PLC交通灯设计方案.docx

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PLC交通灯设计方案

第一章PLC的特点及应用--------------------------------------------------------3

1.1概述3

1.3PLC的应用4

第二章PLC的结构及原理--------------------------------------------------------6

2.1PLC的分类6

2.2PLC的结构6

2.3PLC的工作原理7

2.4PLC汇编语言7

2.5PLC的基本指令9

2.6PLC交通灯毕业设计编程器件13

第三章梯形图的设计与编程方法------------------------------------------------13

3．1控制要求13

3．2控制时序13

3．3PLC交通灯毕业设计硬件及外围元器件14

3．4I/O分配表..............................................................15

第四章程序设计-------------------------------------------------------------16

4．1PLC交通灯毕业设计梯形图16

4．2PLC交通灯毕业设计指令图18

4．3软件设计21

第五章PLC交通灯毕业论文设计总结----------------------------------------------21

谢辞-----------------------------------------------------------------------22

参考文献---------------------------------------------------------------------22

第一章PLC的特点及应用

1.1概述

可编程控制器（ProgrammableController）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（ProgrammableLogicController），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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

1.2PLC的特点

1可靠性高，抗干扰能力强；

2通用性高，使用方便；

3程序设计简单，易学，易懂；

4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；

5系统设计周期短；

6安装简便，调试方便，维护工作量小；

7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；

1.3PLC的应用

目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。

1开关量的逻辑控制

这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

2模拟量控制

在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。

为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。

PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。

3运动控制

PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。

如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。

世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。

4过程控制

过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。

作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。

PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。

大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。

PID处理一般是运行专用的PID子程序。

过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5数据处理

现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。

这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。

数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6通信及联网

PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

第二章PLC的结构及原理

2.1PLC的分类

1按plc的结构形式分类：

1）整体式；2）模块式。

2按plc的I/O点数分类：

1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。

3按plc功能分类：

抵挡型，中挡型，高档型。

2.2PLC的结构

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。

　PLC的基本结构

图1-1PLC控制系统示意图

2.3PLC的结构

1.　PLC的硬件

2.PLC的物理结构

PLC的物理结构：

整体式、模块式

2.1.2CPU模块中的存储器

存储器分类与特点：

RAM、ROM、EPROM、EEPROM

2.1.3I/O模块

图2-3输入电路

图2-4继电器输出电路

图2-5场效应管输出电路

1.plc的工作方式

2.2.1用触点和线圈实现逻辑运算

图2-6基本逻辑电路

2.2.2PLC的操作模式

RUN模式执行用户程序，“RUN”LED亮。

STOP模式不执行用户程序，可将用户程序和硬件设置信息下载到PLC。

TERM（终端）模式与通信有关。

CPU模块上的模式开关在RUN位置时，上电自动进入RUN模式。

PC-PLC之间建立起通信连接后，若模式开关在RUN或TERM位置,可用编程软件中的命令改变CPU的工作模式。

2.2.3PLC的工作原理

中断程序的处理与立即I/O指令可提高响应速度。

图2-9PLC外部接线图与梯形图

外部输入电路接通时,对应的输入映像寄存器为ON（1状态）,梯形图中对应的常开触点闭合，常闭触点断开。

梯形图中Q0.0的线圈“通电”，对应的硬件继电器的常开触点闭合，接在标号为0.0的端子的外部负载工作。

2.4PLC编程语言

采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：

梯形图，语句表，功能图等。

1.梯形图：

由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。

主要特点：

1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。

每一逻辑行，起使左母线。

2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”

3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。

4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。

2.语句表：

又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。

例：

下图是西门子公司的S7-200系列产品的最简单的梯形图例：

它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。

第二组仅一个END指令，用以结束程序。

●梯形图与助记符的对应关系：

助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。

一般讲，其顺序为：

先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。

有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。

上图的助记符程序为：

反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图

2.5PLC的基本指令

1输入输出指令（LD/LDI/OUT）

下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件

以列表的形式加以说明：

符号功能梯形图表示操作元件

LD（取）常开触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

LDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,S

OUT（输出）线圈驱动Y，M，T，C，S,F

LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。

OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。

输出指令用于并行输出，能连续使用多次。

X000Y000地址指令数据

0000LDX000

0001OUTY000

2触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）

符号（名称）功能梯形图表示操作元件

AND（与）常开触点串联连接X，Y，M，T，C,S

ANDI（与非）常闭触点串联连接X，Y，M，T，C,S

OR（或）常开触点并联连接X，Y，M，T，C，S

ORI（或非）常闭触点并联连接X，Y，M，T，C，S

AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。

OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。

X001X002Y001地址指令数据

0002LDX001

X0030003ANDIX002

0004ORX003

0005OUTY001

3电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）

符号（名称）功能梯形图表示操作元件

ORB（块或）电路块并联连接无

ANB（块与）电路块串联连接无

含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。

ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。

如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令最多使用7次。

将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。

ANB

X000X002X003Y006

X001X004X005

ORB

X006

X003

地址指令数据

0000LDX000

0001ORX001

0002LDX002

0003ANDX003

0004LDIX004

0005ANDX005

0006ORX006

0007ORB

0008ANB

0009ORX003

0010OUTY006

4程序结束指令（END）

符号（名称）功能梯形图表示操作元件

END（结束）程序结束无

在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。

若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。

另外。

在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。

其他还有一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等。

由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。

并由后面的GPP软件传输到PLC中，实时运行。

2.6PLC交通灯毕业设计编程器件

一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。

第三章梯形图的设计与编程方法

3．1控制要求

信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。

3．2控制时序

交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色。

工作时序如图2所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南北向的2倍（40s）。

按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯闪烁3次，计6S，期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s，后东西向黄灯闪烁3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去周而复始，直到停止按钮被按下为止。

3．3PLC交通灯毕业设计硬件及外围元器件

根据信号灯的控制要求，所有的器件有：

三菱FX系列PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4

只，输入／输出端口接线如图3所示。

由图可见：

起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器Y3端，南北方向绿灯接于输出继电器Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y1，南北方向红灯接于输出继电器Y0。

将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。

如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。

3．4I/O分配表

第四章程序设计

4．1PLC交通灯毕业设计梯形图

4．2PLC交通灯毕业设计指令图

4．3软件设计

采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转移图如图4所示。

由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现差错。

现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相同，在此不再赘述。

系统起动时，利用M8002开机脉冲自动进入XO状态，系统处于等待状态。

当启动按钮SB1按下时，xO11接通，Y1和Y4同时起动，Y1使南北绿灯亮，Y4使东西红灯亮（东西方向以下不分析），x0起动的同时TO开始计时，20s后利用常开接点的闭合使状态进入T4，此时Y3和Y5起动，T4使南北黄灯亮，T1计时6s，6s后进入T2，在T3状态下，起动CO和T2，此时南北黄灯灭，CO计数加1，T2时间到时，如果co,J-数不到3次，状态转到T0循环，如果CO计数到3次，状态转入T4，这样就做到了南北方向黄灯闪烁3次的要求。

南北方向黄灯闪烁3次后，系统进入T4状态，在T4状态下，为下次闪烁作好准备，同时起动Y3和Y5，Y1使南北红灯亮，亮46s后进入X0状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在

两个方向都完成后（必须都完成），又重新进入X0和X11······，如此反复工作。

在任何时候按下停止按钮SB2，Xl接通，并复位相关状态和计数器，系统自动停止。

第五章PLC交通灯毕业论文设计总结

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。

从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

谢辞

当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。

提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。

尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。

他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。

三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。

在这份大学的最后一页里，首先感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导老师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。

给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。

谢谢我们班主任和在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！

在此，我还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。

参考文献

1.廖常初主编.PLC基础及应用.北京：

机械工业出版社，2004

2.廖常初等.PLC的顺序控制编程方法.工业自动化，（香港），1997

3.廖常初主编.PLC基础及应用.北京：

机械工业出版社，2002

4.廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，2001

5.廖常初.电机及拖动.高等教育出版社，

1．课程设计应达到的目的

本课程设计是在学生学习完《单片机及其接口技术》课程后进行的一次全面的综合练习。

通过本次课程设计进一步巩固和加深对单片机课程的基本知识的理解，掌握使用单片机的基本技能，了解有关单片机应用系统开发的过程与方法，提高利用单片机软硬件解决实际问题的能力。

2．课程设计题目及要求

本课题要求使用8051单片机及可编程并行接口芯片Intel8255A实现一个模拟交通灯系统。

十字路口东西方向和南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2；南北方向红、绿、黄灯对应试验箱G6区发光二极管4、5、6。

要求：

1、交通信号灯的变化规律为：

初始状态灯全灭；

状态0：

东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1

状态1：

东西向绿灯闪烁4次，南北向红灯亮；进入状态2

状态2：

东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态3

状态3：

东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10秒进入状态4

状态4：

东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁4次；进入状态5

状态5：

东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时2秒进入状态0；如此循环往复

2、紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INT0下降沿触发有效时，各路口灯全亮，延时5秒，以供急救车通过。

急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续运行。

3、可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。

说明：

1、A3区A0、A1是地址锁存器对应P0.0、P0.1输出引脚；

2、A3区各片选信号线地址范围：

片选

地址范围

片选

地址范围

CS1

0F000H～0FFFFH

CS5

0B000H～0BFFFH

CS2

0E000H～0EFFFH

CS6

0A000H～0AFFFH

CS3

0D000H～0DFFFH

CS7

09000H～09FFFH

CS4

0C000H～0CFFFH

CS8

08000H～08FFFH

摘要

　　近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入。

在自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构软硬件结合，加以完善。

　　十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。

那么靠什么来实现这井然秩序呢？

靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。

交通信号灯控制方式很多。

本系统采用MSC-51系列单片机8051和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间的功能；红黄绿灯循环点亮，绿灯闪烁警示（交通灯信号通过PA口输出）；具有紧急通道的功能；本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。

关键词：

单片机交通灯紧急通道

1.功能描述：

使用8051单片机及可编程并行接口芯片Intel8255A实现一个模拟交通灯系统。

十字路口东西方向和南北方向各安装一组交通灯，其中东西方向红、绿、黄灯对应试验仪G6区发光二极管3、1、2；南北方向红、绿、黄灯对应试验箱G6区发光二极管4、5、6。

要求：

（1）.交通信号灯的变化规律为：

初始状态灯全灭；

状态0：

东西向绿灯亮，南北向红灯亮；延时10秒进入状态1

状态1：

东西向绿灯闪烁4次，南北向红灯亮；进入状态2

状态2：

东西向黄灯亮，南北向红灯亮；延时2秒进入状态3

状态3：

东西向红灯亮，南北向绿灯亮；延时10秒进入状态4

状态4：

东西向红灯亮，南北向绿灯闪烁4次；进入状态5

状态5：

东西向红灯亮，南北向黄灯亮；延时2秒进入状态0；如此循环往复

（2）.紧急通道功能，采用外部中断技术实现，当/INT0下降沿触发有效时，各路口灯全亮，延时5秒，以供急救车通过。

急救车通过后，红绿灯恢复为中断发生前状态继续运行。

（3）.可以采用软件延时，精确计算延时，减小误差。

2.系统方案设计：

2.1MSC-51芯片简介

MCS-51单片机内部结构

8051是MCS-51系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明：

·中央处理器：

中