PLC交通灯设计Word文档格式.docx

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2交通灯系统6

2.1交通灯的设计思路 

6

2.1.1型号选择...............................................................................6

2.1.2 

设计任务及要求 

7

2.1.3设计思路 

2.2硬件设计9

2.2.1型号选择8

2.2.2I/O分配表8

2.2.3硬件电路图连接8

2.2.4交通灯的软件设计 

9

2.2.5交通信号灯模拟控制时序图 

10

2.2.6交通灯工作程序分析11

2.3交通灯的仿真与调试14

3总结...............15

4参考文献…..................................................................................16

5致谢….........................................................................................17

6附录….........................................................................................18

1PLC概述

1.1PLC统简介

1.1.1PLC的定义

可编程控制器（ProgrammableController）简称为PC，但是为了避免与个人计算机（PersonalComputer）的简称混淆，将可编程控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）。

PLC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。

它采用可编程序的存储器，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。

PLC可以外联很多相关设备，能够很容易的扩展其控制功能，从而实现了其功能的多元化，使得它们在工业控制中形成了一个整体。

PLC从诞生至今，得到了异常迅猛的发展，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。

1.1.2PLC的特点

（1）编程方法简单易学

目前很多企业中的工程技术人员已经习惯了读取传统的继电器控制图，为了迎合他们的习惯，PLC采用了梯形图语言。

梯形图语言采用了与继电器电路原理图相通并且相近的电路符号和表达方式，编程设备的操作和使用也很简单。

因此，PLC对于工程技术员来说非常易于接受。

（2）硬件配套齐全，用户使用方便

工程技术人员与开发了各种与PLC相关的硬件与软件装置，不仅大大的扩展了控制功能，而且用户不必自己设计和制作硬件装置，大大地方便了用户。

（3）通用性和适应性强

（4）可靠性高，抗干扰能力强

传统的继电器控制系统使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障。

PLC中的中间继电器和时间继电器全部由软件进行模拟，唯一的硬件元件就是与输入和输出有关的驱动元件，所以接线量只有到继电器控制系统的十分之一到百分之一，因此因为触点接触不良造成的故障大为减少。

所以可靠性成为很多技术人员选择PLC作为控制装置的首要条件。

（5）系统的设计、安装、调试工作量少

传统的继电器控制系统中的中间继电器、时间继电器、计数器等器件在PLC中都被软件所取代，这使得控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少，调试工作也主要集中在程序的修改上。

（6）维修工作量小，维修方便

PLC的故障率很低并具有完善的诊断和显示功能。

（7）体积小，能耗低。

1.1.3PLC的应用领域

（1）开关量控制

（2）运动控制

（3）闭环过程控制

（4）数据处理

（5）通信联网

1.2PLC的结构

PLC种类有很多，根据I/O点数和存储容量可分为小型、中型和大型三个等级；

根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式和模块式。

但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构。

通常由中央处理单元（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O）、电源和编程器等几个部分组成。

（1）中央处理单元（CPU）

在PLC中起着总指挥作用的是CPU，它作为整个PLC系统的核心，一般由控制电路、运算器和寄存器组成。

这些电路通常都被封装在一个集成电路的芯片上。

（2）存储器（RAM、ROM）

系统程序、用户程序及工作数据等都是在存储器中存放。

存储器在功能上一般分为三种，系统程序存储器用于存放系统软件;

用户程序存储器用于存放应用软件，数据存储器用于存放工作数据。

（3）输入输出单元（I/O单元）

在PLC中承担PLC与被控对象间传递输入输出信号任务的接口部件是I/O单元。

I/O单元因为承担着传递信息的重任，因此再设计时就加入了良好的电隔离和滤波作用。

接到PLC输入接口的输入器件是各种开关、按钮、传感器等。

（4）电源

（5）编程器

（6）通信接口

图1-1为PLC基本结构组成图。

1-1PLC基本结构组成图

图1-2为PLC控制系统组成图。

图1-2PLC控制系统组成图

1.3PLC的工作原理

PLC是一种工业控制计算机，其工作原理是建立在计算机工作原理基础上的，而CPU是以分时操作方式来处理各项任务的，因此PLC采用循环扫描的工作方式，在PLC中用户程序按先后顺序存放，CPU从第一条指令开始执行程序，直到遇到结束符后又返回第一条，如此周而复始不断循环。

（1）输入处理

输入处理也叫输入采样。

在此阶段，顺序读入所有输入端子的通端状态，并将读入的信息存入内存中所对应的映象寄存器。

接着进入程序执行阶段。

（2）程序执行

根据PLC梯形图程序扫描原则，按先左后右先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。

对每个器件来说，器件映象寄存器中所寄存的内容，会随着程序执行过程而变化。

（3）输出处理

程序执行完毕后，将输出映象寄存器，即器件映象寄存器中的Y寄存器的状态，在输出处理阶段转存到输出锁存器，通过隔离电路，驱动功率放大电路，使输出端子向外界输出控制信号，驱动外部负载。

图1-3为PLC扫描过程图。

图1-3PLC扫描过程图

图1-4为PLC运行图。

图1-4PLC运行图

1.4PLC的发展趋势

现代工业对PLC的设计与功能提出了更高的要求，PLC主要朝着以下几个方面发展。

（1）高速度、大容量

（2）超大型、超小型

（3）大力开发智能模块，加强通信联网能力

（4）增强外部故障的检测与处理能力

（5）编程语言多样化

1.5三菱FX系列PLC简介

三菱FX系列可编程控制器是三菱公司推出的高性能小型可编程控制器，它逐步替代了三菱公司F系列的PLC产品。

FX系列PLC包括多种产品，具有较高的性价比，适用于大多数单机控制场合，是我国应用最广泛的PLC系列产品之一。

1.5.1三菱FX系列PLC型号说明

单元类型：

M----基本单元

E----输入/输出扩展单元

EX---扩展输入模块

EY---扩展输出模块

输出方式：

R----继电器输出

S----晶闸管输出

T----晶体管输出

特殊品种：

D----DC电源，DC输入

A----AC电源，DC输入

H----大电源输出扩展模块

V----立式端子排的扩展模块

C----接茬口输入/输出方式

F----输入滤波器1ms的扩展单元

L----TTL输入型扩展单元

S----独立端子扩展单元

1.5.2三菱FX系列PLC的系统配置

三菱FX系列PLC主要由基本单元、扩展单元、扩展模块以及一些特殊功能模块构成。

实际应用时根据需要，可以仅用基本单元，也可以将上述各部分组合起来使用。

其基本单元包括CPU、存储器、输入/输出接口和电源，是PLC的主要组成部分。

1.5.3三菱FX系列PLC主要性能指标

PLC的性能指标众多，主要性能通常通过以下指标来描述：

（1）输入输出点数

（2）用户存储容量

（3）扫描速度

（4）指令系统条数

（5）编程元件的种类和数量

1.5.4三菱FX系列PLC变编程系统

三菱公司专门为其生产的PLC开发了专用的编程软件GX_Developer，改编成软件不仅可以使用基本的指令表进行编程，也可以使用梯形图的编程方式，这种编程方式可以在图形画面上进行符号作图，对工程技术人员来说形象简便、易于掌握。

还可以采用对应机械动作流程进行顺序控制设计的SFC（顺序功能图）方式，不论是指令表编程方式、梯形图编程方式、SFC方式都可以实用软件进行相互转化，十分方便。

2交通灯系统

2.1.1设计目的 

PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。

全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。

利用PLC设计控制十字路口交通灯的全自动运行，系统启动后，根据设置好的东西南北方向的通车时间控制东西南北方向指示灯按照一定的规律运行，完成一个周期工作后自动进入下一个周期继续运行。

城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行以及行人4种通行指示灯。

执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车，延时一段时间后路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。

某十字路口东西方向和南北方向各装有直行（包括右转弯）控制红、黄、绿交通信号灯和左转弯控制红、绿交通信号灯，另外还有倒计时显示器。

显示器用于显示相应方向直行控制当前点亮信号灯还要持续的时间（剩余时间），由另外的单片机系统构成。

（这里不予以考虑设计）设计的规律如下：

（1）系统启动后，东西直行、南北直行、东西左转弯、南北左转弯全亮红灯。

（2）东西直行绿灯亮9秒,与此同时南北红灯全亮13秒；

东西左转弯红灯亮。

（3）东西直行绿灯熄灭，黄灯闪烁1秒，然后东西左转弯绿灯亮5秒。

（4）东西左转弯绿灯熄灭，黄灯闪1秒，然后南北直行红绿灯亮9秒，其余灯为红灯。

（5）南北直行绿灯熄灭后，直行黄灯闪亮1秒后变成红灯亮；

同时南北左转弯绿灯亮，维持5秒。

（6）南北左转弯绿灯亮5秒后变成黄灯闪烁1秒;

（至此东西方向全是红灯亮，维持13秒）；

同时南北方向直行控制红灯亮，绿灯熄灭。

（7）南北左转弯黄灯闪1秒后，东西直行绿灯亮，红灯灭，东西左转弯继续红灯亮，南北方向灯全变为红灯。

（8）循环执行上述2到7步，实现对交通信号灯的控制。

2.2硬件设计 

2.2.1型号选择

输入控制X0，输出端有东西、南北方向红绿黄灯和东西、南北方向左转弯红绿灯共十个输出点，所以选用日本三菱公司生产的FX2N系列。

2.2.2I/O分配表

根据设计要求，设计出此方案的I/O分配表，如表2-1

表2-1I/O分配表

输入

交通灯控制开关

X0

输出

南北红灯

Y0

南北黄灯

Y1

南北绿灯

Y2

南北左转弯红灯

Y3

南北左转弯黄灯

Y4

南北左转弯绿灯

Y5

东西红灯

Y6

东西黄灯

Y7

东西绿灯

Y10

东西左转弯红灯

Y11

东西左转弯黄灯

Y12

东西左转弯绿灯

Y13

2.2.3硬件电路图连接

根据设计要求，设计出方案的电路图，如图2-1所示：

图2-1硬件电路图连接

（1）定时器 

在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。

定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。

在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。

即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：

100 

ms定时器T0～T199， 

共200点，设定值：

0.1～ 

3276.7秒；

10 

ms定时器T200～TT245，共46点，设定值：

0.01～327.67秒；

1 

ms积算定时器 

T245～T249，共4点，设定值：

0.001～32.767秒；

ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：

0.1～3276.7秒 

。

定时器指令符号及应用如下图2-2所示：

图2-2继电器的应用 

当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10 

* 

123ms 

= 

1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。

当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。

每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；

断电时，自动复位，不保存中间数值。

定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。

（2）定时器的设置 

为了明确各定时器的作用，以便于理解各个灯的状态转换的准确时间，

表2-2列出了定时器的功能如下：

表2-2 

定时器设置

定时器

定时时间

功能

T0

9S

东西直行绿灯亮9秒

T1

1S

东西直行黄灯闪1秒

T2

5S

东西左拐绿灯亮5秒

T3

东西左拐黄灯闪1秒

T4

南北直行绿灯亮9秒

T5

南北直行黄灯闪1秒

T6

南北左拐绿灯亮5秒 

T7

南北左拐黄灯闪1秒 

根据设计要求，可以得出此设计的时序图，如图2-3所示：

图2-3时序图

2.2.6交通灯工作程序分析

（1）初始态，南北东西都是红灯，其梯形图如下图2-4所示：

图2-4

（2）按下启动按钮X0，东西直行绿灯了，南北全是红灯，东西左转弯红灯亮，其梯形图如下图2-5所示：

图2-5

（3）当T0时间到9秒时，东西直行绿灯灭，黄灯闪1秒，此时南北仍是红灯，其梯形图如下图2-6所示：

图2-6

（4）当T1时间到时，东西左转弯绿灯亮，东西直行红灯亮，南北仍全是红灯，禁止通行，其梯形图如下图2-7所示：

图2-7

（5）当T2时间5秒一到，东西左转弯黄灯闪1秒，东西直行红灯亮，南北全是红灯，其梯形图如下图2-8所示：

图2-8

（6）当T3时间到，南北直行绿灯亮9秒，东西全是红灯。

其梯形图如图2-9所示：

图2-9

（7）当T4的时间到，南北直行黄灯闪1秒，东西全是红灯，禁止通行。

其梯形图如图2-10所示：

图2-10

（8）当T11的时间到，南北左转弯的绿灯亮，直行红灯亮，东西全是红灯亮。

其梯形图如图2-11所示：

图2-11

（9）当T5时间到，南北左转弯的黄灯闪1秒，东西仍全是红灯。

其梯形图如图2-12所示：

图2-12

（10）当T6时间到，东西直行的绿灯亮，又回到了S1状态，以后依次执行。

2.3交通灯的仿真与调试

（1）将PLC与对应输入输出的设备连接起来。

（2）用GX_Developer软件编制图的梯形图程序，将编制无误的程序分别下载到PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态。

（3）调试运行。

按下启动开关，东西方向绿灯亮9ｓ，同时南北方向的红灯亮16ｓ，换行前东西方向的黄灯闪烁1ｓ，然后东西左转弯方向的绿灯亮5ｓ；

接着东西左转弯方向的黄灯亮1ｓ，同时东西方向的红灯亮6ｓ，然后南北方向的绿灯亮9ｓ，最后南北方向黄灯亮1ｓ，然后南北左转弯方向绿灯亮5秒，东西方向红灯亮，之后南北左转弯黄灯亮1秒。

之后自动开始第二周期的循环显示。

（4）监控运行。

当PLC运行时，可以使用编程软件中的监视功能监控整个程序的运行过程，以方便调试程序。

在编程软件上，单击“PLC写入”—“监视”－“监视开始”，可以全画面监控PLC的运行，这时可以观察到定时器的定时值会随着程序的运行而动态变化，通电闭合的触点和线圈会变蓝。

借助于编程软件的监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序提供帮助。

3总结

经过艰苦的努力，这项设计工作终于完成了。

这次的设计使我收获颇丰，不仅仅是专业知识上的又一次深化，整个的设计过程也给了我很多以前没有过的心得和体会。

通过这次的毕业设计，我认识到自己在专业知识的运用上还有很多欠缺的地方，本来在书本上掌握很熟练的东西，实际运用时却又要翻看课本，因此要多多实践，进一步对器件的功能进行更加灵活的掌握。

在做一项设计时要有一种平和的心态，做设计本来就是一件细致并且耗时的工作，设计过程中很容易出现自己没有想到的情况，这些都是很正常的，不要因为一点小挫折就失去耐心，我们要做的就是以平和的心态通过动手和思考来解决所遇到的问题。

此外通过这次设计还提高了我独立工作的能力。

以前有不懂的地方总是依赖书本和网络，当自己独立设计一个东西的时候就会发现单纯的靠网络和课本是根本行不通的，必须有自己的设计，将自己的智慧融入其中。

资料查询、程序设计、调试修改这些都需要自己来完成，这使得我能站到一个总体的层面来通盘考虑整个设计问题，然后再进行细节的设计和修改，可以说为以后的工作和生活都提供了借鉴经验。

参考文献

[1]姜新桥.石建华主编.PLC应用技术项目教程电子工业出版社，2010.

[2]廖常初主编.PLC应用技术.机械工业出版社，2012.

[3]廖常初主编.PLC基础及应用.机械工业出版社，2010.

[4]隋振有.电气控制与PLC应用快速入门,中国电力出版社2012.

[5]邵群涛主编.电机及拖动基础.机械工业出版社，2012.

[6]向晓汉主编.三菱FX系列PLC完全精通教程，化学工业出版社2012

[7]廖常初主编.PLC编程及应用.机械工业出版社，2012.

[8]初航编主编.三菱FX系列PLC编程及应用，电子工业出版社，2012.

[9]陈忠平主编.三菱FX/Q系列PLC自学手册，人民邮电出版社，2012.

[10]张豪主编.三菱PLC应用案例解析，中国电力出版社，2012.

致谢

大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。

感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；

感谢我的母校给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高；

感谢我的老师和同学们三年来的关心和鼓励。

老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；

同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。

这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师李娜老师对我的关心和支持尤为重要。

每次遇到难题，我最先做的就是向李老师寻求帮助，而李老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。

李老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。

这几个月以来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高