1、*职业技术学院毕业综合课题（设计、论 文）（2009 届）题目： 十字路口交通灯的 PLC 控制系统设计 学生： * _学院（系）： 自动化技术系 专业班级： 生产过程自动化技术 指导教师： * 专业技术职务： 讲师 常州工程职业技术学院摘要：本文是利用 PLC 对十字路口交通灯进行模拟控制，从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。我们利用发光二级管来代替交通信号灯作为被控制对象，通过 24V 转换电源为发光二极管供电。并且通过计算机软件编写程序，将编写好的程序写入到 PLC 中，通过 PLC 的 16 个输出信号控制相应的中间继电器的通断，进而通过中间继电器控制发光二极管的亮、
2、灭和闪烁等状态。最后通过有效的布局将相应的器件安装到相应的地方，组成模拟的十字路口交通灯控制系统。通过对真正的十字路口交通灯控制系统的模拟，使我们比较深刻的认识了真正的十字路口交通灯控制系统的工作过程，知道了许多交通灯的相关知识。本控制系统可有效解决现有交通的道路拥挤、交通秩序混乱等问题。关键词： 交通灯 PLC 控制 中间继电器 常州工程职业技术学院I目录第一章 前言 .11.1、题的背景和意义 .11.2、课题的现状、发展趋势和已解决的问题 .1第二章 控制方案设计 .42.1、技术控制要求 .42.2、总体方案确定 .42.2.1、方案的原理 .42.2.2、方案的特点 .52.2.3、
3、 方案的选择依据 .5第三章 硬件、软件选择和硬件连接 .73.1、输入点和输出点分配 .73.2、硬件选择 .73.3、软件选择 .83.4、硬件连接 .9第四章 软件编程 .104.1、编写程序流程图 .104.2、编写梯形图 .11第五章 系统调试 .135.1、系统程序调试 .135.2、系统硬件调试 .135.3、联机调试 .14第六章 总结 .16致谢 .17参考文献 .18附件： .19程序梯形图： .19程序指令表： .22电源图： .25PLC 输入端接线图 .26PLC 输出端接线图： .27电气原理图： .29常州工程职业技术学院0第一章 前言1.1、题的背景和意义随着我
4、国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如：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。因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。通过对十字路口交通灯控制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深了对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握。同时也培养自身综合运用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，更
5、使我们受到了 PLC 系统开发的综合训练，从而能够使我们进行 PLC 系统设计和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。更重要的是：通过对十字路口交通灯系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇于探索、实事求是、善于与他人合作的工作作风，这为我们将来的上岗实习做好了充分的准备。1.2、课题的现状、发展趋势和已解决的问题近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的可编程控制器（PLC）得到了迅猛的发展。早期的 PLC 主要用于顺序控制，今天的 PLC 已经能够应用于闭环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而便捷的方式。由于
6、PLC 自身具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比高、等优点，因而在工业生产中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC 必将能够获得更大的发展空间。PLC 主体由三部分组成，主要包括中央处理器 CPU、存储系统和输常州工程职业技术学院1入、输出接口。PLC 基本结构如图 1-1 所示：图 1-1 PLC 的组成框图系统电源有些在 CPU 模块内，也由单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC 的外设。PLC 内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。外部的开关信号、模拟信号各种以及各种传感器检测信
7、号作为 PLC 的输入变量，它们经 PLC 的输入端子进入 PLC 的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据；经 PLC 内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。PLC 的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。PLC 采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。可编程控制器的工作过程包括两个部分：自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图 1-2 所示:图 1-2 PLC 工作过程框图PLC 在每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自
8、诊断正常，继续向下扫描，然后 PLC 检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处常州工程职业技术学院2理。当 PLC 处于停止(STOP)状态时，只循环进行前两个过程。而在 PLC 处于运行（RUN）状态时，PLC 从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。每完成一次以上五个阶段所需要的时间成为有一个扫描周期。一次扫描周期也可以简单的分为输入处理、程序执行、输出处理三个阶段。为了提高 PLC 的处理能力，要求 PLC 具有更好的响应速度和更大的存储容量。目前，有的 PLC 的扫描速度可达 0.1ms/k 步左右。PLC 的
9、扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的 PLC 最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。而当前中小型 PLC 比较多，为了适应市场的多种需要，今后 PLC 要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有 I/O 点数达 14336 点的超大型 PLC，其使用 32 位微处理器，多 CPU 并行工作和大容量存储器，功能强。小型 PLC 由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型 PLC，最小配置的 I/O 点数为 816 点，以适应单机及小型自动控制的需要。为满足各种自动化控制系
10、统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程 I/O 模块、通信和人机接口模块等。这些带 CPU 和存储器的智能 I/O 模块，既扩展了 PLC 功能，又使用灵活方便，扩大了 PLC 应用范围。而加强 PLC 联网通信的能力，则是 PLC 技术进步的潮流。另外 PLC 的外部故障的检测与处理能力也在不断的增强。而在PLC 系统结构不断发展的同时，PLC 的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。除了大多数 PLC 使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C 语言等）等。
11、多种编程语言的并存、互补与发展是 PLC 进步的一种趋势。所以通过 PLC 对十字路口交通灯进行控制，是大势所趋。由于 PLC 十字路口交通灯控制系统比原来的继电器-接触器控制系统更加的稳定、效率更高，而且减少了很多的外部继电器和接触器的使用，具有更高的可靠性和安全性，控制效果更加明显，很好的弥补了原有控制系统的不足，更有效的解决现有的十字路口的交通控制方面所面临的交通拥挤，车流量不均衡，出行时间过长等问题。因此，我们利用 PLC 控制系统来控制十字路口交通灯，使十字路口交通的管理更科学化，更有条理，也使交通更加的便捷畅通。常州工程职业技术学院3第二章 控制方案设计2.1、技术控制要求运用自己
12、所学知识，设计一个十字路口交通灯控制系统电路，要求使用三菱 PLC 进行控制，能够指挥车辆在十字路口完成左转和不同路口的直行，并且设计出十字路口交通灯控制系统的实物模型。功能：东西两组灯，南北两组灯，分别用来指示转弯和直行。如下表所示。黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。同步设置人行横道红、绿灯指示。具体交通灯控制电路状态如表 2-1 所示：表 2-1 交通灯控制电路状态表状态直行灯（南北） 左转灯（南北） 直行灯（东西） 直行灯（东西）红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿 红 黄 绿持续时间（s）S0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 27S1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0
13、 0 3S2 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 27S3 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 3S4 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 27S5 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 3S6 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 27S7 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 3S0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 27注：0 表示灯灭，1 表示灯亮。2.2、总体方案确定2.2.1、方案的原理本方案所要实现的是模拟十字路口交通灯的运行，并利用 PLC 对十字路口交通灯进行控制：总共有 2 个输入点和 16 个
14、输出点，两个输入是系统的开和关，常州工程职业技术学院4用代替交通灯的发光二极管的亮、灭和闪烁作为信号的输出，把灯分为东西两组，南北两组，各有红、黄、绿三种，分别用来指示左转弯和直行，另外，还有四组人行道上的红绿灯。首先，按照控制要求利用计算机编程软件编写好科学合理的程序并输入 PLC，PLC 按照所输入的程序给出输出并通过外部中间继电器对硬件电路进行相应的逻辑顺序控制，使交通灯按控制要求进行亮、灭和闪烁来完成科学的交通控制要求。2.2.2、方案的特点PLC 运用与交通灯控制系统有较强的优势,主要可从以下四个方面来描述。使用寿命长：从目前反馈情况看,目前控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电
15、路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关,是其本身无法克服的固有缺点。PLC 作为工业控制单元,应用于各种控制环境,内部电路、机械结构设计极为精良,所用器件均选用标准工业级产品,其使用寿命一般可保证在十年以上。因此，PLC 的这种特点可以使十字路口交通灯的 PLC 控制系统正常运行较长时间。性能稳定可靠,抗干扰性好：由于 PLC 可应用于各种工业控制现场,其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境,其电压适用范围很宽,具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性,性能极为稳定、可靠。所以十字路口交通灯的 PLC 控制系统因为 PLC 的应用也具有了这样的一些优点。由于 PLC 的功能强大
16、,实现灵活,可扩展性好，并可根据实际需要改变功能的控制过程及方式,并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能，在加上良好的性价比。本十字路口交通灯的 PLC 控制系统，比之原有的交通灯控制系统，控制更加的灵活，功能更加的丰富。2.2.3、 方案的选择依据利用 PLC 进行的十字路口交通灯的控制与继电器-接触器控制系统相比省去了很多的继电器、接触器，不但节约了成本，而且传输速率高，更便捷稳定，抗干扰能力强,因此我们选用了 PLC 对交通灯系统进行控制。外部的执行设备我们选择了中间继电器，这里用它主要是为了保护 PLC 的常州工程职业技术学院5触点不被意外烧坏，因为 PLC 毕
17、竟比中间继电器贵多了，且可以由一个输入控制几个输出动作，减少了 PLC 的输出点数。交通灯我们用发光二级管代替，这种二极管压降只有 2V。 常州工程职业技术学院6第三章 硬件、软件选择和硬件连接3.1、输入点和输出点分配按照前面的控制要求，而且加入了过街人行道的信号灯控制，所以经过认真的考虑本系统使用了 PLC 的 2 输入点和 16 个输出点。具体的输入/输出点分配如表所 3-1 示：表 3-1 输入/输出点分配输入/输出点分配输入信号 输出信号名称 代号 输入点编号 名称 代号 输出点编号启动按钮 SBI X0 直行红灯（南北） HL1 Y0停止按钮 SB2 X1 直行黄灯（南北） HL2
18、 Y1直行绿灯（南北） HL3 Y2左转红灯（南北） HL4 Y3左转黄灯 (南北) HL5 Y4左转绿灯（南北） HL6 Y5直行红灯（东西） HL7 Y6直行黄灯（东西） HL8 Y7直行绿灯（东西） HL9 Y10左转红灯（东西） HL10 Y11左转黄灯（东西） HL11 Y12左转绿灯（东西） HL12 Y13过街红灯（南北） HL13 Y14过街绿灯（南北） HL14 Y15过街红灯（东西） HL15 Y16过街绿灯（东西） HL16 Y17注：表中所有直行灯和左转灯都分别是由 9 个发光二极管和一个相关电阻串联而成，所有过街灯分别是由 5 个发光二极管和一个相关电阻串联而成（为了保证 24V 压降） 。3.2、硬件选择本控制系统选用了三菱的 FX2N-48MR 这一型号的小型 PLC. FX2N-48MR 是小型化,高速度,高性能装置，有 48 个输入和输出点，而我们只需要 2 个输入点和16 个输出点，所以相当充足。除此之外，这一型号的 PLC 还适用于在多个基本组件间的连接,模拟控制,定位控制等特殊用途,而且系统配置既固定又灵活是一
