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1、毕业设计题 目 PLC控制交通灯 毕业设计类别 产品设计类方案设计类工艺设计类学生姓名 学 号 系 （部） 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 指导教师 职 称 成时间 2016 年 6 月 9 日教务处印制目 录摘 要I第1章 绪论11.1 引言1课题研究背景11.2现在城市路口交通灯控制系统现状11.3本课题主要研究内容21.4可编程控制器的发展31.5主要用途51.6可编程控制器的组成61.7 PLC的工作原理7第2章 交通灯控制电路设计102.1 PLC正常时序102.2 I/O地址分配和硬件插图122.3主程序流程图132.4正常时序情况132.5车流滞留情况红绿灯时间长度控制
2、15致谢17参考文献17摘 要随着社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，而道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况。在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。而以往的交通信号灯大都采用继电器或是单片机来实现，存在着功能少，可靠性差。维护量大等缺点，而PLC编程简单，易维护，可以随着不同场合的需要灵活改变程序以实现不同的功能需求，且可靠性高，性价比较好，最重要的是PLC很适合来控制交通信号灯这类的时序控制系统。通过分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理
3、，本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值关键词 ：运行，控制，交通灯 第1章绪论 1.1引言 十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行,实现红绿灯的自动指挥能使交通管 理工作得到改善,也是城市交通管理工作自动化的重要标志之一。可编程序控制器(PLC)是一种新型的通用的自动控制装置,它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体,是专能加强、编程简单、使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列优点。因此,本文介绍了三菱公司的PLC产品来实现交
4、通灯的自动控制。课题研究背景 可变成序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛的应用。 PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，PLC的平均无故障运行时间（又称平均故障间隔时间MTBF）已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便的特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各
5、种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。 PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。 随着交通的不断
6、发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。交通问题不仅的发展中国家，就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，不可能通过无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根本上解决问题。 早在19世纪，人们
7、就开始研究交通信号，用信号指挥车通行，控制车辆进出交叉口的次序。据文献记述，早在1868年，英国伦敦的威斯特明斯特(Westminster)街就安装了红、绿色两色的交通信号灯。到1917年，美国的盐湖城开始使用由人工控制的红、黄、绿3色的信号灯。1925年，这种由人工控制的3色信号灯也首次出现在英国伦敦的皮克的时路口。次年，英国人研制出了自己的自动控制信号机。 道路通交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而是它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及运行机理进
8、行科学客观的分析研究，对能制定科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。1.2现在城市路口交通灯控制技术现状 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，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，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越
9、来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题1.3本课题主要研究内容 按照城市交通控制的需要，本文讨论了用PLC实现正常时序、急车强通2种控制方式，通过传感器与PLC完成对交通异常状况（滞留或堵车）的判别及处理。正常时序控制对路面进行控制.南北方向红灯时,东西方向绿灯.绿灯闪3秒紧接着黄灯闪2秒,变红灯.南北方向红灯直接变绿灯.东西方向红灯时同理.急车强通时,发送信号给交通灯让其对来急车方向的交通灯进行绿灯畅通.急车强通信号受急车强通开关控制；无急车时，信号灯接正常时序控制；有急车来时，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。交通滞留的异常情况，在路口与路尾设置两个传感
10、器进行检测车流量.交通路段车流量繁忙时，传感器起到勘测车流量的存在与通过的作用。当一方车流量过大的时候,PLC要对控制这一路段的信号灯进行调控,让滞留或堵车的一方绿灯时间加长,直到交通畅通为止这种工作的好处是避免了交通堵塞造成的不必要的麻烦与事故,就、控制进行很方便,很便捷。PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。（1）按结构形式分类PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具
11、有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低 。组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块根据PLC的控制规模、实现的功能选取
12、，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在个总线上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基版。组合式PLC的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的PLC；价格较高。（2）按控制规模分类输入输出的总线数，又称I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048以下的PLC。大型PLC：I/O点数较多，在2048点以下的PLC。（3）按实现的功能分类 按照
13、PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能，还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。 中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式
14、结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。1.4可编程控制器的发展 20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。PLC发展至今，已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展，工业控制领域已有了翻天覆地的变化，PLC亦再不断发展变化中，PLC正朝着新的技术发展。 近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管
15、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。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。 PLC在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。作为离散控的制的首选产品，PLC在二十世纪八十年代至九十年代得到了迅速发展，世界范围内的PLC年增长率保持为20%30%。随着工厂自动化程度的不断提高和P
16、LC市场容量基数的不断扩大，近年来PLC在工业发达国家的增长速度放缓。但是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料，2004年全球PLC的销售收入为100亿美元左右，在自动化领域占据着十分重要的位置。PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存
17、储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用
18、操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些。近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而方具有更高的可
19、靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器1.向高性能、高速度、大容量发展 大型PLC大多采用CPU结构，不断向高性能、高速度、大容量发展。ANA系列PLC使用了世界上第一个在一块芯片上实现PLC全部功能的32位微处理器、即顺序控制芯片，其扫描时间为每条基本指令0.15us。2.增强小型PLC的功能 小型PLC一般指I/O点数小于256的PLC，大多数采用整体结构，小型PLC价格便宜，性价比不断提高，很使用单机自动化，或组成分布式系统。近年来，PLC厂商不断推出功能更强的小型PLC，更新换代的周期越来越短。除了开关量逻辑
20、控制功能以外，现代小型PLC还具有中断功能、脉冲捕获功能、内置的实时钟、用EEPROM代替RAM和锂电池，使PLC成为完成完全免维护的设备，将过去许多需要特殊功能模块完成的功能软件化，如用PID指令实现PID控制，用定位控制实现位置控制。各PLC厂家近年来推出一些价格便宜的专用人机接口装置，用来监视PLC的内部变量和修改参数。与西门子S7-200配套的TD200文本显器可显示两行中文，每行10或20个字符，可用S7-200编程软件设置TD200的显示内容。3.不断提高编程软件的功能（1）编程软件日益普及（2）编程软件功能不断完善（3）编程语言的标准化（4）编程软件配备仿真功能，如西门子S7-2
21、00与STEP7编程软件配套使用的S7-PLCSIM仿真软件。 （5）通讯功能的增强和标准化（6）PLC的软件化与PC1.5主要用途 PLC编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观，在了解了PLC简单工作原理和它的编程技术后，就可以结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用语实际控制系统中，此外，PLC还具有使用和编程方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，在实际运用中设施施工周期短等特点，是一种用于工业自动化控制的理想工具。 PLC诞生后，受到工业界的普遍欢迎，并得到迅速发展，目前，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，而且随着PLC技术的推广和应用，PLC将向
22、着标准化，小型化，模块化及低成本，高功能的方向发展。 3-2PLC与一般的计算机的结构相似，由中央处理单元（CPU），存储器（MEMERY），输入/输出（INPUT/OUTPUT）接口，电源部件外部设备接口等，但由于PLC专为工业环境下设计的，为了便于接线，扩充功能，操作及维护，它的结构与组成又与一般的计算机系统有所区别。1.6可编程控制器的组成 如图所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行IO变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。 1.输入寄存器 输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反
23、映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。2.输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3.存储器 存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。
24、用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4.CPU单元 CPU单元控制着IO寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑。5.其它接口单元 其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。1.7PLC的工作原理 CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。 PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫
25、描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。 1.自诊断测试扫描过程。为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改，一般在100200ms之间。其它的执行结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2.与网络进行通信的扫描过程。一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备
26、之间的通信。3.用户程序扫描过程。机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间. 4.读输入与写输出扫描过程。机器在正常运行状态下，每一时间。个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的
27、状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放IO。封锁IO就是关闭IO扫描过程。下图描述了信号从输入端子到输出端子的传递过程。 在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变输入端子状态变化只能在
28、下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。在写输出阶段，将输出映像寄存器的状态集中锁定到输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。 由上述分析得出循环扫描有如下特点： (一)扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。(二)输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。 (三)程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出
29、结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。 (四)对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。 各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。 PLC一般采用循环扫描方式工作，在PLC加电后，先进行初始化处理、开始运行之后，串
30、行的执行器存储器中的程序。PLC的内部工作过程用图表示为如本章末之图： 用PLC设计一个控制系统时，必须知道有一个输入信号后PLC要经过多长时间才能有一个对应的输出信号，这样才能精确的解决系统各个不见之间配合问题。从PLC受到一个输入信号到PLC向输出端输出一个控制信号所需的PLCI/O响应时间，一般在设计系统时都要对此进行一定的考虑。 顺序控制是PLC最基本、应用最广泛的领域。由于它具有编程设计灵活、速度快、可靠性高、成本低、便于维护等优点，所以在实现单机控制、多机群控制、生产流程控制中可以完全取代传统的继电器接触器控制系统。如：有色冶金行业的冶炼厂和选矿厂的物料输送及配料、井下采矿皮带输送
31、系统、选矿厂球磨机及各润滑站系统、冶炼厂余热锅炉振打系统、电收尘输灰系统、冶炼厂转炉本体联锁和加料系统等，其它行业如汽车生产线、印刷机械、加工机床、包装机以及日常生活的电梯控制等。用于顺序控制的PLC编程语言既不同于高级语言，也不同于汇编语言，它是面向现场、面向问题、面向用户的简单直观的程序控制语言。它可分为逻辑型和动作型两大类。前者可由传统的继电器电路变换而来，如梯形图；后者由机械设备动作变换而来，如流程图。梯型图同继电器电路相似，易于掌握，便于维修。在顺序控制中应用的较为广泛。即使不经过特殊的培训，一般工程技术人员也能很快掌握。对于过程控制的模拟量均采用硬件电路构成的PID模拟调节器来实现
32、开、闭环控制。而现在完全可以采用PLC控制系统，选用模拟量控制模块，其功能由软件完成，系统的精度由位数决定，不受元件影响，因而可靠性更高，容易实现复杂的控制和先进的控制方法，可以同时控制多个控制回路和多个控制参数。例如生产过程中的温度、流量、压力、速度等。功能说明： （1）逻辑控制功能 逻辑控制功能实际上就是位处理功能，是PLC的最基本功能之一。PLC设置有“与”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等逻辑指令，根据外部现场（开关、按钮或其它传感器）的状态，根据指定的逻辑进行运算处理后，将结果输出到现场的被控对象（电磁阀、电机等）。因此，PLC可代替继电器进行开关控制，完成接点的串联、并
33、联、串并联、并串联等各种连接。另外，在PLC中一个逻辑位的状态可以无限次的使用，逻辑关系的修改和变更也十分方便。 （2）定时控制功能 定时控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的定时器，其功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。程序执行时，PLC将根据用户用定时器指令指定的定时器对某个操作进行限时或延时控制，以满足生产工艺的要求。（3）计数控制功能 计数控制功能是PLC的基本功能之一。PLC为用户提供了许多计数器，计数器记到某一个数时，产生一个状态信号，利用该状态信号实现对某个操作的
34、计数控制。计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中进行修改。程序执行时，PLC将根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数，以完成对某个计数过程的计数控制。（4）步进控制功能 PLC为用户提供了若干个移位寄存器，可以实现由时间、计数或其他指定逻辑信号为转步条件的步进控制。即在一道工序完成以后，在转步条件控制下，自动进行下一道工序。有些PLC还专门设置了用于步进控制的步进指令和鼓形控制器操作指令，编程和使用都极为方便。 （5）数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换、译码编码等操作。中、大型PLC数
35、据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联、实现程序、数据的显示的打印。（6）回路控制功能 有些PLC具有A/D、D/A转换功能，可以方便的完成对模拟量的控制和调节。（7）通讯联网功能 有些PLC采用通讯技术，实现远程I/O控制、多台PLC之间的同位链接、PLC与计算机之间的通讯等。（8）监控功能 PLC设置了较强的监控功能，利用编程器或监视器，操作人员对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调试和维护提供了极大的方便。（9）停电记忆功能 P
36、LC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（如备用电池等），以保证存储器中信息能够长期保存。利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作。（10）故障诊断功能PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动终止运行。PLC的故障自诊断功能大大提高了PLC控制系统的安全性和可维护性第二章交通灯控制电路的设计 2.1 PLC正常时序 本文选用三菱系列的FX2N-64，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
37、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-64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。2.2 I/O地址分配和硬件插图 输入设备 输入编号点 输出设备 输入编号点起动开关 X400 南,北红灯 Y430东西急车X401东,西绿灯Y431强通开关东,西黄灯Y432南北急
38、车X402南,北绿灯Y433强通开关东,西黄灯Y434 南,北红灯Y435O/Y431到O/Y435PLC输出点分别控制着两个信号灯，如果PLC输出点的输出电流不够大,可以用一个输出点驱动一盏信号灯,也可以在PLC输出端增设中间继电器,由中间继电器再去驱动信号灯. 根据示意图和控制要求可知,该系统需要3个输入点和6个输出点。2.3主程序流程图 图3-2主程序流程图 启动电源，信号输入先传送到急车强通控制，无线接收数据相同执行急车强通的子程序，不同就传送到滞留情况，电感式传感器有高频电流通过电感时，车流量大，当车辆进入路口经过第一个传感器时，使统计数加1，经过第二个传感器2出路口时，使统计数减1
39、，其差值为该股车道上车辆的滞留量(动态值)，可以与其他道的值进行比较，据此作为调整红绿灯时长的依据。这时执行滞留情况子程序。如果不是进入正常时序状态。2.4正常时序情况PLC投入运行后，由方波发生器的辅助继电器M100产生周期为1S（接通0.5s、断开0.5s）的方波脉冲，供信号闪光灯控制用。图3-4 十字路口交通灯正常时序控制时序十字路口PLC自动调整红绿灯时给信号灯电源，信号系统工作；南北红灯亮，东西绿灯亮；南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯亮，并维持20s；到20s时，东西绿灯闪亮，绿灯闪亮周期为1s（亮0.5s，0.5s）；绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s；到2
40、s时，东西黄灯熄，东西灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮；西灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s到25s时，南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北黄灯亮，并维持2s；到2s时南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄,东西绿灯亮，开始第二周期的动作。程序运行过程如下： 当启动开关合上是，X400接通，使Y432、Y434接通，南北红灯亮、东西绿灯亮；T450开始计时。T45020s计时到，T450常闭触点断开，T450常逼触点闭合，通过M100常开触点、T451常闭触点使Y434按照M100的通断周期通断，东西绿灯闪光；T451开始计时。当东西绿灯闪3次（时间为3s）时，T451计时到，T451常闭触点断开
41、，使Y434断开，东西绿灯闪光熄；T451常开触点闭合，使Y435接通，东西黄灯亮；T452开始计时。T4522s计时到，T452常闭触点断开，使Y432、Y435断开，南北红灯熄、东西黄灯熄；T452常开触点闭合，使Y452常闭触点闭合，使Y436、Y430接通，东西红灯亮、南北绿灯亮；T453开始计时。T45325s计时到，T453常闭触点断开，T453常开触点闭合，通过M100的通断周期通断，南北绿灯闪光；T454开始计时。T4543s计时到，T454常闭触点断开，使Y430断开，南北绿灯闪光熄；T454常开触点闭合，使Y431接通，南北黄灯亮；T455开始计时。T4552s计时到，T4
42、55常闭触点断开，使Y436、Y431断开，东西红灯熄、南北黄灯熄；同时使T450、T451、T451、T453、T454、T455全部计时器复位（断开），于是T450常闭触点、T452常闭触点闭合，分别使南北红灯亮和东西绿灯亮，开始第二周期的动作，以后周而复始的进行。当启动开关断开时，X400断开电器断开，全部信号灯熄灭。2.5车流滞留情况红绿灯时间长度控制 流程图中的15s、30s、75s等时间分别为交管部门定的车辆左转弯时间、直行最小时间、允许的最大通行时间;为车流量的偏差量。以上值及其4个路口车流量的满溢值均可在程序初始化中任意更改。车辆左转弯是造成交通堵塞很重要的一个方面，应加以适当
43、限制，故车辆左转弯始终采用最小定时控制，以减小系统的复杂程度，提高可靠性。车辆通行的时间中包含绿、黄灯闪烁的时间，红、黄、绿各灯的切换与现用的方式相同。人行道的红绿灯接线与现用的方式相同，其绿灯点亮的时刻与该方向车辆直行绿灯点亮的时刻同步一致，但要较车辆直行绿灯提前熄灭，采用定时控制，如绿灯定时亮18s。其目的是不让右转弯车辆过分受人行道灯的限制。若是人车分流，右转弯车辆不受限制图梯形图程序说明： 计时器T4：7为正常时序东西绿灯亮计时，计时时间为20S；计时器T4：8为正常时序下东西绿灯的闪亮时长计时，计时3S； 计时器T4：9T4：10为正常时序下东西绿灯的闪亮频率的计时，亮0.5秒，熄0
44、.5秒，闪亮周期计时，计时1S； 计时器T4：11为正常时序下东西黄灯亮计时，计时时间为2S； 计时器T4：18为东向西向车辆在距十字路口200M处停止时间，计时器计时50S；计时器T4：22东西方向车停时间达到50S要求，东西方向绿灯亮，计时50S 致谢一次又一次的学习，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。从撰写报告、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。感谢一直以来给予我们指导和帮助的老师，让我们少走了很多的弯路；很感谢学校给
45、予我们学习及展示自己、肯定自己的机会；也很感谢一直以来我们共同努力的战友们。谢谢你们参考文献1郝海青.串联关节式机械手的控制系统分析与设计M.万方数据库硕博士论文，2002.2常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.北京：北京机械工业出版社，2004.3李乃夫.可编程控制器原理、应用、实验 M.北京：中国轻工业出版社，2003.4章文浩.可编程控制器原理及实验 M.北京：国防工业出版社，2003.5张建民.机电一体化系统设计 M.北京：高等教育出版社，2001.6钟肇新.可编程序控制器原理及应用 M.广州：华南理工大学出版社，2002.7章文浩.可编程控制器原理及实验 M.北京：国防工业出版社，2003.8陈宇.可编程控制器基础及编程技巧 M.广州：华南理工大学出版社，2002.9常晓玲.电气控制系统与可编程控制器 M.北京：机械工业出版社，2004.
