基于plc控制交通灯毕业论文

第一章 绪 论

1.1交通信号灯的作用和意义

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中最重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在 高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的 交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题，

根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因：

（1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；

（2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；

（3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

（4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。

1.2本文的研究内容

PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记

时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器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，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。

本文分六章，第1章介绍了交通灯的作用和意义；第2章介绍了PLC的发明、发展、PLC的一般结构以及他的应用领域；第3章交通灯的软件编程；第4章介绍了系统的控制要求，系统的I/O分配表和实物图，系统的梯形图；第5章介绍了系统整体调试的硬件安装和软件调试；第6章总结本次设计所学到的知识。

第二章 可编程控制器概况

可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。

2.1 PLC的发展

在可编程控制器出现前，在工业电器控制领域中，继电器控制占主导地位。但是电气控制系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，特别是其接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1969年美国数字设备公司根据美国通用汽车公司的要求研制成功了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司的自动装配线上使用，取得很好的成果。从此这项技术迅速发展起来。

早期的PLC仅有逻辑运算、定时、计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制，故称为可编程控制器。随着微电子和计算机技术的发展，20世纪70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑运算，还增加了算术运算、数据处理和数据传送等功能。

20世纪80年代后，随着大规模，超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速发展。PLC不仅控制能力增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图像显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理，联网通信等功能的名副其实的 多功能控制器。

自从第一台PLC出现以后，日本、德国、法国等也相继开始研制PLC，并得到了迅速的发展。PLC已成为工业自动化控制领域中占主导地位的通用工业控制装置。 2.1.1 PLC的发展趋势

(1)向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的储存容量。

(2)向超大型、超小型两个方向发展。以适应不同类型的自动控制系统的需要。 (3)PLC大力开发智能模块，加强联网通信功能。为了扩大适用范围，厂家还制定了通用的通信彼岸准，已构成更大的网络系统。

(4)增强外部故障的检测与处理能力。外部故障的几率很大，因此，PLC厂家致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性

(5)编程语言多样化。PLC结构不断发展的同时,PLC的编程语言也越来越丰富。多

种语言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。

2.2 PLC的一般结构

2.2.1可编程控制器的结构分类

(1)按硬件的结构类型分类：编程控制器是专门为工业生产环境设计的。为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别，常见的有箱体式，模块式，及叠装式三种结构。

箱体式PLC一般用于规模小，输入输出点数固定，不需要扩展的场合。模块式PLC一般用于规模较大，输入输出点数多，输入输出点数比例灵活的场合。叠装式PLC具有二者的优点。

(2)按应用规模及功能分类：为了适应不同工业生产过程的应用要求，PLC能够处理的输入信号数量是不一样的。一般将一路信号称作一个店，将输入输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将PLC分为超小，小，中，打，超大等五类型如下表2-1：

表2-1 PLC按规模分类

超小型 64点以下 小型 64—128点 中型 128—512点 大型 512—8192点 超大型 8192点以上 2.2.2可编程控制器的配置 可编程控制器虽然外观各异，但硬件结构大体相同。主要由中央处理器（CPU），存储器（RAM/ROM），输入输出（I/O接口）,电源及编程设备几大部分组成。PLC的硬件结构框图如下所示：

接受 输 中央处理单元 现场信号 CPU板 入接口部件 电 源 部 件 驱动

接口部 件输出 受控元件 图2-1 基本构成

（1）CPU的构成：PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。

CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。

CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。 CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电

路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。

CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。

（2）I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。

（3）电源模块：有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。

（4）底板或机架：大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。

（5）PLC 的外部设备：外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类 ①编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。

②设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 ③存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。

④输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。

（6）PLC的通信联网：PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，

通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。

当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。

了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。

2.3 PLC的应用领域

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、保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类：

（1）开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、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PLC能处理模拟信号，PLC厂家生产有配套的A/D、D/A转换模块，使PLC可用于模拟量控制。

（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，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专门的运动控制模块。广泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器等场合。

（4）过程控制 这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。PID控制时一般闭环控制系统中常用的控制方法。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、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、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。一般用于大型系统，如无人控制的柔性制造业。

（6）通信及联网 PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。在工业自动化网络发展加快前提下，厂家都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统，通讯十分方便。

第三章 监控系统软件设计

3.1 MCGS组态软件简介

图3.1 组态环境图

MCGS组态软件（以下简称MCGS）由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关，如图3.2所示。

图3.2 组态运行图

MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程”。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支

持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。

MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。

主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。

设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。

用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。

实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。

运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。

图3.3 MCGS工控组态软件图

3.2基于MCGS的交通灯监控界面设计

控制面板主要包括了：东西和南北方向的12盏灯以及数码管计时器等器件组成。其原理为：当起动开关接通时信号灯系统开始工作，数码管从70s开始倒计时，且南北

红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关停止时，所有的灯信号全部熄灭。工作时东西绿灯亮30s，并闪烁3次（即3s），黄灯亮2s，且南北红灯35s。此时数码管显示数字为35。这时南北绿灯开始亮30s,并闪烁3次（即3s），黄灯亮2s，且东西红灯亮35S。此时数码管显示数字为0。然后数码管按照此时间进行循环。

3.3 MCGS组态的过程

项工程项目系统分析：分析工程目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。

工程立项搭建框架：MCGS称为建立新工程。主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口

后，再行建立。

设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。

制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。

编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。

完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。

编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。

连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。

工程完工综合测试：最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。

MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。

第四章 交通灯控制系统整体设计

4.1系统的控制要求

（1）用绿、黄、红三色发光二极管作信号灯。 （2）循环一次要70秒。

循环期间东西方向放行时间可分为3个时间段：东西方向的绿灯和南北方向的红灯亮，换行前东西方向的绿灯闪烁3s，然后东西方向的黄灯亮2s；南北方向放行时间也分为3个时间段：南北方向的绿灯与东西方向的红灯亮，换行前南北方向的绿灯闪烁3s，最后南北方向黄灯亮2s。一个循环共需要70s，它分为6个时间段，这6个时间段对应着6个分界点：t1、t2、t3、t4、t5、t6。在这6个分界点处信号灯的状态将发生变化，在程序设计中这6个时间段必须使用6个定时器来控制。（见附录1图）

4.2系统I/O分配表

4.2.1交通灯的I/O分配表如下：

表4-1 交通灯I/O的分配表

输入信号 名称 启动 停止 辅助继电器 M1 M2 输出继电器 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 输出信号 输出元件 绿灯 黄灯 红灯 红灯 绿灯 黄灯 作用 东西绿灯指示 东西黄灯指示 东西红灯指示 南北红灯指示 南北绿灯指示 南北黄灯指示 4.3硬件安装 4.3.1安装前的准备

鉴于控制要求，安装前必须准备好所需要的器件，如下表所示：

表4-2 器件清单

器件 直径为5毫米绿灯 直径为5毫米黄灯 直径为5毫米红灯 数量（单位∕个） 12 4 12 器件 电烙铁 焊锡 多功能电路板 数量（单位∕个） 1 若干 1 直径为3毫米绿灯 直径为3毫米红灯 导线 8 8 若干 多路接口 5.1K欧姆电阻 1 18 4.3.2安装时的注意事项 （1）每个控制灯都要用万用表检测它的好坏并判断它的正负极，每个电阻也要用万用表确定它的阻值。

（2）如果一次性不能焊接成功要把多功能电路板用密封袋装好，防止氧化。 （3）在焊接时，要注意焊接的技巧，防止虚焊，使得电路板不能达到预期的效果。在电路板反面焊接时脑中要先想好每条线路的分布，防止交叉无序。把每个灯的负极用导线连接在一起，可以简化电路的焊接。

（4）焊接好后，要用万用表检测每一条电路是否正常。再用24V电压给每条电路通电，确保每条电路上的灯都能亮。

4.4软件调试

4.4.1调试的预期效果

在实验台上向FXGPWIN软件输入本设计的程序，按控制要求把输入输出导线连接好，在整个装置中接上24V电压，通过硬件和软件的结合，得到控制要求的预期效果。 4.4.2调试过程中遇到的问题

为什么不循环？

当给了信号后系统正常运行，但只运行了50S就不循环了，查看系统没什么不对的，最后在同学的指导下才知道，原来在梯形图第四步时多加了计数器C3闭合，这使得在程序进行到C3作用时整个系统失去了信号，从而使系统只执行一次。把C3删除就可以实现循环了

为什么只进行部分循环？

当系统能够循环时，在仔细一看发现系统只进行部分循环，每次循环程序逗 从10秒后开始工作，为何不从0秒循环，我仔细分析了一下，发现程序中的计时器T0没有在C3出发后复位。使得程序只在10秒后循环。解决方案：在程序中加一步，在计数器出发时让计时器T0复位即可实现程序按只要求有序的循环。

第五章 软件编程

5.1编程元件

下面我们着重介绍三菱公司的FX2N系列产品的一些编程元件及其功能。 FX系列产品，它内部的编程元件，也就是支持该机型编程语言的软元件，按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等，但它们与真实元件有很大的差别，一般称它们为“软继电器”。这些编程用的继电器，它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题；触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。它在不同的指令操作下，其工作状态可以无记忆，也可以有记忆，还可以作脉冲数字元件使用。一般情况下，X代表输入继电器，Y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，MOV代表传输等。

（1）输入继电器（X）

PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口，PLC 内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为X000 ～ X007，X010 ～X017，X020 ～X027 。它们一般位于机器的上端。

（2）输出继电器（Y）

PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用，其余常开/常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 ～Y007，Y010～Y017，Y020～Y027 。它们一般位于机器的下端。

（3）辅助继电器（M）

PLC内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由PLC内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图中的M300，它只起到一个自锁的功能。

在FX2N中普遍途采用M0～M499，共500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。

图5-1 继电器的自锁功能

（4）定时器（T）

在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：

100 ms定时器T0～T199， 共200点，设定值：0.1～ 3276.7秒； 10 ms定时器T200～TT245，共46点，设定值：0.01～327.67秒； 1 ms积算定时器 T245～T249，共4点，设定值：0.001～32.767秒； 100 ms积算定时器T250～T255，共6点，设定值：0.1～3276.7秒； 定时器指令符号及应用如下图所示：

图5-2 继电器的应用

当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时，T200的当前值计数器对10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。

每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。

(5)计数器（C）

FX2N中的16位增计数器，是16位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。

其设定值在K1～K32767范围内有效。

设定值K0与K1含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。 通用计数器的通道号：C0 ～C99，共100点。 保持用计数器的通道号：C100～C199，共100点。

通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。 举个例子：

图5-3 计数器的应用

由计数输入X011每次驱动C0线圈时，计数器的当前值加1。当第10次执行线圈指令时，计数器C0的输出触点即动作。之后即使计数器输入X011再动作，计数器的当前值保持不变。

当复位输入X010接通（ON）时，执行RST指令，计数器的当前值为0，输出接点也复位。

应注意的是，计数器C100～C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。

(6)数据寄存器

数据寄存器是计算机必不可少的元件，用于存放各种数据。FX2N中每一个数据寄存器都是16bit（最高位为正、负符号位），也可用两个数据寄存器合并起来存储32 bit数据（最高位为正、负符号位）。

①通用数据寄存器D 通道分配 D 0～D199，共200点。

只要不写入其他数据，已写入的数据不会变化。但是，由RUN→STOP时，全部数据均清零。（若特殊辅助继电器M8033已被驱动，则数据不被清零）。

②停电保持用寄存器 通道分配 D200～D511，共312点，或D200～D999，共800

点（由机器的具体型号定）。

基本上同通用数据寄存器。除非改写，否则原有数据不会丢失，不论电源接通与否，PLC运行与否，其内容也不变化。然而在二台PLC作点对的通信时， D490～D509被用作通信操作。

③文件寄存器 通道分配 D1000～D2999，共2000点。

文件寄存器是在用户程序存储器（RAM、EEPROM、EPROM）内的一个存储区，以500点为一个单位，最多可在参数设置时到2000点。用外部设备口进行写入操作。在PLC运行时，可用BMOV指令读到通用数据寄存器中，但是不能用指令将数据写入文件寄存器。用BMOV将 数据写入RAM后，再从RAM中读出。将数据写入EEPROM盒时，需要花费一定的时间，务必请注意。

④RAM文件寄存器 通道分配 D6000～D7999，共2000点。

驱动特殊辅助继电器M8074，由于采用扫描被禁止，上述的数据寄存器可作为文件寄存器处理，用BMOV指令传送数据（写入或读出）。

⑤特殊用寄存器 通道分配 D8000～D8255，共256点。

是写入特定目的的数据或已经写入数据寄存器，其内容在电源接通时，写入初始化值（一般先清零，然后由系统ROM来写入）。

5.2 FX2N系列的基本逻辑指令

基本逻辑指令是PLC中最基本的编程语言，掌握了它也就初步掌握了PLC的使用方法，各种型号的PLC的基本逻辑指令都大台大同小异，现在我们针对FX2N系列，逐条学习其指令的功能和使用方法，。每条指令及其应用实例都以梯形图和语句表两种编程语言对照说明。

（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：

表5-1 LD/LDI/OUT指令的应用

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、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。

（2）触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）

表5-2 串联、并联指令的应用

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。OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。

表5-3 相应指令语句

图5-4 指令应用

（3）电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）

表5-4 ORB、ANB指令的应用

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指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，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指令，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的指令，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LDNOT指令；与ORB指令一样，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指令，最多使用7次。

图5-5 ORB、ANB实例

（4）程序结束指令（END）

表5-5 END指令的应用

在程序结束处写上END指令，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。

其他的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、空操作、跳转指令等。

5.3系统的梯形图

5.3.1梯形图

梯形图是通过连线把PLC指令的梯形图符号连接在一起的连通图，用以表达所使用的PLC指令及其前后顺序，它与电气原理图很相似。它的连线有两种：一为母线，另一为内部横竖线。内部横竖线把一个个梯形图符号指令连成一个指令组，这个指令组一般总是从装载（LD）指令开始，必要时再继以若干个输入指令（含LD指令），以建立逻辑条件。最后为输出类指令，实现输出控制，或为数据控制、流程控制、通讯处理、监控工作等指令，以进行相应的工作。母线是用来连接指令组的。下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：

图5-6 FX2N系列产品的最简单的梯形图

它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END指令，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 NOT 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。

梯形图与电气原理图的关系：如果仅考虑逻辑控制，梯形图与电气原理图也可建立起一定的对应关系。如梯形图的输出（OUT）指令，对应于继电器的线圈，而输入指令（如LD，AND，OR）对应于接点，互锁指令（IL、ILC）可看成总开关，等等。这样，原有的继电控制逻辑，经转换即可变成梯形图，再进一步转换，即可变成语句表程序。有了这个对应关系，用PLC程序代表继电逻辑是很容易的。这也是PLC技术对传统继电控制技术继承。

5.3.2梯形图的编程规则

（1）每个继电器的线圈和它的触点均用同一编号，每个元件的触点使用时没有数量限制。

（2）梯形图每一行都是从左边开始，线圈接在最右边（线圈右边不允许再有接触点），如图(a)错，图(b)正确。

（a） (b)

图5-7

（3）线圈不能直接接在左边母线上。

（4）在一个程序中，同一编号的线圈如果使用两次，称为双线圈输出，它很容易引起误操作，应尽量避免。

（5）在梯形图中没有真实的电流流动，为了便于分析PLC的周期扫描原理和逻辑上的因果关系，假定在梯形图中有“电流”流动，这个“电流”只能在梯形图中单方向流动——即从左向右流动，层次的改变只能从上向下。

下图是一个错误的桥式电路梯形图。

图5-8

5．4交通灯设计程序

根据红绿灯的控制要求，设计的梯形图见附录3：

步0~步4是用来产生绿灯闪烁信号的方波电路，由定时器T10和定时器T11构成一个周期为1s的振荡电路。

步8~步27是定时电路，根据附录一时序波形图的分析，需要6个定时器分别的状态变化进行定时。

步28~步51是信号灯显示电路 ，用来对两个方向信号灯的变化进行控制。南北方向和东西方向的绿灯分亮20s和闪绿3s两个时间段，因此Y1（东西绿灯）和Y5（南北绿灯）线圈分别由两条支路控制，一条支路用T0（东西绿灯定时）和T3（南北绿灯定时）的常闭出触点控制绿灯亮30s；另一条是闪绿控制，将产生方波的T10的常开触点、起动闪绿的T0或T3的常开出触点和控制闪绿时间的T1（东西方向）或T4（南北方向）的常闭触点串联在一起。东西方向红灯Y3和南北方向红灯Y4也由两路信号控制，用东西绿灯Y1或南北绿灯Y5d常开触点控制两个方向的红灯先亮35s，接着再由T0或T3的常开触点继续点亮两个方向的红灯，最后由T2或T5的常闭触点控制红灯亮25s。两个方向黄灯的控制很简单，分别由黄灯起动信号T1或T4的常开触点控制其点亮，由T2或T5的常闭触点控制点亮时间。最后在定时器的线圈电路中，串联一个T5的常闭触点，其作用是当T5定时时间到，其常闭触点断开时，是所有的定时器复位，以便开始先一个循环过程。

5.4.1交通灯梯形图设计

为了明确各定时器的作用，以便于理解各个灯的状态转换的准确时间，表5.6列出了定时器的功能

表5-6 定时器的功能

定时器 T0 T1 T2 T3 T4 T5 定时时间 30s 33s 35s 65s 68s 70s 功能 东西绿灯定时30s，同时起动东西绿灯开始闪烁 东西绿灯闪烁定时3s，同时起动东西黄灯亮 南北红灯定时35s，同时起动南北绿和东西红灯亮 南北绿灯闪烁定时30s，同时起动南北绿灯开始闪烁 南北绿灯闪烁定时3s，同时起动南北黄灯亮 东西红灯定时35s，同时起动东西绿灯和南北红灯亮 5.4.2本设计的控制系统梯形图 由本文的控制要求可知系统的时序控制图如下：

见附录一

由时序控制图可得梯形图如下： 见附录三 5.4.3倒计时部分

交通信号灯的倒计时采用2个LED数码管从2s开始每隔1s减1，减到0后再开始下一周的循环显示。交通信号灯倒计时梯形图如下：

倒计时部分梯形图见附录三

5.4系统调试

1）按见附录二将PLC与对应输入输出的设备连接起来。

2）用附录三的GX软件编制图的梯形图程序，将编制无误的程序分别下载到PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态。

3）调试运行。

按下启动开关，东西方向绿灯亮30ｓ，同时南北方向的红灯亮35ｓ，换行前东西方向的绿灯闪烁3ｓ，然后东西方向的黄灯亮2ｓ；接着南北方向的绿灯亮30ｓ，同时东西方向的红灯亮35ｓ，换行前南北方向的绿灯闪烁3ｓ，最后南北方向黄灯亮2ｓ。之后自动开始第二周期的循环显示。

4）监控运行。

当PLC运行时，可以使用GX软件中的监视功能监控整个程序的运行过程，以方便调试程序。在GX软件上，单击 “在线”—“监视”－“监视开始”，可以全画面监控PLC的运行，这时可以观察到定时器的定时值会随着程序的运行而动态变化，通电闭合的触点和线圈会变蓝。借助于GX软件的监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序提供帮助。

第六章 总 结

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。本系统结构简单、操作方便，可实现自动控制。对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。实验最后成功完成，由于很多客观原因，比如时间上，个人技术上，本设计的应用范围不是很广，想想还可以用摄像头测量十字路口的车流量，改变路口的通行时间，实现智能化。经过这次毕业设计，使我觉得不论从理论知识还是从实际操作中都学到了不少知识。

通过此次设计，我在原来所学的理论基础上得到了进一步地应用。但由于经验上的不足，有些地方还需要做进一步地改善。但不管怎么样这次毕业设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。

致 谢

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。

时至今日，毕业设计终于可以画上一个圆满的句号了，现在回想起做这个设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过也乐其中！本次毕业设计让我从实践中真正了解到了“一份好的毕业设计必须要充分掌握各方面知识并且能将其完美地结合起来”，从完成电路设计、元器件的选择、硬件的组装到拟定整个完整电路图、软件编写和毕业设计论文的组织等，每一个步骤都需要认真思考，仔细斟酌，这让我更深刻地体会到了

充分掌握各方面知识的重要性！

这次毕业设计使我把书本上的理论知识运用到相关的具体内容上，让我自身的设计能力得到了培养和提高。在设计过程中，我通过查阅大量相关资料、自学、同同学交流，向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。虽然经历了不少艰辛，但收获却也同样令人欣慰！在整个设计开发过程中，我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活产生非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。

在此我要特别感谢我们指导老师朱涛先生，他的悉心教导以及孜孜不倦我才有了这部完整的设计，他时常督促我们认真快速的完成设计以便更好的投入到工作中，同时还要感谢和我一起奋斗共同完成这个课题的小组成员们，大家在这半个多月很累很辛苦但也很快乐，于此希望朱老师工作顺利！身体康健！同小组的成员都能顺利答辩成功毕业！

参 考 文 献

[1] 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用[M].重庆:重庆大学出版社，2001 [2] 廖常初.PLC梯形图程序的设计方法与技巧[M].重庆:重庆大学出版社,2001 [3] 郭纯生.可编程控制器编程实践与提高[M].北京:电子工业出版社，2006

[4] 邓则名、邝穗芳.电器与可编程序控制器应用技术[M] .北京:机械工业出版社，1997 [5] 张运波.工厂电气控制技术[M].北京:高等教育出版社，2001

[6] 龚仲华.三菱FX/Q系列PLC的应用[M].北京:人民邮电出版社，2006

[7] 王永华.现代电气控制与PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2003 [8] 刘洪涛.PLC应用开发从基础到实践[M].北京:电子工业出版社，2007 [9] 王永华.现代电器及可编程技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2002 [10] 陈立定.电气控制与可编程控制[M].广州：理工大学出版社，2001 [11] 戴一平.可编程控制器技术[M].北京:机械工业出版社，2002

附录1： 启 动南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯t1t2t3t420S30S2S35S3S30S35S3S2S25S3S30S2S35S3S2St5t6 附录2:

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/litr.html