人行道和车道指示灯PLC控制系统设计

1、摘要：本设计主要介绍三菱fx系列可编程控制器，对人行道指示灯的控制，阐述控制方案。实现人行道交通灯的方法这有多种方法，可以采用早期的模拟数字电路技术，或是模拟电路与数字电路的混合电路，随着科技发展，现在也采用可编程控制器来控制。本设计主要采-16mr-001型plc作为核心控制器对人行道交通灯的控制设计.采用顺序功能图设计法,设计出顺序功能图,梯形图指令,指令表程序,并进行程序调试.第1章 可编程控制器概述1 .1 plc 的定义特点.1.1.1 plc 的定义可编程控制器是在传统顺序控制器的基础上引入微电子技术.计算机技术,自动控制技术和通信技术而形成的新型工业控制装置.早期的可编程控制器在

2、功能上只能进行逻辑控制,因此称它为可编程逻辑控制器(cprogrammable logiccontroller .plc) 随着技术的发展国外一些厂家采用微处理器(microprocessor)作为中央处理单元,使其功能大大增强,现已经广泛应用于工业控制的各个领域.1980年美国电器制造商协会(nema)将它命名为可编程控制器(programmable.controller.pc)由于个人计算机简称pc为避免混淆可编程控制器仍简称plc.国际电工委员会(iec)曾于1987年2月对可编程控制器的定义是:“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.它采用了可编程的存储

3、器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和计数操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程”1.12 plc的特点1可靠性高，抗干扰能力强 plc是为工业控制而设计的，可靠性高，抗干扰能力强是它重要的特点之一。plc的平均无故障间隔时间可达几十万小时。 plc在硬件和软件上均采用了提高可靠性的措施。2编程简单、使用方便。 plc的编程可采用与继电器电路极为相似的梯形图语言。近年来又发展了面向对象的顺序功能图语言，使编程更简单方便。3通用性好，组合灵活。 plc是通过软件来实现控制目的，同一台plc 可用于不同的控制对象，只需改变软件就可以实

4、现不同的控制要求，充分体现了灵活性和通用性。4、功能完善，适应面广。plc不仅可以完成逻辑运算、计数、定时和算术运算功能。配合特殊功能模块还可实现定位控制、过程控制和数字控制等功能。5、体积小，功耗低。plc是采用半导体集成电路制成的，因此具有体积小，重量轻，功耗低的特点。6、设计施工周期短。12 plc的分类121按结构形式分类根据plc的结构形式可将plc分为整体式和模块式两类。1、 整体plc是将电源、cpu、存储器及i/o等各个功能集成在一个机壳内，其特点是结构紧凑，体积小、价格低。小型plc一般多采用这种结构。2、 模块式plc是将电源模块、cpu模块、i/o接口模块作为单独的模块安

5、装在同一底版或框架上的plc。其特点是配置灵活、装配维护方便。大、中型plc多采用这种结构。122按i/o点数和存储容量可将plc分为大型、中型、小型三类。1、i/o点数在256点以下存储容量为2k步的为小型plc。2、i/o点数在2562048点之间，存储容量为2k8k步之间的为中型plc。3、i/o点书在2048以上。存储容量为8k步以上的为大型plc。 1.3 plc的应用领域 随着微电子技术的快速发展，plc的制造成本不断降低，而功能却不断增强，目前，在先进工业国家plc已成为工业控制中的标准设备，应用领域已覆盖整个工业企业，概括起来主要应用在以下几个方面：1 逻辑控制 2过程控制3运

6、动控制 4通信联网5数据处理第2章 plc指令系统2.1 fx系列plc的基本逻辑指令 2.1.1 ld、ldi、out指令 ld：取指令，是从左母线取常开触点指令，表示常开触点与母线相连。操作对象有: x、y、m、s、t、c ldi：取反指令，是从左母线上去常闭触点指令，表示常闭触点与母线相连。操作对象有：x、y、m、s、t、c out：输出指令，表示对输出继电器y、辅助继电器m、状态继电器s、定时器t、计数器c的线圈进行驱动的指令，但不能用于输入继电器。 2.1.2 触电的串并联指令 1 and、ani指令 and：与指令，用于单个常开触点的串联，操作对象有：x、y、m、s、t、c ani

7、：与非指令，用于单个常闭触点的串联，操作对象有：x、y、m、s、t、c and和ani串联的触点数量无限制，并且可以多次使用。 2 or、ori指令 or：或指令，用于单个常开触点的并联，操作对象有：x、y、m、s、t、cori：或非指令，用于单个常开触点的并联，操作对象有：x、y、m、s、t、cor、ori指令紧接在ld、ldi指令后使用，亦即对ld、ldi指令规定的触点再并联一个触点，并联次数无限制。 2.1.3 电路块的串并联指令 1串联电路的并联指令 orb：多触点电路块的并联连接指令。 orb指令是不带操作元件的指令。 2. 并联电路的串联指令 anb：多触点电路块的串联连接指令。

8、anb指令是不带操作元件的指令。 2.1.4 置位与复位指令 1. set：置位指令，使操作保持on的指令。2. rst：复位指令，使操作保持off的指令。 2.1.5 取反指令 inv：取反指令，表示将inv指令电路之前的运算结果取反。在梯形图上用一条短斜线表示，它不带操作元件，不能直接与母线连接也不能像or、ori、orp、orf一样单独使用。 2.1.6 空操作指令 nop：空操作指令，使该步进行空操作。 2.1.7程序结束指令 end：为程序结束指令，将输入输出处理到零。2.2 编程元件 2.21输入继电器和输出继电器 1. 输入继电器（x） plc 的输入端子是从外部接收信号的窗口，

9、plc内部与输入端子连接的输入继电器（x）是光电隔离的电子继电器，线圈的吸合与释放只取决于plc外部触点的状态。 2. 输出继电器（y） plc的输出端子是向外部负载输出信号的窗口，输出继电器的线圈由程序控制，且外部输出主触点接到plc的输出端子上供外部负载使用。输出继电器常开/常闭触电的使用次数不限。 2.2.2 辅助继电器（m） plc内部有很多辅助继电器，启动作原理与输出继电器一样，只能由程序驱动。辅助继电器也称中间继电器，主要包含以下三类： 1通用辅助继电器 2锁存(断电保护)辅助继电器 3. 特殊辅助继电器 2.2.3 状态继电器（s） 状态继电器是用于编制顺序控制程序的一种编程元件

10、（状态标志），常与stl指令（步进梯形指令）配合使用，主要用于编程过程中顺控状态的描述和初始化，fx2n系列plc的状态继电器通常分为以下几类： 初始化使用：s 0s9（10点） 返回原点状态器：s10s19（10点） 通用型：s20s499（480点） 断电保持型：s500s899（400点） 报警型：s900s999（100点） 2.2.4 定时器（t）与计数器(c)定时器在plc中的作用相当于一个时间继电器。定时器的元件号及其设定值如下：1. 100ms定时器t0t199，共200点，计时范围:0.13276.7s； 2. 10ms定时器t200t245，共46点，计时范围:0.0132

11、7.67s; 3. 1ms积算定时器t246t249，共4点，计时范围：0.00132.767s; 4. 100ms积算定时器t250t255，共6点，计时范围：0.13276.7s. 计数器是在执行扫描操作时对内部元件x、y、m、s、t、c的触点通断次数进行积算式定时方式计数。当计数次数达到计数器的设定值时，计数器触点动作，是控制系统完成相应的控制作用。计数器可按其计数方式、计数范围以及计数开关量的频率，计数器的元件号及设定值等分为如下5类：1. 16位通用计数器2. 16位锁存计数器3. 32位通用加、减双向计数器4. 32位加、减双向高速计数器 2.2.5 数据寄存器（d）数据寄存器主要

12、用来存储参数及工作数据，包括模拟量控制、位置控制和数据输入、输出等工作中所用到的数据。数据寄存器分为4种类型： 1通用数据寄存器 2锁存数据寄存器 3文件寄存器 4特殊数据寄存器 第3章plc控制系统设计控制要求：x1或x0人行道和车道指示灯按下图所示的示意图点亮。3.1分析按钮式人行横道指示灯的控制要求 按下人行道按钮x0或x1，车道绿灯y3亮人行道y5亮，30s以后车道黄灯y2亮，10s以后车道红灯y1亮，5s以后人行道绿灯y6亮，15s以后人行道绿灯y6开始闪烁，每隔1s闪一次，闪烁五次后，人行道红灯y5亮，5s以后返回到初始状态。3.2分析并进行plc选型 plc选型的基本原则是：所选

13、的plc应能够满足控制系统的功能需要。一般从系统功能、plc的物理结构、指令和编程方式、plc的存储容量和响应时间、通信联网功能等方面进行综合考虑。3.2.1 plc结构的选型 在相同功能和相同i、o点数的情况下，整体式plc比模块式plc价格低。模块式具有功能扩展灵活、维修方便、容易判断故障等优点。3.2.2 plc输出方式的选择 不同的负载对plc的输出方式有相应的要求。继电器输出型的plc工作电压范围广，触电的导通压降小，承受瞬时过电压和瞬时过电流的能力较强，但是动作速度较慢，触点寿命有一定的限制。如果系统的输出信号变化不是很频繁，建议优先选用继电器输出型的plc。晶体管型与双向晶闸管型

14、输出模块分别用于直流负载和交流负载。它们的可靠性高，反应速度快,不受动作次数的限制，但是过载能力稍差。3.2.3 plc电源的选择 电源是plc干扰引入的主要途径之一，因此应选择优质电源以助于提高plc控制系统的可靠型。3.2.4 存储容量的选择 plc程序存储器的容量通常以字或步为单位，用户程序存储器的容量可以作粗略的估计算。一般情况下可按照如下经验公式计算： 存储容量=k总输入点数总输出点数 在选择内存容量时同样应留有裕量，一般是运行程序的25%，不应单纯的追求大容量，在大多数情况下，满足i、o点数的plc，内存容量也能满足。 综上所述，本设计人行横道指示灯的控制选择fx2n-16mr-0

15、01型plc。3.3控制电路的i、o端子的分配 输入 输出外部设备内部设备说明外部设备内部设备 说明 sb1x0启动信号l1y1车道红灯sb2x1l2y2车道黄灯l3y3车道绿灯l5y5人行道红灯l6y6人行道绿灯3.4根据i、o分配画plc外接线图3.5程序设计3.51根据控制要求进行顺序功能图设计1步的分配如下所示： 初始状态为on：s0车道绿灯亮： s20车道黄灯亮： s21车道红灯亮： s22人行道红灯亮： s30人行道绿灯亮： s31计时： s32人行道闪绿： s33人行道红灯亮： s34 以上工作过程的分解可以看出，该控制系统一共9步。2对应于每一步的动作s0：y3、y5为on，车

16、道绿灯y3亮与人行道红灯y5亮。s20：驱动y3为on，车道绿灯y3亮，同时启动定时器t0定时30s。s21：驱动y2为on，车道黄灯y2亮，同时启动定时器t1定时10s。s22：驱动y1为on，车道红灯y1亮，同时启动定时器t2定时5s。s30：驱动y5为on，人行道红灯y5亮。s31：驱动y6为on，人行道绿灯y6亮，同时启动定时器t3定时15s。s32：启动定时器t4定时0.5s。s33：启动定时器t5定时0.5s，同时计数器开始计数，设定5次。s34：驱动y5为on，人行道红灯y5亮,同时启动定时器t6定时5s，同时计数器复位。 3 找出每个步的转移条件 由工作过程可知，每一步的转移条

17、件为： s0：plc上电之初由初始化脉冲m8002对其置位为on，当plc由stop转入run，初始状态为ons20：按钮x0或x1，即x0+x1.s21：t0的常开触点。s22：t1的常开触点。s30：按钮x0或x1，即x0+x1s31：t2的常开触点。s32：t3的常开触点。s33：t4的常开触点。s34: c0t54程序运行过程的分析 人行道交通灯的顺序功能图既有并行分支，又有选择分支。当plc由stop转入run时，初始状态s0为on。这时车道绿灯y3亮，人行道红灯y5亮。按人行道按钮x0或x1时，进入到并行序列，s21和s30同时为on，此时车道绿灯y3亮，人行道红灯y5亮，红绿灯状

18、态不变化。30s后车道变为黄灯y2亮，再过10s，车道红灯y1亮，同时启动t2开始定时，5s后t2触电接通s31，人行道绿灯y6亮，15s后人行道绿灯y6开始闪烁，s32、s33每隔1s循环接通一次，一共接通5次。s32、 s33循环接通的次数由计数器c0设定，若计数器没有计够5次，即 t5c0=1,则跳到s32继续循环执行；若计数器已经计够5次了，即t5c0=1，则状态向s34转移，人行道红灯y5亮，同时给计数器c0复位，5s后返回到初始状态。在状态转移过程中，即使再按动人行横道按钮x0或x1也无效。5根据以上3个步骤，得到的按钮式人行横道指示灯控制的顺序功能图。3.5.2 根据顺序功能图画

19、梯形图、写指令表1 梯形图2指令表ldm8002ldt2rstc0set s0sets31outt6stls0stls31k50outy3outy6stls23outy5outt3stls34ldx0k150ldt6orx1ldt3outs0sets21sets32retsets30stls32endstls21outt4outy3k5outt0ldt4k300sets33ldt0stls33sets22outy6stls22outc0outy2k5outt1outt5k100k5ldt1ldt5sets23anic0stls23outs32outy1ldt5outt2andc0k50sets34stls30stls34outy5outy53.6 程序调试 1. 模拟调试 设计好用户程序后，一般先做模拟调试。用plc的硬件来调试程序时，用接在输入端的小开关或按钮来模拟plc实际的输入信号，观察输出信号是否满足设计的要求。 2. 系统调试对于有模拟量输入的系统，可以给模拟量输入模块提供标准的输入信号，通过调节模块上的电位器或程序中的系数，使模拟量输入信号和转换后的数字量之间的关系满足要求。完成上述的调试后，将