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1、湖南工学院课程设计（论文）交 通 信 号 灯 PLC 控 制 系 统 设 计湖南工学院课程设计（论文）摘 要本设计是用 PLC 来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用三菱的FX2N系列 PLC 编程软件对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用了顺序控制设计法用了八个定时器六个计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。控制程序包括有顺序功能图（SFC） 、梯形图(LAD)、指令表(STL)。关键词：三菱 FX2N，交通信号灯，顺序功能图，梯形图，调试，自动控制目 录第 1 章 绪论 11.1 PLC 的发展及现状 11.2 本
2、人的主要工作 1第 2 章 十字路口交通信号灯的 PLC 控制线路设计 22.1 十字路口交通信号灯的工作原理及设计要求 22.2 十字路口交通信号灯所选 PLC 的 I/O 点统计 32.3 PLC 的选型及技术参数 32.3.1 PLC 的选型原则 42.3.2 十字路口交通信号灯所选类型 PLC 的技术参数 72.4 十字路口交通信号灯的接线图和接线电路设计 72.4.1 十字路口交通信号灯的 I/O 分配表 72.4.2 十字路口交通信号灯的外部接线图设计 8第 3 章 十字路口交通信号灯的 PLC 系统的程序设计 93.1 常用梯形图的设计方法 93.2 PLC 内部继电器的分配 1
3、03.3 十字路口交通信号灯控制系统的 SFC 图、梯形图及指令表 103.3.1 十字路口交通信号灯 PLC 控制的 SFC 图 103.3.2 十字路口交通信号灯梯形图设计 143.3.3 十字路口交通信号灯分离指令表 143.4 在实验室的调试和仿真 14结束语 15参考文献 16附录 1 17湖南工学院课程设计（论文）第 1 章 绪论1.1 PLC 的发展及现状在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继
4、电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 ProgrammableController（PC） 。 PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 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。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
5、 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。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
6、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。1.2 本人的主要工作根据设计任务书要求，进行十字路口交通信号灯的设计，经过反复阅读看懂了交通信号灯的时序图，确定程序的设计方法，编译程序，观察仿真结果是否正确，假使运行出现错误，则检查进行纠正。湖南工学院课程设计（论文）第 2 章 十字路口交通信号灯的 PLC 控制线路设计2.1 十字路口交通信号灯的工作原理及设计要求2.1.1 十字路口交通信号灯的工作原理2.1.2 设计内容及要求1系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。2控制对象有八个：东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个，东西方
7、向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。3控制规律：1） 高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按图 2.1 运行。图 2.1 各时段运行分配时序图2） 高峰时段按图 2.2 运行湖南工学院课程设计（论文）图 2.2 高峰时段运行时序图3） 正常时段按图 2.3 运行图 2.3 正常时段运行时序图4） 晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。2.2 十字路口交通信号灯所选 PLC 的 I/O 点统计本设计采用的是
8、三菱 FX2N系列 32MR 的 PLC 控制系统，总共有 32 个 I/O 点。2.3 PLC 的选型及技术参数2.3.1 PLC 的选型原则湖南工学院课程设计（论文）1.规模要适当输入.输出点数以及软件对 PLC 功能及指令的要求是选择 PLC 机型规模大小的重要依据。首先要确保有足够的输入.输出点数，并留有一定的余地（要有 10%的备用量） 。如果只是为了实现单机自动化，或机电一体化产品，可选用小型 PLC。如果控制系统较大，输入.输出点数较多，被控设备较分散，可以选用中型或大型 PLC。还应确定用户程序存储器的容量。一般粗略的估计方法：（输入+输出）*（10-12）=指令步数。特别要注
9、意因控制较复杂，数据处理量较大，可能出现存储器容量不够的问题。2.功能要相当，结构要合理对于以开关量进行控制的系统，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，应选用带 A/D.D/A 转换，加减运算.数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂，控制性能要求较高的系统，例如要求实现 PID 运算.闭环控制.通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制.全 PLC 的分布式控制系统以及整个工厂的自动化。对于工艺过程比较固定.环境条件较好（维修量较小）的场合，选用整体式结构PLC。其他情况则选用模块式结构 PLC。3.输入.输出功
10、能及负载能力的选择选择哪一种功能的输入.输出形式或模块，取决于控制系统中输入和输出信号的种类.参数要求和技术要求，选用具有相应功能的模块。为了提高抗干扰能力，输入.输出均应选用具有光电隔离的模块。对于输出形式，分为无触点和有触点两种形式。无触点输出大多使用大功率三极管（直流输出）或双向可控硅（交流输出）电路，其优点是可靠性高.响应速度快.寿命长，缺点是价格高.过载能力差。有触电输出是使用继电器触点输出，其优点是适用电压范围宽.导通压降损失小.价格便宜，缺点是寿命短.响应速度慢。此外，还应考虑输入.输出的负载能力，要注意承受的电压值和电流值。应该指出的是，输出电流值和导通负载电流值是不同的概念。
11、输出电流值是指每一个输出点的驱动能力。导通负载电流值是指整个输出模块驱动负载时所允许的最大电流值，即整个输出模块的满负荷能力。4.使用环境条件在选择 PLC 时，要考虑使用现场的环境条件是否符合它的规定。一般考虑的环境条件有：环境温度.相对湿度.电源允许波动范围和抗干扰等指标。湖南工学院课程设计（论文）2.3.2 所选类型 PLC 的技术参数根据以上 PLC 的选型原则，再结合设计任务要求。本次设计 PLC 选用的是三菱FX2N系列的 PLC，FX2N 系列 PLC 是 FX 系列中最高级的模块。它拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N 是从 16 到 256 路输入/输出的多种应用的选择方案。说明: I/O 范围，16-256 点（基本单元：16/32/48/64/80/128点） 。高速演算：基本命令：0.8us/命令。应用命令：1.52-数 100us/命令。宽裕的记忆体容量：内藏 8K EEPROM，最大可扩充至 16K。2.4 十字路口交通信号灯 PLC 的
