十字路口交通信号灯系统

一、PLC概述

（1）扫描方式

当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 (一) 输入采样阶段

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 (二) 用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 (三) 输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。

（2）内部运行方式

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虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并最后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下： 步骤一“输入状态检查”：PLC首先检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。 步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。

步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。

此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。

PLC的扫描既可以按照固定的顺序进行，也可以按用户程序的指定的可变顺序进行。这不仅因为有的程序不需要每扫描一次就执行一次，而且也因为在一个大的控制系统中要处理的I/O点数比较多，通过安排不同的组织模块，采用分时分批的扫描办法，可缩短循环扫描的周期和提高系统控制的实时响应性。

顺序扫描的工作方式简单直观，简化了程序的设计，并为PLC的可靠性运行提供了保障。一方面，所扫描到的功能经解算后，其结果马上就可以被后面要扫描到的逻辑解算所利用；另一方面，还可以通过CPU内部设定的监视定时器来监视每次扫描是否超过规定时间，诊断CPU内部故障。以避免程序异常运行而造成的不良影响。

由PLC的工作过程可见，在PLC的程序执行阶段，即使输入发生了变化，输入状态寄存器的内容也不会发生变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能变改变。暂存在输出状态寄存器中的输出信号，也需要等到一个循环周期结束后，CPU集中将这些输出信号全部输送输出锁存器，这才成为实际的CPU输出。因此，全部的输入、输出状态的改变，就需要一个扫描周期。扫描周期是其中一个比较重要的指标，一般为几毫秒至几十毫秒。PLC扫描时间取决于程序的长短和扫描速度。因为PLC的输入处理阶段和输出处理阶段所需时间一般很短，通常只要几毫秒。由此可见，PLC的扫描时间对于一般的工业设备(改变状态的时间约为几秒以上)通常是没什么影响的。

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二、控制要求

1） 依上述要求循环，直至按下停止按钮系统停止工作。

2） 在东西或南北方向的绿灯与人行道绿灯点亮期间要求能分别显示绿灯亮的剩余时间。

3） 要个方向信号灯点亮世间和闪烁次数可通过拨码盘输入进行设定或修改。

三、设计要求

1) 件。 2) 3) 4)

设计用户程序。

设计控制面板布置示意图。

编写设计报告并说明程序调试过程和结果。

根据选用的PLC主机和模块绘制I/O端口接线电气原理图并选用电器元

四、 设计目的

1、 进步以巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力。 2、 掌握一般生产机械PLC控制系统的设计方法。 3、 掌握一般生产机械PLC系统的施工设计、安装与调试。 4、 培养查阅图书资料、工具书的能力。 5、 培养工程绘图、书写技术报告的能力。

五、设计要求

1、根据选用的PLC主机和模块绘制I/O端口接线电气原理图并选用电器元件。

2、设计用户程序。

3、设计控制面板布置示意图。

4、编写设计报告并说明程序调试过程和结果

六、设计课题

PLC控制十字路口交通信号灯系统设计

（1）课题概述

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随着城市车辆数目的急剧增加，交通道口管制变得日益重要，解决好公路车道信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。现在交通信号灯控制一般采用单片机控制，单片机能完成交通灯一般的控制过程，其功能比传统继电器控制电路要强大得多，但可靠性不够高。控制功能不够完善。PLC是专业为工业自动化控制设计的，在面向对象控制方面，其控制功能的强大是无法比拟的，通过多种多样的扩展模块，可以做到外部接线简化，内部工作的高可靠性。本课程设计主要是运用可编程控制器系统来实训一个十字路口交通信号灯PLC控制系统。设计主要采用的是日本三菱公司生产的一种小型整体式PLC。十字路口交通灯是城市的一项重要的设施，它能使城市的运行有规律，使市民的出行更加方便。

下面对十字路口交通信号灯的控制方法来说明PLC设计过程。

1、信号灯的动作受开关总体控制，按一下启动开关NO时则系统开始工作：按一下停止按钮，则所有信号灯都熄灭。

2、控制对象有10.

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；东西人行道红灯一个，南北人行道红灯一个；东西人行道绿灯一个，南北人行道绿灯一个。启动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作。

3、十字路口交通信号灯的运行顺序和要求

1）南北向绿灯亮20S，东西向红灯亮。与此同时南北向人行道绿灯亮，东西向人行道红灯亮。

2）南北向人行道绿灯亮18S后开始闪烁，每次闪烁通断各0.5S。

3）20S后南北绿灯与人行道绿灯同时闪烁5次，每次通断各0.5S。此期间东西向主灯和人行道红灯亮。

4）闪5次后南北向人行道换红灯，南北绿灯熄灭，两方向黄灯同时亮5S，此时东西向红灯仍然点亮。

5）黄灯亮5S后熄灭，南北向主灯换红灯亮，东西向主灯和人行道均换成绿灯亮。 6）东西向人行道绿灯亮28S后开始闪烁，每次闪烁通断各0.5S。

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