交通灯控制系统设计
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可编程控制器（PLC）程序设计师论文
摘 要
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。PLC将传统的继电器控制技术、计算机技术和通信技术融为一体,专门为工业控制而设计,具有功能强、通用灵活、可靠性高、环境适应性强、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,因此在工业上的应用越来越广泛。
本文主要讲述PLC在材料分拣系统中的应用，利用可编程控制器( PLC) ,设计成本低、效率高的材料自动分拣装置。以PLC 为主控制器,结合气动装置、传感技术、位置控制等技术,现场控制产品的自动分拣。 系统具有自动化程度高、运行稳定、精度高、易控制的特点,可根据不同对象,稍加修改本系统即可实现要求。
关键词：PLC；控制；交通灯；传感器
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第1章 绪论
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 产品来实现交通灯的自动控制。
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。
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
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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。
第2章 可编程序控制器的概况
2.1 PLC的概念及发展
（1）.可编程控制器的定义
可编程控制器一直在发展中，因此直到目前为止 , 还未能对其下最后的定义。美国电气制造商协会 NEMA （ National Electrical Manufacturers Association ）在 1980 年给可编程控制器作了如下的定义： “可编程控制器是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆以存储指令，用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数和演算等功能，并通过数字或模拟的输入和输出，以控制各种机械或生产过程。“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 （2）.可编程控制器的发展
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器，满足了GM公司装配线的要求。随着集成电路技术和计算机技术的发展，现在已有第五代PLC产品了。在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中，除了以连续量为主的反馈控制外，特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作号按照
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时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的—离散量的数据采集监视。由于这些控制和监视的要求，所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。
2.2PLC的特点与应用领域
PLC的特点
1．可靠性高，抗干扰强 （2）．功能强大，性价比高 （3）．编程简易，现场可修改 （4）．配套齐全，使用方便 （5）．寿命长，体积小，能耗低
（6）．系统的设计、安装、调试、维修工作量少，维修方便 2 PLC的应用领域
PLC已经广泛地应用到很多工业部门，随着其性能价格的不断提高，PLC的应用范围不断扩大，主要由一下几个方面： （1）数字量逻辑控制 （2）运动控制 （3）闭环过程控制 （4）数据处理 （5）联网通信
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2.3PLC内部原理
PLC实质上是一种被专用于工业控制的计算机，其硬件结构和微机是基本一 的。如图2.1所示， PLC硬件的基本结构图所示：
编程器 输入电路中央处理单元 输出电路 （CPU） 系统程序存储区 用户程序存储区 电源 图2-1 PLC硬件的基本结构图
（1）中央处理单元（CPU）
中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能，接受并存储从编程器键入的用户程序和数据，检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能检查用户程序的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接受现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区, 然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算术运算等任务。并将逻辑或算术运算等结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行为止。 （2）存储器
与微型计算机一样，除了硬件以外，还必须有软件。才能构成一台完整的
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PLC。PLC的软件分为两部分: 系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
PLC存储空间的分配：虽然大、中、小型 PLC的CPU的最大可寻址存储空间各不相同，但是根据PLC的工作原理， 其存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区，系统RAM存储区（包括I/O映象区和系统软设备等）和用户程序存储区。
A. 系统程序存储区
在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序。它包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断程序等。由制造厂商将其固化在EPROM中，用户不能够直接存取。它和硬件一起决定了该PLC的各项功能。
B. 系统RAM存储区
系统RAM存储区包括I/O映象区以及各类软设备（例如：逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）存储区。 （A）I/O映象区
由于PLC投入运行后，只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和数据，在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设。因此，它需要有一定数量的存储单元（RAM）以供存放I/O的状态和数据，这些存储单元称作I/O映象区。一个开关量I/O占用存储单元中的一个位（bit）, 一个模拟量I/O占用存储单元中的一个字（16个bit)。因此，整个I/O映象区可看作由开关量的I/O映象区和模拟量的I/O映象区两部分组成。 （B）系统软设备存储区
除了I/O映象区以外，系统 RAM存储区还包括PLC内部各类软设备（逻辑线圈、数据寄存器、计时器、计数器、变址寄存器、累加器等）的存储区。该存储区又分为具有失电保持的存储区域和无失电保持的存储区域，前者在PLC断电时，由内部的锂电子供电。使这部分存储单元内的数据得以保留；后者当PLC停止运行时，将这部分存储单元内的数据全部置“零”。
C．用户程序存储区
用户程序存储区存放用户编制的用户程序。不同类型的PLC其存储容量各不相同，一般来说，随着PLC机型增大其存储容量也相应增大。不过对于新型的
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PLC，其存储容量可根据用户的需要而改变。
D．常用的I/O分类
常用的I/O分类如下： 开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。
模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。
除了上述通用I/O外，还有特殊I/O模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。 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。
（3）PLC电源 可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。某些可编程序控制器可以为输入电路和少量的外部电子检测装置（如接近开关）提供24V直流电源。驱动现场执行机构的电源一般由用户提供。
2.4 PLC的结构框图
如图1.1所示。
图1.1 PLC的结构框图
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第3章 三菱FX系列PLC
3.1 三菱FX系列PLC简介
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器，以逐步替代三菱公司原F、F1、F2系列PLC产品。其中FX2是1991年推出的产品，FX0是在FX2之后推出的超小型PLC，近几年来又连续推出了将众多功能凝集在超小型机壳内的FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N、FX2NC等系列PLC，具有较高的性能价格比，应用广泛。它们采用整体式和模块式相结合的叠装式结构。 1.FX系列PLC型号的说明
FX系列PLC型号的含义如下： FX 系列名称 输入输出总点数 特殊品种
输出方式 单元类型
图2.1 PLC型号的含义
其中系列名称：如0、2、0S、1S、ON、1N、2N、2NC等
单元类型：M──基本单元 E──输入输出混合扩展单元
Ex──扩展输入模块 EY──扩展输出模块
输出方式：R──继电器输出 S──晶闸管输出 T──晶体管输出 特殊品种：D──DC电源，DC输出 A1──AC电源，AC（AC100～120V）输入或AC输出模块
H──大电流输出扩块 V──立式端子排的扩展模块 C──接插口输入输出方式
F──输入滤波时间常数为1ms的扩展模块
如果特殊品种一项无符号，为AC电源、DC输入、横式端子排、标准输出。
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例如FX2N－32MT－D表示FX2N系列，32个I/O点基本单位，晶体管输出，使用直流电源，24V直流输出型。 2.三菱FX系列PLC结构
PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接
对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内，其组成框图如图2.2所示；对于模块式PLC，各部件独立封装成模块，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上，其组成框图如图2.3所示。无论是哪种结构类型的PLC，都可根据用户需要进行配置与组合。
图2.2 整体式PLC组成框图
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第4章 交通灯控制系统设计
4.1 设计内容
1.设计任务
南北信号灯和东西信号灯同时工作，0～50s期间，南北信号绿灯亮，东西信号红灯亮：50～60s期间，南北信号黄灯亮，东西信号红灯亮；60～110s期间，南北信号红灯亮，东西信号绿灯亮；110～120s期间，南北信号红灯亮，东西信号黄灯亮。 2.输入、输出分配
输入 X0 启动 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5
输出 绿灯 黄灯 红灯 红灯 绿灯 黄灯 可编程控制器（PLC）程序设计师论文
4.2 交通灯控制示意图
4.3 交通灯控制时序图
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4.4 PLC外部接线图
4.5 交通灯控制状态转移图
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4.6 PLC 梯形图
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4.7 PLC指令表
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第5章 PLC系统的程序调试
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参考文献
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