plc交通信号灯的设计
《交通信号灯的PLC控制》教学设计
一、教学目标 知识目标：
1、进一步学习PLC的编程。
2、掌握交通信号灯的控制原理。能力目标：
培养学生的动手操作能力和自主探究能力。情感目标：
通过“工学一体化”的课堂教学，让学生边学边做，体验学习的充实与快乐。在小组合作学习中，互相交流促进，增强学生合作意识。
二、教学重点与难点
重点：交通灯PLC控制电路的组装与工作过程。难点：交通灯PLC程序设计、调试运行。
三、教法与学法
教法：项目教学法（确定项目、制定计划、实施计划、检查评估、记录归档、知识延伸）
学法：小组学习法（将学生分为六个小组，每个小组设工段长、操作工等不同岗位，让学生分别明确自己的任务和职责。）
四、课时 2课时
五、教学准备
PLC与变频器实训室（集PLC编程电路安装、教室功能于一体，平罗县职业教育中心
并具有多媒体演示功能）；主要设备：S7-200 PLC、计算机、万用表。
六、设计理念
本次项目实施设置了六个环节，如图所示：
七、教学过程
（一）确定项目（约10分钟）采用创设工作情境的方式引入项目：
假设道路上没有交通灯，世界将变成什么样子？实际生活中交通灯是如何控制的？如果用我们所学的PLC知识，应该如何完成？
一组同学展示：
1、彩色图片展示：搜集十字路口交通灯图片。
2、交通灯工作演示：通过多媒体展示交通灯工作示意图，各组同学在操作中认识交通灯工作原理。平罗县职业教育中心
项目任务描述：
1、启动：当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作。
2、停止：当需要信号灯系统停止工作时，按下停止按钮即可。
3、信号灯正常时序：
(1)信号灯系统开始工作时，南北红灯亮，同时东西绿灯亮。(2)南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮并维持20s，20s后，东西绿灯闪亮3s（亮0.5s。熄0.5s），绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮并维持2s，2s后，东西红灯亮，南北绿灯亮。
(3)东西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，到25s时南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北黄灯亮，并维持2s，到2s时，南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄，东西绿灯亮，开始第二个周期的动作。
(4)以后周而复始地循环，直到停止按钮被按下为止。
（二）制定计划（约10分钟）
学生分小组讨论列出元器件清单，制定实施项目的步骤和操作程序，最后由老师审核确定项目计划。
项目实施步骤：电路安装、程序设计、运行调试平罗县职业教育中心
（三）实施计划
1、电路安装（约25分钟）
二组工段长在此环节带领同学作好组装前的准备工作，教师引导学生分析电路连接中应注意的问题。并利用交通灯示意图，列出交通灯闪亮表，通过闪亮表画出交通灯工作时序图。
交通灯闪亮表
东西南北信号绿灯亮绿灯闪黄灯亮时间20S3S2S信号时间红灯亮25S
交通灯工作时序图
红灯亮30S绿灯亮绿灯闪黄灯亮25S3S2S
2、工艺准备
学生认识、清点元器件并检测，保证元器件质量。教师提问如下问题：
（1）启动按钮和停止按钮如何接线？
（2）东西南北信号指示灯有什么位置安装规律？平罗县职业教育中心
（3）PLC电源短路保护如何接线？（4）线路安装应遵循的原则？ 各组回答，教师总结强调。
3、动手安装
学生结合交通灯工作时序图，写出I/O地址分配表和、画出PLC接线图
I/O地址分配表
输入信号名称SB1SB2功能输入继电器I0.0I0.1名称HL1HL2HL3HL4HL5HL6输出信号功能南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯输出继电器Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5启动开关停止开关 PLC接线图
（1）每个学生都根据PLC输入/输出接线图完成电路安装。（2）安装完毕后，不通电工段内互查。平罗县职业教育中心
（3）接通电源，观察PLC工作情况。
（四）程序设计（约15分钟）
此环节要完成控制电路的程序设计，由三组同学负责。
1、探讨原理
利用学生在这种情况下对电路的急切探究心理，三组学生在教师的帮助下设计以下问题：
（1）如何实现电路连续运行？（2）使用定时器如何设定相应时间？ 在理解了电路的整体工作情况后，又提出：（3）程序一共需要几个定时器？（4）如何使用定时器实现循环？（5）绿灯闪烁控制可以用几种方法实现？ 突破难点：教师提示，学生实验探究
提示一：什么条件下，第一个定时器重新开始计时，以实现循环控制？
提示二：每个信号灯什么时间启动，什么时间停止工作，用定时器如何去控制的？
2、运用提高
教师通过几个修改后的程序用几个实际问题引发学生深入思考，学以致用。
（1）如果在启动控制中，不加自锁电路会如何？（2）若定时器采用断电延时，程序会如何运行？平罗县职业教育中心
（3）若将SM0.5改成SM0.4，绿灯又将如何变化？ 学生讨论、交流，各抒己见，教师演示改装程序结果。
平罗县职业教育中心
（五）运行调试（约15分钟）
本环节完成电路运行调试、电路故障的分析、排除任务。教师指导，小组讨论，以优带差，第四组总结分析
1、教师引导
教师提出排除故障的两种思路：
（1）原理分析法：据工作原理分析故障结果。
（2）逐步排除法：利用万用表先检查电路硬件接线、再通过仿真软件及程序监控分别检查启保停程序、时间控制电路、负载输出电路三部分，找出接线故障和程序错误。
2、小组讨论，排除故障
3、第四组总结各种故障产生原因平罗县职业教育中心
（1）交通灯不能循环工作原因：（a）没有自锁电路（b）定时器类型选择不对（c）没有常闭触点
（2）绿灯不能闪亮：没有加秒脉冲（3）信号灯指示错误：
（a）地址分配和实际接线没有对应（b）定时器时序控制错误（c）指示灯位置安装错误
4、填写表格：
八、检查评估（约10分钟）
主要以自我评价与小组评价和教师评价相结合的方式对项目成果和工作行为进行评估。第五组负责班里学生项目整体制作、完成情况的评价，评选出3-5件较优秀的作品。体会比较深刻的同学总结反思得与失，与其他人交流。过程评价表格见附表。
九、记录归档（约2分钟）将项目计划及实施评估记录存档。
十、知识延伸（约3分钟）平罗县职业教育中心
由第六组同学给学生们展示带有东西、南北紧急控制的交通灯电路图，以开阔同学们的眼界。
同时让学生感悟人生红绿灯，做一名遵章守纪的中职生。
十一、教学反思
目前我国城市交通道路拥挤的问题日益突出, 主要是随着城市的发展, 车辆数量极具增加而导致。就我国大多数城市而言, 已经建立了多种交通信号控制系统, 其中定时控制所占的比例较大, 定时控制方式控制系统效率低, 不仅容易造成交通拥挤, 也浪费人力、物力。由此我们提出是否能有一种智能控制系统可以有效模仿有经验的交警指挥交通时的思路, 根据十字路口的车流量以及时间、气候、道路变化情况适时改变控制方式, 自动调节红绿灯的时间长度, 缓解交通拥挤, 减少车辆滞留, 实现道路交通的最优控制, 从而提高交通控制系统的效率。而模糊控制可以实现这种智能控制, 从而达到很好的控制效果。其中PLC模糊控制是控制系统的核心。
2 十字路口交通灯智能控制系统
2.1 控制系统组成
系统主要由车辆探测器、PLC、交通灯等3部分组成, 如图1所示。该系统具有构成简单, 编程容易, 系统设计和开发周期短, 可靠性高, 性价比好且安装维护方便等优点。特别适合于交通繁忙、无立交桥的十字路口。
图1中车辆探测器用于探测车辆通过信号, 信号输入PLC内高速计数器, PLC内高速计数器计数频率可达10 k Hz, 可满足探测车辆要求。由于PLC内只有6个高速计数器可同时工作, 数量有限, 因为车辆出口速度一般较慢, 所以PLC内部计数器也可用来对车辆探测器测得的车辆通过信号进行计数。车辆探测器的安装距离可依据系统最大计数车辆确定, 一般可取200~250 m。
2.2 模糊控制的数据采集
图2是十字路口交通流分布图。对于东、南、西、北4个方向, 每个方向均有右行、直行和左行3个车道车流。在直行和左行的入口道上设置两个信号检测器构成一个检测区, 一个设在停车线处, 用于检测该道的车辆离开数;一个设在远端, 用于检测车辆到达数。检测器对路口各个车道流量进行实时检测而获取车流量信息, 为模糊控制提供必要的数据。
2.3 模糊控制原则和达到效果
控制系统采用“模糊分档、专家控制”的绿灯时间长度控制原则。核心是PLC模糊控制, 通过路口采集的流通车辆数据自动运算并输出绿灯时间长度。根据路口的交通现状通过模糊控制系统需达到以下的控制效果: (1) 车辆滞留量最少; (2) 绿灯时间与车流规模相适应; (3) 系统动态调节反应快。
2.4 模糊控制方式
采用双层控制方法:第一层通过观测数据来估计目前在绿灯和红灯方向上的交通强度;第二层通过交通强度来确定是否延长或终止现行的信号相位。具体思路: (1) 由东西直行道现有的绿灯时间内离开的车辆数和南北左行道红灯时间内的交通强度来确定东西直行的绿灯是否延时; (2) 而现有的南北左行道的绿灯时间内离开的车辆数和南北直行道红灯时间内的交通强度来确定南北左行的绿灯是否延时; (3) 现有南北直行道的绿灯时间内离开的车辆数和东西左行道红灯时间内的交通强度来确定南北直行的绿灯延时; (4) 现有东西左行道绿灯时间内离开的车辆数和东西直行道红灯时间内的交通强度来确定东西左行的绿灯延时。
3 P LC程序设计
3.1 交通灯控制时序图
图3是南北方向时序图, 东西方向时序图与南北方向类似。
3.2程序控制流程图
程序流程控制图如图4所示。整个流程按照智能控制的模式简历模块, 并可以实现主次干道来选择控制。
4 结语
运用PLC模糊控制实现的十字路口交通灯智能控制系统在保证系统稳定可靠运行时, 能根据不同的交通流量优化信号灯的配时, 缓解交通拥挤, 提高交通控制效率, 从而有效地解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。
摘要：交通信号控制不仅是一实时的控制系统, 而且是一个具有随机性、非线性、不确定性的复杂系统。运用PLC模糊控制原理设计的十字路口交通灯智能控制系统, 解决了交通流量不均衡、不稳定带来的问题, 根据交通状况实时调整交通信号灯以达到对交通实时控制的能力, 缓解局部交通高峰。
关键词：交通信号控制,PLC,模糊控制,智能控制,交通流量
参考文献
[1]洪清辉.基于PLC的智能红绿灯专家控制系统.漳州师范学院学报 (自然科学版) , 2007 (3)
关键词：PLC程序控制 梯形图 指令表 编程技巧
一、基础知识
本文的程序编写是基于亚龙科技集团有限公司生产的可编程控制器实训成套设备，其主机选用三菱公司FX2N-48MR型PLC。
计算机与PLC主机的通讯是通过RS232通信线连接
二、控制要求
交通灯信号灯的控制要求：
1、系统工作受开关控制，起动开关ON时则系统开始工作；停止开关ON时则系统停止工作。
2、控制对象有六个：
东西方向红灯两个，南北方向红灯两个； 东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个； 东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个。
图1所示是十字路口交通信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如表1所示。
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电工电子中心 1
二、控制思路设计步骤
1、观察十字路口交通灯的工作时序
2、设计I／O口。（输入／输出端口接线如图2所示，只接PLC输入端）
3、用专用软件编程（用指令，或画梯形图）。
4、调试运行。
5、写出实验报告
实验报告中要包括的内容：（要交打印版）
①、封面（实验的题目，班号，学号，姓名，实验日期）
②、在工业控制方面，可以使用传统的继电器控制方式，单片机控制方式和PLC控制方式，对它们进行比较。（简述）③、画出“十字路口交通信号灯”示意图（图1）；
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电工电子中心 2 ④、画出交通灯控制要求表（上面的表格）
⑤、画出“十字路口交通灯”的工作时序图（自己分析后画出来）⑥、设计I／O口。（输入／输出端口接线如图2所示，实际接线时只接PLC输入端）
⑦、写出程序（画梯形图，或用指令）。⑧、小结（实验的体会和收获）
三、硬件及外围元器件
根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：起动按钮SB1，停止按钮SB2，红黄绿色信号灯各六只（共12只），输入／输出端口接线如图2所示。
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电工电子中心 由图可见：起动按钮SBl接于输入继电器XO端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输入继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端，南北方向绿灯接于输出继电器Y3端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y4，南北方向红接于输出继电器Y5。
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随着我国汽车保有量的迅速提高，汽车清洗行业迎来了一个重要的发展机遇，自助洗车机作为洗车工作必不可少的设备，其清洗效果，清洗速度，清洗成本以及对节水和环境保护的要求，成为其开发和生产必须要考虑的内容。
本文主要通过对自助洗车机功能要求和运行分析，确定了自助洗车机的总体设计方案。并主要进行了自助洗车机的驱动和控制系统的设计，针对自助洗车机的特点，采用自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程，应用了可编程控制技术对自助洗车机PLC控制系统进行了硬件设计和软件编程。PLC采用梯形图编程语言，并应用了组态王软件，对其运行过程实行监控，最终达到了实现自助洗车机的传动和控制要求。
关键词：可编程控制器；自助洗车机； 控制
目 录 绪论...........................................................1 2 系统的硬件配置................................错误！未定义书签。2.1 PLC简介...................................................1 2.2 PLC的分类.................................................2 2.3 编程元件地址分配...........................................2 3 系统软件设计...................................................4 4 调试过程......................................................13 5 组态示例......................................................14 6 课设总结......................................................15 参考文献........................................................15
第 1 页 绪论
当今的社会汽车行业发展迅猛，汽车维修保养行业竞争更是愈演愈烈，洗车机由此得以广泛应用。自助洗车机分为龙门往复式和隧道式两种机型，通过对毛刷，水泵，机体行走机构和风机等部件的驱动控制，全自动完成对车辆的刷洗和风干。龙门往复式洗一辆车仅耗时1.5min~4min，隧道式满负荷运行时每辆车仅耗时1.5min左右，避免了手工洗车用水的随意性。洗车机配备专用的水处理设备后，可对洗车污水进行回收净化循环利用，可以节约水资源，是一个很有发展前景的符合现代化建设需要的机电一体化产品。PLC可靠性高，编程简单且易维护，用作自助洗车机控制系统的核心，更能体现它的这些完美品质。以下是自助洗车机的优点：
（1）使用自助洗车机效率高，能大大减少劳动力、降低劳动强度，节省成本。（2）一般使用新科技研发的自助洗车机清洗与人员手洗比起来更容易吸引客户，在提高整体形象的同时，又能大幅度提高的经济收入。
（3）自助洗车机完全可以采用循环水设备，水用量在原有上可减少1/3，更可有效的合理利用水资源，节能环保。
本次的总体设计选用西门子PLC控制，组态王来实现界面显示，使监控更为方便，达到对洗车机洗车过程中自助投币，喷水，洗刷，喷洒清洗剂和风干等过程的全面监控。
2.1 PLC简介
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造； 体积小，重量轻，能耗低等特点。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。
第 1 页 2.2 PLC的分类
世界上PLC产品可按地域分成三大流派：一个流派是美国产品，一个流派是欧洲产品，一个流派是日本产品。美国和欧洲的PLC技术是在相互隔离情况下独立研究开发的，因此美国和欧洲的PLC产品有明显的差异性。而日本的PLC技术是由美国引进的，对美国的PLC产品有一定的继承性，但日本的主推产品定位在小型PLC上。美国和欧洲以大中型PLC而闻名，而日本则以小型PLC著称。
本次课设综合实验台及其性能指标，最后决定采用西门子PLC S7-200系列。以下为西门子PLC系列产品简介：
西门子PLC主要产品是S5、S7系列。在S5系列中，S5-90U、S-95U属于微型整体式PLC；S5-100U是小型模块式PLC，最多可配置到256个I/O点；S5-115U是中型PLC，最多可配置到1024个I/O点；S5-115UH是中型机，它是由两台SS－115U组成的双机冗余系统； S5-155U为大型机，最多可配置到4096个I/O点，模拟量可达300多路；SS－155H是大型机，它是由两台S5-155U组成的双机冗余系统。而S7系列是西门子公司在S5系列PLC基础上近年推出的新产品，其性能价格比高，其中S7-200系列属于微型PLC、S7-300系列属于中小型PLC、S7-400系列属于中高性能的大型PLC。
2.3 编程元件地址分配
根据要求，本次课程设计投币100元自助洗车机。有3个投币孔，分别为5元、10元及50元3种，当投币合计100元时，按启动开关洗车机开始动作，启动灯亮起。洗车机动作流程：
1）按下启动开关之后，洗车机开始往右移，喷水设备开始喷水，刷子开始洗刷。2）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，喷水机及刷子继续动作。3）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，喷水机及刷子停止动作，清洁剂设备开始动作——喷洒清洁剂。
4）洗车机右移到达右极限开关后，开始往左移，继续喷洒清洁剂。
5）洗车机左移到达左极限开关后，开始往右移，清洁剂停止喷洒，当洗车机往朽移3s后停止，刷子开始洗刷。
第 2 页 6）刷子洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，右移3s后，洗车机停止，刷子又开始洗刷5s后停止，洗车机继续往右移，到达右极限开关停止，然后往左移。
7）洗车机往左移3s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移3 s后停止，刷子开始洗刷5s后停止，洗车机继续往左移，直到碰到左极限开关后停止，然后往右移。
8）洗车机开始往右移，并喷洒清水与洗刷动作，将车洗干净，当碰到右极限开关时，洗车机停止前进并往左移，喷洒清水及刷子洗刷继续动作，直到碰到左极限开关后停止，并开始往右移。
9）洗车机往右移，风扇设备动作将车吹干，碰到右极限开关时，洗车机停止并往左移，风扇继续吹干动作，直到碰到左极限开关，则洗车整个流程完成，启动灯熄灭。
表1 I/O分配表
输入信号 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6
信号元件及作用 左极限开关 投币5元按钮 投币10元按钮 投币50元按钮 启动开关 投钱复位按钮 右极限开关 复位按钮 右移 左移 喷水 刷子洗刷 喷洒清洁剂 风扇吹干 复位灯 系统软件设计
第一部分：投币程序（网络1~网络6）
第 3 页
第 4 页
将MW10中的总钱数与100元比较，大于100元，按启动开关，启动灯亮
第二部分：洗车程序（网络7~网络40）
第 5 页
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第 8 页
第 9 页
第 10 页
第 11 页
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复位程序（网络41~网络43）
第 13 页 调试过程
为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。
（一）硬件调试
系统的硬件安装过程及针对各单元模块的硬件电路调试，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应指标。硬件调试主要包括按键电路的调试、驱动电路的调试、电源部分的调试几部分。为保证整个系统能够正常工作，首先要保证电源系统正常工作。
其次是驱动电路的调试，这一部分调试主要是I/O口的检查。调试的关键在于确定数码管电路连接是否正确。再次是按键电路的调试，这一部分主要是按钮是否对应好，接线是否正常，特别是相关复位按钮。最后是洗车部分的调试，这一部分占了设备的绝大部分。
（二）软件调试
本部分主要介绍了自助洗车机控制系统的软件调试过程，检验其是否符合设计初衷，能否达到相应的指标。首先是投币子程序的调试，这一部分的调试的关键是投币时程序是否能得到信号，在满足条件的情况下能否得到响应等。最后是主程序的调试，通过假定输入一定的初值看看程序运行是否正常。
（三）整机调试
整个系统调试顺序按照先硬件后软件，先局部后全部的顺序调试，当软件与硬件都调试无误之后，就可以整机调试，整机调试也就是整个系统设计的功能测试。组态示例
下
（一），（二）两图，为自助洗车机启动工作后向左至左极限的两次洗车过程的组态示例图，如下所示（向右至右极限同理）：
第 14 页
。。组态画面示例图
（一）组态示例图
（二）第 15 页 6 课设总结
通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，还学习到了大量以前没有学到过的知识。在查阅资料的过程中，我懂得了要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中使我查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。在平时，我所学习的知识是有限的，在以后的工作中肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我受益非浅。
在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。
参考文献
[1] 赵相宾.可编程控制器技术与应用系统设计.机械工业出版社，2002 [2] 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005 [3] 胡学林.可编程控制器原理及应用.电子工业出版社，2007 [4] 苗常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2003 [5] 易传禄.可编程控制器应用指南.上海科普出版社，2002 [6] 王兆义.可编程控制器教程.上海交通大学出版社，2006
关键词:冲压机械;设计应用;PLC
冲压机械设计是通过压力进行设计的类型，新的科学技术的应用，对冲压机械设计的科学性以及多样化的发展有着促进作用。通过对冲压机械设计中PLC的应用研究分析，可对冲压机械设计的发展提供理论支持。
随着我国机动车辆发展迅速, 道路拥挤、阻塞现象及交通事故常有发生。仅仅依靠道路建设已不能满足需求, 交叉口是一个城市路网疏导交通的关键点, 交叉口交通灯的控制是交通控制系统中最基本的单元。如何利用当今计算机与自动控制技术, 设计有效可靠的交通灯控制系统, 提高城镇交通路口的通行能力, 减少交通事故是非常有意义。
2、系统介绍
一个十字路口具有东西南北四个方向, 路口东、西、南、北方向各有红、黄、绿三盏交通灯。在交叉口的四个方向, 实现如控制功能下:按下启动按钮, 交通灯开始工作;按停止按钮, 交通灯停止工作。系统启动后, 南北红灯亮30秒的同时东西绿灯亮25秒, 然后闪烁3秒, 之后东西黄灯亮2秒;30秒后东西红灯亮30秒, 同时南北绿灯亮25秒后闪烁3秒, 最后黄灯亮2秒。上述过程循环进行。
3、PLC控制系统设计
3.1 PLC的I/O分配
针对交通灯控制系统要求, 选择三菱FX1s-20MR型号的PLC, 该PLC具有12个输入, 8个输出。可以满足本控制系统2个输入, 6个输出的要求, 本系统的I/O点数分配和各点代表的意义如表1所示。
3.2 下位机软件设计
交通灯控制系统是常见时序控制系统, 交通灯的变换是按交叉口相位顺序执行的, 对这类系统通常采用定时器指令编程法, 比较指令编程法以及顺控指令编程法[1]。本文采用编程软件GXDevelop er进行开发, 采用比较指令CMP、区间比较指令ZCP及定时器进行编程, 灯的闪烁采用特殊功能辅助继电器M8013实现[2], 图1为系统下位机软件一部分, 表示东西绿灯常亮和闪烁, 具体如图1所示。
4、MCGS监控系统设计
MCGS组态软件是用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统, 主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制[3,4]。
4.1 动画组态图制作
在工程画面中, 利用工具箱和对象元件管理库建立控制系统的监控界面。监控界面由十字路口、斑马线、四个方向指示交通灯、四辆车, 起动和停止按钮组成, 监控界面如图2所示。
4.2 变量设计
本监控系统包括12个变量, 分别是:
然后进行数据变量设值。进入实时数据库窗口, 增加12个变量, 打开“数据对象属性设置”对话框, 分别把其中8个变量名称设为X0, X1, Y0, Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, 变量类型为开关型。把剩下的四个变量名称改为垂直上移, 垂直下移, 水平右移, 水平左移, 对象类型都设置为数值型。然后将控制系统中的红、绿、黄交通灯和小车的用户窗口构件参数依次对应设置。
4.3 车的动画脚本程序
监控画面东西车与南北车的运动要与东西与南北的绿灯时间一致, 需编制脚本程序, 程序总的数值反应出来的是其移动的距离。脚本程序如下:
4.4 联机调试
将PLC与MCGS软件通讯, 设置通讯参数通讯波特率、数据位位数、停止位位数、奇偶校验位分别为9600、7、1和偶校验。通讯成功后可在监控画面中观察交叉口红、绿、黄灯的变化情况。图3为系统联机中的运行情况, 此时东西绿灯亮, 东西车辆运行到交到交叉口处;南北红灯亮, 南北车辆停止。
5、结语
本文利用PLC抗干扰能力强、编程简单等优点, 选取三菱FX1S-20MR可编程控制器, 进行了上位机硬件和软件设计。同时在MCGS组态软件环境下, 构建了交通灯监控画面。将硬件与MCGS组态软件联机调试, 实验结果证明, 系统运行正常, 符合控制要求, 监控动画效果良好。
参考文献
[1]徐明铭.城市十字路口交通灯控制系统的PLC程序设计[J].福建电脑, 2007, 10:146, 39.
[2]郁汉琪, 郭健.可编程控制器原理及应用[M].中国电力出版社:2010, 3.
[3]李红萍.MCGS工控组态技术应用[M].北京邮电大学出版社, 2011, 2.
一、硬件系统的设计
1. PLC控制系统的输入电路设计
PLC供电电源一般为AC85—240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件。隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
（1） PLC输入电路电源。一般应采用DC 24V,其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，否则将影响PLC的运行。一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装防止短路的措施。
（2）输入的灵敏度。ＰＬＣ的端电压和电流均有规定，当输入回路串有二极管或电阻不能完全启动，或者有并联电阻或有漏电电流时不能完全切断。另外，当输入器件的输入电流大于ＰＬＣ的最大输入电流时，也会引起误码动作，应采用弱电流输入器件，选用输入为共漏型的ＰＬＣ。
2. PLC控制系统的输出电路设计
（1）輸出方式的设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出。如果PLC 系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。当PLC扫描频率为10次／min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器（SSR），再驱动负载。
对于常见的AC220V交流开关类负载，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
（2）ＰＬＣ外部驱动电路的设计。在PLC输出不能直接带动负载的情况下，必须在外部采用驱动电路：可以用三极管驱动，也可以用固态继电器或晶闸管电路驱动。同时应采用保护电路和浪涌吸收电路，且每路有显示二极管（LED）指示。
（3）“COM“点的选择设计。PLC产品“COM”点的数量是不一样的，有的一个“COM”点带8个输出点，有的带4个输出点，也有带2个或1个输出点的。当负载的种类多，且电流大时，采用一个“COM”点带1～2个输出点的PLC产品；当负载数量多而种类少时，采用一个“COM”点带4～8个输出点的PLC产品。这样会对电路设计带来很多方便，每个“COM”点处加一熔丝，1～2个输出时加2A的熔丝，4～8点输出的加5～10A的熔丝，因PLC内部一般没有熔丝。
3. PLC控制系统抗干扰与外部互锁设计
PLC输出带感性负载，断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，所以对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路。当两个物理量的输出在PLC内部已进行软件互锁后，在PLC的外部也应进行互锁，以加强系统的可靠性。
二、PLC 控制系统的软件设计
1. 将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序
（1）基本程序。既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序。依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种：顺序结构、条件分支结构和循环结构。
（2）模块化程序，即把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改，特别是用于复杂控制要求的生产过程。
2. 程序设计应注意的问题
在程序设计时，除了I/O地址列表外，有时还要把在程序中用到的中间继电器（M）、定时器（T）、计数器（C）和存储单元（V）以及它们的作用或功能列写出来，以便编写程序和阅读程序。
3. 编程语言的选择
（1） 有些PLC使用梯形图编程不是很方便（例如书写不便），则可用语句表编程，但梯形图总比语句表直观。
（2） 经验丰富的人员可用语句表直接编程，就像使用编汇语言一样。
（3） 如果是清晰的单顺序、选择顺序或并发顺序的控制任务，则最好是用功能图来设计程序。
一、控制要求：
1．系统应具备：有司机、无司机、消防三种工作模式。2．系统应具备下列几项控制功能: 1）自动响应层楼召唤信号(含上召唤和下召唤)。2）自动响应轿厢服务指令信号。
3）自动完成轿厢层楼位置显示(二进制方式)。4）自动显示电梯运行方向。
5）具有电梯直达功能和反向最远停站功能。3．系统提供的输入控制信号: AYS 向上行驶按钮 AYX 向下行驶按钮
YSJ 有/无司机选择开关 1YC 一楼行程开关 2YC 二楼行程开关 3YC 三楼行程开关 A1J 一楼指令按钮 A2J 二楼指令按钮 A3J 三楼指令按钮
AJ 指令专用开关(直驶)ZXF 置消防开关 A1S 一楼上召唤按钮 A2S 二楼上召唤按钮 A2X 二楼下召唤按钮 A3S 三楼上召唤按钮 A3X 三楼下召唤按钮
4．系统需要输出的开关控制信号： KM 开门显示 GM 关门显示 MGB 门关闭显示 DCS 上行显示 DCX 下行显示
S 上行继电器(控制电动机正转)X 下行继电器(控制电动机反转)YX 运行显示
A LED 七段显示器 a 段发光二极管 B LED 七段显示器 b 段发光二极管 C LED 七段显示器 c 段发光二极管 D LED 七段显示器 d 段发光二极管 E LED 七段显示器 e 段发光二极管 F LED 七段显示器 f 段发光二极管 G LED 七段显示器 g 段发光二极管 1DJA 一楼指令信号登记显示 2DJA 二楼指令信号登记显示 3DJA 三楼指令信号登记显示 1DAS 一楼上召唤信号登记显示 2DAS 二楼上召唤信号登记显示 2DAX 二楼下召唤信号登记显示 3DAS 三楼上召唤信号登记显示 3DAX 三楼下召唤信号登记显示
二、课题要求：
1．按题意要求，画出 PLC 端子接线图及控制梯形图。
2．完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3.完成课程设计说明书
三、答辩问题：
1．阐明程序设计思想及工作流程。
2．当层楼数增加，开关量输入和输出的点数将作如何变化 ? 3．若需要电梯只服务于奇数楼层，梯形图将作如何变换 ? 4．若需要电梯只服务于偶数层楼，梯形图将作如何变换 ? 5．若正常运行方式作为方式 A，上述 3、4 题运行方式作为 方式 B、方 式 C、方式 D , 如何采用两个输入开关来任选其中一个作为当前运行方式? 6．电梯控制中清除召唤登记的条件是什么 ? 7．电梯控制中清除指令登记的条件是什么 ?
线路部分
主回路图
PLC接线图
三菱的FX2n-48MR程序
确定I/O接口点数
确定I/O接口点数
1、输入接口：
（1）安全回路
2、输出接口
（1）上行接触器
（2）门锁
（3）检修开关
（4）上平层感应器
（5）下平层感应器
（6）向上按钮
（7）向下按钮
（8）关门按钮
（9）开门按钮
10）上强迫减速限位
11）下强迫减速限位
（12）消号按钮
（13）锁梯钥匙
14）一楼楼层感应器
15）二楼楼层感应器
16）三楼楼层感应器
（17）一楼指令按钮
（2）下行接触器
（3）快车接触器
（4）慢车接触器
（5）一级加速接触器
（6）一级减速接触器
（7）二级减速接触器
（8）三级减速接触器
以上为一组：选用交流220V电压的接触器
（9）开门继电器
（10）关门继电器
（11）JK继电器
（12）蜂鸣器
（13）向上方向显示
（14）向下方向显示
（15）一楼楼层显示
（16）二楼楼层显示
（（（（（（18）二楼指令按钮
（19）三楼指令按钮
（20）一楼向上召唤按钮
（21）二楼向上召唤按钮
（22）二楼向下召唤按钮
（23）三楼向下召唤按钮
（17）三楼楼层显示
（18）一楼指令显示
（19）二楼指令显示
（20）三楼指令显示
（21）一楼上召唤显示
（22）二楼上召唤显示
（23）二楼下召唤显示
（24）三楼下召唤显示
以上合并为一组，选用交流24V电压电源
电气工程及自动化
基于PLC的船舶主机遥控装置设计
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义：
自从60年代初船舶远程遥控技术开始得到采用，目前几乎世界上造船技术领先的国家生产的船舶都配备了船舶主机远程控制装置，使之成为今天的船舶自动化的核心部分。船舶主机遥控装置从最初的气动工作结构发展到了现在的以计算机为核心的控制系统大致经历了4个阶段。可编程序控制器（PLC），是近几年快速发展的新型控制设备，因为它具有的较强的逻辑运算能力，简单的硬件结构，方便安装维修，较强的抗干扰能力，能够方便的编程，使用可靠，目前已经广泛在各种工业制造领域得到应用。PLC技术对实现工业自动化生产起着极为重大的推动作用，在国外有着工业自动化的三大支柱之称。船舶电气的发展今后将会以PLC为方向，现在已经有将PLC技术成功应用在船舶电气控制上的实例，比如期货机的变速控制装置、锅炉的时序控制装置等。在主机遥控系统中需要各种逻辑判断运算和控制，为PLC的应用提供了条件。
现在，大型船的动力推进系统大致分为两类，一类是柴油机作为动力，另一类是电力作为动力。在柴油机为动力的船舶中，连接螺旋桨直接作为推进动力的柴油机即为船舶主机。操纵主机的可以从三个地方进行操作，分别是机旁控制、集控室控制和驾驶台控制。除非是在机旁控制主机，在集控室或者是驾驶室控制主机，都为远程控制。想要达到对主机的远程控制就必须在所操纵的地点到主机之间安装一系列的连动装置。这套远程控制装置就是船舶主机的遥控系统。主机遥控系统把控制地点从机旁移动到了远离主机的地方，使轮机人员免受机旁噪音高温等恶劣环境的影响，改善了工作环境。同时也改善了船舶的操纵性能，给船舶的安全运行提供了保障。它让主机的工作更加的可靠更加经济，是轮机自动化不可或缺的一部分，是达成机舱无人化的至关重要的先进技术。
PLC的出现和发展之迅速,已经在越来越多的领域得到应用和收益,PLC具有体积小,集成度高等特点.在计算机高度发达的今日,和以往纯机械外加继电器的运作方式之间起到承上启下的过渡作用,能够很好的将新老技术结合.PLC很好的将硬件软件结合。简单易懂的梯形图编程方式,让熟悉以往纯继电器工作的老一辈工作人员也能很快上手。
因此在船舶中运用PLC，技术方面风险较小，能短期内得到研发。具有较高的可靠性，还有优良的抗干扰性能，方便维护。此外，易于编程，根据不同类型的船舶不同型号的船舶柴油发动机，只需对程序稍做修改就能使用了。它很好的取代了由继电器组成的气动主机遥控系统，也能用于江河近海采用的中速柴油机推进的船舶，还能改造老船舶使之更加自动化。PLC的数据通讯功能与上级计算机构建信息交换系统，使船舶构成综合网络自动管理系统。基于PLC的主机遥控系统，价值可观，市场前景宽广，运用并充分发挥PLC的优良性能，应用于船舶自动化领域，意义重大。综上所述，基于PLC的主机遥控系统有一定的应用价值和发展前景。充分发挥PLC的优越性，使系统更广泛地适用于各种类型的船舶，具有重要的意义。
本文分析船舶主机遥控的基本设计要求以及PLC的介绍和选用。接着对船舶主机遥控装置功能设计，最后对系统的硬件部分设计主要有：系统PLC硬件地址的分配、外围模块的选型；系统软件设计主要有：正车的起动、安全保护与故障报替及处理、主机及尾轴转速的测量与计算、换向及转速控制程序。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
（1）查找相关资料，熟悉现有的基于PLC的船舶遥控装置设计与研究的发展方向。
（2）熟悉基于PLC的船舶遥控装置设计的情况，提出控制方案。
（3）进行PLC的船舶遥控装置设计的设计。
（4）设计分析并得出结论
三、研究步骤、方法及措施：
步骤及方法：
(1)了解基于PLC的船舶遥控装置设计与研究的技术
(2)分析基于PLC的船舶遥控装置设计的技术
(3)基于PLC的船舶遥控装置设计
(4)总结设计结果
措施：图书馆查找相关的书籍、期刊、杂志等，通过上网寻找相关的一些资料，查看当代对该技术的研究成果和最新的动态。然后通过对这些资料的学习和研究进一步的熟悉和理解设计所需的相关知识。在设计过程中及时与指导老师探讨，对不了解的问题及时向老师请教。
四、参考文献：
[1]王启宇等.一种基于PLC的主机遥控系统[J].上海海运学院学报，2000，（9）：30～45.[2]李景学等.可编程序控制器应用系统设计方法[M].北京：电子工业出版社，2000.[3]王志刚等.PLC组网技术及其在集散控制系统中的应用研究[M].北京：中国电力出版社，2001.[4]刘曙光.现场总线技术的进展与展望.自动化与仪表，2000，(3)：15～20.[5]斯可克.现场总线的现状与发展.自动化博览，2000，(4)：23～25.[6]张文庆.用PLC的软件实现PID闭环控制[J].自动化应用与技术，2003，（2）：9～15.[7]郑展，巩建平，张学编著.现代可编程序控制器原理与应用[M].北京：科学出版社，2002.[8]陈勇，张华平，赵显红等.计算机与PLC集成控制系统的应用[M].上海：上海科学技术
[关键词] 交流调速PLC变频器
随着工业控制要求的不断发展，对电机速度控制的要求也越来越高，一般都需进行闭环控制。交流电机调速的方法很多，调压、串级、滑差、变频等方式都不同程度地应用于各种各样的工控领域。随着变频技术的发展，变频器越来越多地被应用于调速场合。本文介绍的这种使用变频器实现交流闭环调速的方法，具有系统软起动、可带负载起动、配置灵活、控制精度高、可靠、经济效益明显等优点， 正运行于许多工控领域中。
一、系统组成及原理
变频调速系统框图如图1所示。系统采用了PLC和变频器调节交流异步电机转速的方法。
本文采用全数字式的系统组成，整个系统由PLC(带高速计数模块)、三垦vm05变频器(具有RS一485通信功能)、交流电机及旋转编码器组成。其工作原理为：给定的速度与经由PLC高速计数模块反馈回来的实际速度相减产生速度误差，经PLC运算可得控制量，再由RS一485接口输出到变频器以驱动交流电机，从而达到调节电机转速的目的。由于PLC与变频器之间没有采用D／A进行转换，而是采用RS一485进行数字通信，有效地提高了系统的抗干扰能力。
由于本系统中选用的PLC为可编程控制器S7—20O(CPU226型)，不能进行浮点运算，因此通过PLC与上位机的通讯接口，将运算数值送入上位机中，由上位机完成神经网络的计算，计算结果再送到PLC中用于控制。
二、PLC和PC机、变频器实时通信的实现方法
S7—200系列PLC通信方式有三种:一种是点对点(PPI)方式，用于与西门子公司的PLC编程器或其他该公司人机接口产品的通信，其通信协议是不公开的;第二种为DP方式，这种方式使得PLC可通过Profibus的DP通信接口接入Profibus现场总线网络，从而扩大PLC的使用范围;第三种方式是自由口通信方式，由用户定义通信协议，实现PLC与外设的通信。本系统中采用自由口通信方式CPU226提供2个串口，其中一个端口(Port1)作为DP口，另一个端口(PortO)为自由口，自由口为标准RS一485口，PC／PPI电缆带有RS232／RS一485电平转换器，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和PC机互联。如图2所示，在上述通信方式下，由于只有用了二根线进行数据传送，无法实现硬件握手信号，因此PLC和PC的通信必须协调进行。在本系统中考虑到PLC长期连续工作在采集信号、控制状态下，而PC机仅作为监控，因此PC机定时发出命令，该命令也作为握手信号。PLC一旦收到命令，在对命令进行确认无误后，返回该命令作为应答，然后根据命令组织数据并存入指定的数据缓冲区，上传给PC机，或准备接受PC机下转的参数，存入指定存储区。为了验证数据的正确性，将所有发送的数据累加，并将结果与发送过来的累加和进行比较，若相等则发送成功;反之则放弃这批数据，并发出错误信息给对方，要求对方重发，以确保修改后的参数实时传给下位机。
变频器与PLC通信。随着生产工艺对设备自动化的要求越来越高，通信功能已经成为现代变频器一种“标准配置”。采用通信的好处主要有以下几点:简化了硬件;提高了信号的传输精度;维护工作量小;能与高层网络方便地交换信息,从而实现工厂的高度自动化。
整个系统中PLC和变频器、上位机均通过RS一485进行串行通讯。要实现PLC对变频器的通信控制，必须对PLC进行编程；通过程序实现PLC对变频器的各种运行控制和数据的采集。S7—200PLC有数种通信模式，其中一种叫Freeport模式(自由通讯口模式)，在该通信模式下，通信口完全由用户程序控制，通信协议也由用户设定。在Freeport模式下，PLC与变频器之间是主从关系，PLC始终处于主导地位，借助XMT与RCV命令分别来发送和接收数据。
三、设计中应该注意的问题
在变频调速系统的设计中应该注意以下几点：
1.变频器在启动时，给定电压应以一定的斜率由0逐步达到设定值，以实现软起动的功能，减小起动电流对电网的冲击，节约电能;但在启动阶段不能进行PID调节，以防出现震荡。
2.用PLC组成闭环自控系统，在实现自动调节的过程中，为防止PLC的扫描周期的影响，PLC运算应采用定时中断的方式， 定时中断的时间周期，可根据系统的调速指标和控制精度来设定，同时还需要考虑系统在加给定到系统运行输出的时间延迟。
3.变频器、PLC、接触器等可安装在一台控制柜内，可就地或远程控操作，方式简单灵活。若生产需要，本系统也可方便接入DCS或上位机，建立人机界面的监控系统等。
4.系统延伸范围广，在多台电机同步 多台电机跟踪等应用中， 只需将本系统方法稍加扩展即可实现。
5.电机在变频或工频供电方式下切换时，须保证各接触器闭合和断开顺序以及足够的延时，以防止电机绕组产生的感应电动势加载到变频器的输出逆变桥上，造成损坏。
6.在大负载情况下，为了减小变频器高次谐波的影响，可在变频器的一、二次侧加电抗器。
四、结束语
本文介绍了一种用PLC实现电动机变频调速的理论基础和实现方法。该变频闭环调速系统，结构简单，配置灵活，具有良好的软启动性能及带负载能力，其动态性和稳态性均能满足高性能要求的生产场合。不仅可以获得与工控机相当的控制精度，而且还可以获得更高的可靠性和更强的抗干扰能力，满足了高稳定性和快速性要求，值得在设计过程中大力推广应用。
参考文献:
[1]刘竟成:交流调速系统.上海:上海交大出版社，1998
[3]王也仿:可编程控制器应用技术.北京:机械工业出版社，2001
三种编程方法所示的梯形图程序实现交通灯的控制要求如下:当启动开关接通时, 东西绿灯和南北红灯亮东西绿灯亮20秒, 闪烁3秒后, 东西黄灯亮2秒, 2秒后东西黄灯南北红灯一起熄灭。然后东西红灯和南北绿灯同时亮, 南北绿灯亮25秒, 闪烁3秒后, 南北黄灯亮, 2秒后, 南北黄灯和东西红灯一起熄灭。东西绿灯和南北红灯亮, 如此循环。我们画出一个时序图来表示交通灯的变化过程。
第一种方法:用基本逻辑指令来进行编程。这种方法的设计思路是根据上面的时序图来设计。在时序图中, 我们先按照时间的顺序找到六个定时器, 就是上图标的T0到T5。T0表示东西绿灯常亮的时间, T1表示东西绿灯闪烁的时间, T2表示东西黄灯接通的时间, T3表示南北绿灯常亮的时间, T4表示南北绿灯闪烁的时间, T5表示南北黄灯接通的时间。在这里, 南北红灯和东西红灯的时间是通过各方向绿灯和黄灯的时间体现出来的, 这样, 在设计上就少了两个定时器, 编程时就简化了很多。然后根据定时器顺序循环执行的方法, 把六个时间继电器并联或串联。用启动开关接通后, 根据时间的变化来接通不同的回路。最终完成的程序在下图中显示出来。
第二种方法是用比较指令来进行编程。这种方法的设计思路是通过交通灯一个周期里不同的灯的变化来设计的。用一个定时器T0来表示。在这个时间里, 分成不同的阶段, 用比较指令把时序图中的六组交通灯的状态表示出来。这种方法省去五个定时器, 通过时间的变化来实现。EV0是定时器的经过值寄存器, 时间由55秒倒计数到0的话, 经过了八个阶段, 把每个阶段经过的时间存储在EV0中, 再通过比较指令设计出在时间范围内交通灯的变化, 比如交通灯的常亮、闪烁等。
第三种方法是用步进指令编程。由于我们所使用的PLC是松下系列的, 所以松下系列的步进指令有五条, NSTL是扫描式步进转移指令, NSTP是脉冲式步进转移指令, 这两条指令任选其一。SSTP是步进开始指令, CSTP是步进清除指令, STPE是步进结束指令。根据动作的变化, 用步进指令进行编程。在使用指令设计梯形图前, 先画出顺序功能图, 再根据顺序功能图转换成梯形图。顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能和特性的一种图表, 是描述顺序控制过程中的一种有效工具。
顺序功能图是设计PLC顺序控制程序的主要工具。它不涉及所描述控制功能的具体技术, 仅仅表示整个工艺流程的变化, 是一种常见的辅助图表。根据流程的变化可以用单序列和并行序列来绘制。单序列是指整个顺序功能图只有一条支路, 没有分支, 适用于流程比较简单的控制。而并行序列则是指两条支路同时动作, 同时运行, 适用于较复杂的控制。在以下两个顺序功能图中, 完成的控制任务是一样的。但是第一个图让学生更能理解, 编程要简单些, 它是单序列结构, 而第二个图是并行序列的结构, 在编程时要复杂些, 学生要多练习才能掌握。
总之, PLC控制交通信号灯是典型的设计课题, 在指导学生编程时, 可根据学生不同的学习状态来指导, 只有不断探索, 不断练习, 才能真正学好PLC。
摘要：通过对PLC控制交通信号灯的几种编程方法探索, 以学生在学习过程中的具体作品为例, 阐述了PLC控制在教学中不同的设计方法, 使学生的编程能力得以提高。
关键词：PLC控制技术,交通信号灯,编程方法
参考文献
[1]李兴莲.PLC控制交通信号灯的简易方法[N].电子报, 2012-04.
1、水平不垂直
梯形图的接点应画在水平线上，不能画在垂直分支上
2、线圈右边无接点
不能将接点画在线圈右边，只能在接点的右边接线圈
3、左大右小，上大下小
有串联电路并联时，应将接点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。有并联电路相串联时，应将接点最多的并联回路放在梯形图的最左边。
4、双线圈输出不可用
1、选题意义和背景。
可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)具有可靠性高、抗干扰能力强、功能丰富等强大技术优势，已经成为目前自动化领域的主流控制系统。然而，从目前的应用情况来看，PLC还大都只是承担最基本的控制功能，如顺序控制、数据采集和PID反馈控制。各个PLC厂家也在其产品中设计了PID模块。虽然PID算法控制有很高的稳定性，但对于一些复杂控制系统，PID控制很难满足控制要求，这也使PLC的发展面临着一种挑战。随着越来越多的PLC产品与IEC1131-3标准兼容，PLC控制系统越来越开放，将先进控制算法嵌入PLC常规控制系统成为可能。本课题从工业控制实际应用角度出发，对PLC的控制功能进行深入的研究和探讨，以提高和扩展PLC控制器的应用水平和应用范围。本课题：PLC先进控制策略的研究与应用，其目的是通过研究使一些先进控制算法在PLC及组态系统上得以实现，并开发相应的应用程序，经过验证后最终应用到工业过程控制中去。
在PLC组态系统中实现先进控制算法，包括预测控制算法和模糊逻辑控制算法，形成具有人工智能的控制模块及网络系统，能大大提高系统的控制水平，改善控制质量。从经济角度来看，目前PLC生产商的一些产品具备先进控制模块，如模糊模块。但它们的价格十分昂贵，且封闭性较强，不适合我国中小型企业的工业改造。因此开发较为通用的先进算法实现技术，对于我国中小型企业的工业改造具有很大的意义，既可降低生产成本，又可提高经济效益。
模糊控制与预测控制是智能控制中技术较为成熟的分支，因此，研制和开发出适合工业环境的实时先进控制开发工具，实现模糊控制、预测控制嵌入PLC,与常规控制集成运行，让先进控制从教授、专家手中走出来，实现先进控制的工程化、实用化、转化为社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大的意义。
2、论文综述/研究基础。
在过程工业界，从40年代开始，采用PID控制规律的单输入单输出简单反馈控制回路己成为过程控制的核心系统。目前，PID控制仍广泛应用，即便是在大量采用DCS控制的最现代的工业生产过程中，这类回路仍占总回路80%-90%.这是因为PID控制算法是对人的简单而有效操作的总结和模仿，足以维护一般过程的平稳操作与运行，而且这类算法简单且应用历史悠久，工业界比较熟悉且容易接受。
然而，单回路PID控制并不能适用于所有的过程和不同的要求[4}0 50年代开始，逐渐发展了串级、比值、前馈、均匀和Smith预估控制等复杂控制系统，即当时的先进控制系统，在很大程度上满足了单变量控制系统的一些特殊的控制要求。在工业生产过程中，仍有10%-20%的控制问题采用上述控制策略无法奏效，所涉及的被控过程往往具有强藕合性、不确定性、非线性、信息不完全性和大纯滞后等特性，并存在着苛刻的`约束条件，更重要的是它们大多数是生产过程的核心部分，直接关系到产品的质量、生产率和成本等有关指标。随着过程工业日益走向大型化、连续化，对工业生产过程控制的品质提出了更高的要求，控制与经济效益的矛盾日趋尖锐，迫切需要一类合适的先进控制策略。自50年代末发展起来的以状态空间方法为主体的现代控制理论，为过程控制带来了状态反馈、输出反馈、解疆控制、自适应控制等一系列多变量控制系统设计方法}s}.上述多变量控制策略有其自身的不足之处，工业过程的复杂性使得建立其正确的数学模型比较困难。同时，计算机技术的持续发展使得计算机控制在工业生产过程中得到了广泛的应用，强大的计算能力可以用来求解过去认为是无法求解的问题，这一切都孕育着过程控制领域的新突破。
整个80年代，出现了许多约束模型预测控制的工程化软件包。通过在模型识别、优化算法、控制结构分析、参数整定和有关稳定性和鲁棒性研究等一系列工作，基于模型控制的理论体系己基本形成，并成为目前过程控制应用最成功，也最有前途的先进控制策略。近年来，人工智能技术有了长足的长进并在许多科学与工程领域中取得了较广泛的应用。就过程控制而言，专家系统、神经网络、模糊系统是最有潜力的三种工具。专家系统可望在过程故障诊断、监督控制、检测仪表和控制回路有效性检验中获得成功应用。神经网络则可以为复杂的非线性过程的建模提供有效的方法，进而可用于过程软测量和控制系统的设计上。模糊系统不仅是行之有效的模糊控制理论基础，而且有望成为表达确定性和不确定性两类混合并提炼这些经验使之成为知识进而改进以后的控制，也将是先进控制的重要内容。
由于先进控制受控制算法的复杂性和计算机硬件两方面因素的影响，早期的先进控制算法通常是在PC机和UNIX机上实施的。随着DCS功能的不断增强，更多的先进控制策略可以与基本控制回路一起在DCS控制站上实现。国外发达国家几乎所有企业都采用了DCS系统或其它智能化设备来实现对生产过程的控制，并在此基础上通过实施先进控制与优化较大的提升了系统的性能。可以说，高性能控制系统，尤其是DCS系统的普及为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。国外从70年代末就开始了先进控制技术商品化软件的开发及应用，并在DCS的基础上实现先进控制和优化。如爱默生公司的DeltaV和Honeywell公司的TDC3000,其先进控制软件RMPGT和RPID等在现场的实际应用都集中在自己的DCS系统上。传统的PLC由于不支持浮点运算以及先进控制所必须的精确的时间，因此，除了模糊逻辑控制外，其他的先进控制并没有在PLG平台上实现。然而，在过程工业中大多系统使用先进灵活的PLC控制系统，因此Barnes提出了一种基于PC-PLC通讯的混合方式，通过控制网络实现计算机与PLG的通讯，从而实现先进控制。
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1 控制要求
十字路口交通灯的东西南北各个方向都设有一套红、黄、绿灯, 如图1所示。当按下启动按钮SB1, 交通灯开始工作;按下停止按钮SB2, 交通灯停止工作, 所有灯都熄灭。启动后, 东西向的绿灯先亮25s, 接着绿灯以每秒闪1次的频率闪3次, 随后绿灯灭黄灯亮2s, 2s后黄灯灭红灯亮30s;东西向交通灯工作的同时, 南北向先是红灯亮30s, 再红灯灭绿灯亮25s, 接着绿灯以每秒闪1次的频率闪3次, 随后绿灯灭黄灯亮2s。接下去周而复始, 循环进行直至按下停止按钮。工作过程如图2所示[1]。
2 输入/输出分配及接线图
根据控制要求知, 此系统输入有启动、停止按钮SB1/SB2, 输出有东西向红黄绿灯两套, 南北向红黄绿灯两套。在输入/输出分配中, 由于东西向的两套红黄绿灯工作过程一样, 分配给同一输出, 无需另外分配输出口, 这就大大节约了输出口, 南北向类似。输入/输出分配如表1所示。根据此输入/输出分配表画出其接线图, 如图3所示。
3 编程
此控制系统是个典型的顺序控制系统, 为此采用步进程序来编写。
根据控制要求知, 东西向与南北向的交通灯是同时进行的, 属并行分支, 据此可画出其状态转移图, 如图4所示。
根据状态转移图转成步进程序的规则, 将图4的状态转移图转换成步进程序, 如图5所示。
4 结束语
在TVT—90A2实验箱 (配的是三菱FX2N—48MR PLC) 上接好线写入PLC程序后, 经调试结果完全符合控制要求。
十字路口交通灯的控制方法有很多, 由于交通灯都是安装在嘈杂路口, 外界环境可想而知, 为此其对工作稳定性、可靠性、抗干扰能力要求都高, 而PLC正是为工业环境下应用而设计的, 其工作可靠性高, 适应不同的工业环境, 抗外部干扰能力强, 无故障时间长[2], 在交通灯控制系统中有一定的优势。而PLC的顺序设计法是顺序控制系统中一种先进的设计方法, 它不仅容易接受, 设计效率高、节省设计时间, 而且程序调试、修改、阅读方便, 大大缩短了设计周期[3]。
摘要：介绍了在三菱FX2N—48MR PLC基础上, 分析控制要求, 分配输入输出, 采用较先进的顺序控制设计法编写状态转移图与步进程序, 在实验箱上调试效果良好, 满足交通灯控制性能要求。
关键词：PLC,状态转移图,步进程序,交通灯
参考文献
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