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基于PLC的十字路口交通信号灯控制系统设计


【摘 要】: 摘

针对近年来城市交通的拥挤现象,特别是驾驶员违章严重、交

通事故频发、车辆尾气污染等问题,介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新 技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用,大大缓解了 城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数,抑制了交 通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放,从

而对降低环境污染起到了不可低估 的作用。 分析现代城市交通控制与管理问题的现状, 结合城乡交通的实际情况阐述了交 通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路 设计方案。 【关键词】: 交通控制 交通灯 PLC 控制机

【Abstract】: In recent years, for urban traffic congestion, especially drivers of serious violations, the frequent traffic accidents, vehicle exhaust pollution, introduced the small-computer, information, electronics and communications and other high-tech means in one of the intelligent traffic control center System. The system, and the use of and greatly ease the urban road congestion, increased road capacity. To reduce the number of illegal drivers to curb the occurrence of traffic accidents and at the same time to reduce vehicle emissions, thus reducing environmental pollution Have played a role should not be underestimated. Analysis of the modern urban traffic control and management of the status quo, combined with the actual situation of urban and rural transport on the traffic light control system working principle, given a simple and practical urban traffic light control system hardware design. 【Key words】: traffic control traffic lights PLC control





序言......................................................................................................................................................... 2 一、PLC 的概述 .................................................................................................................................... 3 (一) PLC 的产生和定义 .......................................................................................................... 3 (二) PLC 的基本组成 .............................................................................................................. 3 二、 PLC 的硬件与工作原理 .............................................................................................................. 5 (一) PLC 的硬件结构 .............................................................................................................. 5 (二) CPU 模块中的存储器 ...................................................................................................... 6 (三) PLC 的工作原理 .............................................................................................................. 7 三、PLC 的特点与应用领域 ................................................................................................................ 9 (一) PLC 的特点 ...................................................................................................................... 9 (二) PLC 的应用领域 .............................................................................................................. 10 (三) PLC 的前景 .................................................................................................................... 10 四、PLC 的程序设计基础 .................................................................................................................. 11 (一) PLC 中的程序结构 ........................................................................................................ 11 (二) F1—40MR 的编程组件: .............................................................................................. 12 (三) 某些编程组件的使用特性及含义: ............................................................................. 12 五、十字路口交通灯的介绍 ............................................................................................................... 15 (一) 十字路口交通灯的原理及示意图 ................................................................................. 15 六、应用 PLC 设计十字路口交通灯 ................................................................................................. 16 (一) 输入输出点分配表 ......................................................................................................... 16 (二) 顺序功能图 ..................................................................................................................... 17 (三)梯形图:........................................................................................................................... 17 (四)指令表............................................................................................................................... 17 七、 小结............................................................................................................................................. 18 致 谢................................................................................................................................................. 19 参考文献............................................................................................................................................... 20 附录....................................................................................................................................................... 21

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序言
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。 不同的城市有不同城市的问题,但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解 决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响,就是解决问题的关键!随着我国城 市化建设的发展,越来越多的新兴城市的出现,使得城市的交通成为了一个绝对主 要的问题。同时随着我国经济的稳步发展,随着城市机动车量的不断增加,人民的 生活水平日渐提高,越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭,据不完全统计,目前 我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段 用交警来取代交通灯的情况)。 单片机控制系统设计时硬件和软件均要设计,抗干扰性能差,不通用,并且需 要有接口电路与之配套,价格中等,制造较难。程序的设计中,分析控制交通的多 种原理,用传统的方法实现难度较大,所以使用可编程控制器,其主要原因是因为 PLC 具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系 列的优点。 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。 通过对交通信号 灯的控制要求分析,对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计,并通过实验证明该系统 简单、经济、运行可靠,具有很高的实用价值。

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一、PLC 的概述
(一) PLC 的产生和定义
1968 年由美国通用汽车公司(GE)提出,1969 年有美国数字设备公司(DEC) 研制成功,有逻辑运算、定时、计算功能称为 PLC(programmable logic controller) 。 80 年代,由于计算机技术的发展,PLC 采用通用微处理器为核心,功能扩展到 各种算术运算,PLC 运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为 PC (programmable controller)即可编程控制器。 国际电工委员会(IEC)在 1985 年对 PLC 做了如下定义: “可编程控制器 (Programmble Logic Controller ,PLC)是一种数字运算操作的电子系统,专为在 工业环境下应用而设计。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的指令,并通过数字式、模拟式的输 入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 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来设计。从以上定义中可以看出, ” PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机,除了能够完成各种各样的控 制功能外,还有与其它计算机智能设备通信联网的功能。 PLC 是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。 它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。

(二)PLC 的基本组成
目前,可编程控制器的产品很多,不同的厂家生产的 PLC 以及同一家生产的不 同型号的 PLC 其结构个不相同,但就其工作原理而言,是大致相同的。它们都是以 微处理器为核心的结构,其功能的实现不仅基于硬件的作用,而更靠软件的支持。 PLC 的主机由微处理器(CPU) 、存储器(EPROM、ROM) 、输入/输出模块、外设
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I/O 接口、通信接口及电源组成。

下面分别介绍 PLC 各组成部分及作用。

(1)

CPU 模块

CPU 模块主要由微处理器(CPU 芯片)和存储器组成。在 PLC 控制系统中, CPU 模块相当于认的大脑和心脏,它不断地采集输入信号,执行用户程序,刷新系 统的输出;存储器用来储存程序和数据。

(2)I/O 模块 输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为 I/O 模块,它们相当于人的眼、 耳、手、脚,是联系外部现场设备和 CPU 模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号,开关量输入模块用来接收从按钮、选择开 关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输 入信号;模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变 化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指 示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备;模拟量输出模块用来控制调节阀、变 频器等执行装置。 CPU 模块的工作电压一般是 5V,而 PLC 外部的输入、输出电路的电源电压较
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高,例如 DC24V 和 AC220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏 CPU 模 块中的元器件,或使 PLC 不能正常工作。在 I/O 模块中,用光耦合器、光敏晶闸管、 小型继电器等器件来隔离 PLC 的内部电路和外部的 I/O 电路。I/O 模块除了传递信 号外,还有电平转换与隔离的作用。 (3)编程器 编程器用来生成用户程序,并用它来编辑、检查、修改用户程序,监视用户程 序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图,只能输入和编辑指令表 程序, 因此又叫做指令编程器。 它的体积小,价格便宜, 一般用来给小型 PLC 编程, 或者用于现场调试和维护。 使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序,并且 可以实现不同编程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到 PLC,也可以将 PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印,通过网络或电话线,还可以实现远 程编程和传送。 (4) 电源

PLC 使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源。 内部的开关电源为各模块提供不同电 压等级的直流电源。 小型 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器 (例如接近开关) 提供 DC 24V 电源,驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。

二、 PLC 的硬件与工作原理
硬件结构 (一) PLC 的硬件结构
根据硬件结构的不同,可以将 PLC 分为整体式、模块式和混合式。 (1) 整体式 PLC

整体式又叫做单元式或箱体式,它的体积小、价格低,小型 PLC 一般采用整 体式结构。 整体式 PLC 将 CPU 模块、I/O 模块和电源装在一个箱型塑料机壳内,S7-200 称为 CPU 模块。其前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。 S7-200 系列 PLC 提供多种具有不同 I/O 点数的 CPU 模块和数字量、模拟量 I/O 扩 展模块供用户选用。CPU 模块和扩展模块用扁平电缆连接,可以选用全输入型或全
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输出型的数字量 I/O 扩展模块来改变输入、输出点的比例。 整体式 PLC 还配备有许多专用的特殊功能模块,例如模拟量输入、输出模块、 热电偶模块、位置控制模块和通信模块等,使 PLC 的功能得到扩展。 (2) 模块式 PLC

大、中型 PLC 一般采用模块式结构,它由机架和模块组成。模块插在模块插座 上,后者焊在机架中的总线连接板上,有不同槽数的机架供用户选用,如果一个机 架容纳不下选用的模块,可以增设一个或数个扩展机架,各机架之间接口模块和电 缆相连。 用户可以选用不同档次的 CPU 模块、品种繁多的 I/O 模块和特殊功能模块,对 硬件配置的选择余地较大,维修时更换模块也很方便。
整体式 PLC 每一 I/O 点的平均价格比模块式的便宜,小型控制系统一般采用整体式 PLC。 但是模块式 PLC 的硬件组态方便灵活,I/O 点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O 模块 的种类和块数、特殊 I/O 模块的使用等方面的选择余地都比整体式 PLC 大得多,维修时更换模 块、判断故障范围也很方便,因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式 PLC。

(二) CPU 模块中的存储器
存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的 操作系统,它使 PLC 具有基本的智能,能够完成 PLC 设计者规定的各种工作。系 统程序由 PLC 生产厂家设计并固化在 ROM(只读存储器)中,用户不能读取。用 户程序由用户设计,它使 PLC 能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量 以字节(B)为单位。 PLC 使用以下几种物理存储器: (1) 随机存取存储器(RAM) 用户可以用编程装置读出 RAM 中的内容,也可以将用户程序写入 RAM,因此 RAM 又叫读/写存储器。它是易失性的存储器,它的电源中断后,储存的信息将会 丢失。 RAM 的工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断 PLC 的外部电源后,可以 用锂电池保存 RAM 中的用户程序和某些数据。锂电池可以用 1~3 年,需要更换锂 通知用户。 现在部分 PLC 仍然用 RAM 来储存用户程序。 电池时, PLC 发出信号, 由
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(2) 只读存储器(ROM) ROM 的内容只能读出,不能写入。它是非易失性的,它的电源消失后,仍能 保存储存的内容。ROM 用来存放 PLC 的系统程序。 (3) 可以电擦除可编程的只读存储器(EEPROM) EEPROM 是非易失性的,但是可以用编程装置对它编程,兼有 ROM 的非易失 性和 RAM 的随机存取优点,但是写入数据所需的时间比 RAM 长得多。S7-200 用 EEPROM 来存储用户程序和需长期保存的重要数据。

(三) PLC 的工作原理
1、 用触点和线圈实现逻辑运算 在数字量控制系统中,变量仅有两种相反的工作状态,例如高电平和低电平、 继电器线圈的通电和断电、 触点的接通和断开, 可以用逻辑代数中的 1 和 0 来表示, 在波形图中,用高电平表示 1 状态,用低电平表示 0 状态。 用继电器电路或梯形图可以实现“与”“或”“非”逻辑运算。用多个触点的 、 、 串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算。 继电器的线圈通电时,其常开触点接通,常闭触点断开;线圈断电时,其常开 触点断开,常闭触点闭合。梯形图中的位元件(例如 PLC 的输出点 Q)的触点和线 圈也有类似的关系。

2、 PLC 的操作模式 (1) 、操作模式 PLC 由两种操作模式,即 RUN(运行)模式与 STOP(停止)模式。 在 RUN 模式下,通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能;而在 STOP 模式下,CPU 不执行用户程序,我们可以使用编程软件来创建和编辑用户程序,设 置 PLC 的硬件功能, 并将用户程序和硬件设置信息下载到 PLC 中。 如果有致命错误, 在消除它之前不允许从 STOP 模式进入 RUN 模式。PLC 操作系统储存非致命错误 供用户检查,但是不会从 RUN 模式自动进入 STOP 模式。 I/O 响应时间:指从 PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变 所需的时间。
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PLC 的 I/O 响应时间为了增强 PLC 的抗干扰能力,提高其可靠性,PLC 的每个 开关量输入端都采用光电隔离等技术。 为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制,PLC 采用了不同于一般微型计 算机的运行方式(扫描技术) 。 以上两个主要原因,使得 PLC 的 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系 统慢一些,其响应时间至少等于一个扫描周期,一般均大于一个扫描周期。

(2) 用模式开关改变操作模式 CPU 模块上的模式开关在 STOP 位置时,将停止用户程序的运行;在 RUN 位 置时,将启动用户程序的运行。模式开关在 STOP 或 TERM(Terminal,终端)位 置时,电源通电后 CPU 自动进入 STOP 模式;在 RUN 位置时,电源通电后自动进 入 RUN 模式。

(3)用 STEP 7-Micro/WIN 编程软件改变操作模式 用编程软件控制 CPU 的操作模式必须满足下面的两个条件: a) 在编程软件与 PLC 之间建立起通信连接。 b) 将 PLC 的模式开关放置在 RUN 模式或 TERM 模式。 在编程软件中单击工具条上的运行按钮,或执行菜单命令“PLC”—“RUN” (运行) ,将进入 RUN 模式。单击停止按钮,或执行菜单命令“PLC”—“STOP” (停止) ,将进入 STOP 模式。

(4) 在程序中改变操作模式 在程序中插入 STOP 指令,可以使 CPU 由 RUN 模式进入 STOP 模式。

3、 PLC 的基本工作原理 PLC 是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求,编好程 序后,编程器将程序键入 PLC 的用户存储器中存储。PLC 的控制功能就是运用用 户程序来实现的。 PLC 采用循环扫描的方式来进行工作,即在 PLC 通电并完成了对硬件和软件的

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初始化之后,用户程序反复不断地执行,以使 PLC 的输出及时的响应随时可能变换 的输入信号, 直到 PLC 停机或者切换到 STOP 状态为止。 这种周而复始的循环工作方 式称为扫描工作方式。 PLC 在 RUN 工作模式下,采用周期循环扫描、分时操作的工作方式,不断地采 集输入信号、执行用户程序以刷新系统输出;同时,完成内部处理和通信服务等工 作。 扫描工作当 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。

三、PLC 的特点与应用领域
(一) PLC 的特点
PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和 发展的,这就使 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的优点。 (1)编程方法简单易学 (2)功能强、性价比高 (3)硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强 (4)可靠性高,抗干扰能力强 (5) 系统的设计、安装、调试工作量少 (6)维修工作量小,维修方便 (7)体积小,能耗低,易于集成

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(二) 二

PLC 的应用领域

PLC 广泛地应用在很多的部门,随着其性能价格比的不断提高,PLC 的应用范 围不断扩大,主要有以下几个方面: (1) 数字量逻辑控制 这是 PLC 最基本最广泛的应用。其输入输出均为开关量信号,控制过程与继电 器控制系统最为接近,控制成本低廉,可靠性极高。可以用于单台设备,也可用于 自动生产线,还可用于民用或家庭场合。 (2) 运动控制 使用专用的运动控制模块,实现直线运动、圆周运动等场合的位置、速度等过 程控制,广泛应用于各种机械的加工场合。 (3) 闭环过程控制 通过 PLC 的模拟量 A/D、 D/A 模块, 可以完成模拟量和数字量之间的相互转换, 实现对温度、压力、流量等连续变化的模拟量的 PID(比例-积分-微分)闭环过 程控制。广泛应用于塑料加工、锅炉控制等设备控制。 (4) 数据处理 现代 PLC 具有数学运算、数据传输、数据转换、排序、查表等功能,可能实现 数据采集、分析和处理,大大增强了 PLC 自动控制系统的功能。 (5) 通信联网 经通讯端口,可以实现 PLC 之间、PLC 与其它智能设备(如计算机、变频器、 数控装置等)之间通信,组成功能强大的“分散控制、集中管理”的分布式自动控制 系统(DCS 系统) ,为现代工业自动化生产提供强有力的控制支持。

(三) PLC 的前景
为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对 PLC 不断进行改进,推出功能 更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说,朝两个方向发展:一 个向超小型、 专用化和低价格的方向发展, 以进行单机控制; 另一个是向大型化、 高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展,以适应现代化的大型工厂、 企业自动化的需要[6]。

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四、PLC 的程序设计基础
(一) PLC 中的程序结构
(1) 可编程序控制器是专为工业生产过程的自动控制而开发的通用控制器, 编程简单是它的—个突出优点, 它没有采用计算机程序语言, 而是开发了面向控 制过程、面向问题、简单直观的 PLC 编程语言。

程序由两部分组成:操作系统,由 PLC 的生产厂家提供,它支持用户程序的运 行;用户程序,由用户为了完成特定的控制任务而编写的应用程序。 PLC 的编程语言标准 IEC 61131-3 规定了下述 5 钟编程语言:顺序功能图,梯 形图,功能块图,指令表和结构文本。其中较为常用的有顺序功能图、梯形图和指 令表。 顺序功能图,是一种位于其它编程语言之上的图形语言,用来编写顺序控制程 序。它为我们提供了一种组织程序的图形方法。步、转换和动作是顺序功能图中的 三种主要元件。 梯形图程序是使用的最多的 PLC 图形编程语言。梯形图程序由触点、线圈和用 方框表示的功能块组成。触点代表逻辑输入条件,例如外部的开关、按钮和内部条 件等。线圈通常代表逻辑输出结果,用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的 标志位等。功能块图用来表示定时器、计数器或者数学运算、数据处理等指令。PLC 的梯形图也称之为电路或程序,是一种软件信息,反映 PLC 的输入输出逻辑控制关 系的程序软件。需要注意的是,与传统的继电器控制系统的梯形图电路不同,PLC 的梯形图不是真正的物理硬件电路,不能把他们当做硬件电路来对待。 指令表程序,指令是程序中的最小独立单位,用户程序是由若干条顺序排列的 指令而构成。一条指令一般由一个操作码和一个操作数组成,操作数由标识符和参

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数组成。操作码定义要执行的功能,它告诉 CPU 该执行什么操作;操作数为执行该 操作所需要的信息,它告诉 CPU 用什么去做。一般情况下,指令的操作数在 PLC 的 存贮器中。 (2)S7-200 的控制程序由主程序、子程序和中断程序组成。 主程序:是程序的主体,每个项目都必须并且只能有一个主程序。在主程序中 可以调用子程序和中断程序。 子程序:子程序是可选的,仅在被其它程序调用时执行。同一个子程序可以在 不同地方被多次调用。使用子程序可以简化程序代码和减少扫描时间。 中断程序:用来及时处理与用户程序的执行时序无关的操作,或者不能事先预 测何时发生的中断事件。中断程序不是由用户程序调用,而是在中断事件发生时由 操作系统调用。中断程序由用户编写。

的编程组件: (二) F1—40MR 的编程组件:
F1—40MR 的编程组件的名称由字母和数字表示,它们分别表示组件的类型 和组件号。 组件号用八进制数表示,各种编程组件的编号的取值范围有严格的规定,不同 的组件编号均不相同,互不重叠,具体安排如下: 输入继电器(X) :X400—X413,X500—X513 输出继电器(Y) :Y430—Y437,Y530—Y537 定时器(T) :T50—T57,T450—T457,T550—T557,T650—T657 计数器(C) :C60—C67,C460—C467,C560—C567,C660—667 辅助继电器(M) :M100—M377 (其中 M300—M377 断电保持) 状态寄存器(S) S600—S647 : 特殊辅助继电器(M) :M70,M71,M72,M73,M76,M77 等 16 个

(三)某些编程组件的使用特性及含义: 某些编程组件的使用特性及含义:
1、特殊标志位(SM)存储器 CPU 224编址范围SM0.0 ~SM179.7,共180个字节。其中SM0.0~SM29.7的30
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个字节为只读型区域。 ① SMB0为状态位字节,在每次扫描循环结尾由S7-200 CPU更新,定义如 下: SM0.0 SM0.1 RUN状态监控,PLC在运行RUN状态,该位始终为1。 首次扫描时为1,PLC由STOP转为RUN状态时,ON(1态)一个扫

描周期,用于程序的初始化。 SM0.2 SM0.3 SM0.4 当RAM中数据丢失时,ON一个扫描周期,用于出错处理。 PLC上电进入RUN方式,ON一个扫描周期。 分脉冲,该位输出一个占空比为50%的分时钟脉冲。用作时间基准

或简易延时。 SM0.5 基准。 SM0.6 循环交替。 SM0.7 工作方式开关位置指示,0为TERM位置,1为RUN位置。为1时, 扫描时钟,一个扫描周期为ON(高电平),另一为OFF(低电平) 秒脉冲,该位输出一个占空比为50%的秒时钟脉冲。可用作时间

使自由端口通讯方式有效。 ② SMB1为指令状态位字节,常用于表及数学操作,部分位定义如下: SM1.0 SM1.1 SM1.2 零标志,运算结果为0时,该位置1。 溢出标志,运算结果溢出或查出非法数值时,该位置1 。 负数标志,数学运算结果为负时,该位为1。

2、

置位/复位指令

S R

S-BIT,N: S-BIT,N:

从起始位(S-BIT)

开始的N个元件置1。

从起始位(S-BIT)开始的N个元件清0。

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3、 定时器 1)工作方式分类 通电延时型(TON)、有记忆的通电延时型(保持型)(TONR)、断 电延时型(TOF)等三类。 2)时基标准分类 1ms、10ms、100ms三种类型,不同的时基标准,定时精度、定时范围和定 时器的刷新方式不同。 a. 定时精度: b. 定时范围:定时时间T=时基*预置值 时基越大,定时时间越长,但精度越差。

4、 定时器工作原理分析 (1) 通电延时型(TON) 使能端(IN)输入有效时,定时器开始计时,当前值从0开始递增,大于或等于 预置值 (PT) 定时器输出状态位置1 时, (输出触点有效) 当前值的最大值为32767。 , 使能端无效(断开)时,定时器复位(当前值清零,输出状态位置0)。 (2) 有记忆通电延时型(TONR) 使能端(IN)输入有效时(接通),当前值从0递增,当前值大于或等于预置 值(PT)时,输出状态位置1。使能端输入无效(断开)时,当前值保持(记忆), 使能端(IN)再次接通有效时,在原记忆值的基础上递增计时。(TONR) 定时器采 用线圈的复位指令(R)进行复位操作,当复位线圈有效时,定时器当前值清零, 输出状态位置0。 (3) 断电延时型(TOF) 使能端(IN)输入有效时,定时器输出状态位立即置1,当前值复位(为0)。 使能端(IN)断开时,开始计时,当前值从0递增,当前值达到预置值时,定时器 状态位复位置0,并停止计时,当前值保持

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五、十字路口交通灯的介绍 十字路口交通灯的介绍
十字路口交通灯的原理及示意图 (一) 十字路口交通灯的原理及示意图
在十字路口的东西、南北主干道上装设红灯、绿左转、绿直行和黄灯,控制机 动车辆和非机动车辆,人行斑马线上装设红、绿灯控制行人。其控制过程为:东西 南北方向主干道的红灯一直处于点亮状态, 提示主干道上左转通行时直行禁止通行, 直行通行时左转禁止通行,只有红灯亮时该方向车辆禁止通行。主干道车辆通行时 交通灯信号的变化规律为:左转绿灯亮 15 秒后闪烁三次,黄灯亮 2 秒,然后直行绿 灯亮(同时东西方向人行道绿灯亮) ,15 秒后闪烁三次,黄灯亮 2 秒,然后绿灯全 部熄灭,只有红灯亮,车辆禁止通行。 该系统属于连续循环工作的控制系统,要求系统启动后能够周期性地连续循环 工作,故系统中设置两个输入信号分别控制系统的启动和停止。PLC 选用三菱 F1 —40MR 基本单元,I/O 接口数为 24/16。 分析系统的控制模型可以看出,人行道斑马线上的绿灯状态与直行绿灯信号相 同,可用同一个控制信号。故整个控制系统需设置两个输入接口:X400 接启动输入 开关 SB1,X401 接停止输入开关 SB2;再设置九个输出端口分别控制各信号灯。根 据系统的控制模型和控制要求可画出系统中各输出信号的控制时序如图三所示。

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六、应用 PLC 设计十字路口交通灯
(一) 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 1 个输入点作 为启动、停止开关,9 个输出点。为了使用方便,所以选用三菱 F1—40MR 基本单 元,I/O 接口数为 24/16。 交通信号灯控制系统的 PLC 输入、输出点分配表。 输入信号 名称 启动按钮 停止按钮 代号 SB1 SB2 输入点编号 I0.0 I0.0 名称 主干道红灯 南北左转绿灯 南北方向黄灯 南北直行绿灯 东西左转绿灯 东西方向黄灯 东西直行绿灯 南北人行道红灯 东西人行道红灯 表 6.1 输出信号 代号 Y430 Y432 Y433 Y431 Y532 Y533 Y531 Y534 Y434 输出点编号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0

输入输出点分配表

根据以上 I/O 分配表和所选定的 S7-200 小型 PLC, 得到该控制系统的 I/O 外部 接线如图二所示。

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(二) 顺序功能图
由实验内容和分析控制过程,得出控制规律,根据以上分析绘出顺序功能图, 见附录一:

(三)梯形图: 梯形图:
根据控制系统的顺序功能图,采用以转换条件为主要的设计方法,可以编写得 到该十字路口交通灯的 PLC 控制系统的梯形图,见附录二。

(四)指令表
该十字路口交通灯的 PLC 控制系统的指令表,见附录三。

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七、 小结
本次设计的是十字路口交通灯 PLC 控制系统设计与调试, 由于这个课题和我们 的生活联系很紧密,所以这让我做起来相对简单一点。 俗话说万事开头难,一开始我没有头绪,但是在老师和同学的指导下,我慢慢 的就理解了, 然后就开始了设计。 首先我自己研究课题中的十字交通灯的基本要求, 在了解透彻的情况下,就去查阅各种资料,然后初步确定了要以时间计时为转换条 件来进行各工部间的联系。接着分析了设计中可能会遇到的问题。 分析了这些问题之后,我就开始做准备工作。首先我先画顺序功能图,在反复 揣摩与研究后顺利的完成了。然后就是确定各器件的型号。之后就是设计各器件的 位置,使电路看起来整齐美观。 然后我就开始画梯形图,在此之前,我先对顺序功能图进行了分析,在理解之 后,去查阅了一些资料,就开始画梯形图了。这个过程是很困难,也很考验人的。 在反反复复,一次又一次的编译、仿真与检查后,最后终于成功了。 在这几周的忙碌中,我学到了许多,对 PLC 有了进一步的了解。在老师、同学 的帮助下,我完成了设计。我认为本次设计不仅是学到了更多知识,也很好的锻炼 了我面对困难时的意志力。

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能够顺利完成这次 PLC 控制十字交通灯的设计,首先要感谢我的指导教师—— XXX 老师, 从开始分析设计此课题一直到现在的论文写作, XXX 老师都给了我莫大的 帮助。 期间 XXX 老师的工作比较忙, 但是他仍然在百忙之中抽出时间来给我们辅导, 甚至一整天都待在实验室帮我们解疑,很多时候都顾不上吃饭。由于我在做设计的 过程中遇到好多不懂的问题,但 XXX 老师一直都是很耐心的解释给我听,直到我弄 懂为止。 其次,也要感谢我的同学们,当我遇到难以解决的问题时,他们帮我去查阅资 料,然后耐心的解释给我听。真的很感动,很感谢!因为我们互相理解、互相帮助, 所以我们都学到了很多东西。 总之,感谢 XXX 老师和我的同学们,在此,向你们表示我衷心的谢意!

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参考文献
[1] 宋 伯 生 . 陈 东 旭 .PLC 应 用 及 实 验 教 程 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2006.P212 [2]孙同景.PLC 原理及工程应用[D]. 北京:机械工业出版社,2008.P256 [3] 周 波 . 胡 修 玉 . 可 编 程 控 制 器 原 理 与 应 用 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社.2008.P122 [4]钟肇新.范建东.冯太合.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学 出版社.2008.P188

20

附录
附录一: (顺序功能图)

21

附录二: (程序梯形图)

22

23

附录三: (程序指令表) ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1 TITLE=程序注释 BEGIN Network 1 // 网络标题 // 网络注释 LD S SM0.1 M0.0, 1 Network 6 LD A S R M0.4 T40 M0.5, 1 M0.4, 1

Network 7 LD A S R M0.5 T41 M0.6, 1 M0.5, 1

Network 2 LD A S R M0.0 I0.0 M0.1, 1 M0.0, 1

Network 8 LD A S R M0.6 T42 M0.7, 1 M0.6, 1

Network 3 LD A S R M0.1 T37 M0.2, 1 M0.1, 1

Network 9 LD A S R M0.7 T43 M1.0, 1 M0.7, 1

Network 4 LD A S R M0.2 T38 M0.3, 1 M0.2, 1

Network 10 LD A S R M1.0 T44 M1.1, 1 M1.0, 1

Network 5 LD A S R M0.3 T39 M0.4, 1 M0.3, 1

24

Network 11 LD A S R M1.1 T45 M1.2, 1 M1.1, 1

O O O O =

M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 Q0.0

Network 12 LD A S R M1.2 T46 M1.3, 1 M1.2, 1

Network 16 LD O = M0.1 M0.2 Q0.1

Network 17 LD O = M0.3 M0.6 Q0.2

Network 13 LD A S R M1.3 T47 M1.4, 1 M1.3, 1

Network 18 LD O = M0.4 M0.5 Q0.3

Network 14 LD A S R M1.4 T48 M0.0, 1 M1.4, 1

Network 19 LD O = M0.7 M1.0 Q0.4

Network 15 LD O O O O O O O M1.4 M0.1 M0.2 M0.3 M0.4 M0.5 M0.6 M0.7

Network 20 LD O = M1.1 M1.4 Q0.5

Network 21 LD O = M1.2 M1.3 Q0.6

25

Network 22 LD LD A OLD O O O O O O LD A OLD O = M1.4 Q0.7 M0.3 M0.6 M0.7 M1.0 M1.1 M1.2 M1.3 SM0.5 M0.1 M0.2 SM0.5

A OLD O O =

SM0.5

M1.1 M1.4 Q1.0

Network 24 LD TON M0.1 T37, 50

Network 25 LD TON M0.2 T38, 50

Network 26 LD TON M0.3 T39, 50

Network 27 LD TON M0.4 T40, 50

Network 23 LD LD A OLD O O LD A OLD O O LD M0.6 M0.7 M1.0 M0.3 M0.4 M0.5 SM0.5 M0.1 M0.2 SM0.5

Network 28 LD TON M0.5 T41, 50

Network 29 LD TON M0.6 T42, 50

Network 30 LD TON M0.7 T43, 50

26

Network 31 LD TON M1.0 T44, 50

END_ORGANIZATION_BLOCK SUBROUTINE_BLOCK SBR_0:SBR0 TITLE=子程序注释 BEGIN Network 1 // 网络标题 // 网络注释 END_SUBROUTINE_BLOCK INTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0 TITLE=中断程序注释 BEGIN Network 1 // 网络标题 // 网络注释 END_INTERRUPT_BLOCK

Network 32 LD TON M1.1 T45, 50

Network 33 LD TON M1.2 T46, 50

Network 34 LD TON M1.3 T47, 50

Network 35 LD TON M1.4 T48, 50

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