除的只读存储器）及RAM（RandomAssessMemory,随机存储器）3种组成，存储能力的大小随机器的性能而变化。
（3）底板及电源：
底板为总线式结构，内部装有总线控制器的印刷电路板，提供总线插槽和扩展底板接口。
PLC配有开关式稳压电源，用来对PLC的内部电路供电。
（4）I/O模块及特殊I/O模块：
I/O模块是PLC的CPU与现场用户设备进行联系的桥梁。
（5）通信接口模块：
几乎所有的PLC都具备联网通信能力。
3.3PLC的工作原理
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以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
4PLC的编程语言与指令系统
4.1PLC的汇编语言
PLC是专门为工业自动控制而开发的装置，主要适用对象是广大工程技术人员及操作维护人员。
为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC通常不直接采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。
IEC1131-3标准中定义了5种PLC编程语言的表达方式：
（1）梯形图LAD（LadderDiagram）；
（2）语句表STL（StatementList）；
（3）功能模块图FBD（FunctionBlockDiagram）；
（4）结构文本ST（StructureText）；
（5）顺序结构SFC（SequentialFunctionChart）。
4.2PLC的编程元素
（1）输入继电器（X）：
输入继电器是PLC专门用来接受外部输入的开关信号的。
它实际上是一个经光电隔离无触点开关，并不是一般的继电器。
（2）输出继电器（Y）：
输出继电器是PLC用来将其内部输出信号传送给外部负载的，它有3种类型，继电器、双向可控硅和晶体管开关。
（3）辅助继电器（M）：
PLC内部的辅助继电器相当于中间继电器，其线圈与PLC中各器件的内部触点相连，用程序的指令来驱动。
（4）计时器（T）：
计时器又称定时器，相当于电气控制系统中的通电延时时间继电器，在其编号前加T来表示。
（5）计数器（C）：
计数器的作用是提供技术操作，在编号前加C来表示。
（6）移位寄存器：
可以用一组辅助继电器构成移位寄存器使用。
一般用16个点的辅助继电器构成一个移位寄存器，用首位编号作为移位寄存器号使用。
（7）特殊寄存器（M）：
PLC内部有一些特殊的辅助继电器，它们都有专门的用途。
（8）数据寄存器（D）：
在PLC中要对数字量进行传送、比较、运算的操作，就需要用到数据寄存器。
4.3PLC的基本指令
例如F1系列PLC的基本指令有20条，用于完成触点的连接、逻辑运算结果的输出、计时计数和程序控制等功能。
见附录1。
5交通信号灯PLC控制系统分析与设计
5.1控制要求分析
（1）信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
当起动开关断开时，所有信号等都熄灭。
（2）南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。
（3）系统工作后，南北红灯亮维持25s；
与此同时，东西绿灯亮维持20s，然后闪烁3s后熄灭，黄灯亮并维持2s后熄灭，红灯亮。
同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
（4）东西红灯亮维持30s；
与此同时，南北绿灯亮维持25s，然后闪烁3s后熄灭，黄灯亮，并维持2s后熄灭，红灯亮。
同时，南北红灯亮，东西绿灯亮。
（5）周而复始。
交通指挥信号灯控制系统工作时，对指挥灯的控制要求按一定顺序进行，如下图所示。
2、PLC选型
根据对交通指挥信号等控制系统控制要求的分析，系统采用自动工作方式，其输入信号有系统启动、停止按钮信号；
输出信号有东西方向、南北方向各两组指示灯驱动信号和故障指示灯驱动信号。
由于每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为节省输出点数，可采用并联输出方法。
根据以上分析，此系统属小型单机控制系统，其中控制器的选型范围比较宽，可选用三菱公司的F1系列PLC。
F1系列PLC是三菱公司的低档机，属于整体式结构，可以配置不同的单元：
基本单元、扩展单元和特殊单元。
基本单元内含有CPU、存储器和I/O电路，要增加系统的I/O点数，可以链接扩展单元；
要增加系统的控制功能，则可以连接相应的特殊单元。
在本系统中，配置基本单元就可以满足控制要求，即选用F1-20MR型PLC作为控制器构成交通指挥信号灯的控制系统。
当启动PLC时，南北方向绿灯亮25s，同时马路东西方向红灯亮20s；
25s后马路南北方向绿灯闪烁3次（频率1s/次）后，改为黄灯亮2s，之后马路南北红灯亮并维持30s；
此时马路东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然后绿灯闪烁3次（频率1s/次）后转为黄灯亮2s。
如此一直循环，示意图如下。
3、I/O地址定义
PLC控制系统的I/O地址定义如下表所示。
序号
输入元件
输入地址
输出元件
输出地址
启动按钮
X400
南北绿灯
Y030
停止按钮
X401
南北黄灯
Y031
南北红灯
Y032
警灯（故障指示）
Y033
东西绿灯
Y034
东西黄灯
Y035
东西红灯
Y036
根据I/O地址的定义，PLC外部输入输出信号的接线图如下图所示。
其中，每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯并联，用PLC的同一个输出端口，从而减少了对PLC输出点数目的要求。
4、梯形图设计
根据交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O地址定义，可进行控制程序的设计，设计的梯形图程序见附录2，梯形图对应语句见附录3。
说明如下：
当按下启动按钮，X400接通，辅助继电器线圈M100得电，Y032线圈得电，南北红灯亮；
与此同时，Y032的常开触点闭合，Y034线圈得电，东西绿灯亮。
延时20s后，T556的常开触点接通，与该触点串联的T452的常开触点产生0.5s接通和0.5s断开的时钟脉冲信号，从而使东西绿灯闪烁。
再过3s，T557的常闭触点断开，Y034线圈失电，东西绿灯熄灭。
此时T557的常开触点闭合，Y035线圈接通，东西黄灯亮。
再过2s后，T555的常闭触点断开，Y034线圈失电，东西黄灯灭，这是启动T550进行延时。
延时2s后，T550的常闭触点断开，Y032线圈失电，南北红灯灭；
同时，T550的常开触点闭合，Y036接通，东西红灯亮；
由于Y036的常开触点闭合，Y030线圈得电，南北绿灯亮。
6结束语
本设计分析了城市交通指挥信号灯的控制问题，给出了PLC控制系统方案和控制程序。
PLC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，它也越来越多的应用到了复杂的分布式控制系统中。
有PLC控制十字路口的交通灯，维护方便，可按需要随意修改交通灯亮的时间，更是体现了城市管理工作的现代化。
在实际应用中，采用PLC控制城市交通指挥信号灯，还能容易得随时修改控制程序，以便改变各信号灯上的工作时间和工作状况，满足不同交通路况要求。
与继电器或硬件逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具备更大的灵活性和通用性。
在这次课程设计中，我不仅把知识融会贯通，而且在查阅资料的过程中，也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向。
在设计过程中也遇到了很多问题，也都通过查资料等方式解决了，发现设计中的缺陷不足，最后也都完善了，虽然过程比较复杂。
通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。
使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用的编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好基础。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好的开端，毕业设计是我对多学知识理论的检验和总结，能够提高设计着独立分析和解决问题的能力；
使我在校期间向学校所交的最后一份综合性作业。
总之，的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完有种如释重负的感觉。
此外，还明白有些东西以为学会了，但真正用到的时候才发现是两回事，所以我认为只有真正会用了才是真的学会了。
致谢
大学生活即将划上一个句号，而我的人生却只是一个逗号，我真正的面对社会。
感谢几年来培养我的母校，感谢老师和同学。
这几年虽然在学习的过程中，枯燥的理论知识，单调的实验课程满满地充斥其中，却也从中收获颇多。
从开始选课题到论文顺利完成，中间磕磕绊绊，索性问题都解决了，其中不乏帮助我的师长同学们。
在这几年的大学生活中，因为有了他们对我的帮助和指点，才能有这几年精彩的大学生活。
最后，再次感谢在毕业设计中提供帮助的老师和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。
附录
附录1
指令
功能
目标元素
说明
LD
逻辑运算开始
X、Y、M、T、C、S
常开触点
LDI
常闭触点
AND
逻辑“与”
ANI
逻辑“与反”
OR
逻辑“或”
ORI
逻辑“或反”
ANB
块串联
无
ORB
块并联
OUT
逻辑输出
Y、M、T、C、S、F
驱动线圈
RST
计数器、移位寄存器复位
C、M
用于计数器和移位寄存器
PLS
脉冲微分
M100~M377
SFT
移位
M
S
置位
M200~M377、Y、S
R
复位
MC
主控
M100~M177
用于公共串接接点
MCR
主控复位
CJP
条件跳转
700~777
EJP
跳转结束
NOP
空操作
END
程序结束
附录2
附录3
步序
器件
M100
T554
T550
#K25
#K30
13
14
15
T556
16
#K20
18
T557
19
#K3
20
21
T555
22
#K2
23
24
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