Fosha n Uni versity 毕业论文（设计）
2016 年 2 月 10 日课题名称 专业及班级 学 号 学生姓名 指导老师 PLC 交通控制灯设计 13 电气自动化自动化 130723019 王军杰 郭志坚
目录 PLC 交通灯毕业论文
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3 摘要
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3 第一章 PLC 的特点及应用
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4 1.1 概述
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4 1.2 PLC 的特点 ............................................................................. 4 1.3 PLC 的应用 ............................................................................. 5 2.1 PLC 的分类 ............................................................................. 6 2.2 PLC 的结构 ............................................................................. 6 2.3 PLC 的工作原理
........................................................................ 7 2.4 PLC 汇编语言 ........................................................................... 7 2.5 PLC 的基本指令 ......................................................................... 9 2.6 PLC 交通灯毕业论文编程器件
........................................................... 13 第二章 PLC 的结构及原理
.............................................................. 13 2.1 PLC 的分类
......................................................................... 13 2.2 PLC 的结构
......................................................................... 13 2.3 PLC 的工作原理
..................................................................... 13 2.4 PLC 汇编语言
....................................................................... 13 2.5 PLC 的基本指令
..................................................................... 13 2.6 PLC 交通灯毕业论文编程器件
......................................................... 13 第三章 梯形图的设计与编程方法
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13 3.1 控制要求
.............................................................................
13 3.2 控制时序
............................................................................
13 3.3 PLC 交通灯毕业论文硬件及外围元器件
................................................... 14 第四章 程序设计
.................................................................... 16 4.1 梯形图
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16 4.2 PLC 交通灯毕业论文指令图
........................................................... 16 4.3 流程图
............................................................................. 16 4．4 软件设计
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21 第五章 PLC 交通灯毕业论文设计总结
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21 谢 辞
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22 参考文献
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PLC 交通灯毕业论文 摘要 PLC 可编程序控制器是以微处理器为基础 ， 综合了计算机技术、自动控制技术和通 讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性 高等优点 , 已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计 , 可编程控制器是工 业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为 , 可编程控制器将成为今后工业控 制的主要手段和重要的基础设备之一 ， PLC 、机器人、 CAD/CAM 将成为工业生产的 三大支柱。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性 ， 同时其内部定时器资源十分 丰富 , 可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制 , 特别对多岔路口的控 制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC 应用于交通灯系统中。同时 ,PLC 本 身还具有通讯联网功能 , 将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管 理 , 可缩短车辆通行等候时间 , 实现科学化管理 . 关键词：交通灯 PLC 程序 设计 第一章 PLC 的特点及应用 1.1 概述 可编程控制器( Programmable Controller )是计算机家族中的一员，是为 工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器
( Programmable Logic Controller )，简称 PLC 它主要用来代替继电器实现逻 辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因 此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC 但是为了避免与个人计算机 ( Personal Computer )的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC 1.2 PLC 的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强； 2 通用性高，使用方便 ； 3 程序设计简单，易学，易懂； 4 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； 5 系统设计周期短； 6 安装简便，调试方便，维护工作量小；
7 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产； 1.3 PLC 的应用 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制 造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳 为如下几类。
1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑 控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和 速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog ）
和数字量（ Digital ）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。
PLC T 家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接 用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制 模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电 梯等场合。
4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算 机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID 调节是一般闭环控 制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也 具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化 工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用
5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、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、分析及处理。这些 数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通 信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系 统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品 工业中的一些大型控制系统。
6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制 的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能， 纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。
第二章 PLC 的结构及原理 2.1 PLC 的分类 1 按 pic 的结构形式分类：
1 ）整体式； 2 ）模块式。
2 按 pic 的 I/O 点数分类：
1 ）小型 256 点以下； 2 ）中型 256 点以上， 2048 点以下； 3 ）大型 2048 点以上。
3 按 pic 功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。
2.2 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机 从结构上分， PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模 块式 PLC 包括 CPU 模块、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可 以按照一定规则组合配置
PLC 的基本结构框图如下:
2.3 PLC 的工作原理 l. plc 的工作方式 1 ）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入 的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变 化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入 信息。
2 ）程序执行阶段：
plc 对用户程序扫描。
3 ）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器， 电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。
2.4 PLC 汇编语言 采用面向控制过程，面向问题，简单直观的 plc 编写横语言，常用的有：梯形 图，语句表，功能图等。
1. 梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯 形图编程语言功能更强更方便。
主要特点：
1 ）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行， 起使左母线。
接受 现场信号
2 ）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 3 ）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。
4 ）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接 入的继电器，晶体及晶闸管才能实现。
2. 语句表：又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。例: 下图是三菱公司的 FX2N 系列产品的最简单的梯形图例：
它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个 END 旨令，用以 结 束程序。
梯形图与助记符的对应关系：
助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系， 而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入， 后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译 成助记符程序。上图的助记符程序为：
地址 指令 变量 0000 LD X000 0001 OR X010 0002 AND X001 0003 OUT Y000 0004 END
反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图 2.5 PLC 的基本指令 1 输入输出指令（ LD/LDI/OUT ）
下面把 LD/LDI/OUT 三条指令的功能、梯形图表示形式、操作元件 以列表的形式加以说明：
符号 功能 梯形图表示 操作元件 LD （取）常开触点与母线相连 1 1 X ， 丫， M T ， C,S LDI （取反）常闭触点与母线相连 —rx ， 丫， M T ， C,S OUT（ 输出）
线圈驱动
， M T ， C, S,F LD 与 LDI 指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点
OUT 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、
2 触点串连指令（ AND/AND ）、并联指令（ OR/OR ）
符号（名称）
功 能 梯形图表示 操作元件 AND （与）
常开触点串联连接 | ___ | , Y , M T , C,S ANDI （与非）常闭触点串联连接 | ___ |当 , Y , M T , C,S OR
（或）
常开触点并联连接 _| X , Y , M T , C, S ORI （或非）常闭触点并联连接畀十 X , Y , M T , C, S AND 、 ANDI 指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个 指令可连续使用。
0005 OUT Y001 3 电路块的并联和串联指令（ ORB ANB
ORB （块或）
电路块并联连接计数器、状态寄存器等， 能连续使用多次。
Y000 I__O 0000 LD 0001 OUT 但不能用于输入继电器 地址 指令 输出指令用于并行输出, 数据 X000 Y000 符号（名称）
功 能 梯形图表示 操作元件 OR 、 ORI 是用于一个触点的并联连接指令。
ANB （块与）
电路块串联连接 含有两个以上触点串联连接的电路称为 “串联连接块”，串联电路块并联连接 时，支路的起点以 LD 或 LDNOT 旨令开始，而支路的终点要用 ORB 旨令。
ORB 指令是一种独立指令，其后不带操作兀件号，因此， ORB 指令不表示触点， 可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每 个并联电路块之后使用一个 ORB 旨令，用这种方法编程时并联电路块的个数 没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾 集中写出 ORB 勺指令，但这时 ORB 指令最多使用 7 次。
将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用 ANB 指令，各 并联电路块的起点，使用 LD 或 LDNO 指令；与 ORB 旨令一样， ANB 指令也不 带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用 一个 ANB 指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用 ANB 旨令，最多使用 7 次。
地址 指令 数据 0000 LD X000
0001 OR X001
0002 LD X002
0003 AND X003
0004 LDI X004
0005 AND X005
0006 OR X006
0007 ORB
0008 ANB
0009 OR X003
0010 OUT Y006
4 程序结束指令（END 符号（名称）
功 能 梯形图表示 操作元件 END（结束）
程序结束
--
结束
无 在程序结束处写上 END 旨令， PLC 只执行第一步至 END 之间的程序，并 立即输出处理。若不写 END 指令， PLC 将以用户存贮器的第一步执行到最后 一步，因此，使用 END 指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将 END 指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依 次删去插入的 END 指令。
2.6 PLC 交通灯毕业论文编程器件 一般情况下， X 代表输入继电器， 丫代表输出继电器， M 代表辅助继电器， SPM 代表专用辅助继电器， T 代表定时器， C 代表计数器， S 代表状态继电器， D 代表 数据寄存器，
M0\ 代表传输等。
第三章 梯形图的设计与编程方法 3. 1 控制要求 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并 周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯 都熄灭。
3. 2 控制时序 交通灯示意图如图 1 所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各 6 个灯, 分为红、黄、绿三种颜色。工作时序如图 2 所示，假设东西向较忙，绿灯时间是南 北向的 2 倍(40s) 。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持 20s ， 20s 后，南北黄灯闪 烁 3 次，计 6S, 期间，东西向红灯也亮，并维持 26s ； 26s 后，东西方向绿灯亮 40s , 后东西向黄灯闪烁 3次,计 6s ，期间，南北向红灯也亮，并维持 46so 接下去周而复 始，直到停止按钮被按下为止。
O 绿 I OM1 O 红 1
图 2 交通灯工作肘序 3.3 PLC 交通灯毕业论文硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱 FX 系列 PLC 起动按钮 SB1 停止按 钮SB2 红黄绿色信号灯各 4 只，输入/输出端口接线如图 3 所示。由图可见：起动 按钮 SB1接于输入继电器 X（ 端，停止按钮 SB 張于输入继电器 xl 端，东西方向的绿 灯接于输出继电器 丫 5 端，东西方向黄灯接于输出继电器 丫 4 端，东西方向的红灯接 于输出继电器 丫 3端，南北方向绿灯接于输出继电器 丫 2 端，南北方向的黄灯接于输 出继电器 丫 1 ，南北方向红灯接于输出继电器 丫 0 。将输出端的 COM 及 COM 用导线相 连，输出端的电源为交流 220V 。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带 动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先 带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。红 9 S1O 1 交通灯示意图 J 錄 S- 黃 L 丫 1 I L 红 1 黄 2 YU 1 If
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3. 4 I/O 分配表
第四章程序设计起动 停止
4. 1 梯形图 K_1 H2 pa 01 ELID DIO DM
K13 ELI 百 □ 100 口 JLOL
■.4. 2 PLC 交通灯毕业论文指令图
0 ID X011 1 PLS Ml
3 LD X012
4 PLS M2
6 LD MI
7 OR M2
8 INC DO
11 LD X013
12 OR X0I4
13 OUT CIO K3276
16 MOV C2 DI
21 LD H6000
22 CMP D 丄 DO MIO 29 LD MIO
30 SUB DO DI MO 37 LD M12
38 SUE PI DO Dll 45 LD M8000
46 CMP DIO K5 M13 53 CMP Dll K5 Hl 6 60 LD M8002
61 MOV K100 D100
66 HOV KIOO D101
71 LDI M15
72 AND T8
73 ADD P100 K10 P100 80 SUB D101 K10 D101
37 LDI M18 3S AJiD TS
35 ADD DIOL K10 B101 96 LD TB
沖 Z^ST DO Jll
102 LD XOOQi
103 OR M0
1C4 ANI XOOL
105 OUT M0
106 LD NO
LOT MPS
108 LI>I TO
109 QR T2
LIO AMB
111 OUT YOOL
112 MPP
113 OUT Y0D4
114 AJII TS
115 OITT TO IHMi
11& LI> TO
119 ANI T3
120 ANI 匚 Cl
121 OUT T£ KC
124 LD T2
125 OUT T3
120 LD T3
129 OUT CO K3 适 LD co
133 MPS
134 AHI T4
135 OUT Y502
13C MPP
137 OFT T4 K20 140 LL TA
141 OUT 7003
城 MF3
143 LPI TS
144 OR T7
145 AIJE
145 OUT 700S
147 MFJ
OVT T5 V101 丄 5丄 LD T5
152 A1JI T7
253 AHI CL
154 OUT TS K6 157 LD T6
1S6 OVT T7 K6 161 LD T7
15Z OUT Cl K3 165 LI ) Cl
166 MPS
ise MPS
LG7 ANI T3
156 CUT Y006
1^9 HPP
170 CUT T8 K40 173 ID T9
174 2RST CO CI
4. 3 流程图 4． 4 软件设计 采用步进梯形指令双流程编程实现， 应用并联分支结构， 其状态转移图如图 4 所示。
由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运 行各自的时序动作， 相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合， 不会出现差错。
现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相同，在 此不再赘述。系统起动时，利用 M800 开机脉冲自动进入 XO 犬态，系统处于等待状 态。当启动按钮 SB1 按下时， xO11 接通， 丫 1 和 丫 4 同时起动， 丫 1 使南北绿灯亮， 丫 4 使东西红灯亮 （ 东西方向以下不分析 ）
， x0 起动的同时 T 少始计时， 20s 后利用 常 开接点的闭合使状态进入 T4 ,此时 丫 3 和 丫 5 起动， T4 使南北黄灯亮， T1 计时 6s , 6s 后进入 T2 ,在 T3 状态下，起动C ◎ 叮 2 ,此时南北黄灯灭， CO+ 数加 1 , T2 时间到时， 如果 co,J- 数不到 3 次，状态转到T0 循环，如果 CO+ 数到 3 次，状态转入 T4 ,这样就 做到了南北方向黄灯闪烁 3 次的要求。南北方向黄灯闪烁 3 次后，系统进入 T4 状态， 在 T4 状态下，为下次闪烁作好准备，同时起动 丫 3 和 丫 5, 丫 1 使南北红灯亮，亮 46s 后进入 X0 犬态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在 两个方向都完成后 （ 必须都完成 ）
，又重新进入 X0 和 X11 .................... ，如此反复工 作。在任何时候按下停止按钮 SB2 ， Xl 接通，并复位相关状态和计数器， 系统自动 停止。
第五章 PLC 交通灯毕业论文设计总结 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行 得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。
我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识 太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容 有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在 电路中的使用有了更多的认识。
经过两个星期的设计里，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。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴 无不令我回味无长。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不 够的， 只有把所学的理论知识与实践相结合起来， 从理论中得出结论， 才能真正为社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困 难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己 的不足之处，对以前所学过的知识理解
得不够深刻，掌握得不够牢固。
当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中 最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从 此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得 感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝 贵的财富。
三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美 好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢党、感谢学院给我们提供这个能 自我展示的平台，感谢我们的指导教师，郭志坚老师，你从一开始的论文方向的 选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量 数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文 我要感谢在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财 富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业 的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！在此，我还要感谢寝室的兄 弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生 活。
参考文献 1. 廖常初主编 .PLC 基础及应用 . 北京：机械工业出版社， 2004 2. 廖常初等 .PLC 的顺序控制编程方法 • 工业自动化，（香港）， 1997 3. 廖常初主编 .PLC 基础及应用 . 北京：机械工业出版社， 2002 4. 廖常初 .PLC 梯形图的顺序控制设计法 • 电工技术杂志， 2001 5. 电机及拖动 . 高等教育出版社， 6. 朱献清 编著 . 物业供用电 . 北京 . 机械工业出版社 .2003 7. 刘介才主编 . 实用供配电技术手册 . 北京：中国水利水电出版社， 2002 8. 常斗南主编 可编程序控制器原理 * 应用 * 实验 . 北京 ：
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