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1、电工专业论文PLC十字路口交通信号灯控制系统设计 姓名： 单位： 报考工种： 维 电 报考等级： 二级/技师 日期： 目 录第一章 PLC的特点及应用41.1 概述41.2 PLC的特点41.3 PLC的应用4第二章 PLC的结构及原理52.1 PLC的分类52.2 PLC的结构62.3 PLC的工作原理62.4 PLC汇编语言72.5 PLC的基本指令92.6 PLC交通灯 论文编程器件11第三章 交通信号控制系统梯形图的设计与编程方法1231 交通信号控制要求1232 交通信号控制流程图1233 交通信号控制时序153.3 PLC交通灯论文硬件及外围元器件1834 I/O 分配表18第四章
2、 程序设计1941 梯形图1942 PLC交通灯指令语句表26谢 辞27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
3、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.关键词：交通灯 PLC 程序 设计 梯形图 语句表 第一章 PLC的特点及应用1.1 概述 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，
4、今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。1.2 PLC的特点1 可靠性高，抗干扰能力强；2 通用性高，使用方便；3程序设计简单，易学，易懂；4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；5系统设计周期短；6安装简便，调试方便，维护工作量小；7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；1.3 PLC的应用目前，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
5、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。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
6、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。 4 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
7、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。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第二章 PLC的结构及原理2.1 PL
8、C的分类1 按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。2 按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。3按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。2.2 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。目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产
9、的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用。2.3 PLC的工作原理 1.plc的工作方式 PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入PLC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时
10、，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输出，输出信号的处理与微型机算机不同 。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而PLC对输出、输出信号是集中批处理。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新。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，
11、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息。 2） 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：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。2.4 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
12、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
13、。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。上图的助记符程序为： 地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图2.5 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）
14、 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
15、，Y，M，T，C，S ORI（ 或非） 常闭触点并联连接 X，Y，M，T，C，S AND、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
16、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。ORB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
17、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ANB指令，最多使用7次。 ANB X000 X002 X003 Y006 X001 X004 X005 ORB X006 X003（梯形图） 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 (指令语句表)4 程序结束指令（END）符号（名称） 功 能 梯形图表示
18、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，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，在这里不详细介绍了。2.6 PLC交通灯 论文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，S
19、代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。第三章 交通信号控制系统梯形图的设计与编程方法31 交通信号控制要求 南北主干道： 直行绿20S、 直行绿闪2S、黄2S 、红24S；东西人行道： 红 24S、绿 20S、绿闪4S、 红 24S；东西主干道： 红 24S 、直行绿 20S 、直行绿闪2S 、黄2S；南北人行道： 绿20S、 绿闪4S、红 24S； 循环控制方式 交通灯变化顺序表（单循环周期48秒）11南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯20S，直行绿灯闪亮2S2,黄灯2S和红灯24S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，黄灯和红灯；反之
20、，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，黄灯和红灯。12 南北向和东西向人行道均设有通行绿灯20S,通行绿灯闪4S和禁行红灯24S。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。32 交通信号控制流程图在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3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） 直通灯 （亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都
21、有2个控制灯,分别为： 禁止通行灯 （亮时为红色） 直通灯 （亮时为绿色） 结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：当交通灯系统启动开关接通时，21南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 20S，绿灯闪亮2S（亮0.1 灭0.1）,黄灯2S和红灯24S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯20S，绿灯闪亮2S，黄灯2S，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯20S，绿灯闪2S，黄灯2S。22南北向和东西向行人道均设为通行绿灯20S，通行绿灯闪亮4S和禁行红灯24S。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行
22、人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。23 除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到30秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向
23、脉冲开关对应东西向功能相同。交通信号系统流程图： 启动开关东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮东西主干道20S2S2S14S南北红灯亮南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮南北主干道24S20S2S2S启动开关南北红灯亮南北绿灯南北绿灯闪24S20S4S东西绿灯亮东西绿灯闪东西红灯亮20S4S24S东西行人道南北行人道结束结束交通灯模拟控制系统流程图启动开关按下脉冲开关原来控制循环系统行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮，延长10S结束YN启动开关盲人脉冲按键控制流程图按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到25秒，另一方向红灯点亮延长到25秒再次按下启动开关按此次控制方式进行循环原来方式控制系统结束YN
24、YN手动控制车流量流程图33 交通信号控制时序十字路口交通灯模拟控制时序图和此行人道相交叉的主干道红灯启动行人道绿灯2S10S盲人脉冲按键控制时序图十字路口行人道交通灯模拟控制时序图4S24S20S南北绿东西红东西绿南北红启动启动南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄20S2S2S20S2S2S24S20S2S2SONOFF十字路口主干道交通灯模拟控制时序图南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄252S2S20S2S2S24S252S2S东西向绿灯延时时序图启动OFFON3.3 PLC交通灯论文硬件及外围元器件本次交通灯设计用的是来自OMRON的CPM1A-30CDR-A可编程控制器 产品规格：C
25、PM1A CPU单元CPM1A 在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求 AC电源输入，继电器输出，能加扩展单元34 I/O 分配表启动开关0000停止开关0001东西主干道绿灯1000东西主干道黄灯1001东西主干道红灯1002南北主干道绿灯1003南北主干道黄灯1004南北主干道红灯1005东西行人道绿灯1100东西行人道红灯1101南北行人道绿灯11
26、02南北行人道红灯1103东西向绿灯延迟控制按钮0004南北向绿灯延迟控制按钮0005东西盲人脉冲按钮0003南北盲人脉冲按钮0002 PLC000000011000100110021003100410051100110111021103交通灯控制PLC I/O端口0002000300040005启动开关停止开关南北盲人脉冲按钮南北向绿灯延迟控制按钮东西向绿灯延迟控制按钮东西盲人脉冲按钮东西行人道红灯灯东西行人道绿灯灯南北主干道红灯东西主干道黄灯灯东西主干道绿灯东西主干道红灯南北主干道绿灯南北主干道黄灯南北行人道绿灯灯南北行人道红灯灯AC220VLNFUCOM1COMAC 24VFU第四章 程
27、序设计41 梯形图000000012000020300203002030020001202032030120301TIM005TIM027TIM0022010300012000020000TIM000#200TIM001#220TIM002#240TIM00220001TIM018TIM005202030001TIM003#200TIM004#220TIM005#240200010004201000000000120001TIM005TIM0272010020105201052010220100201022010300012010320001TIM016#250TIM017#270TIM018
28、#2900005TIM0180005202000000000120001202000004TIM002TIM01820205202052020220200202022020300012000220001TIM025#250TIM026#270TIM027#290TIM027TIM00020000TIM0162010300012000320001TIM001TIM000TIM017TIM0160001200042020320001TIM006#2TIM006TIM008TIM010TIM00920004TIM00700012000420001TIM007#22000320002000120009
29、1000100120001TIM002TIM001TIM018TIM017000120009110320001TIM00220000TIM01820103000120009TIM00220000TIM018201030001201032001520001200142001500011005TIM00320001TIM025202030001000120005TIM004TIM00320013TIM025000100012000620004TIM008#2TIM005TIM004TIM027TIM0260001000110042000620005000120013100320013TIM0052
30、0001TIM0272020300010001110120009TIM00520001TIM027202030001000121000200112100000011002TIM026TIM002TIM001TIM0170001000120004TIM009#2TIM01820007TIM005TIM004TIM0260001000120004TIM011#100TIM0272000820007200032000220013000111002000820005200062000900011102200090002TIM01120009TIM010#220009TIM012#01020010200
31、11TIM013#01020010TIM012TIM01320010TIM014#100200130003TIM01420013TIM015TIM015#01020014200102001342 PLC交通灯指令语句表0LD 00001OR 203002AND-NOT 00013AND-NOT 200004OUT 203005LD 203006AND-NOT 200017AND-NOT 202038OUT 203019LD 2030110OR TIM 00511OR TIM 02712OR 2000013AND-NOT TIM 00214AND-NOT 2010315AND-NOT 00011
32、6OUT 2000017TIM 000 #20018TIM 001 #22019TIM 002 #24020LD TIM 00221OR 2000122OR TIM 01823AND-NOT TIM 00524AND-NOT 000125AND-NOT 2020326OUT 200127TIM 003 #20028TIM 004 #22029TIM 005 #24030LD 000431OR 2010032AND-NOT 000033AND-NOT 000534AND-NOT 000135OUT 2010036LD 2010037AND 2010538OUT 2010239LD TIM 005
33、40OR TIM 02741OUT 2010542LD 2010243OR 2010344AND-NOT 000145AND-NOT TIM 01846OUT 2010347TIM 016 #25048TIM 017 #27049TIM 018 #29050LD 000551OR 2020052AND-NOT 000153AND-NOT 000054AND-NOT 000455OUT 2020056LD TIM 00257LD TIM 01858OUT 2020559LD TIM 2020060AND 2020561OUT 2020262LD 2020263OR 2020364AND-NOT
34、000165AND-NOT 02766OUT 2020367TIM 025 #250 68TIM 026 #27069TIM 027 #29070LD 2000071AND-NOT TIM 00072LD 2010373AND-NOT TIM 01674OR LD75AND-NOT 000176OUT 2000277LD TIM 00078AND-NOT TIM 00179LD TIM 01680AND-NOT TIM 01781OR LD 82AND-NOT 2000483AND-NOT 000184OUT 2000385TIM 006 #00286LD TIM 00687OR TIM 00
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36、03111AND-NOT TIM 018112OR LD113AND-NOT 20009114AND-NOT 0001115OUT 1103116LD20000117AND-NOT TIM 002118LD 20103119AND-NOT TIM 018120OR LD121AND-NOT 20103122AND-NOT 0001123OUT 20015124LD 20015125OR 20014126AND-NOT 0001127OUT 1005128LD 20001129AND-NOT TIM 003130LD 20203131AND-NOT TIM 025132OR LD133AND-N
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