基于三菱PLC的交通灯设计

基于三菱PLC的交通灯设计一、设计目的（1）通过十字路口带带倒计时显示的交通灯控制装置的设计实践,了解一般电气控制系统的设计过程,设计要求,应完成的工作内容和具体设计方法。（2）通过设计进一步巩固以往所学的知识,达到灵活应用的目的。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，提高编写和调试语言程序水平。（3）加强自己的科学研究方法训练和实践锻炼，增强分析问题和解决问题的能力，了解电气控制与可编程控制技术及应用的发展。二、设计任务2.1技术要求如左下图所示，采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由四个按钮开关控制。按钮SB1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图1所示工作时序周而复始，循环往复工作。假设东西方向的车流量较小、南北方向的车流量较大，所以在这里设置正常的南北方向的绿灯时间是30s，东西方向的绿灯时间为20s，另外设置，当在东西（或南北）方向绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以5HZ的频率闪烁5s，之后，立即开始另一个方向的的放行。由于南北方向的车流量有的时候会很大或很小，所以设置了两个按钮开关来控制南北方向放行的时间，SB2按下时，南北方向绿灯放行时间减少一秒，SB3按下时，南北方向绿灯的通行时间增加一秒，期间东西方向的通行时间依然为20s。另外，按钮SB4控制系统的停止运行，当其按下时，交通灯系统停止工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。2.2设计思想如图1交通信号灯工作时序图，当启动按钮SB1按下后，南北主干道处于绿灯通行状态，东西道路处于红灯状态。期间，T0，T1，T2，T3同时开始定时，开始南绿灯持续30S，我们使用定时器T0来实现；定时器T0，T1和辅助继电器M8013来控制南北黄灯和东西红灯同时闪烁5S；定时器T1和T2来完成东西绿灯和南北红灯持续亮20S；定时器T2，T3和辅助继电器M8013控制东西黄灯闪烁5S，定时器T0，T1和辅助继电器M8013来完成南北红灯闪烁5S。这样，整个控制系统一个周期60S。南北亮绿灯的同时，东西亮红灯，持续30S，随后，东西红灯和南北黄灯同时闪烁5S。闪烁完成后，东西绿灯和南北红灯同时亮20秒，随后东西黄灯和南北红灯同时闪烁5S。当按钮SB2按下后，南北方向的绿灯时间减一秒，每按一下，南北绿灯时间减一秒；当按下SB3按钮后，南北方向的流程等时间加一秒，每按一下，南北绿灯时间加一秒。所以该系统可以调整南北方向的放行时间，东西方向的放行时间不变。当按下SB4按钮后，交通灯停止运行，数码管置零。至此，控制系统的定时已经完成。在设计过程中，经过分析，十字路口交通灯在工作过程的一个周期过程中，将会出现以下4种状态：1.南北绿灯亮，东西红灯持续亮；2.南北黄灯闪烁，东西红灯闪烁；3.东西绿灯亮，南北黄灯持续亮；4.东西黄灯闪烁，南北红灯闪烁；图1交通信号灯工作时序图三、系统总体方案设计3.1程序设计的基本思路交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制外部接线示意图如图2所示。正常启动控制时：如图2所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SB1接通，南北方向绿灯亮30s，东西红灯亮，30s后南北绿灯熄灭，南北向黄灯和东西红灯闪烁5s，然后熄灭。然后东西绿灯和南北红灯亮20s，20s后东西绿灯熄灭，东西黄灯和南北红灯同时闪烁5s,闪烁5s后开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。时间可调控制时：SB2接通时，交通指挥系统南北向绿灯放行时间和东西红灯亮的时间增加1s，并重新开始第一个周期，且数码管显示相应的时间倒计时。SB3按下时，交通指挥系统南北向绿灯放行时间和东西红灯亮的时间减少1s，并重新开始第一个周期，且数码管显示相应的时间倒计时。关闭控制时：SB4按下时，交通指挥系统停止工作，所有灯不亮，且数码管全部置零。图2PLC外部交通灯基本接线图另外，由输出口Y10—Y16连接数码管的七个端口，分别对应连接a,b,c,d,e,f,g七个端口，该数码管显示倒计时的个位数；由输出口Y20—Y26连接另一个数码管的七个端口，分别对应连接a,b,c,d,e,f,g七个端口，该数码管显示倒计时的十位数。四、程序设计分析程序梯形图的设计如下：4.1交通灯系统启动停止程序其中辅助继电器M为启动信号，利用自锁使得M0一直得电，输入继电器（即SB4）控制系统的停止工作。4.2对各寄存器进行相应赋值程序如上程序所示，一旦获得启动信号，对寄存器D0，D1,D2,D3赋初值；一旦获得减1或加1信号，对4个寄存器重新赋值。4.3对定时器器赋值如上程序所示，获得启动信号，便对定时器T0,T1,T2,T3进行赋值并开始计时，多的减1获加1信号便对定时器重新赋值并重新计时。4.4红绿灯控制程序对图1交通信号灯工作时序图进行分析，得出个信号灯对应的逻辑表达式：000000000101002122300312004235000001YXTYTTYTTTTYTTYTTYXTTT有上述逻辑表达式得出如下程序图，程序中的1s时钟脉冲继电器可以使得相应的灯以5HZ的频率闪烁。4.5南北通行倒计时数码管显示程序如上程序所示，一旦南北绿灯由灭到亮的信号到来时，便把南北绿灯持续亮和南北黄灯闪烁的时间之和赋给寄存器D5，并对D5寄存器以1HZ的频率进行减1倒计时，将D5中的数据除以10所得的商赋给D10，所得余数赋给D11，D10便是倒及时时间的十位数，D11便是倒计时时间的个位数，然后用七段译码指令将十位数和个位数显示在两个数码管上。当得到减一或加1信号时，便重新开始计时。4.6东西通行倒计时数码管显示程序该段程序设计思路方法同4.5所以得出如下程序4.7东西通行倒计时数码管显示程序按下按钮SB4，X3常开触点闭合，将两位数数码管显示零。五、PLC控制系统设计5.1输入输出地址分配表输入输出端在PLC中的I/O编址如表5.1所示。表5.1X/O地址分配表5.2PLC外部接线图基本PLC外部解析那图如上文中的图1所以，在此图的基础上，加上两个数码管，两个数码管的七段分别连接PLC中的Y10—Y16和Y20—Y26。输入信号输出信号文字符号说明文字符号说明X0SB1接通Y0南北向绿灯X1SB2接通Y1南北向黄灯X2SB3接通Y2南北向红灯X3SB4接通Y3东西向绿灯Y4东西向黄灯Y5南北向红灯Y10数码管显示个位计数Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y20数码管显示十位计数Y21Y22Y23Y24Y25Y26六、控制系统仿真（1）交通灯Y0—Y5的仿真时序图如下图图3所示：图3Y0—Y5仿真时序图（2）数码管显示倒计时仿真图如下图图四所示：此图显示的刚好是南北绿灯倒计时到22s的数码管显示仿真。七、心得体会通过这次实验，了解了PLC在自动控制中的运用，可编程序控制器（简称PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种新型工业自动化控制装置，它专门为工业控制而设计，具有功能强，编程简单，使用方便等优点，在现代工业自动控制中使用越来越广泛。此实验后，基本掌握了三菱公司FX2N型PLC的使用方法，并用其来设计简单的自动控制过程，受益匪浅。通过这次设计实践。我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。能够解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法。参考文献[1]蔡杏山.PLC、变频器入门.北京：电子工业出版社[2]杨后川，张春平，张学民，陶征.三菱PLC应用100例.北京：电子工业出版社