十字路口交通灯PLC课程设计.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date十字路口交通灯PLC课程设计_x0001_摘要 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，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

2、的主要问题。 PLC控制是目前工业上最常用的自动化控制方法，由于其控制方便，能够承受恶劣的环境，因此，在工业上优于单片机的控制。 将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点 。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。关键字： PLC 交通灯 程序控制目 录 摘要.- 1 - 第1章 前言. - 3 -1.1课题的背景和意义- 4 -1.2课题的现状、发展趋势

3、和已解决的问题- 4 -1.3 PLC的概述- 6 -1.3.1 PLC的产生及发展- 6 -1.3.2 PLC的结构- 7 -1.3.3 PLC的定义- 7 -1.3.4 PLC的工作原理- 8 -1.3.5 PLC的运用- 8 -1.3.6 PLC的发展趋势- 9 -1.4 CPU模块- 10 -1.4.1 I/O模块- 11 -1.4.2 编程器- 11 -1.4.3 电源- 11 -1.4.4 PLC的通信联网- 12 -1.5 PLC的物理结构- 12 -1.5.1 整体式PLC- 12 -1.5.2 模块式PLC- 12 -1.5.3 CPU模块中的存储器- 12 -1.5.4 I

4、/O模块- 13 -1.5.5 PLC的工作原理- 13 -第2章 控制方案设计. - 15 -2.1 PLC正常时序- 15 - 2.2 设计要求.- 15 -2.2.1 交通模拟面板示意图- 16 - 2.3 总体方案确定.- 17 - 2.3.1 方案的原理.- 17 -2.3.2 方案的特点- 17 -第3章 硬件、软件的选择与硬件连接- 18 -3.1输入点与输出点分配- 18 - 3. 2 I/O接线图.- 19 - 3. 3硬件选择.- 19 -3.4软件选择.- 20 -3.5硬件连接.- 21 -第4章 编程设计. - 22 -4.1编写程序流程图- 22 - 4.2梯形图设

5、计. - 23 - 4.2.1编写梯形图. - 23 - 4.2.2对应指令程序. - 24 -第5章 系统调试- 26 -5.1系统程序调试- 26 -5.2系统硬件调试- 26 - 5.3程序指令调试.- 26 - 5.3.1操作过程简要说明.- 26 - 5.3.2常见故障及其排除方案.- 27 -个人小结.- 28 -参考文献.- 29 - 第1章 前言1.1课题的背景和意义随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如：绿灯方向几乎没有

6、什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。通过对十字路口交通灯控制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深了对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握。同时也培养自身综合运用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，更使我们受到了PLC系统开发的综合训练，从而能够使我们进行PLC系统设计和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。更重要的是：通过对十字路口交通灯系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇于

7、探索、实事求是、善于与他人合作的工作作风，这为我们将来的上岗实习做好了充分的准备。1.2课题的现状、发展趋势和已解决的问题 近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的可编程控制器（PLC）得到了迅猛的发展。早期的PLC主要用于顺序控制，今天的PLC已经能够应用于闭环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而便捷的方式。由于PLC自身具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比高、等优点，因而在工业生产中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够

8、获得更大的发展空间。PLC主体由三部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统和输入、输出接口。PLC基本结构如图1-1所示：图1-1 PLC的组成框图系统电源有些在CPU模块内，也由单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。外部的开关信号、模拟信号各种以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。PL

9、C采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。可编程控制器的工作过程包括两个部分：自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图1-2所示:图1-2 PLC工作过程框图PLC在每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自诊断正常，继续向下扫描，然后PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处理。当PLC处于停止(STOP)状态时，只循环进行前两个过程。而在PLC处于运行（RUN）状态时，PLC从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次

10、以上五个阶段所需要的时间成为有一个扫描周期。一次扫描周期也可以简单的分为输入处理、程序执行、输出处理三个阶段。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。而当前中小型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。

11、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816点，以适应单机及小型自动控制的需要。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。而加强PLC联网通信的能力，则是PLC技术进步的潮流。另外PLC的外部故障的检测与处理能力也在不断的增强。而在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P

12、LC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。所以通过PLC对十字路口交通灯进行控制，是大势所趋。由于PLC十字路口交通灯控制系统比原来的继电器-接触器控制系统更加的稳定、效率更高，而且减少了很多的外部继电器和接触器的使用，具有更高的可靠性和安全性，控制效果更加明显，很好的弥补了原有控制系统的不足，更有效的解决现有的十字路口的交通控制方面所面临的交通拥挤，车流量不均衡，出行时间过长等问题。因此，我们利用PLC控制系统来控制十字路口交

13、通灯，使十字路口交通的管理更科学化，更有条理，也使交通更加的便捷畅通。1.3 PLC的概述 1.3.1 PLC的产生及发展在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。但是为了避免与个人计算机（Personal Com

14、puter）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。 1.3.2 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

15、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。 中央处理单元 CPU板接口部件输出输入接口部件接受 现场信号 驱动受控元件 电 源 部 件图1-3 PLC的基本结构框图 1.3.3 PLC的定义可编程控制器，简称PLC(Proframmable logic Controller)，是指计算机技术为基础的新型工业控制基础。在1987年国际电工（International Electrical Committee）颁布的PLC标准

16、草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门的存储器，用来在其内部 存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计算和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩转其功能的原则而计算。” 1.3.4 PLC的工作原理1）、输入采样阶段：在此阶段，顺序读入所有输入端子通断状态，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，只有早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

17、所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路时输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 1.3.5 PLC的运用目前，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、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、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。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

18、。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。 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

19、非常广泛的应用。 5、数据处理 现代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。 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

20、生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。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。 7、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。 1.3.6 PLC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

21、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，如三菱公司系列PLC。3、PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力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

22、/O模块、 通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储的智能I/O模块，既扩转了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都有专用通信模块与计算机通信。为了将强联网通信能力，PLC生产厂家之间也不断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P

23、LC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系。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。1.4 CPU模块CPU主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。在PLC控制系统中，CPU模块相当于认得大脑和心脏，它不断的采集输入信号，执行用户程序，刷新系统输出；

24、存储器用来存储程序和数据。如图1-4所示：图1-4 PLC的组成工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。CPU的寄存器

25、参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设

26、定起始工作方式、内存区等。 1.4.1 I/O模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称I/O模块，他们相当于人的眼、耳、鼻、手、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。 1.4.2 编程器编程器是用来生成用户程序，便用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯

27、形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。 1.4.3 电源PLC使用AC 220V电源或DC 24V电源。内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。 1.4.4 PLC的通信联网PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-2

28、32接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。1.5 PLC的物理结构根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式、模块式和混合式。 1.5.1 整体式PLC整体式又叫做单元式或机箱式，它的体积小、价格低，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内

29、存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。 1.5.2 模块式PLC大、中型PLC一般采用模块式结构，它由机架和模块组成，模块插在模块插座上，后者焊接在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间用接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的CPU模块、品种繁多的I/O模块和特殊功能块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。 1.5.3 CPU模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器，系统程序相当于个人计算机中的操作系统，

30、它使PLC具有基本的智能，能完成PLC设计者的规定的各种工作。系统程序由PLC的生厂家设计并固定化在ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使PLC能完成用户要球的特定功能，用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。（1） 随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出RAM中的内容，也可以将用户程序写入RAM，因此RAM又叫读/写存储器。RAM的工作速度高、价格便宜、改写方便。（2） 只读存储器（ROM）ROM的内容只能读出，不能写入。（3） 可以电檫出可编程的只读存储器（EEPROM）S7-200用EEPROM来存储用户程序和长期保存的重要数据。 1.5.4 I/O模块各

31、I/O点的通/断状态用发光二极管（LED）显示，PLC与外部接线的连接一般用接线端子，某些模块使用可以拆卸的插座型端子板，不需断开端子板上的连接线，就可以迅速的更换模块。输入模块：PLC通过输入模块来接收和采集输入信号，通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调速装置等执行器，PLC控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。输入电路中设有RC滤波电路，以防止由于输入触点抖动或外部干扰脉冲引起的错误输入信号。输出模块：输出模块的率放大元件有大功率晶体管和场效应管（驱动直流负载）、双向可控硅（驱动交流负载）和小型继电器，继电器可以驱动交流负载或直流负载。输出电流的典型值为0.52A,

32、负载电源由外部现场提供。 1.5.5 PLC的工作原理可编程控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图很相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上也有某些相似之处。继电器在控制系统中有功率放大、电气隔离、逻辑运算的作用。PLC有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。在运行状态，PLC通过执行反映控制要求的用户程序不实现控制功能。为了使PLC的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至PL

33、C停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，PLC还要完成内部处理、通信处理等工作，一共有五个阶段如图2-1所示。PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。在内部处理阶段，PLC检查CPU模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成别的一些内部工作。在通信服务阶段，PLC与别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。当PLC处于停止（STOP）状态时，只执行以上的操作。PLC处于运行（RUN）状态时，还要完成另外三个阶段的操作。在PLC的存

34、储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别称为输入映象寄存器和输出映象寄存器。PLC梯形图中别的编程元件也有对应的映象存储区，它们统称为元件映象寄存器。（a）RUN (b)STOP读取输入执行用户程序处理通信请求自诊断检查改写输出读取输入处理通信请求自诊断检查改写输出（a)（b)图2-1扫描过程PLC的用户程序由若干条指令组成，指令在存储器中按步序号顺序排列。在没有跳转指令时，CPU从第一条指令开始，逐条顺序地执行用户程序，直到用户程序结束之处。在程序执行阶段，当执行指令时，从输入映象寄存器或别的元件映象寄存器中将有关编程元件的“0”/“1”状态读出来，并根据指令的要求执

35、行相应的逻辑运算，运算的结果写入到对应的元件映象寄存器中。因此，各编程元件的映象寄存器（输入映象寄存器除外）的内容随着程序的执行而变化。第2章 控制方案设计2.1 PLC正常时序本文选用三菱系列的FX2N-48MR，其输入端接收来自各个路口的车辆探测器测得的输出标准电脉冲，输出接十字路口的红绿信号交通灯。信号灯的选择:选用红、黄、绿发光二极管作为信号灯(箭头方向型)。FX2N系列拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。价格便宜，功能齐全，比起其他PLC有着速度、逻辑、定位等优越之处。安装简单，维修方便。FX2N-48

36、MR的I/O总数32，输入/输出各32个，输入类型为漏型，输出类型为继电器或晶体管。FX2N通过储存的程序周期运转。正常时序、交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。当然，也可选用其他种类的计算机作为控制器。我选用PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程;它采用模块化结构，编程简单，维修方便。2.2 设计要求十

37、字路口交通灯的控制系统状态如图3-2所示。信号灯受一个启动按钮控制，当启动按钮SB0接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当停止按钮SB1断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯维持25秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持20秒。到25秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。图21 交通灯控制状态图 2.2.1 交通模拟面板示意图道路交通灯

38、包括东西、南北两个主道方向和主道上的人行道指示灯，及各方向弯道指示灯。如图所示：图2-2 交通面板示意图2.3 总体方案确定 2.3.1 方案的原理根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启按钮信号和停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，可采用并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为2，输出点数为6，全部是开关量。 2.3.2 方案的特点 PLC运用与交通灯控制系统有较强的优势,主要可从以下四个方面来描述。 使用寿命长：从目前反馈情况看,目前控制电路的使用寿命大部分均

39、不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关,是其本身无法克服的固有缺点。PLC作为工业控制单元,应用于各种控制环境,内部电路、机械结构设计极为精良,所用器件均选用标准工业级产品,其使用寿命一般可保证在十年以上。因此，PLC的这种特点可以使十字路口交通灯的PLC控制系统正常运行较长时间。性能稳定可靠,抗干扰性好：由于PLC可应用于各种工业控制现场,其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境,其电压适用范围很宽,具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性,性能极为稳定、可靠。所以十字路口交通灯的PLC控制系统因为PLC的应用也具有了这样的一些优点。由于 PLC的功能强大,实现

40、灵活,可扩展性好，并可根据实际需要改变功能的控制过程及方式,并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能，在加上良好的性价比。本十字路口交通灯的PLC控制系统，比之原有的交通灯控制系统，控制更加的灵活，功能更加的丰富。 2.3.3 方案选择依据利用PLC进行的十字路口交通灯的控制与继电器-接触器控制系统相比省去了很多的继电器、接触器，不但节约了成本，而且传输速率高，更便捷稳定，抗干扰能力强,因此我们选用了PLC对交通灯系统进行控制。外部的执行设备我们选择了中间继电器，这里用它主要是为了保护PLC的触点不被意外烧坏，因为PLC毕竟比中间继电器贵多了，且可以由一个输入控制几个输出

41、动作，减少了PLC的输出点数。第3章 硬件、软件的选择与硬件连接3.1输入点与输出点分配按照前面的控制要求，而且加入了过街人行道的信号灯控制，所以经过认真的考虑本系统使用了PLC的2输入点和6个输出点。具体的输入/输出点分配如表所3-1示：表3-1 输入/输出点分配序号输入设备输入点序号输入设备输入点1启动按钮SB0XO001东西向绿灯Y0002停止按钮SB1X0012东西向黄灯Y0013东西向红灯Y0024南北向绿灯Y0035南北向黄灯Y0046南北向红灯Y005(1).确定输入输出接点的总数输入接点：启动按钮SB0、停止按钮SB1。输出接点：Y000Y005总共6个(2).估算PC内存总数 选取PC类型，PC内存总数取决于程序指令总条数。PC内存总数又是选取PC类型的重要依据，为