4 系统硬件设计
4.1 设计原则
(1) 满足被控设备或生产过程的控制要求；
(2) 在满足控制要求的前提下，力求简单、经济，操作方便； (3) 保证控制系统工作安全可靠；
(4) 考虑到今后的发展改进，应适当留有进一步扩展的余地。
4.2 PLC外部连接设计
交通灯的硬件设计包括输入/输出PLC地址编号、输入/输出分配。根据交通灯的控制要求，该系统要求有一个启动开关，1个停止开关，共两个输入点，12盏灯，东西方向、南北方向的同一类灯可以共用1个点，故用6个输出就可以。交通输入/输出信号与PLC地址编号对照表如3-4所示，输入/输出分配线图如图3-5所示。
表4-1 输入/输出信号与PLC地址编号对照表 输入信号 名称 启动开关 停止开关 编号 M2.0 M2.1 南北绿灯 南北红灯 南北黄灯 东西绿灯 东西红灯 东西黄灯 输出信号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q1.0 Q1.1 Q1.2
图4-2 交通灯输入/输出接线图
4.3 设计要点及注意事项
1. 设计要点
(1)抗干扰设计。来自电源线的杂波，能造成系统电压畸变，导致系统内电气设备的过电压、过负荷、过热甚至烧毁元器件，造成PLC等控制设备误动作。所以，在电源入口处最好应设置屏蔽变压器或电源滤波等防干扰设施。其中，电源滤波器的地要以最短线路接到中央保护地。对于直流电源，则可加装微分电容加以干扰抑制。 应合理配置PLC的使用环境，提高系统抗干扰能力。具体采取的措施有：远离高压柜、高频设备、动力屏以及高压线或大电流动力装置；通信电缆和模拟信号电缆尽量不与其他屏(盘)或设备共用电缆沟；PLC柜内不用荧光灯等。另外，PLC虽适合工业现场，但使用中也应尽量避免直接震动和冲击、阳光直射、油雾、雨淋等；不要在有腐蚀性气体、灰尘过多、发热体附近应用；避免导电性杂物进入控制器。
(2)保护接地设计。可采取用不小于10mm2的保护导线接好配电板的保护地；相邻的控制柜也应良好接触并与地可靠连接。同时要做好防雷保护接地，通常可采取总线电缆使用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地，或模拟信号电缆采取两层屏蔽，外层屏蔽两端接地等措施。另外，为防止感应雷进入系统，可采用浪涌吸收器。 (3)信号屏蔽设计。信号的屏蔽非常关键，一般可采取屏蔽电缆传送模拟信号。注意对多个模拟信号共用一根多芯屏蔽电缆或用两种屏蔽电缆传送时，信号间一定要做好屏蔽。而且电缆的屏蔽层一端(一般在控制柜端)要可靠接地。当现场没有或无法设置硬点时，可在操作界面上采取软按键的方法解决走向选择或控制方式选择等问题。此外，与变频器、智能仪表等的连接，最好还是采用信号线直接相连的方式。
2. 设计注意事项
(1)PLC输出电路中没有保护，因此在外部电路中应设置串联熔断器等保护装
置，以防止负载短路造成PLC损坏。熔断器容量一般为0.5A。
(2)PLC存在I/O响应延迟问题，因此在快速响应设备中应加以注意。MPI通信协议虽简单易行，但响应速度较慢。
(3)编制控制程序时，最好用模块式结构程序。这样既可增强程序的可读性，方便调试和维护工作；又能使数据库结构统一，方便WinCC组态时变量标签的统一编制和设备状态的统一显示。
(4)硬件资源。要合理配置硬件资源，以提高系统可靠性。如PLC电源配电系统要配备冗余的UPS不间断电源，以排除停电对全线运行的不利影响。又如对电机的控制回路要进行继电器隔离，以消除外部负载对I/O模块的可能损坏。另外，系统设备要采用独立的接地系统，以减少杂波干扰。
5 系统程序设计
5.1系统程序分析
根据设计要求，分析出交通灯的正常时序流程图如图5-1所示：
启 动 东西绿灯亮20S南北红灯亮25S 东西绿灯闪亮3S 东西黄灯亮2S 东西红灯亮30S南北绿灯亮25S 南北绿灯闪亮3S 南北黄灯亮2S 图5-1 正常时序流程图
5.2 梯形图软件设计
当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当按下停止按钮时，所有信号灯都熄灭。 交通灯控制系统的控制要求
根据程序分析，设计梯形图程序如图5-2所示：