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1、桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 0 页共 17 页 引言交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，
2、可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。1 PLC 的特点及应用1.1 概述可编程控制器（Programmable Controller）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（Programmable Logic Controller） ，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（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC
3、。1.2 PLC 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；1.3 PLC 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。1.3.1 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、桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 1
4、 页共 17 页 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。1.3.2 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。 1.3.3 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
5、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。1.3.4 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。 1.3.5 数据处理现代
6、 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。 1.3.6 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
7、 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 2 页共 17 页 2 PLC 的结构和原理2.1 PLC 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。2.2 PLC 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
8、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 的基本结构框图如下：图 2-1 PLC 的基本结构框图2.3 PLC 的工作原理2.3.1 PLC 的工作方式1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。2）程序执行阶段：PLC 对用户程序扫描。3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大
9、器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 3 页共 17 页 2.4 PLC 汇编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。2.4.1 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
10、电器，通过输入接入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。2.4.2 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：下图是三菱公司的 FX2N 系列产品的最简单的梯形图例：图 2-2 基本梯形图它有两组，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：地址指令变量桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 4 页共
11、 17 页 0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图。2.5 PLC 的基本指令2.5.1 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： 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。2.5.2 触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（O
12、R/ORI）符号（名称）功 能 梯形图表示操作元件符号 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,SLDI（取反）常闭触点与母线相连X，Y，M，T，C,SOUT（输出）线圈驱动（ ）Y，M，T，C，S,F桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 5 页共 17 页 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,SOR（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，SAND、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。
13、OR、ORI 是用于一个触点的并联连接指令。2.5.3 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
14、 软件传输到 PLC 中，实时运行。2.6 PLC 交通灯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。3 交通灯梯形图的设计与编程方法3.1 控制要求开关合上后，东西绿灯亮 5 秒后闪 2 秒灭；黄灯亮 2 秒灭；红灯亮 9 秒；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮 9 秒，接着绿灯亮 5 秒后闪 2 秒灭；黄桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 6 页共 17 页 灯亮 2 秒后，红灯又亮循环。3.2 I/O 地址分配输入地址： X000 为启动按钮X001 为停止按钮输出地址： 绿灯（G1）-Y000 绿灯（G2）-Y003东西方向：黄灯（Y1）-Y001 南北方向：黄灯（Y2）-Y004红灯（R1）-Y002 红灯（R2）-Y005图 3-1 十字路口交通灯场地图3.3 十字路口交通信号灯的控制要求时序图图 3-2 控制时序图桂林电子科技大学信息科技学院实训业设计报告用纸 第 7 页共 17 页 3.4 PLC 接线图图 3-3 接线图START 按钮-输入 X000； STOP 按钮-输入 X001；G1 指示灯 -输出
