基于三菱fx2n系列plc的交通信号灯毕业设计

基于三菱fx2n系列plc的交通信号灯毕业设计内容摘要：

， FU 为熔断器。 工作原理为：当对应于 T 的内部继电器的状态为 1 时，发光二极管导通发光，不论外接电源极性如何都能使双向晶闸管 T 导通，负载得电。 同时输出指示灯 LED 点亮。 表示该输出点接通；当对应于 T 的内部继电器的状态为 0 时 T 关断，负载失电，指示灯 LED 灭。 双向晶闸管输出型 PLC 的负载电源，可以根据负载的需要选用直流或交流。 （ 3）继电器输出单元 继电器输出单元的电路如图 所示。 图中虚线框内是 PLC 内部的输出电路，框外右侧为外部用户接线。 图中只画出对应于一个输出点的输出电路，各输出点所对应的输出电路均相同。 图 继电器输出电路 继电器输出单元的电路如图 所示。 图中虚线框内是 PLC 内部的输出电路，框外右侧为外部用户接线。 图中只画出对应于一个输出点的输出电路，各输出点所对应的输出电苏州大学本科生毕业设计（论文） 12 路均相同。 图中， LED 是输出点状态显示器， J 为一小型直流继电器。 其工作原理为：当对应于 J 的内部件电器状态为 1 时， J 得电吸合，其常开触点闭合，负载得电。 LED 点亮，表示该输出点接通。 当对应于 J 的内部继电器状态为 0 时， J 失电，其常开触点断开，负载失电。 指示灯 LED 灭，表示该输出点断开。 继电器输出型 PLC 的负载电源可以根据需要选用直流或交流。 继电器触点电气寿命一般为 10~30 万次，因此在需要输出点频繁通断的场合（如高频脉冲输出），应选用晶体管或晶闸管输出型的 PLC。 另外，继电器从线圈得电到触点动作存在延迟时间，是造成输出滞后于输入的原因之一。 PLC 输出电路也有共点式、分组式、隔离式之别。 输出只有一个公共端子的称为共 点式；分组式是将输出端子分为若干组，每组共用一个公共端子；隔离式是具有公共端子的各组输出点之间互相隔离，可各自使用独立的电源。 电源部分 PLC 中一般配有开关式稳压电源为内部电路供电。 开关电源的输入电压范围宽、体积小、重量轻、效率高、抗干扰性能好。 有的 PLC 能向外部提供 24V 的直流电源，可给输入单元所连接的外部开关或传感器供电。 I/O 扩展端口 当主机上的 I/O点数或类型不能满足用户需要时，主机可以通过 I/O扩展端口连接 I/O扩展单元来增加 I/O 点。 没有 I/O 扩展端口的 PLC 是不 能进行 I/O 点扩展的。 另外，通过I/O 扩展口还可以连接各种智能单元，扩展 PLC 的功能。 外设端口 每台 PLC 都有外设端口。 通过外设端口， PLC 可与外部设备相连接。 例如，连接编程器以输入、修改用户程序或监控程序的运行；有的 PLC 可以通过外设端口与其他 PLC、计算机或终端设备 PT 等链接进行通信，或连成各种网络等；连接打印机以打印用户程序，打印 PLC 运行过程中的状态，打印故障报警的种类和时间等；连接 EPROM 写入器，将调试好的用户程序写入 EPROM，以免被误改动等；连接外存储器存储用户程序等。 PLC 的编程语言 —— 梯形图编程语言 现代的 PLC 一般备有多种编程语言用户选用 .不同厂家的 PLC 的编程语言有较大的区苏州大学本科生毕业设计（论文） 13 别 ,用户不得不学习多种编程语言和查找故障的方法 .吸收了最终用户、厂家和学者的意见 ,IEC(国际电工委员会 )1994 年 5 月公布了 PLC 标准 (IEC61131).该标准由以下 5 部分组成 :通用信息、设备与测试要求、 PLC 的编程语言、用户指南和通信 .其中的三部分是 PLC的语言编程标准 .IEC611313 标准对厂家和用户都是有好处的 ,用户在使用新的控制系统时 ,可以减少培训的时间 .对于厂家 ,使用标准 可以减少产品开发的时间 ,因此可以投入更多的精力去满足用户的特殊要求 .IEC611313 详细地说明了句法、语义和下述 5 种 PLC 编程语言的表达方式 : （ 1） 顺序功能图。 （ 2） 梯形图。 （ 3） 功能块图。 （ 4） 指令表。 （ 5） 结构文本 . 标准中的两种图形语言 — 梯形图 (LD)和功能块图 (FBD),还有两种文字语言 — 指令表(IL)和结构文本 (SFC)是一种结构块控制程序流程图 .如下： (1) 顺序功能图 (SFC) SFC 提供了一种组织程序的图形方法 ,在 SFC 中可以用别的语言嵌套编程 .步、转换和动作是 SFC 中的三种主要组件 .步是一个逻辑块 ,即对应于特定的控制任务的编程逻辑 ,动作是控制任务的独立部分 ,转换是从一个任务到另一个任务的原因 . ⑵ 梯形图 (LD) 梯形图是使用的最多的 PLC 图形编程语言 .梯形图与继电器控制系统的电路图很相似 ,具有直观易懂的优点 ,很容易被工厂熟悉继电器的电气人员掌握 ,特别适用于开关量逻辑控制 .在编程软件中 ,用户程序可以在不同的编程语言之间切换 . ⑶ 指令表 (IL) 由若干条指令组成的程序称为指令程序 .PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式 ,小型 的指令系统比汇编语言的简单得多 ,仅用 20 来条指令就可以实现开关量的控制 . ⑷ 功能块图 (FBD) 这是一种似于数学逻辑电路的图形编程语言 ,有数字电路基础的热很容易掌握 .功能块图用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系 ,方框的左侧为逻辑运算的输入变量 ,右侧为输出变量 ,输入、输出端的小圆圈表示“非”运算 ,信号是自左向右流动的 .就像电路图那样 ,功能块图的组件被“导线”连接在一起 . ⑸ 结构文本 (ST) 苏州大学本科生毕业设计（论文） 14 结构文本是为 IEC611313 标准创建的一种专用的高级编程语言 ,可以增加 PLC 的数学运算、数据处理、图形显示 、报表打印等功能 ,方便拥护的使用。 [3] PLC 的工作原理 —— 循环扫描工作方式 PLC 采用循环扫描的工作方式，它可以看成是一种由系统软件支持的扫描设备，不论用户程序运行与否，都周而复始地进行循环扫描，并执行系统程序规定的任务。 每一个循环所经历的时间称为一个扫描周期。 每个扫描周期又分为几个工作阶段，每个工作阶段完成不同的任务。 PLC 上电后首先进行初始化，然后进入循环扫描工作过程。 一次循环扫描过程可归纳分五个工作阶段。 各阶段完成的任务如下： 1. 公共处理阶段 在每一次扫描开始之前， CPU 都要进行复位监视定时器、硬件检查、用户内存检查等操作。 如果有异常情况，除了故障显示灯亮以外，还判断并显示故障的性质。 如果属于一般性故障，则只报警不停机，等待处理。 如果属于严重故障，则停止 PLC 的运动。 公共处理阶段所用的时间一般是固定的，不同机型的 PLC 有所差异。 2. 程序执行阶段 在程序执行阶段， CPU 对用户程序按先左后右、先上后下的顺序逐条地进行解释和执行。 CPU 从输入映像寄存器和元件映像寄存器中读取各继电器当前的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入元件映像寄存器中。 执行用户程 序阶段的扫描时间不是固定的，其原因主要取决以下几方面因素： (1) 用户程序中所用语句条数的多少。 用户程序的语句条数多少不同，所用的扫描时间必然不同。 因此，为了减少扫描时间，应使所编写的程序尽量简洁。 (2)每条指令的执行时间不同。 对同一种控制功能若选用不同的指令进行编程，扫描时间会有很大差异。 因为有的指令执行时间只有几个微秒，而有的则多达上百个微秒。 所以在实现同样控制功能的情况下，应选择那些执行时间短的指令来编写程序。 (3)程序中有改变程序流向的指令。 例如，有的用户程序中安排了跳转指令，当条件满足时某段 程序被扫描并执行，否则不对其扫描并且跳过该段程序区执行下面的程序；有的用户程序使用了子程序调用指令，当条件满足时就停止执行当前程序去执行预先编排的子程序，当条件不满足时就不扫描子程序；有的用户程序安排了中断控制程序，当有中断申请信号时就转去执行中断处理子程序，否则就不扫描中断处理子程序，等等。 3. 扫描周期计算处理阶段 若预先设定扫描周期为固定值则进入等待状态，直至达到该设定值时扫描再往下进苏州大学本科生毕业设计（论文） 15 行。 若设定扫描周期为不定的（即取决于用户程序的长短等），则要进行扫描周期的计算。 4. I/O 刷新阶段 在 I/O 刷新 阶段， CPU 要做两件事情。 其一，从输入电路中读取各输入点的状态，并将此状态写入输入映像寄存器中，也就是刷新输入映像寄存器的内容。 自此输入映像寄存器就与外界隔离，无论输入点的状态怎样变化，输入映像寄存器的内容都保持不变，一直到下一个扫描周期的 I/O 刷新阶段，才会写进新内容。 这就是说，各输入映像寄存器的状态要保持一个扫描周期不变。 其二，将所有输出继电器的元件映像寄存器的状态传送到相应的输出锁存电路中，再经输出电路的隔离和功率放大部分传送到 PLC 的输出端，驱动外部执行元件动作。 I/O 刷新阶段的时间长短取决于 I/O 点数的多少。 5. 外设端口服务阶段 这个阶段里， CPU 完成与外设端口连接的外围设备的通信处理。 完成上述各阶段的处理后，又返回公共处理阶段，周而复始地进行扫描。 PLC 的主要性能指标 在描述 PLC 的性能时，经常用到以下术语：位（ Bit）、数字（ Digit）、字节（ Byte）及字（ Word）。 位指二进制数的一位，仅有 0 两种取值。 一个位对应 PLC 的一个继电器，某位的状态为 1 或 0，分别对应该继电器线圈得电（ ON）或失电（ OFF）。 4 位二进制数构成一个数字，这个数字可以是 0000~1001（十进制 数），也可是 0000~1111（十六进制数）。 2 个数字或 8 位二进制数构成一个字节， 2 个字节构成一个字。 在 PLC 术语中，字也称为通道。 一个字含 16 位，或者说一个通道含 16 个继电器。 PLC 的主要性能指标有以下几个方面： 1. 存储容量 系统程序存放在系统程序存储器中。 这里说的存储容量指的是用户程序存储器的容量。 用户程序存储器容量决定了 PLC 可以容纳用户程序的长短，一般以字为单位来计算。 每 1024 个字为 1K 字。 中、小型 PLC 的存储容量一般在 8K 以下，大型 PLC 的存储容量可达到 256K~2M。 也有的 PLC 用存放用 户程序的指令条数来表示容量。 2. 输入 /输出点数 I/O 点数即 PLC 面板上的输入、输出端子的个数。 I/O 点数越多，外部可接的输入器件和输出器件就越多，控制规模就越大。 因此 I/O 点数是衡量 PLC 性能的重要指标之一。 3. 扫描速度 扫描速度是指 PLC 执行程序的速度，是衡量 PLC 性能的重要指标。 一般以扫描 1K 字苏州大学本科生毕业设计（论文） 16 所用的时间来衡量扫描速度。 PLC 用户手册一般给出执行各条指令所用的时间，可以通过比较各种 PLC 执行相同的操作所用的时间，来衡量扫描速度的快慢。 4. 编程指令的种类和条数 这也是衡量 PLC 能力强弱的主要 指标。 编程指令种类及条数越多，其功能就越强，即处理能力、控制能力越强。 5. 内部器件的种类和数量 内部器件包括各种继电器、计算器 /定时器、数据存储器等。 其种类越多、数量越大，存储各种信息的能力和控制能力就越强。 6. 扩展能力 PLC 的扩展能力表现在以下几个方面。 大部分 PLC 可以用 I/O 扩展单元进行 I/O 点数的扩展；有的 PLC 可以使用各种功能模块进行功能扩展等。 7. 智能单元的数量 PLC 不仅能完成开关量的逻辑控制，而且利用智能单元可完成模拟量控制、位置和速度控制以及通信联网等功能。 智能单元种类的多少和 功能的强弱是衡量 PLC 产品水平高低的一个重要指标。 各个生产厂家都非常重视智能单元的开发，近年来智能单元的种类日益增多，功能越来越强。 苏州大学本科生毕业设计（论文） 17 第三章 三菱 FX2N 系列 PLC 三菱 FX2N 系列可编程序控制器的基本组成 三菱公司是日本生产 PLC 的主要厂家之一。 先后推出的小型、超小型 PLC 有 F、 FF FX FX FX2C、 FX2N 等系列。 其中 F 系列已停产，取而代之的是 FX2 系列机型，属于该性能叠装式机型，是三菱公司的典型产品。 FX2N 系列 PLC 的主机称为基本单元，包括 CPU、存储器 、输入输出口及电源，是 PLC的主要部。