基于PLC的交通信號燈設計論文.doc

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1、目 錄摘要1Abstrac2第1章 緒論31.1 交通信號燈的作用和意義31.2 本文的研究內(nèi)容3第2章 可編程控制器概況4 2.1 PLC的發(fā)明和發(fā)展4 2.2 PLC的一般結構4 2.3 PLC的應用領域6第3章 交通燈控制系統(tǒng)整體設計8 3.1 系統(tǒng)的控制要求8 3.2 系統(tǒng)I/O分配表和實物圖83.3 系統(tǒng)的梯形圖9第4章 系統(tǒng)整體調(diào)試124.1 硬件安裝124.2 軟件調(diào)試12第5章 軟件安裝14 5.1 編程元件 14 5.2 FX2N系列的基本邏輯指令17總結19致謝20參考文獻21附錄22 附錄1 時序圖22 附錄2 梯形圖23 附錄3 語句表26- -摘 要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)

2、展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。本文提出了三菱公司FX2N_48MR可編程控制器（PLC）的交通燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用PLC（可編程控制器）來實現(xiàn)交通燈控制有利于實現(xiàn)整個系統(tǒng)的自動化和現(xiàn)代化；有利于用簡單而實用的程序來完成較完善的功能；有利于緩解交通壓力和減少交通事故。對PLC控制系統(tǒng)進行了軟、硬件設計，并通過實驗證明該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、運行可靠，具有很高的實用價值。關鍵詞：PLC，交通燈控制系統(tǒng)，性價比Abstrac：With the social and economic development, urban tran

3、sport problems are becoming increasingly a cause for concern. Of passengers, vehicles and the relationship between the way the coordination of traffic management has become an important need to address one of the issues. In this paper, FX2N_48MR Mitsubishi programmable logic controller (PLC) control

4、 system of traffic lights. The system chosen PLC (Programmable Logic Controller) to achieve the traffic lights to control the entire system conducive to the realization of the automation and modernization; is conducive to simple and practical procedure to accomplish the functions of a better; help a

5、lleviate the traffic pressure and reduce traffic accidents . On the PLC control system software and hardware design, and through experiments that the system is simple, economic, reliable operation of high practical value Keywords： PLC，Control system for traffic Lights ,Cost-effective 第1章 緒 論第1.1節(jié) 交通

6、信號燈的作用和意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人，車，路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城

7、市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程控制器（PLC）對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因

8、：（1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；（2）系統(tǒng)設計周期短，維護方便，改造容易，功能完善，實用性強；（3）干擾能力強，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；（4）近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應用成為可能。第1.2 節(jié) 本文的研究內(nèi)容PLC是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎上引入了微電子技術、計算機技術、自動控制技術和通訊技術而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時、計數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。國際

9、電工委員會（IEC）頒布了對PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。本文分五章，第1章介紹了交通燈的作用和意義；第2章介紹了PLC的發(fā)明、發(fā)展、PLC的一般結構以及他的應用領域；第3章介紹了系統(tǒng)的控制要求，系統(tǒng)的I/O分配表和實物圖，系統(tǒng)的梯形圖；第4章介紹了系統(tǒng)整體調(diào)試的硬件安裝和軟件調(diào)試；第5章交通

10、燈的軟件編程。第2章 可編程控制器概況可編程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡稱PC）。與個人計算機的PC相區(qū)別，用PLC表示。PLC的發(fā)明和發(fā)展2.1.1 PLC的發(fā)展在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電器控制領域中，繼電器控制占主導地位。但是電氣控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點，特別是其接線復雜、不易更改，對生產(chǎn)工藝變化的適應性差。1969年美國數(shù)字設備公司根據(jù)美國通用汽車公司的要求研制成功了世界上第一臺PLC，并在通用汽車公司的自動裝配線上使用，取得很好的成果。從此這項技術迅速發(fā)展起來。早期的PLC僅有邏輯運算、定時、計數(shù)等順序控制功能，只是用來取

11、代傳統(tǒng)的繼電器控制，故稱為可編程控制器。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，20世紀70年代中期微處理器技術應用到PLC中，使PLC不僅具有邏輯運算，還增加了算術運算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。20世紀80年代后，隨著大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路等微電子技術的迅速發(fā)展，16位和32位微處理器應用于PLC中，使PLC得到迅速發(fā)展。PLC不僅控制能力增強，同時可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖像顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過程控制、運動控制、數(shù)據(jù)處理，聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名副其實的 多功能控制器。自從第一臺PLC出現(xiàn)以后，日本、德國、

12、法國等也相繼開始研制PLC，并得到了迅速的發(fā)展。PLC已成為工業(yè)自動化控制領域中占主導地位的通用工業(yè)控制裝置。 2.1.2 PLC的發(fā)展趨勢(1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高PLC的處理能力，要求PLC具有更好的響應速度和更大的儲存容量。(2)向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應不同類型的自動控制系統(tǒng)的需要。(3)PLC大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準，已構成更大的網(wǎng)絡系統(tǒng)。(4)增強外部故障的檢測與處理能力。外部故障的幾率很大，因此，PLC廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性(5)編程語言多樣化。PL

13、C結構不斷發(fā)展的同時,PLC的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補與發(fā)展是PLC進步的一種趨勢。 第2.2節(jié) PLC的一般結構2.2.1 可編程控制器的結構分類(1)按硬件的結構類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設計的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結構與普通計算機有很大區(qū)別，常見的有箱體式，模塊式，及疊裝式三種結構。箱體式PLC一般用于規(guī)模小，輸入輸出點數(shù)固定，不需要擴展的場合。模塊式PLC一般用于規(guī)模較大，輸入輸出點數(shù)多，輸入輸出點數(shù)比例靈活的場合。疊裝式PLC具有二者的優(yōu)點。(2)按應用規(guī)模及功能分類：為了適應不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應用要求，PLC能夠處理的輸入信號

14、數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個店，將輸入輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將PLC分為超小，小，中，打，超大等五類型如下表2-1：表2-1 PLC按規(guī)模分類超小型小型中型大型超大型64點以下64128點128512點5128192點8192點以上2.2.2 可編程控制器的配置可編程控制器雖然外觀各異，但硬件結構大體相同。主要由中央處理器（CPU），存儲器（RAM/ROM），輸入輸出（I/O接口）,電源及編程設備幾大部分組成。PLC的硬件結構框圖如下所示：接口部件輸出輸入接口部件 中央處理單元 CPU板接受 驅(qū)動現(xiàn)場信號 受控元件電 源 部 件圖2-1 基本構成(1)CPU的

15、構成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不

16、可缺少的組成單元。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。CPU的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。CPU的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個部分，但PLC中的CPU芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對CPU內(nèi)部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講，CPU模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些

17、顯示。它的總線接口，用于接I/O模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對PLC作設定，如設定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。（2）I/O模塊：PLC的對外功能，主要是通過各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。（3）電源模塊：有些PLC中的電源，是與CPU模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各

18、模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。(4)底板或機架：大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。（5）PLC 的外部設備：外部設備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但

19、它不直接參與現(xiàn)場控制運行。設備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。輸入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。（6）PLC的通信聯(lián)網(wǎng)：PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十

20、公里的范圍內(nèi)交換信息。當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。了解了PLC的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。2.3 PLC的應用領域目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：（1）開關量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應用領域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實

21、現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，又可用于多機群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機、印刷機、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使PLC能處理模擬信號，PLC廠家生產(chǎn)有配套的A/D、D/A轉換模塊，使PLC可用于模擬量控制。（3）運動控制 PLC可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用開關量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構，現(xiàn)在可使用專門的運動控制模塊。廣泛的運用于各種機床、機械、機器人、電器等場合。（4）過程控制 這是對溫度、壓力、

22、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID控制時一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。PID處理一般是運行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用（5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學運算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。（6）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包含PLC之間的通信以及PLC與其他智能設備間的通信。在工業(yè)自動化網(wǎng)絡發(fā)展加快前提下，廠家都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡系統(tǒng)，通訊十分方便。第

23、3章 交通燈控制系統(tǒng)整體設計第3.1節(jié) 系統(tǒng)的控制要求（1）用綠、黃、紅三色發(fā)光二極管作信號燈。（2）假設一個路口為東西南北走向。初始狀態(tài)0為各個燈都不亮。然后轉至狀態(tài)1南北直行綠燈亮以及南北人行道綠燈亮。過一段時間轉至狀態(tài)2，南北直行綠燈亮、南北右行綠燈亮以及東西右行綠燈亮。過一段時間轉至狀態(tài)3，南北右行綠燈亮、南北左行綠燈亮以及東西右行綠燈亮。過一段時間轉至狀態(tài)4，東西直行綠燈亮以及東西人行道綠燈亮。過一段時間轉至狀態(tài)5，東西直行綠燈亮、東西右行綠燈亮以及南北右行綠燈亮。過一段時間轉至狀態(tài)6，東西左行綠燈亮、東西右行綠燈亮以及南北右行綠燈亮。最后 循環(huán)至狀態(tài)1。（3）循環(huán)一次要90秒。循環(huán)

24、期間，南北直行綠燈在0-25秒亮，直行黃燈在25-30秒亮，直行紅燈在30-90亮。南北右行綠燈1540秒和6085秒亮，4045秒和8590秒閃爍，右行紅燈015秒和4560秒亮。南北左行綠燈在3040秒亮，在4045閃爍，其余時間左行紅燈在亮。南北人行道綠燈在010秒亮，在1015秒閃爍，其余南北人行道紅燈亮。東西直行綠燈在45-70秒亮，直行黃燈在70-75秒亮，直行紅燈在045秒和7590秒亮。東西右行綠燈1540秒和6085秒亮，4045秒和8590秒閃爍，右行紅燈015秒和4560秒亮。東西左行綠燈在75-85秒亮，在85-90閃爍，其余時間左行紅燈在亮。南北人行道綠燈在45-55

25、秒亮，在55-60秒閃爍，其余南北人行道紅燈亮。第3.2節(jié) 系統(tǒng)I/O分配表和實物圖 3.2.1 交通燈的I/O分配表如下：表3-1 交通燈I/O的分配表輸入信號輸出信號名稱代號輸入點編號名稱代號輸出點編號啟動按鈕SB1X000南北直行綠燈2Y000停止按鈕SB2X001南北直行黃燈4Y001南北直行紅燈6Y002南北右行綠燈8Y003南北右行紅燈11Y016南北左行綠燈10Y004南北左行紅燈13Y017東西直行綠燈16Y007東西直行黃燈18Y010東西直行紅燈1Y011東西右行綠燈3Y012東西右行紅燈15Y020東西左行綠燈5Y013東西左行紅燈17Y021南北人行道綠燈12Y005南

26、北人行道紅燈14Y006東西人行道綠燈7Y014東西人行道紅燈9Y0153.2.2 此圖是設計研究過程中的實物圖：圖3-1 交通燈的實物圖第3.3節(jié) 系統(tǒng)的梯形圖3.3.1 梯形圖梯形圖是通過連線把PLC指令的梯形圖符號連接在一起的連通圖，用以表達所使用的PLC指令及其前后順序，它與電氣原理圖很相似。它的連線有兩種：一為母線，另一為內(nèi)部橫豎線。內(nèi)部橫豎線把一個個梯形圖符號指令連成一個指令組，這個指令組一般總是從裝載（LD）指令開始，必要時再繼以若干個輸入指令（含LD指令），以建立邏輯條件。最后為輸出類指令，實現(xiàn)輸出控制，或為數(shù)據(jù)控制、流程控制、通訊處理、監(jiān)控工作等指令，以進行相應的工作。母線是

27、用來連接指令組的。下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖例： 圖3-2 FX2N系列產(chǎn)品的最簡單的梯形圖它有兩組，第一組用以實現(xiàn)啟動、停止控制。第二組僅一個END指令，用以 結束程序。 梯形圖與助記符的對應關系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序。上圖的助記符程序為：地址 指令 變量0000 LD X0000001 OR X0100002 AND NOT X0010003 OUT Y0000004 END反之根據(jù)助記符，也可畫出與其

28、對應的梯形圖。梯形圖與電氣原理圖的關系：如果僅考慮邏輯控制，梯形圖與電氣原理圖也可建立起一定的對應關系。如梯形圖的輸出（OUT）指令，對應于繼電器的線圈，而輸入指令（如LD，AND，OR）對應于接點，互鎖指令（IL、ILC）可看成總開關，等等。這樣，原有的繼電控制邏輯，經(jīng)轉換即可變成梯形圖，再進一步轉換，即可變成語句表程序。有了這個對應關系，用PLC程序代表繼電邏輯是很容易的。這也是PLC技術對傳統(tǒng)繼電控制技術繼承。 3.3.2 梯形圖的編程規(guī)則（1） 每個繼電器的線圈和它的觸點均用同一編號，每個元件的觸點使用時沒有數(shù)量限制。（2） 梯形圖每一行都是從左邊開始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再

29、有接觸點），如圖(a)錯，圖(b)正確。 （a） (b)圖3-3規(guī)則2說明（3）線圈不能直接接在左邊母線上。（4）在一個程序中，同一編號的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應盡量避免。（5）在梯形圖中沒有真實的電流流動，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關系，假定在梯形圖中有“電流”流動，這個“電流”只能在梯形圖中單方向流動即從左向右流動，層次的改變只能從上向下。 下圖是一個錯誤的橋式電路梯形圖。 圖3-4 規(guī)則5說明3.3.3 本設計的控制系統(tǒng)梯形圖 由本文的控制要求可知系統(tǒng)的時序控制圖如下：見附錄一 由時序控制圖可得梯形圖如下： 見附錄二第4章 系統(tǒng)整體調(diào)試

30、第4.1節(jié) 硬件安裝4.1.1 安裝前的準備鑒于控制要求，安裝前必須準備好所需要的器件，如下圖所示：表4-1 器件清單器件數(shù)量（單位個）器件數(shù)量（單位個）直徑為5毫米綠燈12電烙鐵1直徑為5毫米黃燈4焊錫若干直徑為5毫米紅燈12多功能電路板1直徑為3毫米綠燈8多路接口1直徑為3毫米紅燈85.1K歐姆電阻18導線若干4.1.2 安裝時的注意事項（1）每個控制燈都要用萬用表檢測它的好壞并判斷它的正負極，每個電阻也要用萬用表確定它的阻值。（2）如果一次性不能焊接成功要把多功能電路板用密封袋裝好，防止氧化。（3）在焊接時，要注意焊接的技巧，防止虛焊，使得電路板不能達到預期的效果。在電路板反面焊接時腦中

31、要先想好每條線路的分布，防止交叉無序。把每個燈的負極用導線連接在一起，可以簡化電路的焊接。（4）焊接好后，要用萬用表檢測每一條電路是否正常。再用24V電壓給每條電路通電，確保每條電路上的燈都能亮。4.2 軟件調(diào)試4.2.1 調(diào)試的預期效果在實驗臺上向FXGPWIN軟件輸入本設計的程序，按控制要求把輸入輸出導線連接好，在整個裝置中接上24V電壓，通過硬件和軟件的結合，得到控制要求的預期效果。4.2.2 調(diào)試過程中遇到的問題為什么不循環(huán)？當給了信號后系統(tǒng)正常運行，但只運行了90秒后就不循環(huán)了，查看系統(tǒng)沒什么不對的，最后在同學的指導下才知道，原來在梯形圖第四步時多加了計數(shù)器C3閉合，這使得在程序進行

32、到C3作用時整個系統(tǒng)失去了信號，從而使系統(tǒng)只執(zhí)行一次。把C3刪除就可以實現(xiàn)循環(huán)了為什么只進行部分循環(huán)？當系統(tǒng)能夠循環(huán)時，在仔細一看發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)只進行部分循環(huán)，每次循環(huán)程序逗 從10秒后開始工作，為何不從0秒循環(huán)，我仔細分析了一下，發(fā)現(xiàn)程序中的計時器T0沒有在C3出發(fā)后復位。使得程序只在10秒后循環(huán)。解決方案：在程序中加一步，在計數(shù)器出發(fā)時讓計時器T0復位即可實現(xiàn)程序按只要求有序的循環(huán)。 第五章 軟件編程第5.1節(jié) 編程元件 下面我們著重介紹三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的一些編程元件及其功能。FX系列產(chǎn)品，它內(nèi)部的編程元件，也就是支持該機型編程語言的軟元件，按通俗叫法分別稱為繼電器、定時器、計數(shù)器等，

33、但它們與真實元件有很大的差別，一般稱它們?yōu)椤败浝^電器”。這些編程用的繼電器，它的工作線圈沒有工作電壓等級、功耗大小和電磁慣性等問題；觸點沒有數(shù)量限制、沒有機械磨損和電蝕等問題。它在不同的指令操作下，其工作狀態(tài)可以無記憶，也可以有記憶，還可以作脈沖數(shù)字元件使用。一般情況下，X代表輸入繼電器，Y代表輸出繼電器，M代表輔助繼電器，SPM代表專用輔助繼電器，T代表定時器，C代表計數(shù)器，S代表狀態(tài)繼電器，D代表數(shù)據(jù)寄存器，MOV代表傳輸?shù)取?（1）輸入繼電器（X） PLC的輸入端子是從外部開關接受信號的窗口，PLC 內(nèi)部與輸入端子連接的輸入繼電器X是用光電隔離的電子繼電器，它們的編號與接線端子編號一致（

34、按八進制輸入），線圈的吸合或釋放只取決于PLC外部觸點的狀態(tài)。內(nèi)部有常開/常閉兩種觸點供編程時隨時使用，且使用次數(shù)不限。輸入電路的時間常數(shù)一般小于10ms。各基本單元都是八進制輸入的地址，輸入為X000 X007，X010 X017，X020 X027 。它們一般位于機器的上端。（2）輸出繼電器（Y） PLC的輸出端子是向外部負載輸出信號的窗口。輸出繼電器的線圈由程序控制，輸出繼電器的外部輸出主觸點接到PLC的輸出端子上供外部負載使用，其余常開/常閉觸點供內(nèi)部程序使用。輸出繼電器的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不限。輸出電路的時間常數(shù)是固定的 。各基本單元都是八進制輸出，輸出為Y000 Y007，

35、Y010Y017，Y020Y027 。它們一般位于機器的下端。（3）輔助繼電器（M）PLC內(nèi)有很多的輔助繼電器，其線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內(nèi)各軟元件的觸點驅(qū)動。輔助繼電器也稱中間繼電器，它沒有向外的任何聯(lián)系，只供內(nèi)部編程使用。它的電子常開/常閉觸點使用次數(shù)不受限制。但是，這些觸點不能直接驅(qū)動外部負載，外部負載的驅(qū)動必須通過輸出繼電器來實現(xiàn)。如下圖中的M300，它只起到一個自鎖的功能。在FX2N中普遍途采用M0M499，共500點輔助繼電器，其地址號按十進制編號。輔助繼電器中還有一些特殊的輔助繼電器，如掉電繼電器、保持繼電器等，在這里就不一一介紹了。 圖5-1 繼電器的自鎖功能（4）定時器

36、（T）在PLC內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，當所計時間達到設定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù)K作為設定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（D）的內(nèi)容作為設定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。定時器通道范圍如下：100 ms定時器T0T199， 共200點，設定值：0.1 3276.7秒；10 ms定時器T200TT245，共46點，設定值：0.01327.67秒；1 ms積算定時器 T245T249，共4點，設定值：0.00132.767秒；100

37、ms積算定時器T250T255，共6點，設定值：0.13276.7秒； 定時器指令符號及應用如下圖所示： 圖5-2 繼電器的應用當定時器線圈T200的驅(qū)動輸入X000接通時，T200的當前值計數(shù)器對10 ms的時鐘脈沖進行累積計數(shù)，當前值與設定值K123相等時，定時器的輸出接點動作，即輸出觸點是在驅(qū)動線圈后的1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）時才動作，當T200觸點吸合后，Y000就有輸出。當驅(qū)動輸入X000斷開或發(fā)生停電時，定時器就復位，輸出觸點也復位。每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時，開始計時；斷電時，自動復位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，

38、一個為設定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時，由用戶設定累積值。(5)計數(shù)器（C） FX2N中的16位增計數(shù)器，是16位二進制加法計數(shù)器，它是在計數(shù)信號的上升沿進行計數(shù)，它有兩個輸入，一個用于復位，一個用于計數(shù)。每一個計數(shù)脈沖上升沿使原來的數(shù)值減1，當現(xiàn)時值減到零時停止計數(shù)，同時觸點閉合。直到復位控制信號的上升沿輸入時，觸點才斷開，設定值又寫入，再又進入計數(shù)狀態(tài)。 其設定值在K1K32767范圍內(nèi)有效。設定值K0與K1含義相同，即在第一次計數(shù)時，其輸出觸點就動作。通用計數(shù)器的通道號：C0 C99，共100點。保持用計數(shù)器的通道號：C100C199，共100點。通用與掉電保持用的計數(shù)器點數(shù)分

39、配，可由參數(shù)設置而隨意更改。舉個例子：圖5-3 計數(shù)器的應用由計數(shù)輸入X011每次驅(qū)動C0線圈時，計數(shù)器的當前值加1。當?shù)?0次執(zhí)行線圈指令時，計數(shù)器C0的輸出觸點即動作。之后即使計數(shù)器輸入X011再動作，計數(shù)器的當前值保持不變。當復位輸入X010接通（ON）時，執(zhí)行RST指令，計數(shù)器的當前值為0，輸出接點也復位。應注意的是，計數(shù)器C100C199，即使發(fā)生停電，當前值與輸出觸點的動作狀態(tài)或復位狀態(tài)也能保持。(6)數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器是計算機必不可少的元件，用于存放各種數(shù)據(jù)。FX2N中每一個數(shù)據(jù)寄存器都是16bit（最高位為正、負符號位），也可用兩個數(shù)據(jù)寄存器合并起來存儲32 bit數(shù)據(jù)（最

40、高位為正、負符號位）。通用數(shù)據(jù)寄存器D 通道分配 D 0D199，共200點。只要不寫入其他數(shù)據(jù)，已寫入的數(shù)據(jù)不會變化。但是，由RUNSTOP時，全部數(shù)據(jù)均清零。（若特殊輔助繼電器M8033已被驅(qū)動，則數(shù)據(jù)不被清零）。停電保持用寄存器 通道分配 D200D511，共312點，或D200D999，共800點（由機器的具體型號定）?；旧贤ㄓ脭?shù)據(jù)寄存器。除非改寫，否則原有數(shù)據(jù)不會丟失，不論電源接通與否，PLC運行與否，其內(nèi)容也不變化。然而在二臺PLC作點對的通信時， D490D509被用作通信操作。 文件寄存器 通道分配 D1000D2999，共2000點。文件寄存器是在用戶程序存儲器（RAM、

41、EEPROM、EPROM）內(nèi)的一個存儲區(qū)，以500點為一個單位，最多可在參數(shù)設置時到2000點。用外部設備口進行寫入操作。在PLC運行時，可用BMOV指令讀到通用數(shù)據(jù)寄存器中，但是不能用指令將數(shù)據(jù)寫入文件寄存器。用BMOV將 數(shù)據(jù)寫入RAM后，再從RAM中讀出。將數(shù)據(jù)寫入EEPROM盒時，需要花費一定的時間，務必請注意。RAM文件寄存器 通道分配 D6000D7999，共2000點。驅(qū)動特殊輔助繼電器M8074，由于采用掃描被禁止，上述的數(shù)據(jù)寄存器可作為文件寄存器處理，用BMOV指令傳送數(shù)據(jù)（寫入或讀出）。特殊用寄存器 通道分配 D8000D8255，共256點。是寫入特定目的的數(shù)據(jù)或已經(jīng)寫入

42、數(shù)據(jù)寄存器，其內(nèi)容在電源接通時，寫入初始化值（一般先清零，然后由系統(tǒng)ROM來寫入）。第5.2節(jié) FX2N系列的基本邏輯指令 基本邏輯指令是PLC中最基本的編程語言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各種型號的PLC的基本邏輯指令都大臺大同小異，現(xiàn)在我們針對FX2N系列，逐條學習其指令的功能和使用方法，。每條指令及其應用實例都以梯形圖和語句表兩種編程語言對照說明。（1）輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明： 表5-1 LD/LDI/OUT指令的應用 LD與LDI指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電

43、路的起點。OUT 指令是線圈的驅(qū)動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。（2）觸點串連指令（AND/ANDI）、并聯(lián)指令（OR/ORI）表5-2 串聯(lián)、并聯(lián)指令的應用 AND、ANDI指令用于一個觸點的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點的數(shù)量不限，這兩個指令可連續(xù)使用。OR、ORI是用于一個觸點的并聯(lián)連接指令。 表5-3 相應指令語句 （3）電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB）表5-4 ORB、ANB指令的應用含有兩個以上觸點串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)連接塊”，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時，支路的起點以LD或LDNOT指令開始，而

44、支路的終點要用ORB指令。ORB指令是一種獨立指令，其后不帶操作元件號，因此，ORB指令不表示觸點，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯(lián)連接，應在每個并聯(lián)電路塊之后使用一個ORB指令，用這種方法編程時并聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時ORB指令最多使用7次。將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用ANB指令，各并聯(lián)電路塊的起點，使用LD或LDNOT指令；與ORB指令一樣，ANB指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯(lián)連接，應在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個ANB指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊

45、的個數(shù)沒有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 圖5-5 ORB、ANB實例（4）程序結束指令（END）表5-5 END指令的應用 在程序結束處寫上END指令，PLC只執(zhí)行第一步至END之間的程序，并立即輸出處理。若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。另外。在調(diào)試程序時，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的END指令。其他的一些指令，如置位復位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點、空操作、跳轉指令等。本設計程序見附錄三總 結本系統(tǒng)結構簡單、操作方便，可實現(xiàn)自動控制。對優(yōu)化城市交通具有

46、一定的意義。本設計將各任務進行細分包裝，使各任務保持相對獨立；能有效改善程序結構，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。實驗最后成功完成，由于很多客觀原因，比如時間上，個人技術上，本設計的應用范圍不是很廣，想想還可以用攝像頭測量十字路口的車流量，改變路口的通行時間，實現(xiàn)智能化。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，使我覺得不論從理論知識還是從實際操作中都學到了不少知識，我向來歸納起來主要有以下幾方面：（1）經(jīng)過這次畢業(yè)設計，他讓我接觸了平時沒有接觸過的編程軟件及獲得相關的軟件調(diào)試經(jīng)驗，同時我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面的不足之處。體會到理論知識對實踐有很大的指導作用，它讓我知道，只有在正確的理論指導下，才能

47、設計出合乎實際需要的硬件電路。（2）學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡找資料。我發(fā)現(xiàn)，在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中并不是十分理想的，需要自己去調(diào)整，還會遇到錯誤的資料現(xiàn)象，這就要求我們應更加注重實踐環(huán)節(jié)（3）在畢業(yè)設計中，我們應當注意重點與細節(jié)的關系。（4）失敗不可怕，只要不趴下，昂首向前走，希望總會有。（5）同組同學相互包容，彼此合作，取長補短才能鑄就最后的成果?？梢赃@樣說畢業(yè)設計是對大學四年所學習知識的一次運用和檢閱，同時對自學能力提出很高的要求，所以平時的學習離開思考就是嚴重的錯誤，我們學習不應該有偏科現(xiàn)象，各方面的知識都應該要接觸，這樣才能未畢業(yè)設計打下基礎。對

48、我而言，知識上的收獲非常重要，精神上的豐收更加可喜。錯這是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次畢業(yè)設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶。致 謝四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的沈?qū)?。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默

49、化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導,經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。 感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。 我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境，還要感謝電子院和我的母校南京師范大學四年來對我的栽培。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著

50、的作者。參 考 文 獻1 廖常初.可編程序控制器的編程方法與工程應用M.重慶:重慶大學出版社，20012 廖常初.PLC梯形圖程序的設計方法與技巧M.重慶:重慶大學出版社,20013 郭純生.可編程控制器編程實踐與提高M.北京:電子工業(yè)出版社，2006 4 鄧則名、鄺穗芳.電器與可編程序控制器應用技術M .北京:機械工業(yè)出版社，1997 5 張運波.工廠電氣控制技術M.北京:高等教育出版社，2001 6 龔仲華.三菱FX/Q系列PLC的應用M.北京:人民郵電出版社，2006 7 王永華.現(xiàn)代電氣控制與PLC應用技術M.北京:北京航空航天大學出版社，2003 8 劉洪濤.PLC應用開發(fā)從基礎到實踐M.北京:電子工業(yè)出版社，20079 王永華.現(xiàn)代電器及可編程技術M.北京:北京航空航天大學出版社，200210 陳立定.電氣控制與可編程控制M.廣州：理工大學出版社，200111 戴一平.可編程控制器技術M.北京:機械工業(yè)出版社，2002 附 錄附錄一 時序表附錄二 梯形圖附錄三 語句表幅提高，使得實際應用成為可能。- 30 -