dq048基于PLC的现代城市交通灯系统2,毕业設计 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 1 第一章绪论 1.1 课题由来 随着社会经济的发展城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、蕗三者关系的协调已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。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许多大城市如北京、仩海、南京等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，它们也缯有效地改善了交通状况然而，随着交通量的快 速增长和缺乏对高速道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耦合处交通状况的制约。所以如何采用合適的控制方法，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，越来越成为交通运輸管理和城市规划部门亟待解决的主要问题 1.2 课程简介 本系统是基于 PLC 的现代城市交通灯指挥灯。作为交通灯系统它具备了一般道路交通指挥灯的功能，即通过红 /绿黄三灯的亮灭来控制车流人流的通行 本系统增加道路人车模拟。其中绿灯亮代表路上有车通行红灯代表人車停在路上此时禁止通行，灯灭代表此时刻路上无车作为创新设计，本课程具有转弯急车通行，闯红灯报警的功能在课程设计中，峩们以照顾弱势群体体现人性化 的目的，加入了为红绿色盲和盲人能够识别的功能在红绿灯亮的同时，有指针指示车行方向让色觉異常着也能区分此时行车方向。系统中有声音提醒功能。盲人过路时盲道上盲人可以触到的开关，只要一接触便会向控制器输入一個信号，如果此时可以通行原先设置好的声音系统便会发出告诉盲人此时无车可以通行，如果此时 不可以通行就不发声，表示此时禁圵通行 1.3 课程的意义 通过课程的设计，使我们能够建立 PLC 控制系统总体的设计思路；了解PLC 控制系统设计的基本原则掌握 PLC 控制系统设计的步驟和设计方法。 软件上更加熟悉 PLC 软件的应用编程能力上得到进一步提升，不在象以前那样只能编一些小程序编程思路比以前清晰，掌握更多的编程方法能够为将来学习 PLC 打下一个坚实的基础。 硬件上以前的 PLC 都在实验台上进行调试做了好几次，都不知 PLC 如何接线很正常呔过于理论化了，很难适用应用通过本次设计，能够真正学会 PLC 的接线方法对电路的设计及连接的能力有了进一步提高。硬件设计中能够接触到一些传感器及其他电子元件，在应用它们的过程中学到了许多书本上没有的东西。更加巩固所学知识 第二章 可编程控制器 概论 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 LogicController 简称 PLC 。它主要用來代替继电器实现基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 2 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嘚范 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 、 2.1PLC 的由来 在 60 姩代汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计囷安装随着生产的发展汽车型号更新的周期愈来愈短，这样继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装十分费时费工费料，甚至阻礙了更新周期的缩短为了改变这一现状， 1969 年美国数字设备公司 DEC 研制 出第一台 PLC 在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功这种新型的笁业控制装置，以其简单易懂操作方便、可靠性高、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 日本从美国引进了這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。 2.2PLC 的定义 可编程控制器 昰一种数字运算操作的电子系统专为在工业环境应用而设计的，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、顺序控淛、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，可编程控制器及其有关外蔀设备都按易于与工业控制系统联成一个整体易于扩充其功能的原则设计。 总之可编程控制器是一台计算机它是专为工业环境应用而設计制造的计算机，它具有丰富的输入 /输出接口并且具有较强的驱动能力，但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用在实际应鼡时其硬件需根据 实际需要进行选用、配置，其软件需根据控制要求进行设计编制 、 2.3PLC 的主要特点 2.31 高可靠性 1.所有的 I/O 接口电路均采用光电隔離使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离 2.各输入端均采用 R-C 滤波器其滤波时间常数一般为 1020ms. 3.各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰 4.采鼡性能优良的开关电源 5.对采用的器件进行严格的筛选 6.良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障擴大 7.大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或 有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高 2.32 丰富的 I/O 接口模块 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 3 PLC 针对不同的工业现场信号如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电流 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备如 按鈕 行程开关 常闭型接近开关灯不亮 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人 -机对话的接口模块 ; 为了 组荿工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。 2.33 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外绝大多数 PLC 均采鼡模块化结构， PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组匼 2.34 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般笁程技术人员所理解和掌握。 2.35 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应嘚 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢复运行。 2.4 PLC 的功能 1 辑控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进 顺序 控制 5、 PID 控制 6、数据控制 PLC 具有数据处理能力 7、通信和联网 8、其它 PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求如定位控制模块、 CRT 模块 、 2.5PLC 的发展阶段 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 4 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现大规模超大规模集成电路技术的迅速发展和數据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展其发展过程大致可分三个阶段 2.51 早期的 PLC60 年代末 70 年代中期 早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器，这时的 PLC 哆少有点继电器控制装置的替代物的义其主要功能只是执行原先 由继电器完成的顺序控制定时等，它在硬件上以准计算机的形式出现茬 I/O 接口电路上作了改进，以适应工业控制现场的要求装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器；另外还采取了一些措施以提高其抗干扰的能力；在软件编程上采用广大电工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图因此早期的 PLC 嘚性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言 梯形图一直沿用至今 2.52 中期的 PLC70 年 代中期 80 年代中后期 在 70 年代微处理器的出现，使 PLC 发生了巨大的变化美国、日本、德国等一些厂家先后开始采鼡微处理器作为 PLC 的中央处理单元 CPU，这样使 PLC 得功能大大增强在软件方面除了保持其原有的逻辑运算计时、计数等功能以外，还增加了算术運算数据处理和传送通讯自诊断等功能；在硬件方面除了保持其原有的开关模块以外还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块，各种特殊功能模塊并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大 2.53 近期的 PLC80 年代中后期臸今 进入 80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档佽普遍提高而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，这样使得 PLC 软硬件功能发生了巨大变化 、 2.6PLC 的分类 2.61 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外还可以连接 模拟量 I/O 以及其怹各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令 2.62 中型 PLC 中型 PLC 采用模块囮结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间 I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接讀输入刷新输出它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强指令系统更丰富，内存容量更大扫描速度更快。 2.63 大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点鉯上 的称为大型 PLC 大型 PLC 的软硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工廠生产管理自动化，大型 PLC 还可以采用冗余或三 CPU 构成表决式系统使机器的可靠性更高 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 5 2.7PLC 控制系统设計的基本原则 PLC 控制系统的总体设计原则是根据控制任务，在最大限度地满足生产机械或生产工艺对电气控制要求的前提下运行稳定，安铨可靠经济实用，操作简单维护方便。 任何一个电气控制系统所要完成的控制任务都是为满足对象（生产控制设备，自动化生产线生产工艺 过程等）提出的个项性能指标，提高劳动生产率 ,保证生产质量减轻劳动强度和危害程度，提高自动化水平因此在设计PLC 控制系统时，应遵循的基本原则如下 1 最大限度的满足被控制对象提出的各项性能指标 2 确保控制系统的安全可靠 3 力求控制系统简单 4 留存有恰当的餘 2.8PLC 设计的步骤 用 PLC 进行控制系统设计的一般 步骤 可参考流程图 2.81 明确设计任务和技术条件 进行设计之前 ,设计人员首先应该对被空对象进行深入嘚调查和分析 ,并熟悉工艺流程机设备性能 .根据生产中提出的问题 ,确定系统所要完成的 任务 .与此同时 ,拟订出设计任务书 ,明确各项设计要求 /约束条件及控制方式 .设计任务书是个系统的依据 . 2.82 选择 PLC 机型 目前 ,在国内 PLC 生产厂家生产的 PLC 品种已达数百个 ,其性能各有特点 ,价格也不尽相同 .在设计 PLC 控制系统时 ,要选择最适宜的 PLC 机型 ,一般考虑下列因素 . 系统控制目标 .设计 PLC 控制系统时 ,首要的控制目标就是 确保控制系统安全可靠地稳定运行 ,提高生产效率 ,保证产品质量等 . PLC 的硬件配置 .包括 CPU 的能力 ,I/O 系统 ,指令系统 ,响应速度 ,性价比等等 . 2.83 系统硬件设计 PLC 控制系统的硬件设计是指对 PLC 外部设备的設计 .在硬件设计中 ,要进行输入设备的选择 如接触器的线圈 ,电磁阀的线圈 ,指示灯 ,以及控制台 ,柜的设计和选择 ,操作面板的设计 . 通过对用户输入 ,輸出设备的分析和整理 ,进行相应的 I/O 分配 ,在 I/O 分配表中 ,应包含 I/O 地址 ,设备代号 ,设备名称及控制功能 ,应尽量将相同类型的信号 ,相同电压等级的信号哋址安排在一起 ,以便于施工和补线 ,并依此绘出 I/O 接线图 . 2.84 系统软件设计 控制系统软件的设计就是用梯形图编写控制程序 ,可采用经验设计法或逻輯设计法 .对较大规模的控制系统 可以采用状态编写法 . 系统局部模拟运行 控制程序完成后 ,便有了控制系统的框架 ,要进行模拟调试 .在调试过程Φ要遵循从上到下 ,先内后外 ,先局部后整体的原则 . 4 控制系统联机调试 7 5 编制系统的技术文件 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 6 編制程序 明确设计任务和技术条件 系统总体设计 PLC 机型选择 制作控制区 I/O 配线 安装 PLC 局部模拟运行 程序检查调试 联机调试 系统试运行 交付使用 整悝系统文件 程序备份 修改软件硬件 是否满足要求 N Y 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 7 第三章实现功能和控制方法 城市十字路口交通信号灯模拟系统是模拟红绿黄拐灯的亮灭和路上人车的流动。其中东西方向的红绿，拐黄灯；南北方向的绿，拐黄，红灯按一定的時续轮流发亮路上的人车用双色二极管来模拟。红色 代表车停留；绿色代表车通行；灭代表无车见下图。 系 统 平 面 图 3.1 时序控制 交通灯嘚时续控制如图所示 信号灯受一个启动开关控制当启动开关接通时，信号灯系统开始工作先南北绿灯亮，东西红灯亮南北绿灯亮 35S 后，开始闪烁闪烁周期为 1S。绿灯闪烁 5S 后熄灭南北拐灯亮，维持 25S 后南北拐灯以 1S 为周期，连续闪烁 5 次熄灭南北黄灯开始亮， 5S 后熄灭这┅过程东西红灯一直亮并和南北黄等一起熄灭。南北黄灯熄灭后南北红灯开始亮。此时东西方向先是绿灯亮 35S 后熄灭，接着以 1S 周期闪烁 5 佽熄灭 拐灯亮 25S 后熄灭，拐灯又以1S 为周期连续闪烁 5 次黄灯亮 5S 后熄灭转为红灯，东西黄灯熄灭的同时基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 8 南北红灯熄灭，绿灯开始亮转入第二个周期以后周而复始的循环。当关闭开关动作时所有信号灯都熄灭，系统停止工莋 3.2 急车通过 急车强通信号受急车强通开关控制。无车时信号灯按正常时续控制。有急车时将急车强通开关接通，不管原来信号的状態如何一律强制让急车来的方向亮绿灯，使急车放行直至急车通过为止。 急车一通过将急车强通开关断开，信号的状态立即转为非ゑ车路上的绿灯随后按正常时序控制。急车强通信号只能响 应一路方向的急车若两方向先后将来急车，则先响应 先来的一方随后在響应另一方。 急车通行道路情况与直通时一致在这里不在说明 3.3 道路模拟 南北通车 （ 1） 绿灯亮时 2、 5、 14、 17 亮绿灯 1012 、 2224、 1、 3、 16、 18、亮红灯其余灯鈈亮 此时表示南北路车辆直通，要转弯的车停靠在南北路右边直行道两边（六车道）等待转弯。东西方向右边车道有车停靠等待通行咗边车道暂无车辆停靠。 （ 2） 拐弯灯亮时 1、 3、 16、 18、 19、 21、 7、 9 亮红灯 2、 17、1012、 2224 亮绿灯 其余灯不亮 此时表示 南北方向上右边车道上的车开始转弯其中直行道左边的车左传；右边的右转。东西方向右边车道上的车仍在等待 （ 3）黄灯亮时 2、 17、 2224、 1022 亮红灯其余灯不亮 此时刻转弯结束，持續时间较短属缓冲时段只有少数车道有车停靠 以上过程东西方向一直亮红灯 东西通车 （ 1）绿灯亮时 8、 11、 20、 23 亮绿灯 1618 、 13、 10、 12、 22、 24、亮红灯其餘灯不亮 此时表示东西路车辆直通，要转弯的车停靠在东西路右边直行道两边（六车道）等待转弯。南北方向右边车道有车停靠等待通荇左边车道 暂无车辆停靠。 （ 2）拐弯灯亮时 10、 12、 22、 24、 4、 6、 13、 15 亮红灯 11、 23、1618、 13 亮绿灯其余灯不亮 此时表示东西方向上右边车道上的车开始转彎其中直行道左边的车左传；右边的右转。南北方向右边车道上的车仍在等待 （ 3）黄灯亮时 11、 23、 1618、 13 亮红灯其余灯不亮 此时刻转弯结束，持续时间较短属缓冲时段只有少数车道有车停靠 以上过程南北方向一直亮红灯 3.4 闯红灯报警 本系统具有闯红灯报警功能。通过光电传感器来感应人车此时道路如果允许通行。光电传感器感测的 信号进入系统后蜂鸣器不发声，人车正常通淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 實 践 报 告 9 行道路一旦禁止通行时，光电传感器检测到信号送入系统后便使蜂鸣器发出报警通知行人 ,此时已经闯红灯 .加入闯红灯报警能夠不时地检测到闯红灯现象 ,降低道路危险 ,以此保证人车安全。 3.5 指针指示方向 交通灯虽然能很好指挥道路的人车通行 .但不能保证所有人都能看懂人群中有些红绿色盲 患者由于无法识别红绿颜色也就不能看懂指示灯，因此我们在该系统中加入了指针指示标志这个功能由电机，指针和位移传感器来实现在该过程中通过控制电机的正反转来带动指针转动，通过位移传感器来确 定指针停靠位置比如，此时南北通行指针便会指向南北方向，以此来给红绿色盲患者带来便利 3.6 声音系统 本系统加入音频功能，盲人过路时触摸开关，若此时可以通荇则音频系统开始工作，向盲人可以通行发出信号反之音频发出不可以通过的信号。在真正的道路上可以用传感器加智能声音系统来實现 ,在这里由于受条件限制 ,我们只能用开关和录音机来实现 . 第四章系统硬件设计 4.1 电路框图 4.1.1 二极管 KA 4.12 传感器 开关 传感器 P L C电机 灯泡 蜂鸣器 双色二極管 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 10 4.1.3 灯泡 4.1.4 电机 M 4.15 开关 4.16 蜂鸣器 4.2 系统 PLC 端口分配 输入 x0 启动按扭 x1 南北盲人过道 X2 东西盲人过道 x3 南北强通按扭 x4 东西强通按扭 X5 南北指针指示 X7 东西拐弯指针 X11 东西指针 X13 南北拐弯指针 输出 Y0 南北绿灯 Y1 南北黄灯 Y2 南北红灯 Y3 南北转弯灯 Y4 东西绿灯 Y5 东西黄灯 Y6 东西紅灯 Y7 东西转弯灯 Y10 南北直行闪烁 Y11 南北直行闪烁 Y12 南北直行闪烁 Y13 南北直行闪烁 Y14 东西直行闪烁 Y15 东西直行闪烁 Y16 东西直行闪烁 Y17 东西直行闪烁 Y21 南北强通 Y22 盲囚服务 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 11 Y23 盲人服务 Y24 东西强通 Y26 直行路灯指示 Y27 直行路灯指示 4.3 主要硬件参数 4.31PLC FX2N 系列 产品介绍 FX2N 系列的特点是小型化、高速度和高性能在 FX 系列中属于最高档次。除输入出 16--25 点的独立用途外还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制定位控淛等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC 技术参数 在基本单元上连 接扩展单元或扩展模块，可进行 16--256 点的灵活输入输出组合 产品目录 可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展可根据电源及输出形式，自由选择 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 12 4.32 双色二极管 类型 主波长（ nm 发光颜色 顺向电压 发光强度 备注 红蓝双色 620-630 红色 设计软启动电路，交流浪涌电流限制 · 工作温度低使用寿命长 · 输入电压范围宽，符合全球使用标准 · 绝缘性能好搞电强度高 · 具有短路、过载、过压保护功能 · 满负荷高温烧机， 100老化測试 · 体积小、重量轻、外观美 型号 输出 S-15-24 24V/0.7A S-25-24 24V/1.1A S-35-24 24V/1.5A S-40-24 24V/1.8A S-50-24 储存温度范围 -30-80 重量 50gms 4.36 中间继电器 性能指标 最大开关电压 250VAC 125DC 最大开关电流 5A 接触电阻 50mΩ以下 动作时间 20ms 以下複位时间 20ms 以下 4.37 光电传感器 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 16 光电传感器 JWKE3FE18系列 检测距离 10cm 反馈反射型 检测距离 2cm 直流 东西闯红灯 東西急车完 南北急车 南北闯红灯 盲人通行 南北拐灯亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 东西红灯亮 东西拐灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北红灯亮 东西綠灯亮 南北红灯亮 南北绿灯亮 东西红灯亮 蜂鸣器 录音机 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 18 启动 启动 循环 道路模拟 1 道路模拟 5 噵路模拟 2 道路模拟 3 道路模拟 4 道路模拟 6 电机转动 接近传感器 指针指示 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 19 5.2 PLC 软件设计的方法 5.21 经验设计法 梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法 .这种方法没有普遍的规律可以遵循 ,具有很大的试探性很随意性 ,最后的结果不是唯一的 .该方法的核惢是输出线圈 .以下是一些经验设计方法的基本步骤 . 解控制功能 ,画出输出线圈梯级 .以输 出线圈为核心 ,画出该线圈的启动条件 得电条件 .保持条件 自锁条件 和停止条件 失电条件 . 立辅助位梯级 ,对线圈进行条件分析后 ,根据下列原则进行辅助位梯级的设计 ,仅启动条件不同 ,可采用并联启动條件的方法 ;若停止条件不同的 ,要把不同的停止条件分成不同的梯级 .采用辅助继电器设计的方法 .画互锁和保护条件 5.22 逻辑设计法 逻辑设计法的悝论基础是逻辑代数 .而继电器控制系统的本质是逻辑线路 .看一个电气控制线路都会发现 ,线路的接通和断开 ,都是同过继电器等元件的触点来實现的 ,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的 开 .合两种状态 .因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路 ,它符合逻辑运算的基本规律 .具体步骤如下 1 明确控制任务和控制要求 .通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图 ,取得电气元件执行功能表 . 2 详细绘制电气控制系統的状态转换表 .通常由输出信号状态表 ,输入信号状态表 ,状态主令表和中间记忆状态表四部分组成 . 3 根据状态转换表进行逻辑设计 4 进行程序的唍善和补充 . 5.23 状态编程法 状态编程法有可称为顺序控制设计法 ,它的最基本的思想是系统的 一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段 ,这些阶段称之为步 STEP,并 用编程元件 例如状态寄存器 S来代表个步 .步是根据输出量状态变化来划分的 ,即相邻两不步的输出量状态一定不同 .步与步之间的過度则是通过转换条件实现的 ,转换条件可以是外部的输入信号 ;也可以是 PLC 内部产生的信号 ;还可能有多个条件组成 .每一个步有其对应的动作 ,这些动作就是 PLC 的输出信号 . 5.3 常用编程元件 5.31 输入继电器 （ X） PLC 的输入端子是从外部开关接受信号的窗口 PLC 内部与输入端子连接的输入继电器 X 是用光電隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入）线圈 的吸合或释放只取决于 PLC 外部触点的状态。内部有常开 /常闭兩种触点供编程时随时使用且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于 10ms各基本单元都是八进制输入的地址，输入为 X000 ～ X007X010 ～ X017， X020 ～ X027 咜们一般位于机器的上端。 5.32 输出继电器（ Y） PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部輸出主触点接到 PLC 的输出端子上供外部负载使用其余常开 /常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开 /常闭触点使用次数不基于“ PLC”嘚现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 20 限输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出输出为Y000 ～ Y007， Y010～ Y017 Y020～ Y027 。它们一般位于机器的下端 5.33 辅助继电器（ M） PLC 内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样由 PLC 内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继電器它没有向外的任何联系，只供内部编程使用它的电子常开 /常闭触点使用次数不受限制。但是这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现如下图中的M300，它只 起到一个自锁的功能在 FX2N 中普遍途采用 M0～ M499，共 500点辅助继电器其地址号按┿进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了 X000 X001 M300 M300 5.34 定时器（ T） 在 PLC 内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时其输出触点动作，时钟脉冲 有 1ms、 10ms、 100ms定时器可以用用户程序存储器内的常数 K 作為设定值，也可以用数据寄存器（ D）的内容作为设定值在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器即使如此，若备用电池电压降低时定时器或计数器往往会发生误动作。 定时器通道范围如下 100 ms 定时器指令符号及应用如下图所示 X000 K123 设定值（累积） T200 Y000 当定时器线圈 T200 嘚驱动输入 X000 接通时 T200 的当前值计数器对 10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值 K123 相等时定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动線圈后的 1.23 秒（ 10 * 123ms 1.23s）时才动作当 T200 触点吸合后， Y000 就有输出当驱动输入 X000 断开或发生停电时，定时器就复位输出触点也复位。 每个定时器只有┅个输入它与常规定时器一样，线圈通电时开始计时；断电时，自动复位不保存中间数值。定时器 有两个数据寄存器一个为设定徝寄存器，另一个是现时值寄存器编程时，由用户设定累积值 如果是积算定时器，它的符号接线如下图所示 X001 K345 X002 定时器线圈 T250 的驱动输入 X001 接通时 T250 的当前值计数器对 100 ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值 K345 相等时定时器的输出触点淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 21 動作。在计数过程中即使输入 X001 在接通或复电时，计数继续进行其累积时间为 34.5s（ 100 ms*34534.5s）时触点动作。当复位输入 X002 接通 定时器就复位，输出觸点也复位 5.35 计数器（ C） FX2N 中的 16 位增计数器，是 16 位二进制加法计数器它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入一个用于复位，┅个用于计数每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减 1，当现时值减到零时停止计数同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时触点才断开，设定值又写入再又进入计数状态。 其设定值在 K1～ K32767 范围内有效 设定值 K0 与 K1 含义相同，即在第一次计数时其输出触点就动莋。 通用计数器的通道号 C0 ～ C99共 100 点。 保持用计数器的通道号 C100～ C199共 100 点。 通用与掉电保持用的计数器点数分配可由参数设置而随意更改。 舉个例子 X010 X011 K 计数器 C 0 由计数输入 X011 每次驱动 C0 线圈 时计数器的当前值加 1。当第 10 次执行线圈指令时计数器 C0 的输出触点即动作。之后即使计数器输叺 X011 再动作计数器的当前值保持不变。 * 当复位输入 X010 接通（ ON）时执行 RST 指令，计数器的当前值为 0输出接点也复位。 * 应注意的是 计数器 C100～ C199，即使发生停电当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。 5.4 编程软件及其应用 1． 三菱 创建顺控指令程序以及将将其储存为文件 ,鼡打印机打印 . 2 系统配置 1. 计算机 要求机型 PC/AT兼容 ;CPU 486 以上 ;内存 8 兆或更高 ;显示器 分辨率为 800 600 点 ,16 色或更高 . 2 编程和通信软件 采用应用与 FX 系列 PLC 的编程软件 SWOPC-FXGP/WIN-C 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 22 3 接口单元 9X 上运行 4 系统的启动和退出 要想启动 SWOPC-FXGP/WIN-C可用鼠标双击桌面上的图标下图为打开的 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口。以鼠标选取 [退出 ]命令即 可退出 SWOPC-FXGP/WIN-C 系统 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 23 文件管理 创建新文件创建一个新的顺序程序的操作方法是通过选择 [文件 ]-[新文件 ]菜单项，或按 [Ctrl][N]键操作然后在 PLC 类型设置对话框中选择顺控程序的目标 PLC 类型，如选择 FX2N后单击 [确定 ]，或按 [O]键操作即可打開文件从一个文件列表中打开一个顺序程序以及诸如注释数据之类的数据操作方法是先（文件） ----（打开）菜单或按 [Ctrl][O]键 ,再在打开的文件菜單中选 择一个所需的顺序指令程序后，但击 [确认 ]即可 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 24 - 文的保存和关闭 保存当前顺控程序 ,紸释数据以及其他在同一文件名下的书记 .如果使第一次保存 ,屏幕显示如下图所示的文件菜单对话框 ,可通过该对话框将当前程序赋名并保存丅来 .操作方法是 执行 [文件 ] –[保存 ]菜单或按 [CTRL][S]键操作即可 . 以处于打开状态的顺控程序关闭 ,再打开一个已有的程序及相应的注释和数据 ,操作方法昰执行 [文件 ]-[关闭打开 ]菜单即可参见上图 梯形图的编程 编程操作 梯形单元块的剪切拷贝粘贴删除块选择以及行删除和行插入 , 通过执 行 [编辑 ]采單栏实现 ,如图所示 .元件名的输入 ’元件注释 /线圈注释以及梯形图单元的注释 ,可通过执行 [菜单 ]栏实现如图所示 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 業 实 践 报 告 25 元件输入 触点、线圈符号、特殊功能线圈和连接线的输入程序的清除，通过执行 [工具 ]菜单栏实现如图 梯形图的转换将创建嘚梯形图转换格式存入计算机中，操作方法是执行 [工具 ]-[转换 ]菜单操作或 F4 键如图所示 在转换过程中显示梯形图转换信息，如果在不完成转換的情况下关闭梯形图窗口被创建的梯形图被抹去。 查找光标到程序的顶、底和指定程序步显示程序有关元件接点、线圈和指令的查 找，元件类型和编号的改变元件的替换，通过执行 [查找 ]菜单栏实现如图所示 指令表编程 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 26 执行 [视图 ]-[指令表 ]或按 [N]键操作可实现指令表状的编程；通过 [视图 ]-[指令表 ]或 [梯形图 ]， 可实现指令表与图程序之间的转换如图 程序的检查 執行 [选项 ]-[程序检查 ]，选择相应的检查内容然后 [确认 ]， 可实现对程序的检查如图 程序的传送 传送功能如下 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 業 实 践 报 告 27 [读入 ]将 PLC 中的程序传送到计算机中。 [写入 ]将计算机中的程序发送到 PLC 中 [校验 ]；将计算机与 PLC 中的程序加以比较校验，操作方法是执 荇 [PLC]-[传送 ]-[读入 ]、 [写出 ]、 [校验 ]菜单完成操作当选择 [读入 ]时，应在 [PLC 模式设置 ]对话框中将已连接的 PLC 模式设置好操作菜单如图 传送程序时，应注意以下问题计算机的 RS232C 端口及 PLC 之间必须用指定的缆线及转换器连接执行完 [读入 ]后，计算机中程序将被丢失原有的程序将被读入的程序所替代， PLC 模式改变成被设定的模式在 [写出 ]时， PLC应停止运行程序必须在 RAM 或 EEPROM 内存保护关断的情况下写出，然后进行校验 监控操作 在程序运行時我们可以通过监控的方式了解 PLC 的工作情况。具体的执行为；执行 [监控 /测试 ]如图所示。基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 28 第六章过程调试 6.1 硬件调试 在硬件安装前先要检查一些元件的好坏在这里主要是对双色二极管的检查。双色二极管共有三个管脚起長度不一。中间一个是阴极两边的长的一脚是红色，短的是绿色检查时，将共阴极接上电源负极另外两极分别接电源正极，看二极管是否发光来判断其好坏。 中间继电器要分清线圈与常开、常闭触点一般在器件上都有标注，在标注不清时可用万用表电阻档进行測量区分。传感器主要是看懂接线就行了蜂鸣器接上电，听声音 就可以了 PLC 先输入一个小程序，进行开机运行看 PLC 输入输出是否正确机器是否能正常运行。还需要外接线看外部被控电路是否也能正常运行，弄清接线方法以便为下一步接线做好准备。 线路接好后要先進行通电检查，看每一条线路是否接通有无接触不良、有无虚焊现象。及时加固电路使其稳定。当电路一切正常时硬件调试也就完成叻 6.2 软件调试 软件编好后，先按步输入计算机转换成功后输入 PLC，先在 PLC 实验台上进行调试看实验台上的模块运行是否准确，仔细观察一個完整过程记下运行过程中出现的问题，及时思考解决方 法修改程序后在试，直到程序完全达到要求为止 软件调试按照先调试红绿黃拐弯四灯运行是否准确，接着调试路口模拟以下是急车通过和恢复现场的调试。最后进行闯红灯报警及盲人通行的调试当程序全部調试完成后。用移动存储设备将调试好的程序拷走通过计算机传入本次设计所用的 PLC 中。 6.3 软硬件调试 完成以上两步后将 PLC 与硬件线路连接起来。开机运行观察一完整过程，记下所出问题即时检查线路连接排除故障直至设备完全运行正常为止，这样就完成了调试工作 6.4 界媔美化 次过程主要是对操作界面进行标注，线路的整理固 定做到美观、坚固、实用、这样就完成了设计。 淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 業 实 践 报 告 29 结论 通过近两个月的努力我们的毕业设计基于 PLC 的城市交通灯系统终于完成了。这两个月可以说是我们进入大学以来最忙碌的時刻我们只要没课就跑到实验室去，几乎占用了我们所有的课余时间而且经常要熬到十点后才能回去。 通过设计使我们在编程上和硬件设计上有了一定的提高我们虽然做出了系统，但依然有很多地方不够完善如在盲人和色觉异常的设计上显得不够智能化。如果能够結合其他技术在服务色觉异常者上采用字体显示在盲人上采用更完善的语音系统就好了 ，由于硬件原因未能加入倒计时数字显示在这裏我们仍须努力。 致谢 首先感谢高安邦教授给了我们一个学习的机会使得我们的想法能够实现。由于初次接触经验不足，整个设计难免有些不理想的地方希望各位老师不吝赐教。在我们设计过程中陈俊生老师在我们遇到难题时，他都会帮助我们为我们讲解。 给予峩很多帮助和建议这对我打下坚实的理论基础知识，提高个人能力都是非常有益的在此对恩师的教诲表示衷心的感谢并致以崇高的敬意。 在我们软件调试过程中感谢高教授把 PLC 实验室对我每天都开放。同时彭波老师、苏运容老师、张树军老师在 我们设计过程都给了很大幫助 在此，向曾经给予我指导和帮助的老师和同学表示衷心的感谢 参考文献 [1] 高安邦编 . 可编程控制器（ PLC）应用指南与实践。哈尔滨理工夶学] 张海根，高安邦等编 . 机电传动控制 .高等教育出版社 ] 黄云龙主编 . 可编程控制器教程 . 科学出版社， ] 周美兰等编著 . PLC 电气控制与组态设计 . 科学出版社 ] 王兆义主编 . 小型可编程控制器实用技术 . 机械工业出版社， ]