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1、引言交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用
2、更加突出。1 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，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
3、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。1.3.1 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。1.3.2 模拟
4、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。 1.3.3 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。1.
5、3.4 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。 1.3.5 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
6、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。 1.3.6 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。2 PLC的结构和原理2.1 PLC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
7、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。PLC的基本结构框图如下：图2-1 PLC的基本结构框图2.3 PLC的工作原理2.3.1 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
8、，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。2.4.1 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
9、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。2.4.2 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：图2-2 基本梯形图它有两组，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
10、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2.5.1 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,SLDI（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,FLD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用
11、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。2.5.2 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,SOR（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 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
12、并联连接指令。2.5.3 程序结束指令（END）符号（名称）功能梯形图表示操作元件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。其他还有一些指令，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。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。2.6 PLC交通灯设计编程
13、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代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。3 交通灯梯形图的设计与编程方法3.1 控制要求开关合上后，东西绿灯亮5秒后闪2秒灭；黄灯亮2秒灭；红灯亮9秒；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮9秒，接着绿灯亮5秒后闪2秒灭；黄灯亮2秒后，红灯又亮循环。3.2 I/O地址分配输入地址： X000为启动按钮X001为停止按钮输出地址： 绿灯（G1）-Y000 绿灯（G2）-Y003 东西方向：黄灯（Y1）-Y001 南北方向：黄灯（Y2）-Y004 红灯（R1）
14、-Y002 红灯（R2）-Y005图3-1十字路口交通灯场地图3.3 十字路口交通信号灯的控制要求时序图图3-2 控制时序图3.4 PLC接线图图3-3 接线图START按钮-输入X000； STOP按钮-输入X001；G1指示灯 -输出Y000； G2指示灯-输出Y003；Y1指示灯 -输出Y001； Y2指示灯-输出Y004；R1指示灯 -输出Y002； R2指示灯-输出Y005；3.5 PLC流程图图3-4流程图4 检测与调试4.1 调试错误与修改方法经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周
15、期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出，真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的东西。4.2 PLC智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通
16、控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制，此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编
17、程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。5 结论在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我趁着做课程设计的同时
18、也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 经过两个星期的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次实训使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困
19、难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。一次又一次的学习，探索又探索，我们慢慢地在体会、研究和感悟，终于开始领会到将近成功的那一份喜悦，从撰写实训论文，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。 谢 辞本设计是在廖晓梅老师的悉心指导
20、下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多为人处世的道理。本设计从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向老师们表示崇高的敬意和衷心的感谢！本设计之所以能够顺利完成，除了要特别感谢廖老师的悉心指导之外，也离不开各位老师（你们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习和对待生活的态度） 、同学和朋友给予我的关心、支持和帮助。在此，也要感谢辅导员及各位同学这段时间以来对我的关照，这将是我一生中最珍贵的回忆。至此，也要特别感谢我的家人长期以来对我的大力支持与鼓励，你们永远是我坚强的后盾、前进的动力及力量的源泉。参考文献1 廖晓梅等. 三菱PLC编程技术及工程案例精选M. 北京：机械工业出版社，20102 陈忠平等. 三菱FX/Q系列PLC自学手册M. 北京：人民邮电出版社，20093 刘建清等. 从零开始学电气控制与PLC技术M. 北京：国防工业出版社，2006附 录1 PLC交通灯梯形图附图1 PLC交通灯梯形图2 PLC交通灯指令表附图2 PLC交通灯指令表3 PLC交通灯电路实物俯视图附图3 PLC交通灯电路实物俯视图
