1、可编程控制器在单向行驶道路信号控制的应用可编程控制器在单向行驶道路信号控制的应用摘要2一、前言3二、设计目的3三、PLC基本组成4四、F1系列的基本指令系统6五、控制系统的实现7六、梯形图设计9七、程序设计12八、系统使用说明14九、结束语15参考文献16 摘 要利用PLC的结构简单明了,组成控制系统灵活严密、性能优越快捷的特点，对自然条件下人员不可及、人员工作强度大及节省费用等原因，设计了用PLC控制信号在单向行驶道路中（隧道）的应用。用PLC可编程控制器可以来实现，即使绿灯亮一方进车，红灯亮一方等待，反之信号灯交换，周而复始工作。要求两方向不能同时为一色，否则报警并停止工作，待从一方的的车
2、辆全部开出后，另一方才能进车。 关键词：PLC 隧道 控制系统一、前 言 可编程控制器简称PLC，自20世纪60年代末问世以来迅速发展。由于它可以通过软件来改变控制过程，且具有体积小、组装灵活、编程简单、抗干扰能力强及可靠性能高等特点，在工业自动控制方面得到广泛的应用；它可以为新设备的控制系统，也可用于旧控制系统的改造，替换继电器接触器式的传统控制系统。PLC技术的应用，大大加快了机电一体化的进程。可编程控制器（Programmable Logic Controller,PLC）是近年来发展迅速、应用广泛的工业控制设置，是一种专为工业应用而设计的数字电子控制系统。它采用灵活、方便、快捷的可编程
3、控制形式和结构，通过数字量或模拟量的输入与输出过程中的信号转换，完成确定的逻辑运算、顺序控制、定时、计数、数值计算和一些特定的功能，应用于工业控制中的各类生产过程。 当今的PLC吸收了微电子技术和计算机技术的最新成果，其应用已从单机自动化推广到整条生产线的自动化乃至整个工厂的生产自动化。目前，PLC几乎在工业生产的所有领域都得到广泛应用，因此了解并熟练掌握PLC的基本原理及PLC控制系统的设计方法，已成为应用电子技术人员的基本要求。二、设计目的随着社会经济的发展，各行各业都在加快发展的速度，尤其是近几年来交通道路的建设一天一个样地在发生聚大变化，俗话说：“要想富先修路”。现在道路修得非常的宽大
4、，同方向路面可同时行驶46辆车，为社会主义经济建设高速发展提供可靠的保障。但在有些地方受道路建设的地理条件或建设资金影响，只能修一条单向行驶的道路，如山区盘山公路的过山隧道、拦海大坝的车辆通行、地下隧道等等。不同的方向同时只能有一个方向车辆通行，当无人值班、有车辆进入时，对面不知道现在路中是否有车，如果贸然进入，轻则造成堵车，重则将造成人身事故，因此，为了保证安全，在职守人员下班后改用自动控制系统来控制，既减轻劳动者的工作强度，又节省费用开支。根据这个思路，用PLC可编程控制器可以来实现，即使绿灯亮一方进车，红灯亮一方等待，反之信号灯交换，周而复始工作。要求两方向不能同时为一色，否则报警并停止
5、工作，待从一方的的车辆全部开出后，另一方才能进车（为了叙述方便将一方称为A口，另一方则为B口）。具体要求是：当无人值班时，有车进入时，对面一口应知道路中是否有车，使进口绿灯亮，出口红灯亮，信号灯开始工作，两道口不能同时为一色，否则报警并停止工作，待从进口的车辆全部开出后，出口才能进车。检测装置用红外线自动监测，其作用是检测车辆进入的情况，并通过小型继电器的KA1和KA2触点，把信号输入PLC来控制信号灯的工作。三、PLC基本组成根据控制系统的基本要求,PLC采用典型的计算机结构,如图所示。它主要由中央处理单元CPU、存储器（RAM，ROM，EEPROM，EPROM等）、专门设计的输入输出接口电
6、路、通信接口电源等单元组成。 PLC基本组成3.1 PLC中使用的元件1、输入继电器：输入继电器是专门用来接收从外部开关发来的信号，它与输入端子相连，只能由外部信号所取驱动，不能在内部由程序指令来驱动。输入继电器可提供许多对动合动断触电，供内部使用。2、输出继电器：输出继电器有三种类型，继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管输出。输出继电器按程序执行的结果而被激励。每一输出继电器仅有一对外部输出的触头，直接带动负载，其状态对应于锁存寄存器的输出状态内部还有许多对动合动断触点供编程使用内部触点是对应输出映象寄存器中该元件的状态。3、辅助继电器：PLC机备有许多辅助继电器供内部使用，其触点不可直接驱动
7、外部负载。辅助继电器又分为通用辅助继电器和具有继电保护的保持辅助继电器。3.2 可编程控制器的工作过程PLC对用户程序的执行过程是通过CPU的周期循环扫描并采用集中采样、集中输出的方式来完成的。当PLC开始运行时，首先清除输入输出寄存器状态表的原有内容，然后进行自诊断自检CPU及I/O组件，确认其工作正常后，开始循环扫描，循环扫描分三阶段：1、输入处理阶段，扫描全部输入端，读取其状态并写入输入状态寄存器状态表内。2、程序处理阶段，进行扫描用户程序，它按梯形图的次序逐步扫描，并根据I/O状态和有关数据进行逻辑运算，前后将运算的结果写入输出寄存器状态表。3、处理阶段当所有指令都扫描并处理完毕时，把
8、输出状态表中所有输出继电器的通（1）、断（0）状态转存到输出锁存电路，以驱动输出继电器线圈，控制被控设备的相应动作。CPU又返回去进行下一循环的扫描，每次读入输入状态到发出输出信号这段时间称为扫描周期，其时间长短随PLC本身的时钟频率及用户程序的长短而有所不同，由于扫描速度很快，大约每条指令360us，一个扫描周期通常为十到几十毫秒，对被控对象来说，扫描过程几乎是同时完成的。四、F1系列的基本指令系统基本指令表如下指令功能目标元素备注LD连指令用于常开接点与母线连接指令X、Y、M、T、C、S常开接点与母线连接LDI连反指令用于常闭接点与母线连接指令X、Y、M、T、C、S常闭接点与母线连接AND
9、与指令用于常开接点串联指令X、Y、M、T、C、S常开接点串联ANI与反指令用于闭接点串联指令X、Y、M、T、C、S常闭接点串联ORI或反指令用于常闭接点的并联指令X、Y、M、T、C、S常闭接点并联ORB或块指令用于两个以上接点串联块的并联无始端用LD或LDI指令，终端用ORBANB与块指令将并联电路块与前一电路串联无始端用LD或LDI指令，用ANB完成串联OUT输出指令用于驱动线圈Y、M、T、C、S、F线圈驱动指令不能用来驱动XRST计数器和移位寄存器复位指令C、M计数器和移位寄存器清零指令PLS脉冲微分指令M100-M377SFT移位指令使移位寄存器中内容作位移MS置位指令Y、S、M200-
10、M377R复位指令Y、S、M200-M377MC主控指令公共串联接点的连接指令M100-M177用于公共串联接点MCR主控复位指令MC指令的复位指令M100-M177CJP条件转移指令转移开始指令700-777EJP转移结束指令700-777NOP空操作指令无END程序结束指令无OR或指令用于常开接点的并联指令X、Y、M、T、C、S说明：X-输入继电器，Y-输出继电器，M-辅助继电器，也可作移位寄存器，T-定时器，C-计数器，S-状态总清：CLEAR STEP O STEP 999 DELET 开始写程序，必须先按INSTR搜索：CLEAR OUT 451 SEARCH 或 CLEAR STE
11、P 3 SEARCH删除：CLEAR OUT 536 SECRCH INSTR DELET重写：CLEAR OUT 451 SECRCH INSTR STEP+ 重写指令内容 WRITE插入：CLEAR LD 530 SECRCH INSTR OUT 536 INSET读程序:按STEP+ 或STEP-五、控制系统的实现 根据设计目的的要求，各信号灯的工作时序图如下： 绿闪两个方向 A 绿5秒 2秒 红7秒都无进车 B 红7秒 绿5秒 绿闪2秒 A 绿20秒 绿闪2秒 红68秒 红7秒 A口进车 B 红90秒 绿5秒 绿闪2秒 A 红90秒 绿5秒 绿闪2秒 B口进车 B 绿20秒 绿闪2秒
12、红68秒 红7秒 根据时序图和F1系列可编程控制器的结构要求，分配各元器件号和PLC控制输入输出配置接线图如下：. F1系列 S1 B绿 S2 B红 A绿KA2 A红 KA1 电源 自动 警 报警 铃 S3 1 人工 至 报警 4 电源PLC控制输入输出配置接线图六、梯形图的设计 X404 M102 M103 M104 起动系统 M104 T455 T450 A绿定时5ST554 K5 T553 T450 T451 A绿闪定时2SK2 T451 T454 B绿定时5S T454 T455 K5 B绿闪定时2S K2 X403 X404 M102 Y433 Y435 X404 M103 A口进车
13、 M103 X103 M103 T556 A绿定时20S T556 T557 K20 A绿闪2S定时 K2 T557 T555 A红定时68S K68 T555 T554 A红定时7S K7 T555 T550 K5 B绿定时20S X402 M103 Y433 Y436 M102 B口进车 Y435 X404 M102 X402 M102 T551 B绿定时20S K20 T551 T552 B绿闪2S定时 T552 T553 K2 B红68S定时 Y430 Y434 K68 Y433 两绿灯同时亮报警 X400 Y435 隧道出事故报警 X401 M102 T453 T452 产生1S脉冲
14、 M103 K0.5 M104 T452 T453 K0.5 T450 T451 T452 M104 Y433 Y435 Y434（2S） A绿工作 T450 T554（5S） T553 M103 T556（20S） T556 T557 T452（2S） M104 T451 Y433 Y432 Y432 B红工作 T554 T553 M103 T555（90S） T552 T553 （68S） T451 T455 Y433 Y435 Y436 A红工作 T557 T555（68S） T555 T554（7S）M102 T553（90S） T455 T452 T454 T451 Y433 Y43
15、5 Y430（2S） B绿工作 T454（5S） T555 T550（5S） T550 T452 T554（2S） M102 T551（20S） T552 T452 T551（2S）七、程序设计程序清单如下：步序 指令 数据 0 LD X404 1 ANI M102 2 ANI M103 3 OUT M104 4 LD M104 5 OR T5546 OR T5537 ANI T4558 OUT T4509 K 510 LD T45011 OUT T45112 K 213 LD T45114 OUT T45415 K 516 LD T45417 OUT T45518 K 219 LD X403
16、20 AND X40421 OR M10322 LDI M10223 OR X40324 ANB25 ANI Y43326 ANI Y435 27 AND X40428 OUT M10329 LD M10330 OUT T55631 K 2032 LD T55633 OUT T55734 K 235 LD T55736 OUT T55537 K 6838 LD T55539 OUT T554步序 指令 数据40 K 741 LD T55542 OUT T55043 K 544 LD X40245 OR M10246 LDI M10347 OR X40248 ANB49 ANI Y43350 A
17、NI Y43551 AND Y43652 AND X40453 OUT M10254 LD M10255 OUT T55156 K 2057 LD T55158 OUT T55259 K 260 LD T55261 OUT T55362 K 6863 LD Y43064 AND Y43465 OUT Y43366 LD X40067 OR X40168 OUT Y43569 LD M10270 OR M10371 OR M10472 ANI T45373 OUT T45274 K 0.575 LD T45276 OUT T45377 K 0.578 LD T45079 ANI T45180 A
18、NI T452 81 ORI T450 82 LD M10483 OR T55484 OR T55385 ANB86 LD M10387 ANI T55688 ORB89 LD T55690 ANI T55791 AND T45292 ORB93 ANI Y43394 ANI Y43595 OUT Y43496 LD M10497 OR T55498 OR T55399 ANI T451100 LD M103101 ANI T555102 ORB103 LD T552104 ANI T553105 ORB106 ANI Y433107 ANI Y435108 OUT Y432109 LD T4
19、51110 ANI T455111 LD T557112 ANI T555113 ORB114 LD T555115 ANI T554116 ORB117 LD M102118 ANI T553119 ORB120 ANI Y433121 ANI Y435122 OUT Y436123 LDI T455124 ANI T452125 AND T454126 ORI T454127 AND T451128 LD T555129 ANI T550130 ORB131 LD T550132 ANI T452133 ANI T554134 ORB135 LD M102136 ANI T551137 O
20、RB138 LDI T552139 AND T452140 AND T551141 ORB142 ANI Y433143 ANI Y435144 OUT Y430145 END八、系统使用说明工作过程分析如下：合上启动开关S3，X404闭合，M104被启动，从而按设定时间依次启动T450、T451、T454、T455几个定时器工作，信号灯按无车进入隧道时的要求工作，即A口绿灯亮5S，闪烁2S，同时B口红灯亮7S；接着，A口红灯亮7S，同时B口绿灯亮5S，再闪烁2S；只要还未有车进入隧道内，这种工作状态周而复始。 当有车辆从A口进入时，KA1动作，X403触点闭合，M103线圈接通并自锁，M10
21、3的常闭触点断开M104的线圈，使无车状态的有关定时器停止工作，同时T556、T557、T555、T554、T550按既定程序工作，使A口绿灯亮20S，再闪烁2S后熄灭，接着红灯亮68S，而B口红灯一直亮90S。然后A口红灯再亮7S，同时B口绿灯亮5S，再闪烁2S后熄灭，与M104触点并联的T554触点闭合，又启动了定时器T450等，即当从A口进入隧道里的车辆已全部从B口开出去后，如果又无车辆进入隧道，则信号灯控制系统又按照两个道口均无车辆进入隧道的状态工作。 当B口进车时，KA2动作，X402启动M102，M102常闭触点断开M103线圈，使T554线圈断开，其常开触点断开T450线圈，从而
22、使控制系统脱离无车进入隧道的工作状态。与此同时依序启动了定时器T551、T552、T553工作，使B口绿灯亮20S，闪烁2S后熄灭，B口红灯接着亮68S，A口红灯持续亮90S，T553常开触点与M104触点并联，故T553定时时间到后，T450又被启动，即当从B口进入的车辆全部从A 口开出去后，信号灯控制系统又按无车进入状态工作，等待下次来车。万一两个道口绿灯同时亮时，Y430、Y434触点闭合，Y433接通，警铃报警。当隧道内发生交通混乱等事故时，合上开关S1或S2，X400或X401触点闭合，Y435动作，发出报警信号。当发生这两种不正常状况时，除了报警外，Y433或Y435线圈接通后，它
23、们的常闭触点均断开Y434、Y432、Y436、Y430的线圈，使两个道口的交通灯都熄灭，暂停工作，停止进车。打开开关S3时，信号灯系统停止工作。九、结束语在这近半年的时间里，在各位老师的精心教学和指导下，完成了该论文的写作，从中学到很多有用、实用的知识，比如电梯的日常维护、PLC编程器应用、电动机相关知识及启动电流的估算值等等，这些都是在各位老师的严谨治学态度和一丝不苟精神下，使我们感受到学习知识的重要性和必要性，使我们真正学到了知识，这些都为我完成该论文的写作打下了良好基础。当然，这里也有许多的不足之处，由于所学知识有限及知识面较窄，还不能很好的应用，所以该论文在写作设计中，难免存在这样或那样的错误和不足，这里还要请各位老师专家进行批评指正。最后再次感谢各位老师的辛勤教学和指导，对你们说一声：谢谢！.参考文献1 路林吉，王坚，江龙康. 可编程控制器原理及应用北京：清华大学出版社出版2江秀汉等编.可编程控制器原理及应用西安电子科技大学出版社出版3余雷声，万宗达. 电气控制与PLC应用机械工业出版社出版4机械工业技师考评培训教材编审委员会编维修电工技师培训教材机械工业出版社出版
