人行道和车道指示灯PLC控制系统设计.docx
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人行道和车道指示灯PLC控制系统设计
摘要：
本设计主要介绍三菱FX系列可编程控制器，对人行道指示灯的控制，阐述控制方案。
实现人行道交通灯的方法这有多种方法，可以采用早期的模拟数字电路技术，或是模拟电路与数字电路的混合电路，随着科技发展，现在也采用可编程控制器来控制。
本设计主要采
-16MR-001型PLC作为核心控制器对人行道交通灯的控制设计.采用顺序功能图设计法,设计出顺序功能图,梯形图指令,指令表程序,并进行程序调试.
第1章可编程控制器概述
1.1PLC的定义特点.
1.1.1PLC的定义
可编程控制器是在传统顺序控制器的基础上引入微电子技术.计算机技术,自动控制技术和通信技术而形成的新型工业控制装置.早期的可编程控制器在功能上只能进行逻辑控制,因此称它为可编程逻辑控制器（CprogrammableLogiccontroller.PLC）随着技术的发展国外一些厂家采用微处理器（Microprocessor）作为中央处理单元,使其功能大大增强,现已经广泛应用于工业控制的各个领域.1980年美国电器制造商协会（NEMA）将它命名为可编程控制器（Programmable.Controller.PC）由于个人计算机简称PC为避免混淆可编程控制器仍简称PLC.
国际电工委员会（IEC）曾于1987年2月对可编程控制器的定义是:
“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.它采用了可编程的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和计数操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程”
1.12PLC的特点
1可靠性高，抗干扰能力强
PLC是为工业控制而设计的，可靠性高，抗干扰能力强是它重要的特点之一。
PLC的平均无故障间隔时间可达几十万小时。
PLC在硬件和软件上均采用了提高可靠性的措施。
2编程简单、使用方便。
PLC的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言。
近年来又发展了面向对象的顺序功能图语言，使编程更简单方便。
3通用性好，组合灵活。
PLC是通过软件来实现控制目的，同一台PLC可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实现不同的控制要求，充分体现了灵活性和通用性。
4、功能完善，适应面广。
PLC不仅可以完成逻辑运算、计数、定时和算术运算功能。
配合特殊功能模块还可实现定位控制、过程控制和数字控制等功能。
5、体积小，功耗低。
PLC是采用半导体集成电路制成的，因此具有体积小，重量轻，功耗低的特点。
6、设计施工周期短。
1．2PLC的分类
1．2．1按结构形式分类
根据PLC的结构形式可将PLC分为整体式和模块式两类。
1、整体PLC是将电源、CPU、存储器及I/O等各个功能集成在一个机壳内，其特点是结构紧凑，体积小、价格低。
小型PLC一般多采用这种结构。
2、模块式PLC是将电源模块、CPU模块、I/O接口模块作为单独的模块安装在同一底版或框架上的PLC。
其特点是配置灵活、装配维护方便。
大、中型PLC多采用这种结构。
1．2．2按I/O点数和存储容量可将PLC分为大型、中型、小型三类。
1、I/O点数在256点以下存储容量为2K步的为小型PLC。
2、I/O点数在256~2048点之间，存储容量为2K~8K步之间的为中型PLC。
3、I/O点书在2048以上。
存储容量为8K步以上的为大型PLC。
1.3PLC的应用领域
随着微电子技术的快速发展，PLC的制造成本不断降低，而功能却不断增强，目前，在先进工业国家PLC已成为工业控制中的标准设备，应用领域已覆盖整个工业企业，概括起来主要应用在以下几个方面：
1逻辑控制2过程控制
3运动控制4通信联网
5数据处理
第2章PLC指令系统
2.1FX系列PLC的基本逻辑指令
2.1.1LD、LDI、OUT指令
LD：
取指令，是从左母线取常开触点指令，表示常开触点与母线相连。
操作对象有:
X、Y、M、S、T、C
LDI：
取反指令，是从左母线上去常闭触点指令，表示常闭触点与母线相连。
操作对象有：
X、Y、M、S、T、C
OUT：
输出指令，表示对输出继电器Y、辅助继电器M、状态继电器S、定时器T、计数器C的线圈进行驱动的指令，但不能用于输入继电器。
2.1.2触电的串并联指令
1AND、ANI指令
AND：
与指令，用于单个常开触点的串联，操作对象有：
X、Y、M、S、T、C
ANI：
与非指令，用于单个常闭触点的串联，操作对象有：
X、Y、M、S、T、C
AND和ANI串联的触点数量无限制，并且可以多次使用。
2OR、ORI指令
OR：
或指令，用于单个常开触点的并联，操作对象有：
X、Y、M、S、T、C
ORI：
或非指令，用于单个常开触点的并联，操作对象有：
X、Y、M、S、T、C
OR、ORI指令紧接在LD、LDI指令后使用，亦即对LD、LDI指令规定的触点再并联一个触点，并联次数无限制。
2.1.3电路块的串并联指令
1．串联电路的并联指令
ORB：
多触点电路块的并联连接指令。
ORB指令是不带操作元件的指令。
2.并联电路的串联指令
ANB：
多触点电路块的串联连接指令。
ANB指令是不带操作元件的指令。
2.1.4置位与复位指令
1.SET：
置位指令，使操作保持ON的指令。
2.RST：
复位指令，使操作保持OFF的指令。
2.1.5取反指令
INV：
取反指令，表示将INV指令电路之前的运算结果取反。
在梯形图上用一条短斜线表示，它不带操作元件，不能直接与母线连接也不能像OR、ORI、ORP、ORF一样单独使用。
2.1.6空操作指令
NOP：
空操作指令，使该步进行空操作。
2.1.7程序结束指令
END：
为程序结束指令，将输入输出处理到零。
2.2编程元件
2.2．1输入继电器和输出继电器
1.输入继电器（X）
PLC的输入端子是从外部接收信号的窗口，PLC内部与输入端子连接的输入继电器（X）是光电隔离的电子继电器，线圈的吸合与释放只取决于PLC外部触点的状态。
2.输出继电器（Y）
PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口，输出继电器的线圈由程序控制，且外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用。
输出继电器常开/常闭触电的使用次数不限。
2.2.2辅助继电器（M）
PLC内部有很多辅助继电器，启动作原理与输出继电器一样，只能由程序驱动。
辅助继电器也称中间继电器，主要包含以下三类：
1．通用辅助继电器
2．锁存（断电保护）辅助继电器
3.特殊辅助继电器
2.2.3状态继电器（S）
状态继电器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件（状态标志），常与STL指令（步进梯形指令）配合使用，主要用于编程过程中顺控状态的描述和初始化，FX2n系列PLC的状态继电器通常分为以下几类：
初始化使用：
S0~S9（10点）
返回原点状态器：
S10~S19（10点）
通用型：
S20~S499（480点）
断电保持型：
S500~S899（400点）
报警型：
S900~S999（100点）
2.2.4定时器（T）与计数器（C）
定时器在PLC中的作用相当于一个时间继电器。
定时器的元件号及其设定值如下：
1.100ms定时器T0~T199，共200点，计时范围:
0.1~3276.7s；
2.10ms定时器T200~T245，共46点，计时范围:
0.01~327.67s;
3.1ms积算定时器T246~T249，共4点，计时范围：
0.001~32.767s;
4.100ms积算定时器T250~T255，共6点，计时范围：
0.1~3276.7s.
计数器是在执行扫描操作时对内部元件X、Y、M、S、T、C的触点通断次数进行积算式定时方式计数。
当计数次数达到计数器的设定值时，计数器触点动作，是控制系统完成相应的控制作用。
计数器可按其计数方式、计数范围以及计数开关量的频率，计数器的元件号及设定值等分为如下5类：
1.16位通用计数器
2.16位锁存计数器
3.32位通用加、减双向计数器
4.32位加、减双向高速计数器
2.2.5数据寄存器（D）
数据寄存器主要用来存储参数及工作数据，包括模拟量控制、位置控制和数据输入、输出等工作中所用到的数据。
数据寄存器分为4种类型：
1通用数据寄存器
2锁存数据寄存器
3文件寄存器
4特殊数据寄存器
第3章PLC控制系统设计
控制要求：
X1或X0人行道和车道指示灯按下图所示的示意图点亮。
3.1分析按钮式人行横道指示灯的控制要求
按下人行道按钮X0或X1，车道绿灯Y3亮人行道Y5亮，30S以后车道黄灯Y2亮，10S以后车道红灯Y1亮，5S以后人行道绿灯Y6亮，15S以后人行道绿灯Y6开始闪烁，每隔1S闪一次，闪烁五次后，人行道红灯Y5亮，5S以后返回到初始状态。
3.2分析并进行PLC选型
PLC选型的基本原则是：
所选的PLC应能够满足控制系统的功能需要。
一般从系统功能、PLC的物理结构、指令和编程方式、PLC的存储容量和响应时间、通信联网功能等方面进行综合考虑。
3.2.1PLC结构的选型
在相同功能和相同I、O点数的情况下，整体式PLC比模块式PLC价格低。
模块式具有功能扩展灵活、维修方便、容易判断故障等优点。
3.2.2PLC输出方式的选择
不同的负载对PLC的输出方式有相应的要求。
继电器输出型的PLC工作电压范围广，触电的导通压降小，承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强，但是动作速度较慢，触点寿命有一定的限制。
如果系统的输出信号变化不是很频繁，建议优先选用继电器输出型的PLC。
晶体管型与双向晶闸管型输出模块分别用于直流负载和交流负载。
它们的可靠性高，反应速度快,不受动作次数的限制，但是过载能力稍差。
3.2.3PLC电源的选择
电源是PLC干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高PLC控制系统的可靠型。
3.2.4存储容量的选择
PLC程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估计算。
一般情况下可按照如下经验公式计算：
存储容量=K×总输入点数÷总输出点数
在选择内存容量时同样应留有裕量，一般是运行程序的25%，不应单纯的追求大容量，在大多数情况下，满足I、O点数的PLC，内存容量也能满足。
综上所述，本设计人行横道指示灯的控制选择FX2N-16MR-001型PLC。
3.3控制电路的I、O端子的分配
输入
输出
外部设备
内部设备
说明
外部设备
内部设备
说明
SB1
X0
启动信号
L1
Y1
车道红灯
SB2
X1
L2
Y2
车道黄灯
L3
Y3
车道绿灯
L5
Y5
人行道红灯
L6
Y6
人行道绿灯
3.4根据I、O分配画PLC外接线图
3.5程序设计
3.5．1根据控制要求进行顺序功能图设计
1步的分配如下所示：
初始状态为ON：
S0
车道绿灯亮：
S20
车道黄灯亮：
S21
车道红灯亮：
S22
人行道红灯亮：
S30
人行道绿灯亮：
S31
计时：
S32
人行道闪绿：
S33
人行道红灯亮：
S34
以上工作过程的分解可以看出，该控制系统一共9步。
2对应于每一步的动作
S0：
Y3、Y5为ON，车道绿灯Y3亮与人行道红灯Y5亮。
S20：
驱动Y3为ON，车道绿灯Y3亮，同时启动定时器T0定时30s。
S21：
驱动Y2为ON，车道黄灯Y
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