基于三菱PLC的交通信号灯控制的设计.doc

1、基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计0基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计摘 要：可编程序控制器在工业自动化控制中的地位极为重要，目前它广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上其体积小、价格低、可靠性高、扩展灵活、可应用于各种工业控制环境等优点，它在现代工业中的应用更加突出。本次课程设计是基于三菱FX2N 的可编程控制器控制人行横道线信号灯来说明可编程控制器硬件、软件的设计。解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。但现有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制，不能够根据实际交通状况进行调节控制，交通的疏导能力有待提高，以及不

2、能够有效解决紧急车辆情况的通行。本次课程设计是利用三菱系列的可编程序控制器来实现对交通灯的智能信号控制。在单一的固定时序控制的基础上再增添了按钮式人行横道线交通信号灯控制以及紧急车辆通行时的交通灯控制，来提高交通信号灯控制系统的调节能力和疏导能力。本文主要内容有关于 PLC 的基本介绍以及交通信号灯控制系统的具体设计过程和程序实现。关键字：三菱 PLC；交通灯控制系统；顺序功能图；梯形图基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计1目 录第一章 可编程序控制器（PLC）的基本介绍 11.2 PLC 的特点及应用 .11.2.1 PLC 的特点 .11.2.2 PLC 的应用范围 .21.3 PLC

3、 的分类 .31.4 PLC 的硬件结构 .41.4.1 中央处理器（CPU） 41.4.2 存储器 41.4.3 输入/输出（I/O）电路 51.4.4 编程器 51.4.5 电源 51.5 PLC 的编程语言 .61.6 PLC 的工作原理 .7第二章 设计目的和要求 92.1 设计的目的 92.2 设计的基本要求 92.2.1 课程设计要求 .92.2.2 基本设计功能要求 9第三章 系统方案设计 103.1 设计任务分析及方案设计 103.2 硬件总体设计 103.3 软件总体设计 11第四章 控制系统具体设计 124.1 自动定时控制 124.1.1 状态转移图 124.1.2 时序

4、图（以一个周期为例） 134.1.3 梯形图 134.2 人行道手动按钮控制 154.2.1 状态转移图 154.2.2 时序图（以一个周期为例） 164.2.3 梯形图 164.3 紧急情况控制 184.3.1 状态转移图 184.3.2 时序图（以一个周期为例） 194.3.3 梯形图 20第五章 控制系统编程指令 225.1 自动定时控制系统指令语句表 225.2 手动按钮控制系统指令语句表 235.3 紧急情况控制系统指令语句表 24第六章 逻辑测试 25第七章 课程设计总结 27参考文献 28基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计2第一章 可编程序控制器（PLC）的基本介绍1.1

5、PLC 基本概念现代社会要求制造业对市场需求作出迅速反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须具备极高的可靠性和灵活性，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）正是顺应这一要求出现的，它是以微处理器为基础的通用工业控制装置。PLC 应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛的应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC 在其他领域，例如民用和家庭自动化的应用已得到了迅速的发展。它不仅是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位，PLC 应用程度之广、

6、普及程度之高，是其他计算机控制设备无法比拟的。国际电工委员会（IEC）对 PLC 作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令、并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械和生产过程，可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计” 。1由以上定义可以看出，PLC 是一种用程序改变控制功能的通用的工业控制计算机，除了各种各样的控制功能外，还有与其它计算机通和信联网的功能。1.2 PLC 的特点及应用1.2.1

7、PLC 的特点 PLC 是面向用户的工业控制计算机，具有许多明显的优点。（1）可靠性高，抗干扰能力强工业生产过程对控制设备的可靠性提出了极高的要求，因为工业生产过程往往是昼夜连续生产，一般的生产装置要几个月甚至几年才大修一次。工业现场的各种电磁干扰特别严重，针对这一情况，PLC 采取一系列的措施（主要包括：屏蔽、R-C 滤波、光电隔离、电源调整与保护、元件筛选、模块化结构、自诊断功能、信息保护与恢复、双 CPU 冗余系统）使 PLC 能在恶劣的环境中可靠地工作，平均故障间隔时间（MTBF）高，故障恢复时间短。（2）丰富的 I/O 接口模块由于 PLC 是工业生产过程自动控制系统中的一个控制中枢

8、，要实现对工业生产过程的自动控制，它还必须与各种工业现场的设备相连接，才能完成控制任务。因此，PLC 除了具有计算机的基本部分外，还要有丰富的 I/O 接口模块。（3）编程简单PLC 的梯形图编程语言类似于继电器的控制线路的梯形图，它继承了传统控制线基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计3路的清晰直观，又考虑到工程技术人员的读图习惯，易于接受，因此受到欢迎。（4）安装简单、维修方便PLC 不需专门的机房，可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 相应的 I/O 模块相连接，系统便可通入运行。为适应各种工业控制的需要，除了单元式的小型 PLC，绝大多数 PLC 均采用模

9、块化结构。PLC 的各部件都采用模块化设计，由机架或导轨及电缆将各模块连接起来。由于 PLC 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。（5）配套齐全、功能完善PLC 发展到今天，已形成大、中、小各种规模的系列产品，可以适用于各种规模的工业控制现场。PLC 除了逻辑功能外，现代 PLC 几乎都有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。（6）体积小、重量轻、能耗低PLC 体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。（7）系统设计、调试周期短PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，与传统的继电器控制方式相比，大大减少了控制设备的外接线；PLC

10、 系统硬件设计任务仅仅是依据对象的要求配置适当的模块，使控制系统设计及建造周期大大缩短了 。21.2.2 PLC 的应用范围从 PLC 的功能应用来看，它的应用范围大致包括以下几个方面：（1）开关量的逻辑控制开关量的逻辑控制是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控及自动化流水线。（2）模拟量控制为了使 PLC 处理模拟量，必须实现模拟量和数字量之间的 A/D 转换及 D/A 转换。（3）运动控制PLC 可以用于直线运动或圆周运动的控制。（4）过程控制过程控制通常是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为

11、通用的工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。（5）数据处理现代 PLC 几乎都具有数学运算（含逻辑运算、函数运算、矩阵运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析、处理及显示。（6）通信和联网目前生产的 PLC 都具有通信功能，它既可以对远程的 I/O 进行控制，又能实现基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计4PLC 和 PLC、PLC 和计算机之间的通信。1.3 PLC 的分类（1）按控制规模分类输入输出的总线数，又称 I/O 点数，是表征 PLC 控制规模的重要参数。因此，按控制规模对 PLC 分类时，可根据 I/O 点数的

12、多少可分为表 1-1 所示的五种类型。表 1-1 PLC 规模分类表类型 I/O 点数 存储容量/KB 类型 I/O 点数 存储容量/KB超小型 24 以下 12 大型 10248192 1664小型 24256 28 超大型 大于 8192 64256中型 2561024 816（2）按结构形式分类PLC 按照硬件的结构形式可以分为厢体式和模块式。厢体式又称为单元式或整体式。厢体式 PLC：整体式 PLC 的 CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内。一般小型 PLC 都采用这种厢体式结构。这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。

13、模块式 PLC：模块式 PLC 为总线结构。一般中型和大型 PLC 都采用这种模块式结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个 PLC 模块，不同的模块实现不同的功能。PLC 的 CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成模块式 PLC 所必需的。其他的模块根据 PLC 的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。模块式 PLC 安装完成后，需进行登记，使 PLC 对安装在个总线上的模块进行确认。模块式 PLC 的总线板又称为基版。模块式 PLC 的特点是：系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功

14、能的 PLC；价格较高。（3）按实现的功能分类按照 PLC 所能实现的功能的不同，可以把 PLC 大致的分为低档、中档、和高档机三类。低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能，还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT 显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型 PLC，采用整体式结构；中档机可为大、中、小型基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计5PL

15、C，其中小型 PLC 多采用整体式结构，中型和大型 PLC 多采用模块式结构；高档机多为大型 PLC，采用模块式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机 。31.4 PLC 的硬件结构PLC 实质上是一种专门用于工业控制的通用计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要有中央处理器（CPU 模块）、存储器（RAM、ROM）、输入输出接口电路（I/O 接口）、电源及编程设备几大部分组成 。PLC 的硬件结构框图如图 1-1 所4示。图 1-1 PLC 结构框图1.4.1 中央处理器（CPU）中央处理器（CPU）是 PLC 的控制中枢。PLC 的 CPU 按照系统程序赋予的功能接受并

16、存储用户键入的应用程序和数据，检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，诊断用户程序的语法错误。当 PLC 运行时，CPU 首先以扫描的方式接收现场各个输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映像区，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，并将运算的结果送入I/O 映像区或数据存储器内，等所有用户程序执行完毕后，最后将 I/O 映像区的各输入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，直至停止。基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计61.4.2 存储器PLC 是工业控制计算机，除有硬件外，必须有软件才能正常工作。PLC 的

17、软件分两部分：系统软件和应用软件。存放系统软件的存储器是系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。PLC 常用的存储器的类型有一下几种：（1）RAM这是一种读写存储器或随机存储器。它读写方便，存取速度快，由锂电池供电。用来存储用户程序居多。（2）EPROM这是一种可擦除的只读存储器。在断电的情况下存储器内的所有信息保持不变。在紫外线连续照射约 20min 后，能清除存储器的所有内容。加高电平可以写入信息。需要永久保存的系统程序和需要永久保存的用户程序常存储在这类存储器中。（3）EEPROM这是一种电可擦除的只读存储器。使用编程器很容易对其所保存的内容进行修改。断电时，其内的内容保

18、持不变。PLC 的存储空间一般包括以下三个区域：系统程序存储区：存放着相当于计算机操作系统的系统程序；系统 RAM 区：包括 I/O 映像区以及各种软器件存储区；用户程序存储区：存放用户编制的用户程序。1.4.3 输入/输出（I/O）电路PLC 输入/输出（ I/O）电路的作用是进行信号的电平转换。因为 PLC 的 CPU 所处理的信号只能是标准电平而实际生产过程的信号电平是多种多样的，需要进行信号的电平转换。信号的电平转换是通过光电隔离和滤波实现的。接到 PLC 输入接口的输入器件主要是各种开关（光电开关、压力开关、行程开关、按钮、传感器等）；PLC 的输出接口往往是与被控对象相连接，被控对

19、象有电磁阀、指示灯、接触器、电动机等。（1）输入接口电路各种 PLC 的输入电路大都相同，通常有三种输入类型：直流输入、交流输入、交直流输入。外部器件是通过 PLC 输入接口与 PLC 相连的。PLC 输入电路中有光电隔离、RC 滤波器，用以消除输入信号抖动和外部噪声干扰。（2）输出接口电路PLC 的输出有三种形式：继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器输出型PLC 最常用，其 PLC 响应最慢，负载能力最强；晶体管输出型 PLC 响应最快，负载能力最弱。1.4.4 编程器编程器是 PLC 的重要外围设备。编程器的主要任务是输入程序、编辑程序、调试基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计7

20、程序、监控程序，还可以在线测试 PLC 工作状态和参数与 PLC 进行人机对话。因此编程器是开发、应用、监控运行和检查维护 PLC 不可缺少的设备。1.4.5 电源模块化的 PLC，是独立的电源模块；整体式 PLC 电源集成在厢体内。PLC 的电源多为高精度的开关电源；掉电保护电路供电的后备电源多为锂电池 。51.5 PLC 的编程语言现代的 PLC 一般备有多种编程语言，供用户使用。不同厂家的 PLC 的编程语言有很大的区别，用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法。因此，IEC（国际电工委员会）1994 年 5 月公布了可编程序控制器标准（IEC1131 ）。该标准由以下 5 部分组成：

21、通用信息、设备与测试要求、PLC 的编程语言、用户指南和通讯。由其制定的编程语言即满足目前市场的要求，又适应未来技术的发展。同时，IEC1131-3 详细说明了句法、语义和下述 5 种 PLC 编程语言（见图 1-2）的表达方式：图 1-2 PLC 编程语言标准中有两种图形语言梯形图（LD）和功能块图（FBD），还有两种文字语言指令表（IL ）和结构文本（ ST），可以认为顺序功能图（ SFC）是一种结构块控制程序流程图。（1）梯形图（LD）梯形图是使用得最多的 PLC 图形编程语言，有时又被称为电路或程序。它是一种软件信息，是一种反映 PLC 的输入输出控制逻辑关系的程序软件，它与传统的继电

22、器控制系统的梯形图（硬件）电路不同，不是真正的物理（硬件）电路，一定不能把它们当作硬件电路来看待。由于梯形图与继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，因此很容易被工厂熟悉继电器控制的电气技术人员掌握，特别适用于开头量逻辑控制。梯形图编规则：1）每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制；2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边； 3）线圈不能直接接在左边母线上；可编程控制器编程语言结构化文本功能块图梯形图 指令语句表 顺序功能图基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计84）在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作

23、，应尽量避免。5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析 PLC 的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动即从左向右流动，层次的改变只能从上向下 。 6（2）指令语句表（IL ）由若干条指令组成的程序叫做指令表程序。PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型PLC 的指令系统比汇编语言的简单得多，有的 PLC 的指令系统仅有 20 来条指令。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用图形编程器，可以直接将梯形图送入 PLC，并在显示器上显示出来。如果使用简

24、易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再送入 PLC，这种转换的规则是很简单的。在用户存贮器中，指令按步序号顺序排列。（3）功能图块（FBD）这是一种类似于数字逻辑电路的编程语言，具有数字电路基础的人很容易掌握。该编程语言用类似与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算输入变量，右侧为输出变量，输入端、输出端的小圆圈表示“非”运算，信号是自左向右流运的。像 SFC 一样，功能块图 FBD 也是一种图形语言，在 FBD 中也允许嵌入别的语言（如梯形图、指令表和结构文本）。（4）顺序功能图（SFC）SFC 提供了一种组织程序的图形方法，在 SFC 中可以用别的语言嵌套编程。步、转换和

25、动作是 SFC 中的三种主要元件。步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑；动作是控制任务的独立部分；转换是从一个任务到另一个任务的原因。对于目前大多数 PLC 来说，SFC 还仅仅作为组织编程的工具使用，尚需用其它的编程语言（如梯形图）将它转换为 PLC 可执行的程序。因此，通常只是将 SFC 作为PLC 的辅助编程工具，而不是一种独立的编程语言。（5）结构化文本（ST）ST 被称为与 PASCAL 和 C 语言一样的高级编程语言。ST 不是采用低级的、面向机器的操作而是以高度压缩的形式提供大量描述复杂功能的抽象语句。与指令语句表相比，ST 语言优点是明显的：编程任务高度压缩化的表达

26、格式、在语句块中有清晰的程序结构 。71.6 PLC 的工作原理PLC 系统工作任务管理应用程序执行都是循环扫描方式完成的。图 1-3 所示是PLC 扫描运行的工作方式。循环扫描技术是指 PLC 投入运行以后，以重复的方式执行用户程序。扫描一次包基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计9括以下操作：故障诊断、通讯处理、输入采样、执行程序、输出刷新。（1）输入采样PLC 以扫描方式依次读入所有输入端子口的状态，并把这些状态或数据存储在相应的输入映象区。如果输入时脉冲信号，该输入脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证该输入信号不被丢失。（2）程序执行阶段PLC 在用户程序执行阶段，CPU 总

27、是以自上而下，自左而右的顺序扫描控制线路，根据运算结果刷新输出映象区或执行特殊的功能的指令。（3）输出刷新阶段PLC 按照映象区的对应状态刷新所有输出锁存电路，经过驱动电路控制相应的负载。（4）PLC 的 I/O 响应时间输入输出响应时间又称为滞后时间，指的是 PLC 外部输入信号发生变化起至系统有关输出端信号发生变化的时刻起所间隔的时间。它由输入电路的滤波时间、因扫描工作方式产生的滞后时间以及输出电路的滞后时间三部分组成 。8为增强 PLC 的抗干扰能力，PLC 的每个开关量输入端都采用光耦合隔离技术和 R-C 滤波器措施。PLC 的循环扫描工作方式也能加大 PLC 控制系统的滞后时间。基于

28、三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计10图 1-3 PLC 扫描运行方式第二章 设计目的和要求2.1 设计的目的本次智能交通信号灯的控制系统设计是三菱 PLC（FX 系列）为控制中心，通过N2本次课程设计，我们应该达到以下目的：1）掌握三菱 PLC（FX 系列）的基本硬件结构及工作原理；N22）熟练使用各基本指令，根据控制要求，掌握 PLC 的编程方法和程序调试方法；3）掌握三菱 PLC（FX 系列）的梯形图，指令语句表，顺序功能图编程语言；N24）学习并掌握使用三菱 PLC（FX 系列）开发控制系统的基本步骤及方法。N22.2 设计的基本要求2.2.1 课程设计要求本次课程设计中要求能熟练运

29、用三菱 PLC（FX 系列）实现硬件与软件结合完成N2电子产品的设计，把理论和实践充分结合起来，提高动手实践和创新能力，并了解用基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计11PLC 解决一个实际问题的全过程。2.2.2 基本设计功能要求主要分为以下几个部分：（1）传统交通信号灯自动定时控制交通灯用于控制行人和车辆依次通过十字路口（按钮 X0 启动）。其设计要求如下：1）首先车行道亮绿灯 45s，同时人行道亮红 45s；2）45s 后，车行道黄灯闪烁 5 次，亮、灭各 0.5s，此时人行道仍维持红灯；3）5s 后，转为人行道亮绿灯 15s，车行道亮红灯 15s；4）20s 后，再转到第 1）步，如

30、此循环往复；（2）按钮式交通信号灯控制系统为了提高交通控制和疏导能力，在传统交通灯自动定时控制系统中增加了如下设计要求：1）当有人需要过马路时此时按下按钮 X1；2）过 30s 后，车行道信号灯变为黄色，再过 10s 后，车行道信号灯变为红；3）5s 后人行道信号灯变为绿色；4）15s 后，人行道绿灯开始闪烁；5）闪烁 5 次，每次 1s；6）即 5s 后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。（3）紧急情况通行1）按下按钮 X2 后，车行道 10s 后变为黄灯；2）黄灯闪烁 5s 后变为红灯；3）15 后返回，在此期间人行道一直亮红灯。第三章 系统方案设计3.1 设计任务分析及

31、方案设计本次课程设计，是基于三菱 FX 系列的 PLC 的交通信号灯的控制系统的设计，N2主要涉及到需要实现的功能是定时和计数。3.2 硬件总体设计从设计的基本要求可以看出，该交通信号灯控制系统有 2 个输入装置和 5 个输出装置。输入装置和输出装置与 PLC 的地址编号对应表 3-1 和表 3-2。其外部电路的接线情况如图 3-1 所示。表 3-1 输入装置与 PLC 端口对应表输入装置 输入端编号自动定时启动按钮 X0基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计12手动按钮 X1表 3-2 输出装置与 PLC 端口对应表输出装置 输出端编号1 号绿灯（绿 1） Y01 号黄灯（黄 1） Y11

32、 号红灯（红 1） Y22 号绿灯（绿 2） Y32 号红灯（红 2） Y4图 3-1 交通信号灯电路图由端口对应表和交通信号灯电路图可以看出在本次设计中 PLC 的 I/O 的具体分配情况。假设在实际中交通灯的分布情况如图 3-2 所示，南北方向是车行道，有红、黄、绿灯；东西方向是人行道，有红、绿灯。车行道人行道基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计13图 3-2 交通示意图3.3 软件总体设计本次课程设计是采用状态转移图法，它比梯形图和语句表更直观。在画出状态转移图的基础上，再转换为梯形图和指令语句表。FX 系列 PLC 步进指令有两条：步进N2开始指令 STL 和步进结束指令 RET。

33、在编程的过程中需要用到的软器件主要有如表 3-3 所示的几类。表 3-3 器件意义器件 意义S i 状态器软器件T 定时器X i 启动按钮（输入软器件）Y 输出软器件C i 计数器M8002 驱动器（ PLC 从 STOPRUN 切换时的初始脉冲）第四章 控制系统具体设计控制系统要实现人行道和车行道十字路口的自动定时、手动控制以及紧急通行三个功能，设计中我将这三个功能分别做成三个小系统实现，按钮 X0 控制自动定时，X1 是人行道手动按钮，按钮 X2 是控制紧急通行。三个小控制系统的具体设计如下。4.1 自动定时控制4.1.1 状态转移图设计中根据第二章对自动定时控制系统的要求作出其状态转移图

34、如图 4-1 所示。基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计14图 4-1 自动定时系统状态转移图4.1.2 时序图（以一个周期为例）由第二章的控制要求可以得到自动定时控制系统的控制时序图如图 4-2 所示。基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计15图 4-2 自动定时控制时序图4.1.3 梯形图Y0 绿 1Y1 黄 1Y2 红 1Y3 绿 2Y4 红 2初始脉冲驱动初始状态 S0人行道、车行道并行分支车行道交通灯情况绿灯 1 亮 45s基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计16图 4-3 自动控制梯形图黄灯闪烁 5 次，共 5s红灯亮 20s人行道交通灯情况红灯亮 50s绿灯 2 亮 2

35、0s返回初始状态黄灯 1 闪烁 5次，共 5s红灯 1 亮 20s人行道交通灯情况红灯 2 亮 50s车行道、人行道分支汇合基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计174.2 人行道手动按钮控制4.2.1 状态转移图设计中根据第二章对人行道手动按钮控制系统的要求作出其状态转移图如图 4-4所示。图 4-4 手动按钮控制状态转移图基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计184.2.2 时序图（以一个周期为例）由第二章的控制要求可以得到手动按钮控制系统的控制时序图如图 4-5 所示。图 4-5 手动按钮控制时序图4.2.3 梯形图Y0Y1Y2Y3Y4初始脉冲驱动初始状态 S1车行道、人行道并行分支

36、车行道交通信号灯情况绿灯 1 亮 30s黄灯 1 亮 10s基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计19红灯亮 20s绿灯亮 30s人行道情况红灯亮 40s绿灯亮 15s红灯1亮 20s绿灯 1亮人行道情况红灯 2亮绿灯 2亮基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计20图 4-6 手动按钮控制梯形图4.3 紧急情况控制4.3.1 状态转移图设计中根据第二章对紧急情况控制系统的要求作出其状态转移图如图 4-7 所示。绿 灯2 闪5 次红 灯2 亮分支汇合返回初始状态基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计21图 4-7 紧急情况状态转移图4.3.2 时序图（以一个周期为例）由第二章的控制要求可以

37、得到紧急情况控制系统的控制时序图如图 4-8 所示。基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计22图 4-8 紧急情况控制时序图4.3.3 梯形图Y0Y1Y2Y3Y4初始脉冲触发初始状态 S2人行道、车行道并行分支车行道交通信号灯情况绿灯 1 亮10s基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计23图 4-9 紧急情况控制梯形图黄灯 1 闪5s红灯 1 亮15s人行道信号灯情况红灯 2 一直亮分支汇合返回初始状态基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计24第五章 控制系统编程指令PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式，但是小型PLC 的指令系统比汇编语言的简单得多，有的 PL

38、C 的指令系统仅有 20 来条指令。指令表程序较难阅读，其中的逻辑关系很难一眼看出，所以在设计时一般使用梯形图语言。如果使用图形编程器，可以直接将梯形图送入 PLC，并在显示器上显示出来。如果使用简易编程器，则必须将梯形图转换成指令表后再送入 PLC，这种转换的规则是很简单的。在用户存贮器中，指令按步序号顺序排列。5.1 自动定时控制系统指令语句表自动定时控制系统的指令语句及其说明具体内容见表 5-1。表 5-1 自动定时控制指令语句表步序 指令 器件号 说明 步序 指令 器件号 说明0 LD M8002 驱动脉冲 26 AND T21 SET S0 27 SET S232 STL S0 初始

39、状态 28 LDI C0 计数未到 5，循环3 OUT Y0 29 AND T24 OUT Y4 30 OUT S21 循环黄灯闪 5 次5 LD X0 启动按钮 31 STL S236 SET S20 32 OUT Y2 红灯亮 20 秒7 SET S30并行分支33 OUT T38 STL S20 车行道分支 34 K200定时 20 秒9 OUT Y0 绿灯亮 45 秒 35 STL S30 人行道分支10 OUT T0 36 OUT Y4 红灯亮 50 秒11 K450定时 45 秒37 OUT T412 LD T0 38 K500定时 50 秒13 SET S21 39 LD T41

40、4 STL S21 40 SET S3115 OUT T1 41 STL S3116 K5与 T2 一起定时 1秒 42 OUT Y3 绿灯亮 20 秒17 LD T1 43 OUT T518 SET S22 44 K200定时 20 秒19 STL S22 45 STL S2320 OUT Y1 黄灯闪烁 5 次 46 STL S31分支汇合21 OUT C0 47 LD T522 K5计数 548 OUT S0 返回初始状态23 OUT T2 49 RET24 K5 50 END25 LD C0 计数已到 5基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计255.2 手动按钮控制系统指令语句表手动

41、按钮控制系统的指令语句及其说明具体内容见表 5-2。表 5-1 手动按钮控制指令语句表步序 指令 器件号 说明 步序 指令 器件号 说明0 LD M8002 驱动脉冲 34 LD T91 SET S1 35 SET S512 STL S1 初始状态 36 STL S513 OUT Y0 37 OUT Y3 绿灯亮 15 秒4 OUT Y4 38 OUT T105 LD X1 启动按钮 39 K150定时 15 秒6 SET S40 40 LD T107 SET S50并行分支41 SET S528 STL S40 车行道分支 42 STL S529 OUT Y0 绿灯亮 30 秒 43 OUT

42、 T1110 OUT T6 44 K5与 T12 一起定时 1秒11 K300定时 30 秒45 LD T1112 LD T6 46 SET S5313 SET S41 47 STL S5314 STL S41 48 OUT Y3 绿灯闪 5 次15 OUT Y1 黄灯亮 10 秒 49 OUT C116 OUT T7 50 K5计数到 517 K100定时 10 秒51 OUT T1218 LD T7 52 K519 SET S42 53 LD C1 计数已到 520 STL S42 54 AND T1221 OUT Y2 红灯亮 20 秒 55 SET S5422 OUT T8 56 LD

43、I C1 计数未到 5，循环23 K200定时 20 秒57 AND T1224 LD T8 58 OUT S52 循环闪烁 5 次25 SET S43 59 STL S5426 STL S43 60 OUT Y4 红灯亮27 OUT Y0 绿灯亮 30 秒 61 STL S4328 OUT T18 62 STL S54分支汇合29 K300定时 30 秒63 LD T1830 STL S50 人行道分支 64 OUT S1 返回初始状态31 OUT Y4 红灯亮 40 秒 65 RET32 OUT T9 66 END33 K400定时 40 秒基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计265.

44、3 紧急情况控制系统指令语句表紧急情况控制系统的指令语句及其说明具体内容见表 5-3。表 5-1 紧急情况控制指令语句表步序 指令 器件号 说明 步序 指令 器件号 说明0 LD M8002 驱动脉冲 23 OUT T151 SET S2 24 K52 STL S2 初始状态 25 LD C2 计数已到 53 OUT Y0 26 AND T154 OUT Y4 27 SET S635 LD X2 启动按钮 28 LDI C2 计数未到 5，循环6 SET S60 29 AND T157 SET S70并行分支30 OUT S61 循环闪烁 5 次8 STL S60 车行道分支 31 STL S

45、639 OUT Y0 绿灯亮 10 秒 32 OUT Y2 红灯亮 15 秒10 OUT T13 33 OUT T1611 K100定时 10 秒34 K150定时 15 秒12 LD T13 35 STL S70 人行道分支13 SET S61 36 OUT Y4 紧急情况一直红灯14 STL S61 37 OUT T1715 OUT K14 38 K300定时 30 秒16 K5与 T15 一起定时 1 秒39 STL S6317 LD T14 40 STL S70分支汇合18 SET S62 41 LD T1719 STL S62 42 OUT S2 返回初始状态20 OUT Y1 黄灯

46、闪烁 5 次 43 RET21 OUT C2 44 END22 K5计数到 5基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计27第六章 逻辑测试在梯形图编制完成之后，利用 GPPW 软件的测试功能对其逻辑功能进行测试，由时序图可清楚地看出其逻辑功能是否正确。三个小控制系统的功能时序基本一致，这里仅以自动控制系统的逻辑测试结果为例进行简单分析。图 6-1 所示为其初始状态，车行道绿灯，人行道红灯。之后扯车行道黄灯进行闪烁，人行道仍然是红灯亮，如图6-2 状态。黄灯闪烁之后变为红灯，同时人行道变为绿灯，如图 6-3 所示。图 6-1 逻辑测试状态 1图 6-2 逻辑测试状态 2基于三菱 PLC 的交通信

47、号灯控制的设计28图 6-3 逻辑测试状态 3测试中黄灯闪烁时间只有 0.5 秒，对其状态截图比较困难，需要动作迅速。在对自动定时控制系统进行测试后，其余两系统的测试均只有初始状态，不知是否是写入混乱。由于时间限制没能得到其余两系统测试结果。基于三菱 PLC 的交通信号灯控制的设计29第七章 课程设计总结本次课程设计的优点有：1）正常情况下能够自动定时控制人流和车流的通行；2）紧急情况时能够优先特殊车辆的通行；3）对于人少地广的地方可以实现行人手动控制，在无人时一直允许车辆通行，能够有效提高交通疏导能力；4）设计过程中先画出状态转移图，再转换为梯形图或指令语句表，整个软件功能的实现更直观易懂。

48、设计中存在的不足有：1）该交通灯控制系统没有对左右转向灯的控制，控制功能还不够完善；2）本系统不能够对车流量进行检测；2）设计的三个小系统相互独立，实际应用起来比较不方便。控制系统的改进方向：1）可加入对左右转向灯的控制，使得控制功能更完善，人流和车流通行更有效、便捷、安全；3）增加对车流量情况的检测，并结合智能技术使交通信号灯控制系统能够根据车流量情况自动调节车流和人流通行的时间，有利于提高交通疏导能力和效率；3）将设计中的 3 个简易小系统整合为一个系统，并且启动按钮 X0、X1、X2 之间互锁（串上其余两个的常闭触点即可实现互锁），使得实用性增强，误操作减少。课程设计中遇到的问题主要有以

49、下几方面：1）GPPW 软件在第一次安装出错后多次安装都未成功，梯形图的编制和调试在舍友电脑上完成；2）梯形图在进行仿真之后不能够进行修改（可能会有办法修改，没有找到），又对梯形图重新进行了编制；3）设计中设计到的结构图、状态转移图、时序图等均是自己所画，由于对 CAD 和 word画图熟练程度不够，绘制图形花费大量时间。通过本次课程设计，我认识了 PLC 的特点及应用，以及其硬件结构和软件设计，并将课堂上学到的理论知识和实践结合起来，模拟出实际产品的原理。课设过程中，还将自己在期末考试中出现的错误得到了纠正，并进一步加深了对梯形图的理解，以及熟悉并了解了 PLC 是如何进行外部接线的，较单片机相比，PLC 具有接线简单，I/O数目多，可靠性高，编程简单等特点。在整个课设过程中，遇到了各种小问题，最后都通过百度，查资料以及向周围同学请教等方式得到相应的解决。因此在整个课设中，除了加强了我对 PLC 相应知识的理解和掌握外，收获最大的就是锻炼了自己发现问题和通过各种途径解决问题的能力。另外，课程设计也训练了自己的定力和耐力，课设过程中遇到的问题需要时间和耐心慢慢排查相应错误。课程设计是将理论知识用于实践的重要环节，也是我们所学专业和将来的社会工作联系紧密的环节。自己能够结合课本所学知识，通过独立思考实现对简单系统的功