PLC交通信号灯控制设计

1、目 录 : 摘要 1 第一章 前言2第二章 plc控制 plc交通灯控制设计报告3一 plc的基础知识2二 梯形图的设计与编程方法 10三 plc在交通灯的应用13第三章 结束语18第四章 参考文献 19一 摘要plc可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，plc、机器人、cad/cam将成为工业生产的三大支柱。由于plc

2、具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将plc应用于交通灯系统中。同时，plc本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还引入f940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，十分形象地显示出了plc在交通灯系统中的实际应用。二关键字（plc控制）前 言 在20世纪6070年代，为了适应计算机、数字控制、机器人、大规模集成电路等高新技术的发展，美国通用汽车公司（gm）为适应汽车型号的不间断翻

3、新，提出了“结合计算机灵活、通用、功能完备以及继电器控制简单、易懂、操作方便、为大家所熟悉”优点，面向工作现场、面向控制过程、面向实际问题，即使是不熟悉计算机的人，经过简单训练也可以直接编程的一种新型电子化的自动控制装置来代替传统继电-接触控制的设想。1969年，美国数字设备公司（dec）率先研制出pdp-14可编程控制器，成功的用在gm公司的自动装配线上。1987年，国际电工委员会（iec）对它定义如下：一种数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计。它采用可编程的存储器，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，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控

4、制各种类型机械或生产过程。在早期，主要用于替代继电-接触的顺序控制，因此，又成为可编程逻辑控制器（programmable logic controller plc）。随着电子技术、计算机技术的迅速发展，可编程控制器的功能已远远超出了顺序控制的范围。被称为可编程控制器（programmable controller pc）为区别于个人计算机(personal computer pc)，顾沿用plc这个缩写。plc控制 plc交通灯控制设计报告 一 plc的基础知识1.1 概述 可编程控制器plc（programmable logical controller），简称为可编程控制器。它是一种以计

5、算机为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型的工业自动化控制装置。它具有结构简单、性能优越，可靠性高等优点，广泛应用于工业自动化领域，被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。1.2 plc的特点1 可靠性高，抗干扰能力强；2功能完善、扩展方便、组织灵活、实用性强；3编程简单、使用方便；4体积小、质量轻，是实现“机电一体化”的理想产品；5性价比高；1.3 plc的应用目前，plc在机械、电力、冶金、能源、化工、交通等领域有着广泛的应用，已成为现代工业控制的三大支柱（plc robot cad/cam）之一。根据plc在工业控制中的特点，可将其应用形式归纳为以

6、下几类类型： 1开关量的逻辑控制 逻辑控制是plc最基础、最广泛的应用领域。它取代传统的继电器-接触器控制系统，应用于单机控制、多机群控或生产线自动控制中，如各种机床设备、机械装置、自动化生产线、冶炼设备、货物存取、建通运输及电梯控制等。2 机械运动控制运动控制就是用plc控制运动部件的速度或加速度，实现平滑的直线运动或圆弧运动。如数控机床中，控制模块（刀具）按照给定的坐标移动一轴或数轴到目标位置。3过程控制及构成集散控制系统（dcs） 过程控制是指连续不间断的生产控制。如石油、化工生产过程，其控制参数（温度、压力、速度和流量等）多为模拟量。plc除了基本的数模（d/a）模数（a/d）转换外，

7、还具有数据运算功能。plc通过比例-积分-微分即pid(proportional-derivative)模块或主机自带的pid指令可实现闭环过程控制，可实现单回路、多回路的调节控制。“计算机-plc-现场仪表”是目前构成集散控制系统(dcs)的基本构成。4 数据处理现代的plc具有算术、逻辑运算和数据传送、比较、转换、通信等数据处理能力。吧plc和计算机数值控制（cnc）设备紧密结合，通过数据采集和监控，使plc实现其连续生产过程的信息控制和管理。 5 通信联网plc的通信包括主机与远程i/o间的通信、多台plc之间的通信、plc与其他智能设备（计算机、变频器、数据装置、智能仪表）之间的通信。

8、随着plc通信功能不断加强，现代plc均具有通信接口或专用网络通信模块，用双绞线、同轴电缆将它们连成网络，以实现信息的交换。还可以构成“集中管理、分散控制”的分布控制系统。i/o模块按功能各自放置在生产现场分散控制，然后利用网络连接构成集中管理信息的分布式网络系统。1.4 plc的分类1 按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式；3)分散式。2 按plc的i/o点数分类：1）微型64点以下；2）小型256点以下；3）中型256点以上，1024点以下；4）大型1024点以上。1.5 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

9、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的基本结构框图如下：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件1.6 plc的工作原理 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

10、息。 2） 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 3）输出处理阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。1.7 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，逻辑符号图，高级语言等。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

11、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：下图是三菱公司的fx2n系列产品的最简单的梯形图例： x000 x001 y000 x010 end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。l 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

12、为： 地址 指令 变量 0000 ld x000 0001 or x010 0002 and not x001 0003 out y0000004 end 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图1.8 plc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,sout（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

13、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。 x000 y000 地址 指令 数据 0000 ld x000 0001 out y0002 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 a

14、nd、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。 x001 x002 y001 地址 指令 数据 0002 ld x001 x003 0003 andi x002 0004 or x003 0005 out y001 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。or

15、b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an

16、b指令，最多使用7次。 anb x000 x002 x003 y006 x001 x004 x005 orb x006 x003 地 址 指 令 数 据 0000 ld x000 0001 or x001 0002 ld x002 0003 and x003 0004 ldi x004 0005 and x005 0006 or x006 0007 orb 0008 anb 0009 or x003 0010 out y006 4 程序结束指令（end）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件结束 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

17、，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。 其他的一些指令，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，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍了。下面同学们可练习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。1.9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

18、，s代表状态继电器，d代表数据寄存器，mov代表传输等。二 梯形图的设计与编程方法 梯形图是各种plc通用的编程语言，尽管各厂家的plc所使用的指令符号等不太一致，但梯形图的设计与编程方法基本上大同小异。2.1 确定各元件的编号，分配i/o地址 利用梯形图编程，首先必须确定所使用的编程元件编号，plc是按编号来区别操作元件的 。我们选用的fx2n型号的plc，其内部元件的地址编号如下表所示，使用时一定要明确，每个元件在同一时刻决不能担任几个角色。一般讲，配置好的plc，其输入点数与控制对象的输入信号数总是相应的，输出点数与输出的控制回路数也是相应的（如果有模拟量，则模拟量的路数与实际的也要相当

19、），故i/o的分配实际上是把plc的入、出点号分给实际的i/o电路，编程时按点号建立逻辑或控制关系，接线时按点号“对号入坐”进行接线。fx2n系列的i/o地址分配及一些其他的内存分配前面都已介绍过了，同学们也可以参考fx系列的编程手册。2.2 梯形图的编程规则 1、 每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。2、 梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图(a)错，图(b)正确。 图 ( a ) 图 （b）3、线圈不能直接接在左边母线上。4、在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免

20、。5、在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析plc的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。下图是一个错误的桥式电路梯形图。 (1)编程实例首先介绍一个常用的点动计时器，其功能为每次输入x000时，接通时，y000输出一个脉宽为定长的脉冲，脉宽由定时器t000设定值设定。它的时序图如下图所示： x000 y000 t t 根据时序图我们就可画出相应的梯形图： m000 t0 m000 x000 m000 t0 m000 t0 y000 end 运用定时器还可构成振荡电路，如根据下面的时序图，我

21、们可用两个定时器t001、t002构成振荡电路，其梯形图如下： x000 y000 t1 t2 根据时序图我们就可画出相应的梯形图 x000 t002 t001 t001 t002 y000 y000 t002end下面是一个延时接通/延时断开电路。同学们根据时序图，画出梯形图。t1 t2 三 plc在交通灯的应用一、设计目的：软件延时实现模拟路口交通灯控制。二、设计要求：信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南.北绿灯和东.西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南.北红

22、灯亮维持25s，在南.北红灯亮的同时东.西灯也亮，并维持20s，到20s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东.西黄灯熄灭 ，东.西红灯亮。同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东.西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。三、设计步骤及原理： 根据控制要求，画出交通灯的状态图。如图： 交通灯指挥信号状态图 根据任务要求，可以算出i/o点数，根据i/o点数及功能要求，选择fx2-48mr型pc机。 i/o输出如下：输入地址： 启动

23、x000 输出地址： 南北 绿灯 y000 南北 黄灯 y001 南北 红灯 y002 报警灯 y003东西 绿灯 y004 东西 黄灯 y005 东西 红灯 y006交通灯的面板示意图如下： mg my sr sy sg mr 北 西 东 sg sy sr 南 mg my mr 图 1-2该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其标号分别为mg、my、mr和sg 、sy、sr。其中，其中，交通灯选用5v直流电，com端为交通灯的公共端。而灯与程控器之间的接线图如下： 程 y000 控 y001 器 y002 的 : 输 : 出 : 5v 端 com 图 1- 3 从

24、上图可看出，程控器的公共端接5v电源的负极，而灯的公共端接电源的正端，灯的另一端接到程控器的输出端，如y000，y001 等。 梯形图如图地址 指令 变量 地址 指令 变量 0000 ld t0 0029 ani y3 0001 and x0 0030 and x0 0002 ani t4 0031 out y2 0003 out t0 00320 ld t0 0004 k 250 0033 out y6 0005 ld t0 0034 ld y2 0006 out t4 0035 ani t6 0007 k 300 0036 ld t6 0008 ldi y3 0037 ani t7 0038 and t10 0