基于三菱PLC十字路口交通灯设计数控技术专业毕业论文.doc 40页

'毕业设计（论文）题目：基于三菱PLC十字路口交通灯设计院(系)：机电工程系专业：数控技术姓名：学号：57指导教师：军二〇一一年十一月十五日 毕业设计（论文）任务书学生姓名学号专业数控技术院（系）机电工程系毕业设计（论文）题目基于三菱PLC十字路口交通的灯设计任务与要求任务：采用三菱FX1N系列PLC和变频器来实现(名豪)十字路口交通灯设计要求：1.实际交通状况观察；2.硬件设计；3.软件设计。4.结论5.感悟完成时间段2011年11月4日至2012年3月20日共18周指导教师单位职称讲师院（系）审核意见 毕业设计(论文)进度计划表日期工作内容执行情况指导教师签字2011.11.4-2011.11.18选题2011.11.18-2011.12.20下达任务书2011.12.21-2012.1.20毕业设计初稿2012.1.21-2012.2.10毕业设计二稿2012.2.11-2012.2.25准备答辩2011.3月进行答辩教师对进度计划实施情况总评该生在毕业设计时积极主动,认真的参与资料的收集和整理,将所学的专业知识较系统完整地归纳总结,并能够自主的完成规定的毕业设计.其设计的论文格式和内容均满足设计要求,并有一点的新意,完全把学习到的知识运用到了生活实践中,敢于突破,敢于创新.最终,其通过自身的努力和老师的指导交出了一份合格的毕业设计。　　　　　　　　　　　　　　　签名　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　年月日本表作评定学生平时成绩的依据之一 毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:基于三菱PLC十字路口交通灯设计学生姓名:　　　学号：专业：数控技术指导教师姓名:韩亚军职称:讲师检查　教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满√　一般　不够　毕业设计(论文)题目难度大√　适中　不够　毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富√　比较丰富　较少　毕业设计(论文)题目价值很有价值√　一般　价值不大　学生是否按计划进度独立完成工作任务是　学生毕业设计(论文)工作进度填写情况　良好指导次数5次　学生工作态度认真√　一般　较差　其他检查内容：无存在问题及采取措施:无检查教师签字:年月日院（系）意见(加盖公章):　年月日 摘要随着社会的快速发展与人们智慧的结晶，创造出了代步与运输的工具—机动车。伴着人们的需求与科技的发展，机动车的数量也在急剧增长，马路的多样式交错形成，相继的交叉交通次序也成了必不可少的课题。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。通过分析各交通系统实际情况，用可编程控制器实现交通灯系统的控制，实验证明该系统具有简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。本文根据重庆永川名豪十字路口交通灯的实际控制情况，在原有基础上，采用FXGPWIN软件实现T型交通灯的软件控制，采用FX1N系列PLC、电阻、发光二极管等元器件实现交通灯的硬件控制，很好的实现了理论与实际、软件与硬件有效的结合。关键词：PLC交通红绿灯设计 目录第一章绪论11.1交通信号灯的作用与研究意义11.2PLC的产生与发展21.3PLC的发展趋势31.4PLC的应用领域51.5PLC在我国的应用6第二章可编程控制器的介绍252.1可编程控制器的主要功能和工作特点252.2可编程控制器的工作特点272.3可编程控制器的基本机构282.4可编程控制器的工作原理29第三章PLC指令系统介绍253.1PLC指令系统概述253.2PLC指令系统介绍25第四章(名豪)十字路口交通灯PLC控制器的设计254.1十字路口交通灯PLC控制系统的控制要求254.2十字路口交通灯布置图264.3PLC的I/O地址分配274.4系统控制流程图284.5软件设计364.6设计总结44结论46参考文献27 第一章绪论1.1交通信号灯的作用与研究意义随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。根据交通灯工艺控制要求与特点，我们采用了日本三菱FXN1PLC系列。三菱PLC有小型化、高速度、高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因：1.PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；2.编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；3.抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能4.6 够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。1.2PLC的产生与发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术运算、数据传送和数据处理等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地域可分成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本主要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家主要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General6 Electric）公司，日本的三菱电机（MitsubishiElectric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。我国的PLC研制、生产和应用也发展很快，尤其在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。从近年的统计数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，而且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。1.3PLC的发展趋势1.向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。2.向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司α系列PLC。3.PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力6 为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。4.增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5.编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。1.4PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十多年来，PLC的应用面越来越广，其主要原因是：一方面由于微处理器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可分成以下5种类型：1.顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的6 继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如：注塑机械、印刷机械、、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。2.运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，确保运动平滑。3.过程控制PLC还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定植上。4.数据处理在机械加工中，PLC作为主要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完成大量的数据处理工作。5.通信网络PLC的通信包括主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.5PLC在我国的应用虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型：32I/O小型：256I/O中型：1024I/O大型：4096I/O巨型：8192I/O在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。6 在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。6 第二章可编程控制器的介绍可编程控制器是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等特点。它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代化工业发展的新型控制器。可编程控制器简称PLC，是英文ProgrammableLogicController的缩写。国际电工委员会（IEC）1985年对可编程控制器做过如下定义：“可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、程序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩展功能的原则设2.1可编程控制器的主要功能和工作特点随着计算机技术、工业控制技术、电子技术和通信技术的发展，可编程控制器的各种控制功能不断完善，现在可编程控制器一般具有如下功能：1.条件控制功能条件控制，又称逻辑控制或顺序控制。它的功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电接触器触电串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。(1)定时/计数控制功能定时/计数（TIM/CNT）控制功能是指利用PLC提供的定时器、计数器指令实现对某种操作的定时或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。(2)数据处理功能数据处理功能是指PLC能进行数据传送、数据比较、数据移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。(3)监控功能11 监控功能是指PLC能监视系统各部分运行状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可用于在线调整和修改控制程序中的定时器、计数器的设定值或强制置I/O的状态。2.步进控制功能步进控制功能是用步进指令来实现有多道加工工序的控制，只有前一道工序完成后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。3.数/模转换功能A/D与D/A转换功能是通过A/D、D/A模块完成模拟量和数字量之间的转换。4.运动控制功能运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等对机械运动系统进行单轴或多轴控制。5.过程控制功能过程控制功能是指通过PLC的智能PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数进行的闭环控制。（1）扩展功能扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增加输入/输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。（2）远程输入/输出功能远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。（3）通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的连接，接受计算机的命令，并将执行结果传送给计算机。由一台计算机和若干台PLC可以组成“集中管理，分散控制”的分布式控制网络，实现远程I/O控制或数据交换，以完成系统规模较大的复杂控制。2.2可编程控制器的工作特点1.编程方法简单11 可编程控制器采用面向用户的工作方式，充分考虑了工程技术人员的技能与习惯，采用了易于理解和掌握的梯形图编程语言。梯形图与继电接触器控制原理图类似，由于这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要掌握一定的电工技术和继电接触器控制系统理论的人员都可在短期内学会，用来编制用户程序。2.控制系统构成简单，通用性强尽管现在世界各地有很多生产可编程控制器的厂家和公司，有着多种品牌和种类，但其基本结构和工作原理都大致相同。配以各种组件（如I/O模块、通信模块、人机界面等）就可以灵活的组成各种规模和不同要求的控制系统。3.抗干扰能力强可编程控制器采取了一系列硬件和软件的抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力。一般无故障时间达到数万小时以上，可直接应用于有强烈干扰的工业生产现场。现在可编程控制器已被公认为最可靠的工业控制设备之一。4.可靠性高继电接触器控制系统使用了大量的机械触电，连线复杂，各触电在吸合和断开时容易受到电弧的损害，寿命较短，且工作起来可靠性较差。而可编程控制器以软件代替硬件，许多继电器的触点及繁杂的连线可用程序来实现，大量的开关动作可用无触点的电子电路完成，因此寿命长，可靠性大大提高。5.体积小、结构紧凑、安装、维护方便可编程控制器体积小、质量小，便于安装。通常可编程控制器都有自诊断、故障报警、故障显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。它的结构紧凑，与被控对象的硬件连线方式简单，接线少，易于维护。6.控制系统的设计、开发周期短可编程控制器用软件功能取代了继电接触器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器等，使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减少2.3可编程控制器的基本机构PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等。1.中央处理器单元（CentralProcessingUnit,CPU）11 中央处理器是PLC的核心部分，是系统运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。2.存储器（Memory）存储器是一种记忆部件。用来存储数据或程序，主要包括随机存取存储器和EPROM。3.输入/输出单元（Input/OutputUnit）输入/输出单元是PLC的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。4.编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。5.电源单元电源单元是PLC的电源供给部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。2.4可编程控制器的工作原理1.PLC的工作过程是周期循环扫描的工作过程。整个扫描过程可分为内部处理、输入刷新、用户程序执行、输出刷新几个阶段，如此周而复始地不断循环。内部处理实际就是运行PLC的内部系统管理程序，组成分别为：系统自监测。PLC检查CPU模块内部硬件是否正常，复位监视计时器（看门狗），如果超时则停止中央处理工作，以及完成一些其他检测。与编程器交换信息。这在使用编程器输入和调试程序时才执行。与数据器交换信息。这只有在PLC中配置有专用数字处理器时才执行。外部通信。当PLC配置有通信接口或模块时，与外部通信对象（如磁带机、其他PC或计算机等）进行数据交换。2.工作过程可分为3个阶段，分别如下：(1)输入采样阶段11 PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的状态，并将此状态存入输入映像区，这是一种集中采样方式。输入映像区的信息供用户程序执行时取用。在程序执行期间即使外部输入信号状态发生变化，输入映像区的内容也不会改变，这些变化只有到下一个扫描周期的输入采样阶段才被读入。（2）序执行阶段PLC在程序执行阶段，在无中断或跳转指令的情况下，根据梯形图程序从首地址开始按自左向右、自上而下的顺序，对每条指令逐句进行扫描，扫描一条，执行一条。执行程序时，梯形图中的输入继电器的状态取自于内部输入映像寄存器的状态，并将运算结果，即输出继电器的状态存放在内部输出映像寄存器中。（3）输出刷新阶段当所有指令执行完毕后,进入输出刷新阶段,CPU将输出映像区的内容集中转存到输出锁存器,然后传送到各相应的输出端子,最后再驱动实际输出负载,这才是PLC的实际输出,这是一种集中输出的方式。在程序执行阶段，由于输出映像区的内容会随着程序执行的进程而变化，因此，在程序执行过程中，所扫描到的功能经解算后，其结果马上就可被后面将要扫描到的逻辑的解算所利用，因而简化了程序的设计。11 第三章PLC指令系统介绍3.1PLC指令系统概述PLC的指令系统一般由常用指令、跳转指令、定时器和计数器指令、数据操作指令以及一些高级指令组成。由于本设计专业程度局限，故只将本设计所涉及的PLC指令系统中的指令罗列出来。3.2PLC指令系统介绍1.LD/LDNOT指令LD和LDNOT指令是每个行或块的起点。LD是常开触点，LDNOT是常闭触点。LD和LDNOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC、TR。2.AND/ANDNOT指令AND和ANDNOT指令是串联连接的触点。AND是常开触点，ANDNOT是常闭触点。AND和ANDNOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC。3.OR/ORNOT指令OR和ORNOT指令是并联连接的触点，执行逻辑“或”的功能。OR是常开触点，ORNOT是常闭触点。OR和ORNOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC。4.OUT/OUTNOT指令OUT和OUTNOT执行输出的功能，OUT指令将操作结果直接输出，而OUTNOT指令将操作结果取反后输出。OUT和OUTNOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR。5.ORLD指令ORLD完成两个程序块并联的功能。6.DIFU（13）/DIFD（14）指令13 DIFU（13）和DIFD（14）分别是前沿微分指令和后沿微分指令。当DIFU的输入条件由OFF变为ON时，DIFU所指定的继电器在一个扫描周期为ON；当DIFD的输入条件由ON变为OFF时，DIFU所指定的继电器在一个扫描周期为ON。DIFU和DIFD指令的数据范围为IR、HR、AR、LR、SR。7.普通定时器TIM普通定时器TIM属于延时接通定时器，他的功能如下：·当输入条件满足时，定时器以0.1s为单位递减计时;·当定时器计时值大于等于设定值,定时器触点为ON;·当定时器计时值超过设定值时,定时器计时值仍然继续增加；·如果条件不成立，定时器计时值复位（为0），触点为OFF。TIM指令数据范围为定时器号:T000～T511，设定值：#0000～9999。13 第四章(名豪)十字路口交通灯PLC控制器的设计4.1十字路口交通灯PLC控制系统的控制要求1.南北主干道（1）右转灯：红20S，绿18S，黄2S，红40S；（2）直行灯：绿18S，直行黄2S，红40S；（3）左转灯：18S，黄2S，红40S。2.东西人行道在0～18S绿灯亮，18～20S绿灯闪，20～80S红灯亮。3.东西主干道（1）右转灯：红60S，绿18S，黄2S；（2）直行灯：红40S，绿18S，黄2S；（3）左转灯：红60S，绿18S，黄2S。4.南北人行道0～40S红灯亮，在40～58S绿灯亮,58～60S绿灯闪，60～80S红灯亮。5.南北向(行)东西向(行)主干道前0到40S南北交通:直行绿灯亮18S,后黄灯亮2S,红灯亮20S；左右绿灯在直行黄灯熄灭时刻绿灯亮18S，黄灯亮2S，(40～80秒均全部红灯亮)后40到80S东西交通:直行绿灯亮18S，黄灯亮2S,红灯亮20S；左右绿灯在直行黄灯熄灭后绿灯亮18S，黄灯2S.(0～40秒均全部红灯亮)4.2十字路口交通灯布置图31 十字路口交通灯示意图如图3-1所示。在十字路口的东、西、南、◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎◎主干道交通灯北东南西北方向主的干道装有“红绿黄”灯.具体的交通灯的布置如下.图4.1交通灯的布置图在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有36个控制灯，分别为：●禁止通行灯（亮时为红色）●准备禁止通行灯（亮时为黄色）●通行灯（亮时为绿色）4.3PLC的I/O地址分配1.交通灯输入根据系统控制要求，将X0设定为启动按钮，X1设定为停止按钮。31 2.交通灯输出根据系统控制要求，交通灯系统输出端口分配表如下方向颜色东西向南北向　←↑→←↑→红Y11Y14Y11Y2Y5Y2绿Y15Y12Y7Y6Y3Y0黄Y10Y13Y10Y1Y4Y1表4.2交通灯系统输出端口分配表输出端口Y0-Y15明细:Y0南→北右转(绿)北→南右转(绿)Y1南→北左转(黄)右转(黄)北→南左转(黄)右转(黄)Y2南→北右转(红)左转(红)北→南右转(红)左转(红)Y3南→北直行(绿)北→南直行(绿)Y4南→北直行(黄)北→南直行(黄)Y5南→北直行(红)北→南直行(红)Y6南→北左转(绿)北→南左转(绿)Y7东→西右转(绿)西→东右转(绿)Y10东→西右转(黄)左转(黄)31 西→东右转(黄)左转(黄)Y11东→西右转(红)左转(红)西→东右转(红)左转(红)Y12东→西直行(绿)西→东直行(绿)Y13东→西直行(黄)西→东直行(黄)Y14东→西直行(红)西→东直行(红)Y15东→西左转(绿)西→东左转(绿)4.4系统控制流程图1.流程图31 启动南北直行绿灯18S南北直行黄灯2S南北左右行绿灯18S南北左右行黄灯2S南北直行红灯20S南北直行左右红灯40S东西左右直行红灯40S东西直行绿灯18S东西左右行绿灯18S东西左右行黄灯2S东西直行黄灯2S东西直行红灯灯20S东西左右直行红灯灯40S结束图4.3十字路口交通灯流程图31 2.交通灯正常循环运行流程图60S西到东20S60S80S60S60S18S18S40S40S20S78S2S18S2S20S60S80S60S60S18S18S40S40S20S78S2S2S18S2S42S18S22S60S2S62S18S62S38S40S2S42S18S22S40S60S2S42S20S38S18S40S2S绿黄红绿黄红绿黄红右转直走左转绿黄红绿黄红绿黄红右转直走左转南到北北到南绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红绿黄红18S2S东到西右转直走左转右转直走左转60S60S60S20S20S42S18S20S40S20S20S40S20S20S40S20S20ST0图4.4十字路口交通灯时序图T4T5T6T731 3.硬件连接:0123456左转右转直行左转左转直行右转右转直行YPLC2k1k1k北到南图4.4-131 0123456左转右转直行左转左转直行右转右转YPLC2k1k南到北直行图4.4-231 01234561011121314151617左转右转直行左转左转直行右转右转直行YPLC2k1k1k东到西图4.4-331 01234561011121314151617左转右转直行左转左转直行右转右转直行YPLC2k1k1k西到东图4.4-431 4.5软件设计1.基于设计所需指令的介绍:1.1通用定时器:通用定时器的特点是不具备断电的保持功能，即当输入电路断开或停电时定时器复位。通用定时器有100ms和10ms通用定时器两种。（1）100ms通用定时器（T0～T199）共200点，其中T192～T199为子程序和中断服务程序专用定时器。这类定时器是对100ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.1～3276.7s。（2）10ms通用定时器（T200～T245）共46点。这类定时器是对10ms时钟累积计数，设定值为1～32767，所以其定时范围为0.01～327.67s。下面举例说明通用定时器的工作原理。如图4.5所示，当输入X0接通时，定时器T200从0开始对10ms时钟脉冲进行累积计数，当计数值与设定值K414相等时，定时器的常开接通Y0，经过的时间为414×0.01s=4.14s。当X0断开后定时器复位，计数值变为0，其常开触点断开，Y0也随之OFF。若外部电源断电，定时器也将复位。X04.14SX0T200Y0T200K414Y0图4.5定时器如果需要在定时器的线圈“通电”时就动作的瞬动的触点，可以在定时器线圈两端并联一个辅助继电器，并使用它的触点。31 通用定时器没有保持功能，在输入电路断开或停电是复位。FX系列的定时器能能提供其线圈“通电”后延迟动作的触点，如果需要在输入信号变为OFF之后的延迟动作，可使用图4.6所示电路。X0T5Y0X0K200Y0T520SY0X1图4.61.2取指令与输出指令（LD/LDI/LDP/LDF/OUT）:（1）LD（取指令）一个常开触点与左母线连接的指令，每一个以常开触点开始的逻辑行都用此指令。（2）LDI（取反指令）一个常闭触点与左母线连接指令，每一个以常闭触点开始的逻辑行都用此指令。（3）LDP（取上升沿指令） 与左母线连接的常开触点的上升沿检测指令，仅在指定位元件的上升沿（由OFF→ON）时接通一个扫描周期。（4）LDF（取下降沿指令） 与左母线连接的常闭触点的下降沿检测指令。（5）OUT（输出指令）对线圈进行驱动的指令，也称为输出指令。取指令与输出指令的使用如图4.7所示。 图4.7取指令与输出指令的使用31 1.3取指令与输出指令的使用说明：1）LD、LDI指令既可用于输入左母线相连的触点，也可与ANB、ORB指令配合实现块逻辑运算；2）LDP、LDF指令仅在对应元件有效时维持一个扫描周期的接通。图3-15中，当M1有一个下降沿时，则Y3只有一个扫描周期为ON。3）LD、LDI、LDP、LDF指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S；4）OUT指令可以连续使用若干次（相当于线圈并联），对于定时器和计数器，在OUT指令之后应设置常数K或数据寄存器。5）OUT指令目标元件为Y、M、T、C和S，但不能用于X。1.4点串联指令（AND/ANI/ANDP/ANDF）:（1）AND（与指令） 一个常开触点串联连接指令，完成逻辑“与”运算。（2）ANI（与反指令）一个常闭触点串联连接指令，完成逻辑“与非”运算。（3）ANDP 上升沿检测串联连接指令。（4）ANDF 下降沿检测串联连接指令。触点串联指令的使用的使用说明：1）AND、ANI、ANDP、ANDF都指是单个触点串联连接的指令，串联次数没有限制，可反复使用。2）AND、ANI、ANDP、ANDF的目标元元件为X、Y、M、T、C和S。1.5触点并联指令（OR/ORI/ORP/ORF）:（1）OR（或指令）用于单个常开触点的并联，实现逻辑“或”运算。（2）ORI（或非指令）用于单个常闭触点的并联，实现逻辑“或非”运算。（3）ORP 上升沿检测并联连接指令。（4）ORF 下降沿检测并联连接指令。1.6触点并联指令的使用说明：1）OR、ORI、ORP、ORF指令都是指单个触点的并联，并联触点的左端接到LD、LDI、LDP或LPF处，右端与前一条指令对应触点的右端相连。触点并联指令连续使用的次数不限；2）OR、ORI、ORP、ORF指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S。31 2.根据交通灯设计要求，实现梯形图如图31 3.指令表：31 31 4.6设计总结城市交通灯控制采用单片机比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，还可以根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。本系统结构简单、操作方便，可实现自动控制，具有一定智能性。对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。经过这次毕业设计，使我觉得不论从理论知识还是从实际操纵中都学到了不少知识，我想归纳起来，主要有以下方面：第一，经过这次毕业设计，它让我接触了平时没有接触过的汇编软件以及获得相关的软件调试经验，同时我也发现自己在这方面很多不足之处。体会到理论知识对实践有很大的指导作用，它让我知道，只有在正确的理论指引下，才能设计出合乎实际需要的硬件电路。第二，31 学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分理想，各种参数都需要自己去调整。偶而还会遇到错误的资料现象，这就要求我们应更加注重实践环节。第三，在毕业设计中，我们应当注意重点与细节的关系。第四，失败不可怕，只要不趴下，昂首向前走，希望总会有。第五，同组同学相互包容，彼此合作，取长补短，才能铸就最后的成功。可以这样说毕业设计是对大学三年所学知识的一次运用和检阅，同时对自学能力提出很高的要求，所以平时的学习离开思考，就是严重的错误，我们学习不应该有偏科现象，各方面的知识都应该要接触，这样做才能为毕业设计打下基石。将近两个多月的毕业设计，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。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。毕业设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作的失败。团结协作是我们毕业设计成功的一项非常重要的保证。而这次毕业设计也正好锻炼了我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获非常重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次毕业设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！31 结论通过这次毕业设计，我感觉收获很多，在本次设计中我熟悉了一些PLC十字路口交通灯的基本设计方法，懂得了交通灯的运行规律。在这次毕业设计中，我才真正认识到自己所以学知识的贫乏，在设计中学到了之前没有见过的设计理论和方法。在这次设计中，我才真正找回了我自己，它使我明白了只有不断的学习和积累经验，才能有自己的一席之地。我相信只要自己不懈的努力，积极地向别人请教，一定会成功的！毕业设计的目的主要是培养我们运用所学的理论知识和专业知识来分析和解决PLC程序控制交通灯中所出现的一系列问题。本次我们主要解决了交通灯程序编程设计及调试验证。本次的设计是这三年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对交通灯的设计思想，更重要的是对我们三年来所学知识的运用到了实践，使我明白了在以后设计过程中的一般步骤及方法。通过这次设计，我了解了如何编写设计文件，正确使用设计手册，更培养了我们严肃认真，一丝不苟和实事求是的工作态度，从而体现了从一名学生到工程技术人员的过渡。总之，这次设计让我受益匪浅，各方面都得到了很大的提高，但由于本人学识有限，再加上实践能力和经验不足，设计中难免有不足之处。但不管怎么样通过设计使我各方面的能力提高了很多，为今后的工作和学习奠定了坚实的基础，我认为这才是最重要的。35 谢辞在我的毕业设计写作过程中,特别是在论文的修订阶段,韩亚军老师的悉心指导,言传身教,才让自己在困顿中不言放弃,在迷茫中毅然前进。时光如梭，三年弹指瞬间，如云如烟，匆匆而去。面对即将毕业的我，有迷惘，还有更多的是对未知的向往。此次设计完成，感谢韩老师、周洋老师和给我指导帮助的老师们、同学们。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！祝你们永远幸福快乐！35 参考文献[1]孙振强.可编程序控制器原理及应用教程.北京.清华大学出版社,2005[2]郑凤翼、郑丹丹.PLC控制系统.北京.人名邮电出版社,2006[3]王阿根.电气可编程控制原理与应用.北京.清华大学出版社,2007[4]王伟.可编程序控制器的使用和维护.北京.化学工业出版社,2005[5]陈立定.电气控制与编程控制器.广州.华南理工大学出版社,200135'