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plc毕业设计

30
2020年4月19日
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毕 业 设 计（论文）

（说 明 书）

题 目：PLC在交通灯控制系统中的应用设计
姓 名： 谭站伟
编 号：

平顶山工业职业技术学院
年5月 30日

平顶山工业职业技术学院
毕 业 设 计 （论文） 任 务 书

姓名 谭站伟
专业 电气自动化
任 务 下 达 日 期 年 月 日
设计（论文）开始日期 年 月 日
设计（论文）完成日期 年 月 日
设计（论文）题目：
A·编制设计

B·设计专题（毕业论文）

指 导 教 师 沈占斌
系（部）主 任

年 月 日

平顶山工业职业技术学院
毕业设计（论文）答辩委员会记录

系 专业，学生 于 年 月 日
进行了毕业设计（论文）答辩。
设计题目：
专题（论文）题目：
指导老师：
答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。
答辩委员会 人，出席 人
答辩委员会主任（签字）：
答辩委员会副主任（签字）：
答辩委员会委员： ， ， ，
， ， ，

平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语
第 页
共 页
学生姓名： 专业 年级
毕业设计（论文）题目：
评 阅 人：
指导教师： （签字） 年 月 日
成 绩：
系（科）主任： （签字） 年 月 日

毕业设计（论文）及答辩评语：

摘要
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进，也是交通管理工作自动化的重要标志之一。解决好公路交通灯控制问题是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。PLC是一种新型的通用的自动控制装置。PLC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，是专门为工业控制而设计的，具有功能强、运用灵活、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、编程简单，使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列有点。
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。经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，并经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：PLC；交通灯；控制

目 录
第一章 绪论 1
1.1 交通灯设计的意义 1
1.2 交通灯的发展情况 2
1.3 交通灯的发展前景 2
第二章PLC简介 4
2.1 PLC的发展 4
2.2 PLC的构成与特点 6
2.2.1 PLC的构成 6
2.2.2 PLC的特点 7
2.3 PLC的应用 8
2.4 PLC的工作原理 8
第三章 十字路口交通灯的介绍 10
3.1 十字路口交通灯的原理 10
3.1.1 十字路口交通灯的原理及示意图 10
3.2 电路中主要元器件的介绍 11
3.2.1 熔断器 11
3.2.2 中间继电器 11
第四章 控制系统设计 12
4.1 输入输出点分配表 12
4.2 十字路口交通灯的接线图 12
4.2.1 PLC控制系统I/O接线图 12
4.2.2 十字路口交通灯的接线图 13
4.3 十字路口交通灯的控制时序图 14
4.4 十字路口交通灯的程序设计 16
第五章 系统程序调试 18
5.1 编程思想 18
5.2 控制系统的程序调试步骤 18
5.3 调试过程遇到的问题及解决方法 18
结 论 19
致谢 20
参考文献 21

第一章 绪论
1.1 交通灯设计的意义
在人类的生活、工作环境中，交通扮演着极其重要的角色，人们无时无刻不与交通打交道。随着中国国民经济的迅速发展和人口的快速增加，人们对各种交通车辆的需求更是越来越大，交通工具的迅猛发展以及道路资源的局限性，给城市交通带来巨大的压力，交通拥堵问题已成为影响现代城市可持续发展的重要因素。要保证高效安全的交通秩序，除了制定一系列的交通规则，还必须经过一定的技术手段加以实现。
  作为车辆通行瓶颈所在的十字路口，经过研究其车辆通行规律，找出提高其车辆通行效率，对缓解交通拥堵，提高道路畅通率具有十分现实的意义。国内的在十字路口的交通灯，一般用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时的显示计时器来控制行车。且绝大多数交通灯的时间都是设定好的。现在十字路口的交通灯存在着两车道的车辆轮流放行时间相同且固定，一般主干道车辆较多，放行时间长些；副干道车辆较少 ，放行时间短些的问题，甚至可能出现一条车道上排着很长的车队，而另一条车道上没有车辆的情况；再者没有考虑到当有紧急车辆（如119、120）经过时，两车道应自动转为特种车辆放行，其它车辆禁止通行的状态；还有欠缺对盲人这个特殊群体穿过道口时所遇困难的考虑
。传统的交通灯控制系统存在的这些缺点，说明传统的交通灯控制系统已经不能适应当前城市交通发展的要求，不能最高效地利用城市的交通道路资源。
  城市交通控制系统是一个综合度高而又复杂的问题，关系到政策、机构、体制、管理、成本、基础设施建设和投资各方面问题。道路交通控制系统在近百年的发展中，经历了从手动到自动、从无感应控制到有感应控制、从固定配时到灵活配时、从单点控制到干线控制、从区域控制到网络控制的长远发展历程。中国的交通是从新中国成立之后才开始发展的，起步较晚，但随着中国经济和社会高速发展对交通的需求急剧增加，对原有交通控制系统提出了严峻的挑战。城市交通发展的规划应在广泛借鉴和吸取国外先进经验的基础上，结合中国城市交通运输的现状和存在的问题，建立并健全适合中国交通的城市交通控制系统。
 近年来，国家虽然不断加大城市道路建设的力度，但仍赶不上城市机动车的增长速度，中国城市仍普遍存在道路面积偏低的问题，这也是制约着中国大城市发展的一个重要原因。随着交通需求越来越旺盛，车多、路多了，但运营成了瓶颈，运输效率逐步下降。中国与发达国家在车辆、道路、交通管理系统、人工智能技术在交通管制中的应用、信息采集和提取等方面存在着很大的差距。由于交通控制系统不健全等原因，中国交通道口的交通事故率居高不下，而十字路口的红绿灯则指挥着行人和车辆的安全运行,因此实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改进,同时也是城市交通管理工作自动化的重要标志之一。
1.2 交通灯的发展情况
随着交通的不断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。交通问题不但的发展中国家，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，不可能经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，经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19 ，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，道路不但仅是易变化的部分，而其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其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。
1.3 交通灯的发展前景
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，它们也曾有效地改进了交通状况。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。因此，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。
当前，中国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都是采用的定时控制方式。这种控制必然产生如下的弊端：当某条路的车流量很大却必须要等待红灯，而此时另一条空道或者车流量相对少得多的道路却依然按原定的时间亮着绿灯，这种是不对道路实际情况进行监控所造成的。这样的交通控制系统效率低，容易造成交通拥挤，而且浪费人力，物力。因此，我们必须需求一种具有只能的交通灯控制系统。这种智能交通灯控制系统能够根据车流量的变化自动调节红绿灯的时间长短，最大限的的减少十字路口车辆滞留的现象，有效的缓解交通拥挤，实现交通控制系统的最优控制，大大的提高交通控制系统的效率。随着人们生活水平的提高，城市交通拥挤问题日益突出，可预见，智能交通灯控制系统具有广大的应用前景。
第二章PLC简介
2.1 PLC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PLC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。可是，在中国等发展中国家PLC的增长十分迅速。综合相关资料， 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；并经过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表示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（一般为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没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，因此维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，能够接收几千个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 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在中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在中国仍将保持高速增长势头。
通用PLC应用于专用设备时能够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
在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但能够很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且能够经过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。
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S7-200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PC
2.2 PLC的构成与特点
2.2.1 PLC的构成
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I／O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能够读其值，但不能够写或进行修改。

图2-1 PLC的组成
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能够读其值,并作为条件参加控制,还能够修改其值,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。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I／O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。
2.2.2 PLC的特点
1.可靠性
可编程控制器采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如：冗余设计、掉电保护设计、故障诊断、和信息保护和恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR，使可靠性得到提高。可编程序控制器是为了工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用的计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了简化的编程语言，变成出错率大大降低。在可编程控制器的软件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用软件过滤；软件自诊断；简化编程语言；信息保护和恢复。报警和运行信息的显示等。
2 .易操作性
着体现在它的操作方便、编程方便、维护方便。
3.灵活性
编程的灵活性。编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图、和语句表。这种编程的灵活性是继电器顺序控制所不能比拟的，正是由于编程的柔性特点，再柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS和计算机集成流程工业系统CIPS，可编程控制系统成为主要的控制设备。
扩展的灵活性。它不但可经过增加输入输出卡件增加点数，经过扩展单元来扩大容量和功能，甚至可经过与集散控制系统DCS扩展功能，并与外部设备进行交换等。
2.3 PLC的应用
近年来PLC 的应用越来越广泛，广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、造纸、纺织、等行业。PLC的应用一般可分为五种类型。
⑴ 顺序控制 这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线及电梯控制等。
⑵ 运动控制 PLC制造商当前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。
⑶ 闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、速度和流量等。一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时，PID控制算法会计算出正确的输出，把变量保持在设定值上。
⑷ 数据处理 在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。经过窗口软件，用户能够独自编程，由PLC送至CNC设备使用。
⑸ 通信和联网 为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不但PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。
2.4 PLC的工作原理
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：
1输入采样阶段
在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
2用户程序执行阶段
在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
3输出刷新阶段
当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。
第三章 十字路口交通灯的介绍
3.1 十字路口交通灯的原理
3.1.1 十字路口交通灯的原理及示意图
如图3.1是十字路口交通信号灯示意图, 本系统的控制对象有六个，分别为东西方向红灯两个，南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制。
正常时段(8时~16时、18时~6时)：
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
东西红灯亮维持30秒，南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。
高峰时段（6时~8时、16时~18时）：
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
东西红灯亮维持40秒，南北绿灯亮维持35秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。
Y0Y1Y2
Y0 Y1 Y2
Y4
Y3
Y5
Y3
Y4
Y5
北
东
南
西

图3.1 十字路口交通信号灯的示意图
3.2 电路中主要元器件的介绍
3.2.1 熔断器
① 作用
熔断器是一种简单的保护电器，串接于电路，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断自动断开电路，保护其它电气设备。
② 型号 8A
③ 符号
FU
④ 工作要求
熔体的额定电流要小于或等于熔断器的额定电流
熔断器的电压大于或等于被保护的工作电压
3.2.2 中间继电器
① 作用
中间继电器作用是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其它电气执行元件，它的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。
② 型号 DC24V
③ 符号

线 圈 常开触点 常闭触点
④ 工作要求
中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大(额定电流5—10A)
⑤ 优点
体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。
第四章 控制系统设计
4.1 输入输出点分配表
为了将十字路口交通灯的控制关系用PLC控制器实现，PLC需要2个输入点（启动开关、转换开关），6个输出点。为了使用方便，因此选择了FX2N-64MT型的PLC。

表3.1 输入输出点分配表

输入资源
输出资源
输入继电器
元件
作用
输出继电器
元件
作用
X0
SB
启动开关
Y0
HL1
南北红灯
X1
SB
转换开关　
Y1
HL2
南北绿灯

Y2
HL3
南北黄灯

Y3
HL4
东西红灯

Y4
HL5
东西绿灯

Y5
HL6
东西黄灯

4.2 十字路口交通灯的接线图
4.2.1 PLC控制系统I/O接线图
根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图3.1所示的PLC控制系统I/O接线图。

COM
COM1
COM0
X0（启动）
Y4
Y5
Y3
Y2
Y1
Y0
SB1
X1（转换）
SB0
KA11
KA21
KA31
KA41
KA51
KA61
24V
PLC

图4.1 PLC控制系统I/O接线图
4.2.2 十字路口交通灯的接线图
根据十字路口交通灯的实际连线，画出如图3.2所示的十字路口交通灯的接线图。

接

线

柱
FU1
FU2
KA1
KA2
KA3
KA4
KA5
KA6
~220V
南北红灯
南北绿灯
南北黄灯
东西红灯
东西红灯
东西红灯

图4.2 十字路口交通灯的接线图
4.3 十字路口交通灯的控制时序图
根据十字路口交通灯的控制关系画出如图3.3所示的时序图。
ON
X0
Y0

Y1

Y2

Y3
Y4

Y5

10 20 30 40 50 60 t/s
正常时段的控制时序图

高峰时段的控制时序图

X1
Y0

Y1

Y2

Y3
Y4

Y5

10 20 30 40 50 60 70 t/s
ON

图4.4 十字路口交通灯的控制时序图

4.4 十字路口交通灯的程序设计

图4.5 十字路口交通灯的控制梯形图

在图4.5中，Y0控制南北红灯，Y1控制南北绿灯，Y2控制南北黄灯，Y3控制东西红灯，Y4控制东西绿灯，Y5控制东西黄灯。为了控制各个时间段，选用T0~T5为控制正常时段的定时器，T6~T11为控制高峰时段的定时器。
第五章 系统程序调试
5.1 编程思想
本组的毕业设计是用PLC控制十字路口交通灯，用PLC控制能够实现更多功能，同时也比较简单。由于现在越来越多的人拥有自己的汽车，从而使交通变得很繁忙，而早晚上下班时间更是交通的高峰期，同时也为了适应不同路段的交通繁忙程度，因此本组设计了正常时段和高峰时段能够切换的程序，从而是本组设计的实用性更强。
5.2 控制系统的程序调试步骤
1） 对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。由于本控制系统简单就能够省略这一步。
2） 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。
3） 将程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。
4） 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。
5.3 调试过程遇到的问题及解决方法
1） 在起初情况，按下转换开关，根据设计的要求,应该亮的灯有“南北红灯”、“东西绿灯”，由于设计中未考虑周全，当按下转换开关“X1”时，不但“南北红灯”、“东西绿灯”亮，而且“南北绿灯”、“东西红灯”也亮，断电后，对程序进行检查，发现把程序转换到高峰时段后，没有对T0终止，因此才会出现灯亮混乱的情况。
2）设计中T0—T5为一个周期，当程序处在早上八点之后的正常时段时，程序运行了一个周期后，就不再循环了。断电后对程序进行检查，发现程序执行完一个周期后，T5没有被复位，检查得知是因为对T0的分段控制不当。对程序进行修改后，调试后都正常。
结 论
本设计的是十