城市主干到十字路口交通灯PLC控制系统1.doc

目 录前言1 绪论1.1 交通信号灯的作用与研究意义1.2 PLC的产生与发展1.3 PLC的发展趋势1.4 PLC的应用领域1.5 PLC在我国的应用1.6 设计总结2 可编程控制器的介绍2.1 可编程控制器的重要功能和工作特点2.2 可编程控制器的工作特点2.3 可编程控制器的基本机构2.4 可编程控制器的工作原理3 PLC指令系统介绍3.1 PLC指令系统概述3.2 PLC指令系统介绍4 十字路口交通灯PLC控制器的设计4.1十字路口交通灯PLC控制系统的控制规定4.2 十字路口交通灯布置图4.3 系统控制流程图4.4 控制系统梯形图4.5 控制系统指令表5 结论5.1 难点分析5.2 调试错误与修改方法5.3 PLC智能化控制交通灯的方法5.4 收获与体会致 谢 信参考文献Abstract附录 摘要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、路三者关系的协调，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长，如何采用合适的控制方法，最大限度运用好花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，越来越成为交通运送管理和城市规划部门亟待解决的重要问题。本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。其中本人对PLC较熟悉，最终我选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完毕本次课设的题目。 关键字 PLC 交通灯 程序 报告 设计前言可编程控制器（PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微解决器为核心，用编写的程序进行逻辑控制、定期、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或生产过程。如今，PLC在我国各个工业控制领域中的应用越来越广泛。在就业竞争日趋剧烈的今天，掌握PLC设计和应用是从事工业控制研发技术人员必须掌握的一门专业技术。PLC的学习比一般编程学习困难的地方就在于，要完毕一个控制系统不仅需要掌握一定的编程技术，更为重要的是要知道如何针对实际应用的需要选择合理的PLC的型号，然后进行资源配置，并以此为基础，设计控制系统。本书共5章，第一章是交通灯的作用和研究的意义;第二章是可编程控制器的介绍，简朴介绍可编程控制器和PLC控制系统的基本知识；第三章是PLC指令系统介绍，针对本设计所用指令进行具体说明；第四章是十字路口交通信号灯控制器的设计，具体介绍十字路口交通信号灯控制器的设计过程。第五章是自己做这次课题的心得体会。在本次课程设计过程中老师和同学给予我很大鼓励和帮助！在此我对他们表达衷心的感谢。 1 绪论1.1 交通信号灯的作用与研究意义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、路三者关系的协调，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长，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运营的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完毕的初期，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少对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充足发挥出预期的作用。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，如何采用合适的控制方法，最大限度运用好花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，越来越成为交通运送管理和城市规划部门亟待解决的重要问题。根据交通灯工艺控制规定与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，可以方便地联网通信。本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控制。本系统采用PLC是基于以下四个因素：1.1.1 PLC具有很高的可靠性，通常的平均无端障时间都在30万小时以上；1.1.2 编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；1.1.3 抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能1.1.4 够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为也许。1.2 PLC的产生与发展在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺陷，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽也许减少重新设计和更换电器控制系统及接线，以减少成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器控制系统简朴易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，并且这种装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能不久掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种规定，研制成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。初期的可编程控制器仅有逻辑运算、定期、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制,通常称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller ）。随着微电子技术和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微解决器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增长了算术运算、数据传送和数据解决等功能。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微解决器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本减少，编程和故障检测更加灵活方便，并且具有通信和联网、数据解决和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据解决、联网通信等功能的名符其实的多功能控制器。自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。目前，世界上有200多家PLC厂商，400多品种的PLC产品，按地区可提成美国、欧洲、和日本等三个流派产品，各流派PLC产品都各具特色，如日本重要发展中小型PLC，其小型PLC性能先进，结构紧凑，价格便宜，在世界市场上占用重要地位。著名的PLC生产厂家重要有美国的A-B（Allen-Bradly）公司、GE（General Electric）公司，日本的三菱电机（Mitsubishi Electric）公司、欧姆龙（OMRON）公司，德国的AEG公司、西门子（Siemens）公司，法国的TE（Telemecanique）公司等。我国的PLC研制、生产和应用也发展不久，特别在应用方面更为突出。在20世纪70年代末和80年代初，我国随国外成套设备、专用设备引进了不少国外的PLC。此后，在传统设备改造和新设备设计中，PLC的应用逐年增多，并取得显著的经济效益，PLC 在我国的应用越来越广泛，对提高我国工业自动化水平起到了巨大的作用。目前，我国不少科研单位和工厂在研制和生产PLC，如辽宁无线电二厂、无锡华光电子公司、上海香岛电机制造公司、厦门A-B公司等。从近年的记录数据看，在世界范围内PLC产品的产量、销量、用量高居工业控制装置榜首，并且市场需求量一直以每年15%的比率上升。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。1.3 PLC的发展趋势1.3.1 向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的解决能力，规定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。1.3.2 向超大型、超小型两个方向发展 当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，此后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位微解决器，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，如三菱公司系列PLC。1.3.3 PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力 为满足各种自动化控制系统的规定，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。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。1.3.4 增强外部故障的检测与解决能力 根据记录资料表白：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC自身的软、硬件实现检测、解决；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。1.3.5 编程语言多样化 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，为了适应各种控制规定，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。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。1.4 PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限制。但最近十数年来，PLC的应用面越来越广，其重要因素是：一方面由于微解决器芯片几有关元件的价格大大下降，使得PLC的成本下降；另一方面PLC的功能大大增强，它也能解决复杂的计算和通信问题。目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。PLC的应用范围通常可提成以下5种类型：1.4.1 顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取代传统的 继电器顺序控制。PLC应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。例如：注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。1.4.2 运动控制 PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块，在多数情况下，PLC把描述目的位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数据到目的位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的位置和加速度，保证运动平滑。1.4.3 过程控制 PLC还能控制大量的过程参数，例如：温度、流量、压力、液位和速度。PID模块提供了使PLC具有闭环控制的功能，即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出对的的输出，把变量保持在设定植上。1.4.4 数据解决 在机械加工中，PLC作为重要的控制和管理系统用于CNC和NC系统中，可以完毕大量的数据解决工作。1.4.5 通信网络 PLC的通信涉及主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、PLC和其他智能控制设备（如计算机、变频器、数控装置）之间的通信。PLC与其他智能控制设备一起，可以组成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统。1.5 PLC在我国的应用虽然我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：微型：32 I/O 小型：256 I/O 中型：1024 I/O 大型：4096 I/O 巨型：8192 I/O在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现百花齐放的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。我国的PLC供应渠道，重要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。其中，大部分PLC是通过度销商和系统集成商达成最终用户的。1.6 设计总结城市交通灯控制采用单片机比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简朴、通用性强等特点，还可以根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理拟定各路口信号灯之间的时差，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。本系统结构简朴、操作方便，可实现自动控制，具有一定智能性。对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化解决，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。通过这次毕业设计，使我觉得不管从理论知识还是从实际操纵中都学到了不少知识，我想归纳起来，重要有以下方面：1.6.1 通过这次毕业设计，它让我接触了平时没有接触过的汇编软件以及获得相关的软件调试经验，同时我也发现自己在这方面很多局限性之处。体会到理论知识对实践有很大的指导作用，它让我知道，只有在对的的理论指引下，才干设计出合乎实际需要的硬件电路。 1.6.2 学会了高效率的查阅资料、运用工具书、运用网络查找资料。我发现，在我们所使用的书籍上有一些知识在实际应用中其实并不是十分抱负，各种参数都需要自己去调整。偶而还会碰到错误的资料现象，这就规定我们应更加注重实践环节。1.6.3 在毕业设计中，我们应当注意重点与细节的关系。 1.6.4 失败不可怕，只要不趴下，昂首向前走，希望总会有。 1.6.5 同组同学互相包容，彼此合作，取长补短，才干铸就最后的成功。可以这样说毕业设计是对大学三年所学知识的一次运用和检阅，同时对自学能力提出很高的规定，所以平时的学习离开思考，就是严重的错误，我们学习不应当有偏科现象，各方面的知识都应当要接触，这样做才干为毕业设计打下基石。将近两个多月的毕业设计，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。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都也许导致整项工作的失败。毕业设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有也许导致整个工作的失败。团结协作是我们毕业设计成功的一项非常重要的保证。而这次毕业设计也正好锻炼了我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获非常重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次毕业设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！2 可编程控制器的介绍可编程控制器是一种面向生产过程控制的数字电子装置，它具有控制能力强、操作方便灵活、价格便宜、可靠性高等特点。它不仅可以取代传统的继电接触器控制系统，还可以构成复杂的工业过程控制网络，是一种适应现代化工业发展的新型控制器。可编程控制器简称PLC，是英文Programmable Logic Controller的缩写。国际电工委员会（IEC）1985年对可编程控制器做过如下定义：“可编程控制器是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、程序控制、定期、计数和算术运算等操作指令，通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩展功能的原则设计。”2.1 可编程控制器的重要功能和工作特点随着计算机技术、工业控制技术、电子技术和通信技术的发展，可编程控制器的各种控制功能不断完善，现在可编程控制器一般具有如下功能：2.1.1 条件控制功能条件控制，又称逻辑控制或顺序控制。它的功能是指用PLC的与、或、非指令取代继电接触器触电串联、并联及其他各种逻辑连接，进行开关控制。(1) 定期/计数控制功能定期/计数（TIM/CNT）控制功能是指运用PLC提供的定期器、计数器指令实现对某种操作的定期或计数控制，以取代时间继电器和计数继电器。(2) 数据解决功能数据解决功能是指PLC能进行数据传送、数据比较、数据移位、数制转换、算术运算与逻辑运算以及编码和译码等操作。(3) 监控功能监控功能是指PLC能监视系统各部分运营状态和进程，对系统出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运营；也可用于在线调整和修改控制程序中的定期器、计数器的设定值或强制置I/O的状态。(4) 步进控制功能步进控制功能是用步进指令来实现有多道加工工序的控制，只有前一道工序完毕后，才干进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。(5) 数/模转换功能 A/D与D/A转换功能是通过A/D、D/A模块完毕模拟量和数字量之间的转换。(6) 运动控制功能运动控制功能是指通过高速计数模块和位置控制模块等对机械运动系统进行单轴或多轴控制。(7) 过程控制功能过程控制功能是指通过PLC的智能PID控制模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数进行的闭环控制。(8) 扩展功能扩展功能是指通过连接输入/输出扩展单元（即I/O扩展单元）模块来增长输入/输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高PLC的控制能力。(9) 远程输入/输出功能远程I/O功能是指通过远程I/O单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与PLC主机相连接，进行远程控制，接受输入信号、传出输出信号。(10) 通信联网功能通信联网功能是指通过PLC之间的联网、PLC与上位计算机的连接，接受计算机的命令，并将执行结果传送给计算机。由一台计算机和若干台PLC可以组成“集中管理，分散控制”的分布式控制网络，实现远程I/O控制或数据互换，以完毕系统规模较大的复杂控制。2.2 可编程控制器的工作特点2.2.1 编程方法简朴可编程控制器采用面向用户的工作方式，充足考虑了工程技术人员的技能与习惯，采用了易于理解和掌握的梯形图编程语言。梯形图与继电接触器控制原理图类似，由于这种编程语言形象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要掌握一定的电工技术和继电接触器控制系统理论的人员都可在短期内学会，用来编制用户程序。2.2.2 控制系统构成简朴，通用性强尽管现在世界各地有很多生产可编程控制器的厂家和公司，有着多种品牌和种类，但其基本结构和工作原理都大体相同。配以各种组件（如I/O模块、通信模块、人机界面等）就可以灵活的组成各种规模和不同规定的控制系统。2.2.3 抗干扰能力强可编程控制器采用了一系列硬件和软件的抗干扰措施，如滤波、隔离、屏蔽、自诊断、自恢复等，使之具有很强的抗干扰能力。一般无端障时间达成数万小时以上，可直接应用于有强烈干扰的工业生产现场。现在可编程控制器已被公认为最可靠的工业控制设备之一。2.2.3 可靠性高继电接触器控制系统使用了大量的机械触电，连线复杂，各触电在吸合和断开时容易受到电弧的损害，寿命较短，且工作起来可靠性较差。而可编程控制器以软件代替硬件，许多继电器的触点及繁杂的连线可用程序来实现，大量的开关动作可用无触点的电子电路完毕，因此寿命长，可靠性大大提高。2.2.4 体积小、结构紧凑、安装、维护方便可编程控制器体积小、质量小，便于安装。通常可编程控制器都有自诊断、故障报警、故障显示等功能，便于操作和维修人员检查，可以较容易通过更换模块插件来迅速排除故障。它的结构紧凑，与被控对象的硬件连线方式简朴，接线少，易于维护。2.2.5 控制系统的设计、开发周期短可编程控制器用软件功能取代了继电接触器控制系统中的大量中间继电器、时间继电器、计数器等，使控制系统的设计、安装、接线工作量大大减少。2.3 可编程控制器的基本机构PLC与计算机控制系统十分相似，也具有中央解决器（CPU）、存储器、输入/输出（I/O）接口、电源等。2.3.1 中央解决器单元（Central Processing Unit,CPU）中央解决器是PLC的核心部分，是系统运算和控制中心，由它实现逻辑运算、数字运算，协调控制系统内部各部分的工作。2.3.2 存储器（Memory）存储器是一种记忆部件。用来存储数据或程序，重要涉及随机存取存储器和EPROM。2.3.3 输入/输出单元（Input/Output Unit）输入/输出单元是PLC的CPU与现场输入、输出装置或其他外部设备之间的连接接口部件。2.3.4 编程器编程器是PLC的重要外部设备。它的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。2.3.5 电源单元电源单元是PLC的电源供应部分。它的作用是把外部供应的电源变换成系统内部各单元所需的电源。2.4 可编程控制器的工作原理2.4.1 PLC的工作过程是周期循环扫描的工作过程。整个扫描过程可分为内部解决、输入刷新、用户程序执行、输出刷新几个阶段，如此周而复始地不断循环。内部解决实际就是运营PLC的内部系统管理程序，组成分别为：(1) 系统自监测。PLC检查CPU模块内部硬件是否正常，复位监视计时器（看门狗），假如超时则停止中央解决工作，以及完毕一些其他检测。(2) 与编程器互换信息。这在使用编程器输入和调试程序时才执行。(3) 与数据器互换信息。这只有在PLC中配置有专用数字解决器时才执行。(4) 外部通信。当PLC配置有通信接口或模块时，与外部通信对象（如磁带机、其他PC或计算机等）进行数据互换。2.4.2 工作过程可分为3个阶段，分别如下：(1) 输入采样阶段PLC在输入采样阶段，以扫描方式顺序读入所有输入端的状态，并将此状态存入输入映像区，这是一种集中采样方式。输入映像区的信息供用户程序执行时取用。在程序执行期间即使外部输入信号状态发生变化，输入映像区的内容也不会改变，这些变化只有到下一个扫描周期的输入采样阶段才被读入。(2) 序执行阶段PLC在程序执行阶段，在无中断或跳转指令的情况下，根据梯形图程序从首地址开始按自左向右、自上而下的顺序，对每条指令逐句进行扫描，扫描一条，执行一条。执行程序时，梯形图中的输入继电器的状态取自于内部输入映像寄存器的状态，并将运算结果，即输出继电器的状态存放在内部输出映像寄存器中。(3) 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后,进入输出刷新阶段,CPU将输出映像区的内容集中转存到输出锁存器,然后传送到各相应的输出端子,最后再驱动实际输出负载,这才是PLC的实际输出,这是一种集中输出的方式。在程序执行阶段，由于输出映像区的内容会随着程序执行的进程而变化，因此，在程序执行过程中，所扫描到的功能经解算后，其结果立即就可被后面将要扫描到的逻辑的解算所运用，因而简化了程序的设计。3 PLC指令系统介绍3.1 PLC指令系统概述PLC的指令系统一般由常用指令、跳转指令、定期器和计数器指令、数据操作指令以及一些高级指令组成。由于本设计专业限度局限，故只将本设计所涉及的PLC指令系统中的指令罗列出来。3.2 PLC指令系统介绍3.2.1 LD/LD NOT指令LD和LD NOT指令是每个行或块的起点。LD是常开触点，LD NOT是常闭触点。LD和LD NOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC、TR。3.2.2 AND/AND NOT指令AND和AND NOT指令是串联连接的触点。AND是常开触点，AND NOT是常闭触点。AND和AND NOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC。3.2.3 OR/OR NOT指令OR和OR NOT指令是并联连接的触点，执行逻辑“或”的功能。OR是常开触点，OR NOT是常闭触点。OR和OR NOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR、TC。3.2.4 OUT/OUT NOT指令OUT和OUT NOT执行输出的功能，OUT指令将操作结果直接输出，而OUT NOT指令将操作结果取反后输出。OUT和OUT NOT指令的数据范围为IR、SR、HR、AR、LR。3.2.5 ORLD指令ORLD完毕两个程序块并联的功能。3.2.6 DIFU（13）/DIFD（14）指令DIFU（13）和DIFD（14）分别是前沿微分指令和后沿微分指令。当DIFU的输入条件由OFF变为ON时，DIFU所指定的继电器在一个扫描周期为ON；当DIFD的输入条件由ON变为OFF时，DIFU所指定的继电器在一个扫描周期为ON。DIFU和DIFD指令的数据范围为IR、HR、AR、LR、SR。3.2.7 普通定期器TIM普通定期器TIM属于延时接通定期器，他的功能如下：当输入条件满足时，定期器以0.1s为单位递减计时;当定期器计时值大于等于设定值,定期器触点为ON;当定期器计时值超过设定值时,定期器计时值仍然继续增长；假如条件不成立，定期器计时值复位（为0），触点为OFF。TIM指令数据范围为定期器号:T000T511，设定值：#00009999。4 十字路口交通灯PLC控制器的设计4.1十字路口交通灯PLC控制系统的控制规定信号灯受一个开关控制启动：接通时，南北红灯亮、东西绿灯亮;开关断开，所有灯灭。南北绿灯与东西绿灯不能同时亮，应关闭信号灯、并报警；南北红灯量60秒，与此同时东西绿灯先亮55秒、闪亮3秒后熄灭、继而黄灯量2秒。东西黄灯熄灭、继而东西红灯亮25秒，与此同时南北绿灯先亮20秒、闪亮3秒后熄灭、继而黄灯亮2秒。以此周而复始。4.2 十字路口交通灯布置图十字路口交通灯示意图如图3-1所示。在十字路口的东、西、南、北方向主的干道装有“红绿黄”灯. 具体的交通灯的布置如下。主干道交通灯北东南西4.2.1 在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为： 严禁通行灯 （亮时为红色） 准备严禁通行灯 （亮时为黄色） 直通灯 （亮时为绿色） 图3-1 十字路口交通灯布置图二、PLC选型和资源配置1.系统构成图控制系统结构图如图3-所示。 图3- 交通灯控制系统图1.PLC框架配置图 PLC框架配置图如图CQM1-CPU221-ECPU模块CQM1-PA203电源模块CQM1-IA221输入模块 CQM1-OC222 输出模块 PLC框架配置图4.2.2 PLC的I/O地址分派I/O地址分派采用自动分派的方式，输入地址分派和输出地址分派分别如下表 输入元件输入地址输出元件输出地址南北绿灯Y0南北黄灯Y1控制开关X0南北红灯Y2警灯(故障指示)Y3东西绿灯Y4东西黄灯Y5东西红灯Y64.2.3 模块功能概述(1) 电源模块采用CQM1-PA203模块，它通过基架，供电给其他模块；(2) CPU模块采用CQM1-CPU21-E模块，它控制着整个系统有条不紊地工作；(3) 数字量输入模块采用CQM1-IA221模块，它有8个输入点，本控制系统中，它将接受来自启动按钮、强通开关的输入信号；(4) 数字量输出模块采用CQM1-OC222模块，它重要用来将控制信号输出到相应的交通灯，实现控制。CQM1-OC222模块有16个输出点。4.3 系统控制流程图启动开关东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮东西主干道55S3S2S25S南北红灯亮南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮南北主干道60S20s3S2S 结束 交通灯正常循环运营流程图启动南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄55S3S2S20S3S2S25S55S3S2SONOFF十字路口主干道交通灯模拟控制时序图4.3.1 正常循环通行时交通灯正常循环运营的逻辑流程图如图3-3所示。具体控制规定如下：信号灯受一个开关控制启动：接通时，南北红灯亮、东西绿灯亮;开关断开，所有灯灭。南北绿灯与东西绿灯不能同时亮，应关闭信号灯、并报警；南北红灯量60秒，与此同时东西绿灯先亮55秒、闪亮3秒后熄灭、继而黄灯量2秒。东西黄灯熄灭、继而东西红灯亮25秒，与此同时南北绿灯先亮20秒、闪亮3秒后熄灭、继而黄灯亮2秒。以此周而复始。4.4 控制系统梯形图 十字路口交通灯PLC控制的梯形图工作过程如下当启动开关合上时，X000接通，Y002得电，南北红灯亮；同时Y002的常开触点闭和，Y004得电，东西绿灯亮。维持55s后，T6的常开触点接通，与该点串联的T2的常开触点每各O.5s导通0.5s，从而使东西绿灯闪亮3s。3s后T7的常闭除点断开，Y004失电, 东西绿灯熄灭；此时T7的常开触点闭合，Y005得电，东西黄灯亮。过2S后，T5的常闭触点断开，Y005失电，东西黄灯灭，到这时启动时间累计为60s，T0的常闭触点断开，Y002失电，南北红灯灭，T0的常开触点闭合，Y006得电，东西红灯亮，Y6常开触点闭合，Y0得电，南北绿灯亮。其指令表如下。4.5 控制系统指令表 5 结论5.1 难点分析 交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运营中是要通过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不同样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。5.2 调试错误与修改方法 通过设计，想一次性把程序完毕是非常难的，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营却发现有些灯亮不起来并且在完毕了一个周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。忽然想起来编程器还可以进行监控于是再在运营的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运营正常但再运营下去的时候第二周期就再没有反映了，涉及里面的辅助继电器，最后发现本来是程序前面没有并上完毕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动西。5.3 PLC智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通控制灯，通常是事先通过交通流量的调查，运用记录的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设立好。然而事实上交通流量的变化往往是不拟定的，有的路口在不同的时段甚至也许产生很大的差异。即使是通过长期运营、合用的方案，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。这种流量变化的偶尔性是无法建立准确模型的，记录的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种可以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 制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先通过交通流量的调查，运用记录的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设立好。然而事实上交通流量的变化往往是不拟定的，有的路口在不同的时段甚至也许产生很大的差异。即使是通过长期运营、合用的方案，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。这种流量变化的偶尔性是无法建立准确模型的，记录的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种可以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。5.4 收获与体会通过两个多月的艰苦奋斗，设计成果终于要出来了，我才松了一口