PLC的交通灯控制电路设计
引 言 1
一、系统方案设计 1
（一）十字路口交通灯控制要求 1
（二）交通灯控制设计整体方案的确定 1
二、系统硬件设计 2
（一）可编程控制器(PLC)的选型 2
（二）变压器的选择 4
（三）受控元件的选择 4
（四）系统I/O电路分配 5
（五）控制电路接线图 5
三、 系统软件设计 6
（一）时序图 6
（二） PLC梯形图概述 7
（三）系统工作过程分析 9
四、 总结 10
（一） 结论 10
（二）存在的问题 10
参 考 文 献 11
谢辞 12
引 言
城市交通矛盾的日益突出,已非常严重地影响着城市的发展, 因此我们非常需要一种智能的控制系统来对越来越突出的交通矛盾进行整改。故设计采用PLC控制的十字路口交通灯信号系统非常重要。该系统用PLC控制，由东西、南北两组，共12盏灯组成，每组由一对红灯、一对绿灯、一对黄灯，共6盏灯组成。
一、系统方案设计
（一）十字路口交通灯控制要求
按照交通灯系统控制要求下，结合三菱FX系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：
（1）发出一个输入信号，按下SB1，当SB1启动有动作，系统开始工作。
（2）首先，贯彻南，北的道路处于停止状态，贯彻东，西的道路处于运行状态。
（3）贯彻南，北道路显示于红灯的话，南北方向红灯和东西方向道路绿灯共同亮，东西方向绿灯开始运行的20秒，需要计时器延时同步的20秒，即可开始转换状态，也就是东西方向绿灯开始闪烁 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。东西方向的绿灯要闪烁3秒，与之同步，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使东西方向的绿灯不段的闪烁，需要计时器延时同步的3秒，即可开始转换状态，也就是东西方向黄灯亮；东西黄灯亮2秒,需计时器设定延时2秒，即可开始转换状态，也就是东西方向红灯亮，此时南北方向红灯共亮25秒后转化为下一状态南北绿灯亮。
（4）东西方向道路首先处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮30秒,需计时器设定延时30秒，即可开始转换状态，也就是东西方向绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯25秒,需计时器设定延时25秒，即可开始转换状态，也就是南北方向灯绿亮；南北绿灯闪烁3秒，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3秒，即可开始转换状态，也就是南北方向黄灯亮；南北方向黄灯要闪烁2秒,需要计时器延时同步2秒，即可开始转换状态，也就是南北方向红灯亮。
（5）如此循环下去。当断开系统，所有信号灯熄灭；需要按钮SB2动作断开系统。
通过的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，将十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。
（二）交通灯控制设计整体方案的确定
单片机的控制系统虽然在多数场合下使用，其具有体积小、引脚少、价格低、品种和型号多等一系列优点。但是其开关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。实现开关量顺序控制和逻辑控制较为烦琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有很高的开发能力和经验才能使系统可靠、稳定地运行；可编程控制器PLC不仅具有体积小、稳定性高、结构紧凑、能耗低等一系列优点，而且其设计安装简单、通用性强、编程简单。其所用的编程语言是梯形图，可以形象直观地反映控制要求，而且比较简单，适合于初学者根据要求设计出相应的程序，并且具有很高的工作可靠性和抗干扰能力，使得PLC控制系统系统在交通灯设计方案中成为首选方案[1]。该设计的原理框图(见图1-1)。
图1 -1 PLC控制交通灯结构框图
本次采用PLC控制系统，其组成由图1所示：共6个部分，输入接口部件、输出接口部件、变压器、电源部件、PLC处理单元、受控元件。
二、系统硬件设计
（一）可编程控制器(PLC)的选型
在PLC的系统编程时，第一应该确定下来控制的方案，下一步就是PLC工程的设计选型，非常重要。PLC型号的种种特点和所需控制要求的依据是特点和所需的选型。即在PLC选型和输入输出预算的时候，应注重分析控制过程中的特点和所需控制要求，清晰的了解控制任务和范围，以便来确定所需要的操作和动作，然后把控制要求作为依据，估算输入于输出的点数、所需存储器的大小、确定PLC的性能、外部设备特征等，最后节选有较高性能价值比的PLC以及设计相对应的控制系统。
（1）I/O点数的选择
PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足要求的前提下尽量地选用I/O点比较少的PLC，但是必须保留再增加10%～20%的可扩展余量。根据估算的方法估算本设计的I/O点数为输入4点，输出8点。
（2）存储器容量的估算
用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能息息相关，而且还与功能实现的方法、程序员水平有关。开始的设计层面，由于用户没有编写到位，所以，程序容量在设计层面是无法估计的，需要在完善程序调试的基础上才可以准确的读写出来。以便出现一系列的因素对设计造成的影响，通常是选取存储器容量来较之对比，从而保留一定的余量。
固定的公式，在存储器内存容量的估算中是不存在的，大多数给出的公式是这样的：存数容量等于开关量I/O点数乘以10加模拟量I/O通道数乘以100，其余量为之25%。本课题的PLC内存容量应该能存储100条左右的梯形图，这样方便以后的剩余空间加以改造。
（3）控制功能的选择
其选择包囊控制功能、编程功能、诊断功能、运算功能、通信功能和速度的处理等特征来的选选取。根据本人设计的所需，详细选取了以下的几种功能来介绍。
①控制功能
PLC主要采用计算机技术，其控制逻辑以程序的形式存放在存储器中，因此，改变程序只需要改变程序，不需要改变接线。这样的话就大大地避免了硬件电路改变的麻烦。相对而PLC在控制方面灵活性和可拓展性更强。
②编程功能
PLC的程序分为系统程序和用户程序：
系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。
PLC用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编写的程序。在PLC的应用中，最重要的是编写用户程序来控制被控元件。由于PLC的主要使用者是广大电气技术员，所以为满足他们的要求，PLC的主要编程语言蚕蛹相对简单、易懂、形象的专用语言。
五种标准化编程语言：功能块图、结构文本、功能表图、指令表、梯形图。选用标准（IEC6113123）的编程语言，即支持多种语言编程形式，如C，VB等，以便于达成特殊控制场合所需的控制要求。
③诊断功能
PLC本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。PLC的自诊断功能主要包括：超时检测、逻辑错误检测、消除预知干扰三个方面。
一、系统方案设计 1
（一）十字路口交通灯控制要求 1
（二）交通灯控制设计整体方案的确定 1
二、系统硬件设计 2
（一）可编程控制器(PLC)的选型 2
（二）变压器的选择 4
（三）受控元件的选择 4
（四）系统I/O电路分配 5
（五）控制电路接线图 5
三、 系统软件设计 6
（一）时序图 6
（二） PLC梯形图概述 7
（三）系统工作过程分析 9
四、 总结 10
（一） 结论 10
（二）存在的问题 10
参 考 文 献 11
谢辞 12
引 言
城市交通矛盾的日益突出,已非常严重地影响着城市的发展, 因此我们非常需要一种智能的控制系统来对越来越突出的交通矛盾进行整改。故设计采用PLC控制的十字路口交通灯信号系统非常重要。该系统用PLC控制，由东西、南北两组，共12盏灯组成，每组由一对红灯、一对绿灯、一对黄灯，共6盏灯组成。
一、系统方案设计
（一）十字路口交通灯控制要求
按照交通灯系统控制要求下，结合三菱FX系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：
（1）发出一个输入信号，按下SB1，当SB1启动有动作，系统开始工作。
（2）首先，贯彻南，北的道路处于停止状态，贯彻东，西的道路处于运行状态。
（3）贯彻南，北道路显示于红灯的话，南北方向红灯和东西方向道路绿灯共同亮，东西方向绿灯开始运行的20秒，需要计时器延时同步的20秒，即可开始转换状态，也就是东西方向绿灯开始闪烁 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
。东西方向的绿灯要闪烁3秒，与之同步，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使东西方向的绿灯不段的闪烁，需要计时器延时同步的3秒，即可开始转换状态，也就是东西方向黄灯亮；东西黄灯亮2秒,需计时器设定延时2秒，即可开始转换状态，也就是东西方向红灯亮，此时南北方向红灯共亮25秒后转化为下一状态南北绿灯亮。
（4）东西方向道路首先处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮30秒,需计时器设定延时30秒，即可开始转换状态，也就是东西方向绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯25秒,需计时器设定延时25秒，即可开始转换状态，也就是南北方向灯绿亮；南北绿灯闪烁3秒，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3秒，即可开始转换状态，也就是南北方向黄灯亮；南北方向黄灯要闪烁2秒,需要计时器延时同步2秒，即可开始转换状态，也就是南北方向红灯亮。
（5）如此循环下去。当断开系统，所有信号灯熄灭；需要按钮SB2动作断开系统。
通过的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，将十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。
（二）交通灯控制设计整体方案的确定
单片机的控制系统虽然在多数场合下使用，其具有体积小、引脚少、价格低、品种和型号多等一系列优点。但是其开关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。实现开关量顺序控制和逻辑控制较为烦琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有很高的开发能力和经验才能使系统可靠、稳定地运行；可编程控制器PLC不仅具有体积小、稳定性高、结构紧凑、能耗低等一系列优点，而且其设计安装简单、通用性强、编程简单。其所用的编程语言是梯形图，可以形象直观地反映控制要求，而且比较简单，适合于初学者根据要求设计出相应的程序，并且具有很高的工作可靠性和抗干扰能力，使得PLC控制系统系统在交通灯设计方案中成为首选方案[1]。该设计的原理框图(见图1-1)。
图1 -1 PLC控制交通灯结构框图
本次采用PLC控制系统，其组成由图1所示：共6个部分，输入接口部件、输出接口部件、变压器、电源部件、PLC处理单元、受控元件。
二、系统硬件设计
（一）可编程控制器(PLC)的选型
在PLC的系统编程时，第一应该确定下来控制的方案，下一步就是PLC工程的设计选型，非常重要。PLC型号的种种特点和所需控制要求的依据是特点和所需的选型。即在PLC选型和输入输出预算的时候，应注重分析控制过程中的特点和所需控制要求，清晰的了解控制任务和范围，以便来确定所需要的操作和动作，然后把控制要求作为依据，估算输入于输出的点数、所需存储器的大小、确定PLC的性能、外部设备特征等，最后节选有较高性能价值比的PLC以及设计相对应的控制系统。
（1）I/O点数的选择
PLC平均的I/O点的价格还比较高，因此应该合理选用PLC的I/O点的数量，在满足要求的前提下尽量地选用I/O点比较少的PLC，但是必须保留再增加10%～20%的可扩展余量。根据估算的方法估算本设计的I/O点数为输入4点，输出8点。
（2）存储器容量的估算
用户程序所需的存储容量大小不仅与PLC系统的功能息息相关，而且还与功能实现的方法、程序员水平有关。开始的设计层面，由于用户没有编写到位，所以，程序容量在设计层面是无法估计的，需要在完善程序调试的基础上才可以准确的读写出来。以便出现一系列的因素对设计造成的影响，通常是选取存储器容量来较之对比，从而保留一定的余量。
固定的公式，在存储器内存容量的估算中是不存在的，大多数给出的公式是这样的：存数容量等于开关量I/O点数乘以10加模拟量I/O通道数乘以100，其余量为之25%。本课题的PLC内存容量应该能存储100条左右的梯形图，这样方便以后的剩余空间加以改造。
（3）控制功能的选择
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①控制功能
PLC主要采用计算机技术，其控制逻辑以程序的形式存放在存储器中，因此，改变程序只需要改变程序，不需要改变接线。这样的话就大大地避免了硬件电路改变的麻烦。相对而PLC在控制方面灵活性和可拓展性更强。
②编程功能
PLC的程序分为系统程序和用户程序：
系统程序由PLC制造厂商设计编写，并存入PLC的系统存储中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。
PLC用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编写的程序。在PLC的应用中，最重要的是编写用户程序来控制被控元件。由于PLC的主要使用者是广大电气技术员，所以为满足他们的要求，PLC的主要编程语言蚕蛹相对简单、易懂、形象的专用语言。
五种标准化编程语言：功能块图、结构文本、功能表图、指令表、梯形图。选用标准（IEC6113123）的编程语言，即支持多种语言编程形式，如C，VB等，以便于达成特殊控制场合所需的控制要求。
③诊断功能
PLC本身有很完善的自诊断功能，如果PLC出现故障，借助自诊断程序可以方便地找到故障的原因，排除后就可以恢复正常工作。PLC的自诊断功能主要包括：超时检测、逻辑错误检测、消除预知干扰三个方面。
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