電氣自動化 基于PLC交通信號燈控制

III基于PLC交通信號燈控制摘要由于人民生活水平越來越高，道路上有很多的車輛，導致嚴重的交通堵塞。交通燈外部的管制系統(tǒng)一直處于欠缺的狀態(tài)，目前也有各種各樣的設(shè)計方法使交通燈更智能?？删幊炭刂茊卧褂梦⑻幚砥髯鳛楹诵?，并使用梯形圖語言進行編程，具體取決于繼電接觸器觸點或控制系統(tǒng)的電路圖。此外，價格低廉，體積小，使可編程控制器功能越來越全面。加上價格低廉和體積小、靈活的擴展性、高可靠性和意于編程使其在現(xiàn)代工業(yè)中的應用比較明顯。三菱PLC選擇可以編程的存儲器來表示程序，實施面向用戶的操作，比如邏輯運算、操控序列、估摸時間，還有我們可以使用數(shù)字或模擬式輸入/輸出來操控多種種類的機器。此設(shè)計就是用PLC來達到對紅綠燈的控制。在本畢業(yè)設(shè)計中，最先開始介紹PLC的發(fā)展情況，還有PLC的結(jié)構(gòu)與特點，經(jīng)過對工作原理的剖析和交通實際情況相結(jié)合，本文選擇FX2N種類的PLC當作重要控制要旨，計劃完成了輸入/輸出端口分派和控制方案，通過對梯形圖程序設(shè)計方法的分析，選擇采用起保停電路設(shè)計方法。關(guān)鍵詞:PLC；交通燈控制系統(tǒng)；梯形圖Abstractcontactsorthecircuitdiagramofthecontrolsystem.Inaddition,thelowpriceandsmallvolumemaketheprogrammablecontrollerfunctionmoreandmorecomprehensive.Combinedwithlowpriceandsmall,flexiblescalability,highreliabilityandintendedprogrammingmakeitsapplicationsinmodernindustries.MitsubishiPLCselectsaprogrammablememorytorepresenttheprogram,performsuser-orientedoperationssuchaslogicaloperations,manipulationsequences,estimationestimates,andwecanusedigitaloranaloginput/outputtomanipulatevarioustypesofmachines.ThisdesignisPLCtocontrolthetrafficlights.Inthisgraduationdesign,thedevelopmentofPLCwasfirstintroduced,alongwithitsstructureandcharacteristics.Aftertheanalysisofworkingprinciplesandtrafficsituation,thispaperselectsPLCofFX2Nasanimportantcontrolorder,andplanstheinput/outputportdistributionandcontrolscheme.Throughtheanalysisoftrapezoidaldiagramprogrammingdesignmethod,thestartandstopcircuitdesignmethodisadopted.Keywords:PLC;trafficlampcontrolsystem;ladderdiagram

目錄TOC\o"1-3"\h\u25665一、緒論 323975（一）交通燈的背景和意義 432468（二）PLC發(fā)展歷程 432102二、PLC概述 531954（一）PLC的特點 526835（二）PLC的結(jié)構(gòu) 64845（三）PLC編程語言 78901.指令表語言 7311572.梯形圖語言 7169143.功能模塊圖語言 781304.順序功能流程圖語言 8313705.文本結(jié)構(gòu)化語言 81563三、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計 926970（一）PLC工作原理 924765（二）PLC的I/O系統(tǒng) 1015970四、控制系統(tǒng)設(shè)計 119331（一）控制程序流程圖設(shè)計 1121998（二）控制程序時序圖設(shè)計 1113409（三）控制程序設(shè)計思路 129869（四）程序梯形圖 1213548總結(jié) 1429400參考文獻 15

一、緒論 （一）交通燈的背景和意義目前人民生活水平逐漸越來越高，使得道路交通發(fā)展越來越快，我們已經(jīng)認識到了交通帶給我們的便利，與此同時，交通堵塞、交通安全事故、尾氣污染等問題也顯然而至。中國于2008年成立“中國智能交通協(xié)會”，提出了交通領(lǐng)域的策略，目前，交通的發(fā)展還是處于起步狀態(tài)，但可以肯定的是，未來幾年，世界各個國家一定會更加看視智能交通領(lǐng)域，中國一定會施展后發(fā)優(yōu)勢，主動探索更好的發(fā)展模式，為交通輸送業(yè)中健康進展的交通技術(shù)供給最有力的保障。（二）PLC發(fā)展歷程電氣自動化控制工業(yè)首先選擇采用傳統(tǒng)的控制方式，在可編程序控制器建立以前，1968年由于汽車模型不斷改進，為了適應制造工藝的持續(xù)變化美國最大的汽車制造商希望找到一種全新的控制方法。設(shè)想有以下十個方面的特點，即:

1.易于擴展；

2.使用插件結(jié)構(gòu)容易修理；

3.與控制柜對比來說，可靠性更好一些；

4.與繼電器控制柜的體積相比更小一些；5.可連接到交流115V輸入；

6.成本基本與繼電器控制柜一樣；

7.數(shù)據(jù)能夠直達送到計算機；8.出口選擇采用交流115V,可以徑直驅(qū)動電磁閥、交流接觸閥等；

9.編程比較容易，可以直接編輯程序；

10.程序必須能夠存儲容量，可以擴展到4K字節(jié)。

1985年國際委員會對控制器做出劃定:“可編程序控制器是一種數(shù)字實施進行的電子系統(tǒng)，在工業(yè)場所下應用而設(shè)計。它內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，選擇采用可編程序的存儲器，而且經(jīng)過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制許許多多種類型的機器。相關(guān)設(shè)備與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，用來達到擴充?！本托阅芎头懂牰?，PLC將在兩大目標開展:第一向高速、大容量和高性能方向大規(guī)模擴展；第二是簡單、經(jīng)濟規(guī)模小的PLC，以適應控制小型和獨立設(shè)備的需要。二、PLC概述 （一）PLC的特點1.高的可靠性和強大干預能力PLC采用了一系列抗干擾能力裝置，如屏蔽、過濾、光電絕緣、集中采樣和離心等，以提高其對干擾的控制能力，一般無故障時間超過10萬小時。此外，可編程控制裝置具有理想的自我診斷功能，使錯誤和判斷的發(fā)現(xiàn)更加準確。其模板結(jié)構(gòu)也便于維護和修理。2.編程比較容易進行實施操作PLC不會使用微機操作中通常采取的方式，一般選擇采取梯形圖。與繼電器原理圖相比，梯形圖和它差度不大，而且看起來比較直觀，因此人們學習起來很容易理解。3.功能強PLC采用精密處理信息技術(shù)，處理開發(fā)速度非?？欤刂葡到y(tǒng)精確度很高，不僅包含序列控制、結(jié)構(gòu)邏輯控制、時間安排、計數(shù)等功能，而且還能實現(xiàn)D/A、A/D轉(zhuǎn)換及PID的操作，控制數(shù)學經(jīng)濟控制和其他功能。PLC還具備通信網(wǎng)絡，可以控制機群和多條生產(chǎn)線，它可用于遠程監(jiān)控。4.適應性很強PLC經(jīng)過程序進行控制，當控制要求改變時，用戶程序必須修改。PLC系統(tǒng)正在尋找一個相對時間的系統(tǒng)控制和管理的連接器，具備很少的接線，而且修改接線的工作量很小。此外，因為一系列PLC產(chǎn)品具備模塊化和標準化，能靈便地構(gòu)造不同系統(tǒng)的不一樣的性能。5.小型、輕量級、低能耗和強大的環(huán)境適應力PLC具有很高的可靠性和強大的反干擾技術(shù)，能夠在高溫、灰塵、振動和強大的電磁場等惡劣的社會環(huán)境中進行正常的操作。（二）PLC的結(jié)構(gòu)

總的說來，PLC是一種計算機控制裝置，具有很強的抗干擾能力，并且使用多點/輸出界面的工業(yè)控制設(shè)備。因此，其構(gòu)成與一般通過計算機信息的系統(tǒng)基本一致，有中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口的電源、網(wǎng)絡接口、軟件技術(shù)工具等。

1.中央處理器

中央處理器是擴展控制系統(tǒng)的核心，其主要功能是讀取每個頻道發(fā)送的狀態(tài)信息，然后通過用戶程序處理每個頻道的信息，判別工作問題和操作程序中的語法問題，考察系統(tǒng)的工作狀況。2.存儲器存儲器包括系統(tǒng)存儲器和客戶儲存器。第一個存儲器存儲由制造商寫入的程序，并嵌入ROM，客戶無法進行一步到位。第二類存儲器用于存儲客戶為特殊控制功能而編纂的用戶程序。3.智能I/O

為了滿足行業(yè)中更復雜的控制要求，裝置了多個智能輸入/輸出界面。為了滿足場地改造的需要，它配備了閉環(huán)控制器，為了計算和處理對高頻率脈沖，他們配備了高速計數(shù)模塊。通過智能輸出/輸出界面，用戶可以容易地形成不同的工業(yè)控制系統(tǒng)，從而不僅可以控制簡單的序列，而且可以用于其他復雜的控制過程，如閉環(huán)控制。

4.輸入/輸出接口

輸入輸出接口是與其他事物之間的連接口，傳達信息界面用來接收和拼裝輸入信號，比如按鈕開關(guān)信號和通信信號。輸入電路基本上相似，一般情況下有三種：第一種是直流輸入；第二種是交流輸入；還有一種是交直流輸入。

5.擴展接口

當PLC無法使需要的控制性能得到滿足時，我們不妨依據(jù)需求來增加該系統(tǒng)功能，擴展頁面用于連合基本單元和擴大的單元。6.通訊接口PLC配有不同的通訊界面，通過這些界面，可以貫穿到顯示器和打印機，與計算機相聯(lián)合，從而使PLC與外圍設(shè)備之間的溝通更加密切。7.編程器

控制對象的PLC管制性能是經(jīng)過實施存儲庫用戶程序完成的。編程裝置用于書寫輸入、用戶程序的調(diào)整。它也能夠作為現(xiàn)場的監(jiān)控設(shè)備進行操作。將控制器與打印機相連接，打印出用戶程序和其它消息。8.電源

小型集成電路能夠為CPU板、擴展單元以及I/O板貢獻5V工作電源，另一方面能夠為外部器件貢獻24V電源。（三）PLC編程語言1.指令表語言與匯編語言相似，并且具有一樣的工作方式，由操作碼和操作數(shù)構(gòu)成。此表中的語言與梯形圖中的編程語言圖是一致的，都可以在PLC編程軟件下進行轉(zhuǎn)換。在沒有電腦的情況下，組裝用戶程序是合適的。在這種情況下，指令表編程的特色之處是：選擇采取助記符來顯示其操縱能力，能夠很明白的理解；在鍵盤上運用助記符，比較容易讓人們進行掌握理解，能夠在沒有電腦的情況下進行程序操作，與梯形圖對應一致，其特點與梯形圖基本無差別。2.梯形圖語言這是我們比較熟悉并且我們最會熟練操作的一種語言，它是一種與繼電器線路類似的序列語言。電氣設(shè)計者在控制序列方面擁有更強的技能，因此，目前大眾比較歡迎和經(jīng)常使用的也是這種語言。梯形圖的獨特之處在于與原理圖有直觀的對應聯(lián)系，就拿交通燈控制來說，當你畫出時序圖之后，基本上就會進行梯形圖語言的編程，這類語言當你了解基本指令后，就會根據(jù)你的時序圖和流程圖進行編程操作。3.功能模塊圖語言我們選擇采用功能模塊圖的方法來展現(xiàn)模塊所具備的性能，不同的功能模塊有不一樣的性能。我們知道編程語言中的功能模塊圖言語類似于數(shù)字邏輯電路。這類語言擁有功能框圖編程語言，它的特色之處在于：簡單容易，且操作起來比較順暢，容易掌握理解和剖析控制計劃；功能單元是用圖形表示功能，非常直觀，便于設(shè)計人員在數(shù)字邏輯循環(huán)的基礎(chǔ)上編制程序；通過對比龐大模型、控制規(guī)律關(guān)系雜亂的控制系統(tǒng)，由于圖形這種語言在我們看來比較清楚明了一些，因此如果我們使用模塊圖這種語言，會大大減少策劃時間，并糾正了錯誤。4.順序功能流程圖語言這類語言是根據(jù)邏輯序列而策劃的程序語言。在方案編制過程中，將順序舉動分成步和過渡條件，操縱系統(tǒng)的過程是根據(jù)過渡條件確定的，并按一定的順序進行控制。每一個重要步驟都表示一個控制能力，用方框在我們面前顯示出來。用梯形圖邏輯完成對應的控制功能。這種方案設(shè)立的做法使架構(gòu)更加明顯，人們閱讀起來更加清楚，很大程度上減少了工作量，縮短了方案擬定時間，在大規(guī)模系統(tǒng)且方案關(guān)系復雜的情況下使用。程序語言的特點：主要在多功能的基礎(chǔ)上以功能流程順序進行，清晰、有序和便于理解用戶程序，由于機械上的復雜性，為了防止梯形圖或其他語言使用不規(guī)范，也預防了用梯形圖進行編程時造成難以解決的問題，很大程度上，用戶程序掃描時間越來越少。5.文本結(jié)構(gòu)化語言此類語言使用文字來續(xù)寫程序，這是一種和更高級語言相差不多的程序語言。在目前很大型的PLC系統(tǒng)中，此類語言經(jīng)常用于敘述控制系統(tǒng)中的變化的量之間的關(guān)系。目前，此類語言主要用于編程，而相對比而言，其他編程語言則會很艱難地進行編程。此類語言描述系統(tǒng)中不同變量之間的操縱聯(lián)系，從而完成所要的流程和功能?；旧线x擇的結(jié)構(gòu)化文字程序操作和高級語言一致，但為了我們使用起來更加便捷，因此簡化了表達方法。這種語言的特點：通過高檔語言可以實施更加繁瑣的操作，但是需要某種程度的計算機言語儲備，這需要高質(zhì)量的工程設(shè)計人員。不一樣種類的PLC軟件對所需要的語言的支持也是不一樣的，相對來說，早期的PLC僅僅只能夠運行梯形圖和指令表的運算。當代的PLC對梯形圖、指令表、功能模塊圖編程語言都能夠運行。三、系統(tǒng)總體方案的設(shè)計（一）PLC工作原理它主要是通過執(zhí)行用戶程序來履行不同的控制功能。它主要在工業(yè)環(huán)境下使用，主要選擇循環(huán)掃描的方法，一般分為4個階段：第一階段是初始化過程。PLC的輸入信號沒有直接連接到中央處理器，輸入輸出狀態(tài)表是我們想要儲存信息的專用放置區(qū)間。輸入是想要存放需要的消息的裝置，同樣輸出也就是放置我們所需要的輸出消息的裝置。進行操作時，首先i進行掃描狀態(tài)這個指令，然后再進行檢查自身，確認我們能夠正常使用設(shè)備后，它會進入下一階段。第二階段是對輸入中的信號的處理階段。當操控此類信號時，首先處理器檢驗這種狀態(tài)，并且將得到的每個輸入口的消息送到暫時存儲器中。在這個時間內(nèi)，輸入點的指令在暫存器中一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)，不會遭受到這種信號變化所帶來的作用，應該對計算結(jié)果造不成混淆，從而確保客戶程序的正確運算。第三階段是處理程序的階段。當所有輸入消息進入到所表示的表中時，處理器會進入到第三個階段。在這個進程中，PLC將按依次掃描的用戶程序，并根據(jù)輸入輸出情況和相關(guān)指導進行計算和處理，最后在輸出狀態(tài)的暫存器中輸入效果。第四階段是輸出處理進程。在這個進程中，處理器達到了對使用者所需要的序列的掃描，并且將操作的效果寫進輸出狀態(tài)中。這時候?qū)妮敵鰻顟B(tài)中得到的信號，送往輸出電路，從而運行此類型所需要的線圈，以控制所控制的設(shè)備進行許多相應程序。處理器隨后返回進行下一個掃描周期。第一階段的籌備工作僅在進程開始時進行一次，隨后的周期只在第二、第三和第四階段間運行。應當指出，在調(diào)查周期內(nèi)，只有在處理信息階段對狀況進行研究。當處理器進入方案辦理過程時，輸入端被遏止，進入下一個研究過程期間的輸入辦理過程之前不會再檢查輸入情況，這種方式稱為集中采樣，在它實施操作的這個過程中運行處理此類狀況。若在客戶指令操作系統(tǒng)中對輸出進行很多次的嘗試，則采用最后一次結(jié)果。在勘測周期中，在執(zhí)掌階段會臨時輸出存儲的輸出信息，但是在其它情況下，數(shù)值會永遠在暫時存儲器中保存，我們也可以這樣認為，輸出選擇相聚的時間輸出方法，這類型的狀況也可用于輸出記載中作為中間結(jié)果或輸入用戶程序的情況。PLC的集中采樣和輸出的工作方法，使得處理器工作期間大部分時間與外圍設(shè)備分離，從而提高其干擾控制和可靠性的能力，但反應遲緩和反應速度緩慢，同樣也可以理解為PLC以低的速度實現(xiàn)高可靠性。（二）PLC的I/O系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)基本上主要分兩類：單元類型和模塊類型。第一個將PLC的關(guān)鍵部分安裝在機箱中。下一個則是將PLC的主要配置做成模塊，我們則根據(jù)我們的需求在槽中插入所需要使用的模塊，然后構(gòu)成了PLC系統(tǒng)。不管我們選擇什么樣的結(jié)構(gòu)，用于連接場地的每個輸入/輸出點都會確定彼此相適應的方式，此方式稱為I/O尋址方式，下面我將介紹I/0尋址方式:（1）確定的輸入輸出點都有明確規(guī)定的位置，這個位置是由廠家所確定的，這個種類的輸入/輸出點都有明確的穩(wěn)定的地址。一般情況下，單元式的PLC選擇采用這種類型。（2）第二個是專門為開關(guān)而設(shè)定的一種方式，可戶經(jīng)過設(shè)定調(diào)換開關(guān)位置來確定的。（3）第三個是用這類型的軟件來確定下來的I/0尋址方式，這種類型的尋址方式是用戶經(jīng)過編造這種類型所需要的分配表來確定的。我通過對我所需求裝置進行分析，系統(tǒng)選擇采用了自動這種類型的控制方法，輸入也就是開關(guān)，輸出也就是各個方向的信號燈，在每個方向的指示燈中，一樣顏色的指示燈一定會同期進行工作，我為了選擇更少的輸出點數(shù)，選擇了并聯(lián)輸出這類方式。因此，我的畢業(yè)設(shè)計的需要的輸入點數(shù)為1，輸出點數(shù)為6。類別電器元件PLC軟元件輸入開關(guān)按鈕X1輸出南北方向紅燈Y0南北方向黃燈Y1南北方向綠燈Y2東西方向紅燈Y3東西方向綠燈Y4東西方向黃燈Y5四、控制系統(tǒng)設(shè)計（一）控制程序流程圖設(shè)計東西紅燈33s南北綠燈30s南北黃燈3s東西紅燈33s南北綠燈30s南北黃燈3s啟啟動南北紅燈40s東西綠燈35s東西黃燈5s啟動南北紅燈40s東西綠燈35s東西黃燈5s圖1流程圖（二）控制程序時序圖設(shè)計南北紅南北黃 南北綠東西紅東西綠東西黃圖2時序圖（三）控制程序設(shè)計思路在十字路口的東西、南北方向裝置紅燈、黃燈、綠燈。當按下啟動按鈕時，南北方向的紅燈亮40秒，此時東西方向綠燈常亮30秒、綠燈閃爍亮5秒、黃燈閃爍亮5秒，之后東西方向紅燈亮33秒，南北方向綠燈常亮25秒、綠燈閃爍亮5秒，緊接著黃燈亮3秒，整個過程如此循環(huán)進行。T0定時為30秒，T1定時為5秒，T2定時為5秒，T3定時為25秒，T4定時為5秒，T5定時為3秒。（四）程序梯形圖根據(jù)對交通燈的控制要求對PLC進行控制程序的設(shè)計。圖3梯形圖圖4梯形圖圖5梯形圖總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計是基于三菱PLC交通燈系統(tǒng)燈設(shè)計，通過PLC來完成對時間的控制，還有完成對交通燈狀態(tài)每種顏色之間的變化。在這個學習的過程中，我學會了PLC的梯形圖編程方法，還有我目前對PLC工作原理掌握的更加透徹，通過程序的編寫使我對PLC的使用更加熟練。這一