摘 要

传统的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，交通灯控制系统稳定性可靠性与抗干扰能力较差，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。

在实际应用中，采用PLC控制城市交通信号灯，能根据不同的路况要求，随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于PLC在交通系统的运用，系统介绍了PLC的基本原理。

关键词：交通灯控制系统； PLC；科学化管理；稳定性；可靠性

基于PLC交通灯控制系统的设计

1 可编程序控制器PLC的概况

1.1 PLC的定义

早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储器程序指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采用开关量控制，实际只能进行逻辑运算，所以称为可编程逻辑控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代后，采用了16位和少数32位微处理器构成PLC，使得可编程逻辑控制器在概念、设计、性能上都有了新的突破。采用微处理器之后，这种控制器的功能不再局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程控制器（Programmable Controller），简称为PC。但是为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，长将可编程控制器仍成为PLC。

随着可编程控制器的不断发展，其定义也在不断变化。国际电工委员会（IEC）

曾于19xx年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，19xx年1月发表了第二稿，19xx年2月又颁布了第三稿。19xx年颁布的可编程控制器的定义如下：

“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其相关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。”

1.2 PLC的工作原理

PLC实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式PLC包括CPU板，I/O板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。

图1 PLC操作过程

按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控制器和执行器组成，可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务，其操作过程如上图1所示。

PLC输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号。开关量输入电路通过识别传感器0、1电平，识别开关的通断。CPU在每个扫描周期的开始扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将其处理的结果送到输出映像寄存器。现代的PLC已经具备了处理模拟量的功能，但是相对于开关量的处理较复杂一些。PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，

在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。

在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

1.3 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。

1.4 PLC的发展趋势

19xx年，美国数字设备公司（DEC）首先研制出第一台符合要求的控制器，

即可编程逻辑控制器，并在美国GE公司的汽车自动装配上试用获得成功。此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。

总的来说发展趋势如下：

(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 控制要求

主要程序要求如下：

信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南北绿灯亮，后东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（1）东西方向红灯亮维持30s期间，南北方向绿灯亮维持25s，然后绿灯闪亮3s后熄灭，同时南北方向黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮。

（2）南北方向红灯亮维持30s期间，东西方向绿灯亮维持25s，然后绿灯闪亮3s后熄灭，同时东西方向黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮。

（3）上述动作循环进行。

3交通灯系统的设计与控制

顺序图I/O分配及接线图 编制程序

3.1 顺序图I/O分配及接线图

分析系统控制要求，可绘制系统功能顺序图如下图4所示：

图4 交通灯的功能顺序图

3.2 I/O分配及接线图

硬件结构设计必须了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输入/输出(I/O)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型。如对开关量,模拟量的控制,用户存储器的存储容量等。选择合适的PLC机型及外设,以完成PLC的硬件结构配置。

根据上述选型及控制要求,绘制PLC控制交通灯的电路接线原理图,编制I/O接口功能表, I/O分配及其接线原理图分别如下表1和图5所示。

表1 PLC I/O端口分配表

图5 电路原理图

3.3编制程序

略

总结 由于本人对PLC学习不精，这在编程中给我带来了很多麻烦，很多指令不知如何去写。我只好再去查看它的使用手册。经过不懈努力，最后终于把程序编出来了，虽然还可能存在一些问题设计，但是心情还是很愉快的。

通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

田淑珍.S7-200 PLC原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2009.

王挺有.可编程控制器原理及应用[M].北京:国防工业出版社，2005.