本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）基于三菱FX2NPLC的交通燈控制器二級學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)電氣工程及其自動化完成日期2015年5月24日A基礎(chǔ)理論B應(yīng)用研究C調(diào)查報告D其他目錄前言11緒論211課題背景212城市交通現(xiàn)狀213交通信號燈的作用214PLC的特點315交通燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀42交通燈控制系統(tǒng)總體方案及燈和按鍵的選定521交通燈系統(tǒng)總體方案論證5211單片機系統(tǒng)控制5212繼電器接觸控制6213可編程序控制器控制622控制方案的確定623交通燈及其控制按鍵選型83系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計1031十字路口交通燈設(shè)計要求1032交通燈控制時序1133急車強通控制方式1134PLC的選型1235PLC硬件電路圖1436PLC軟件編程設(shè)計15361交通系統(tǒng)PLC控制程序的SFC的控制程序圖框15362交通系統(tǒng)PLC控制程序的梯形圖15363電路的工作過程174系統(tǒng)調(diào)試1841編程軟件簡介1842軟件調(diào)試1843運行調(diào)試185結(jié)論及其展望1951結(jié)論1952展望19參考文獻20附錄21附錄A21致謝基于三菱FX2NPLC的交通燈控制器摘要本次模擬交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計方案。選用FX2N系列PLC進行本次設(shè)計，在設(shè)計中根據(jù)交通擁擠情況的不同，將交通信號分為手動控制、白天、夜間三個不同工作方式進行設(shè)計。本文使用SFC編制控制程序，在手動控制時控制各個方向的強制通行；在白天時段紅燈亮25秒，綠燈亮20秒閃爍3秒，黃燈亮2秒；夜間只黃燈亮，黃燈閃爍按亮05秒，暗05秒的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。另外設(shè)置一個急停按鈕，以便應(yīng)急使用。關(guān)鍵詞交通燈；交通控制；PLC；SFC；設(shè)計方案BASEDONMITSUBISHIFX2NPLCTRAFFICLIGHTCONTROLLERABSTRACTTHESIMULATINGTRAFFICCONTROLSYSTEMDESIGN,COMBINEDWITHTHEACTUALSITUATIONOFTRAFFICLIGHTS,EXPOUNDSTHEWORKINGPRINCIPLEOFCONTROLSYSTEM,THISPAPERPRESENTSASIMPLEURBANTRAFFICCONTROLSYSTEMDESIGNSCHEMEOFPLCCHOOSEFX2NSERIESPLCFORTHEDESIGN,INTHEDESIGN,ACCORDINGTOTHEDIFFERENTTRAFFICCONDITIONS,THETRAFFICSIGNALINTOMANUALCONTROL,DAYTIME,NIGHTTIMEDESIGNEDTHREEDIFFERENTWAYSOFWORKINGONTHEDESIGNASUSEDHEREIN,SFCESTABLISHMENTOFCONTROLPROCEDURES,THEMANUALCONTROLMANDATORYACCESSCONTROLINALLDIRECTIONSINTHEDAYTIMETHEREDLIGHT25SECONDS,20SECONDSGREENLIGHTFLASHESFOR3SECONDS,THEYELLOWLIGHT2SECONDSNIGHTONLYYELLOWLIGHT,YELLOWLIGHTFLASHESPRESS05SECONDS,05SECONDSDARKCYCLEREPEATEDREGULARLYALSOSETUPANEMERGENCYSTOPBUTTONFOREMERGENCYUSEKEYWORDSTRAFFICLIGHTTRAFFICCONTROLPLCSFCDESIGN前言可編程序控制器（PLC）是以計算機技術(shù)為核心的通用自動控制裝置，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。PLC是一種數(shù)字式運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，PLC的平均無故障運行時間（又稱平均故障間隔時間MTBF）已經(jīng)高達幾十萬小時。其次，PLC具有通用性強，使用方便的特點。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計工作只是確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線。一個控制對象的硬件配置確定以后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。PLC還具有功能強，適應(yīng)面廣的特點，現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、順控等功能，還具有數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對開關(guān)量進行控制，也可以對模擬量進行控制，既可控制一臺生產(chǎn)機械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個生產(chǎn)過程。PLC還具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，可與上位計算機構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。用戶只需根據(jù)控制的規(guī)模和要求，適當(dāng)選擇PLC的型號和硬件配置，就可以組成所需的控制系統(tǒng)。隨著交通的不斷發(fā)展和汽車化進程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問題之一。眾所周知，緩解交通擁擠的最直接和最有效辦法是增加道路網(wǎng)。但無論哪個國家的大城市，不可能無限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無節(jié)制增長。因此，不可能通過無限制地修建道路來滿足日益增長的交通需求。與此同時，通過限制車輛增加削減交通需求也因受到客觀因素的制約而無法取得滿意的結(jié)果。事實上，由于交通系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無論單獨從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決道路擁擠的問題。道路交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的主要組成部份，這個系統(tǒng)的運行狀況如何，直接反映了一個地區(qū)、一個城市的現(xiàn)代化管理水平。1緒論11課題背景編程控制器簡稱PLC，是20世紀(jì)60年代以來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極為廣泛的工業(yè)控制裝置，是現(xiàn)代工業(yè)自動化的三大支柱之首。它采用可編程序的存儲器，用來存儲用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，完成確定的邏輯、順序、定時、計數(shù)、運算和一些確定的功能，來控制各種類型的機械設(shè)備或生產(chǎn)過程。自動控制裝置的先進程度是體現(xiàn)工業(yè)自動化水平的重要標(biāo)志。隨著計算機技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程序控制器已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。用內(nèi)部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、提高系統(tǒng)可靠性，是PLC的最大優(yōu)點；根據(jù)實際工藝要求，借助于順序功能圖和梯形圖來編制用戶控制程序，實現(xiàn)單臺設(shè)備或生產(chǎn)過程的順序控制，則是PLC的主要功能之一。12城市交通現(xiàn)狀隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、廣州等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況。因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。13交通信號燈的作用隨著交通的不斷發(fā)展和汽車化進程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問題之一。交通問題不僅在發(fā)展中國家，就在發(fā)達國家也是一個令人困擾的嚴重問題。眾所周知，緩解交通擁擠的最直接和最有效辦法是提高路網(wǎng)的通信能力。但無論哪個國家的大城市，不可能無限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無節(jié)制增長。因此，不可能通過無限制地修建道路難滿足日益增長的交通需求。與此同時，通過限制車輛增加削減交通需求也因受到客觀因素的制約而無法取得滿意的結(jié)果。事實上，由于交通系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無論單獨從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。在本設(shè)計中，采用的是調(diào)節(jié)交通信號燈的紅綠燈時間來改善交通通行率。交通信號燈已有100多年的歷史了。過去的信號燈是由人工控制的，現(xiàn)在發(fā)展到自動控制，并由各個路口的各自為班發(fā)展到一條線或一個區(qū)域的聯(lián)動，這樣，車輛經(jīng)過的路口都可能會一路綠燈，大大提高了道路的交通效率。交通信號燈采用紅、黃、綠三種顏色，又叫紅綠燈。紅燈表示停止或禁止通行，綠燈表示通行，黃燈表示馬上要出現(xiàn)紅燈。車輛不能越過停車線，如果車輛已十分接近停車線而不能安全停車時，可以進入交叉路口。14PLC的特點1可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的F系列PLC平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余CPU的PLC的平均無故障工作時間則更長。從PLC的機外電路來說，使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。2配套齊全，功能完善，適用性強PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。3易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。5體積小，重量輕，能耗低以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100MM，重量小于150G，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。15交通燈控制系統(tǒng)現(xiàn)狀目前普遍使用的交通信號控制方式主要分為三大類定時控制；車輛感應(yīng)控制；模糊優(yōu)化控制。A、定時控制定時控制分為定周期控制與分段定時控制。定周期控制就是信號控制系統(tǒng)一天24小時按照相同的周期執(zhí)行同一種配時方案。分段定時控制就是依據(jù)交叉路口一天規(guī)律性的交通量變化率將一天大致分成幾個時段，信號控制系統(tǒng)在不同時段設(shè)定不同的周期長、綠信比等控制參數(shù)，參數(shù)值的變化由時鐘自動選擇、切換。定時控制的靈活性較差，且不能進行交通信息的實時反饋。定時控制的配時方案是依據(jù)以前的交通資料計算預(yù)測形成的，一旦建立執(zhí)行，就不能自動調(diào)整更改。B、車輛感應(yīng)控制車輛感應(yīng)控制方式就是根據(jù)交叉路口各方向交通流的變化進行信號燈色的實時控制的方式。它不固定周期和綠信比，通過車輛檢測器測得的車輛數(shù)據(jù)改變相應(yīng)相位的綠燈時間和周期長短。它包含三個參數(shù)最小綠燈時間、單位延長綠燈時間和最大綠燈時間。車輛感應(yīng)控制又分為半感應(yīng)控制和全感應(yīng)控制。C、智能優(yōu)化控制城市交通系統(tǒng)作為一個時變的、具有模糊性的復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)的人為預(yù)設(shè)多種方案或建立其數(shù)學(xué)模型均比較困難。早在1977年，西方國家就開始研究將智能控制運用到交通智能控制上，智能控制是一種計算機數(shù)字控制技術(shù)，它不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，而是模擬人類的思維方式、推理方法和判斷過程，通過建立規(guī)則庫或是專家系統(tǒng)，對各種交通狀況進行智能控制，并取得了很好的效果。特別適用于隨機性很強的、復(fù)雜的城市交通控制。基于智能控制的智能交通燈控制器對十字路口雙向車流情況、交叉方向車流情況等交通狀況進行綜合分析，優(yōu)化十字路口的交通控制，從而解決交通燈的最佳控制問題，最大限度的提高十字路口車輛通過能力和速度。近年來，智能交通控制已經(jīng)成為了交通信號控制的主流方向之一。2交通燈控制系統(tǒng)總體方案及燈和按鍵的選定21交通燈系統(tǒng)總體方案論證目前普遍使用的電氣控制方式主要有繼電器接觸器控制、可編程序控制器控制、單片機系統(tǒng)控制等。211單片機系統(tǒng)控制單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機的基本功能部件中央處理器、存儲器和I/O接口電路等。因此，單片機只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。使用單片機設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)采用MSC51系列單片機ATSC51和可編程并行I/O接口芯片8255A為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的P1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間。使用單片機設(shè)計的優(yōu)點在于它們的CPU功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。但是編程復(fù)雜，對環(huán)境的要求較高，出現(xiàn)故障時進行調(diào)試不方便，可靠性不高。212繼電器接觸控制采用繼電接觸式控制系統(tǒng)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。雖然這種系統(tǒng)也具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，但這種控制系統(tǒng)的缺點是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。213可編程序控制器控制可編程控制器簡稱PC（PROGRAMMABLECONTROLLER），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（PROGRAMMABLELOGICCONTROLLER）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在把可編程邏輯控制器簡稱為PLC。它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數(shù)等?？删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(tǒng)是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程。它具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于其他一般微型控制系統(tǒng)的一個重要特征。如果采用PLC作為十字路口交通燈控制系統(tǒng)作為控制核心，只需將程序下載到PLC內(nèi)即可。并可通過通信隨時對控制系統(tǒng)進行調(diào)試。PLC適應(yīng)環(huán)境的能力非常強，抗干擾等方面能力都非常強大。性能價格也很高。22控制方案的確定可編程控制器控制技術(shù)與繼電接觸器控制技術(shù)、單片機控制技術(shù)的異同點1、功能強，性能價格比高在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟硬件結(jié)合，加以完善。繼電器是用于邏輯控制，起到過渡作用的，亦可控制小負載。PLC是可編程邏輯控制器，是用軟件來進行邏輯控制的，而繼電器是用硬件結(jié)構(gòu)來控制的。一臺小型PLC內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強的功能，可以實現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)分散控制，集中管理。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、規(guī)模的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。PLC有很強的帶負載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。3、可靠性高，抗干擾能力強單片機控制系統(tǒng)的控制是由程序完成的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。而PLC的編程更比單片機通俗易懂。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，PLC用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。PLC采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。4、系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試工作量少PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計時間比設(shè)計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過PLC上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間比繼電器系統(tǒng)少得多。5、編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖和單片機的電氣技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。6、維修工作量少，維修方便PLC的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。PLC或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構(gòu)發(fā)生故障時，可以根據(jù)PLC上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。這些都是繼電器和單片機無法比擬的。7、體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用PLC后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型PLC的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來體積的1/21/10。PLC的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。將PLC用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實現(xiàn)。目前大多品牌的PLC內(nèi)部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于PLC本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學(xué)化管理。綜合以上優(yōu)點，所以，本設(shè)計采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。23交通燈及其控制按鍵選型交通燈的構(gòu)成方式主要有舊時的煤氣交通燈、白熾燈、還有LED節(jié)能燈。由于LED節(jié)能燈具有壽命長、功率低、發(fā)光率大等顯著優(yōu)于其他交通燈材質(zhì)，因此本系統(tǒng)設(shè)計采用LED節(jié)能燈具作為交通信號燈材質(zhì)。又考慮到我國民用電的額定電壓為220V、50HZ，為了減少不必要的轉(zhuǎn)換裝置，因此交通信號燈選取型號為WDMHL3003RGY的LED紅綠燈。該型號紅綠燈工作電壓為AC85265V，功率為50W，可以直接接民用電壓并且具有下列優(yōu)點1、外觀設(shè)計外觀專門為LED光源所設(shè)計，結(jié)構(gòu)為超薄人性化，外形美觀，工藝精細，便于多種組合安裝。2、透光設(shè)計透光鏡片的外表面采用傾斜面設(shè)計，不易積塵。3、外殼材料外殼采壓鑄鋁或聚碳酸酯（PC）材料與硅橡膠密封件，具有防塵、防水、阻燃、抗老化特點，使用壽命長。5、光源光源采用進口芯片四元素超高亮度發(fā)光二極管（LED），具有亮度強，使人易于識別。并且具有壽命長、節(jié)能效果好。以下圖1是該型號LED燈的簡化原理圖圖1LED燈的原理圖由于日常交通燈處于室外環(huán)境，成天日曬雨淋，系統(tǒng)控制箱必須做防水防塵處理，出于更進一步的保障，本系統(tǒng)選用的按鍵為防水輕觸型按鈕開關(guān)?？刂品绞桨粹oSB1為黃色，停止按鈕SB2為紅色，其余控制按鈕為黑色。3系統(tǒng)硬件及軟件設(shè)計31十字路口交通燈設(shè)計要求交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令使各同時到達的人、車交通流，盡可能的減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口的暢通和安全。一、控制要求系統(tǒng)在通電后由M8002運行監(jiān)視繼電器監(jiān)控系統(tǒng)處于RUN狀態(tài)時即進行工作。系統(tǒng)的工作模式有自動控制方式和手動控制方式。其中自動控制方式又分白天控制方式與晚上控制方式。手動控制方式用于實現(xiàn)東西方向和南北方向還有東西左轉(zhuǎn)和南北左轉(zhuǎn)的強制通行。自動控制方式與手動控制方式受開關(guān)X0控制，開關(guān)X0處于OFF狀態(tài)即進行自動控制方式，開關(guān)X0處于ON狀態(tài)即進行手動控制方式。自動控制方式中白天控制方式與晚上控制方式受數(shù)據(jù)寄存器D8015存儲當(dāng)前時間的小時值控制M1的通斷來控制運行白天控制方式還是晚上控制方式。當(dāng)時間小于23時或大于6時運行白天控制方式，否則運行晚上控制方式。對象有12個東西方向紅燈兩個，南北方向紅燈兩個；東西方向黃燈兩個，南北方向黃燈兩個；東西方向綠燈兩個，南北方向綠燈兩個；東西左轉(zhuǎn)方向紅燈兩個，南北左轉(zhuǎn)方向紅燈兩個；東西左轉(zhuǎn)方向黃燈兩個，南北左轉(zhuǎn)方向黃燈兩個；東西左轉(zhuǎn)方向綠燈兩個，南北左轉(zhuǎn)方向綠燈兩個。二、控制規(guī)律交通燈信號的控制規(guī)律如表1所示表1交通燈信號的控制規(guī)律交通燈信號手動控制時段自動白天時段晚上時段紅燈亮25S綠燈強制亮亮20S閃爍3S黃燈亮2S黃燈閃亮按亮05S，暗05S的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。32交通燈控制時序交通燈正常工作時序圖如圖2所示南北向直通道左轉(zhuǎn)道直通道左轉(zhuǎn)道紅燈50S紅燈50S綠燈20S綠3S黃2S紅燈25S紅燈25S綠燈20S3S2S閃黃紅燈50S紅燈50S綠燈20S3S2S紅燈25S紅燈25S綠燈20S3S2S綠閃黃黃綠圖2交通燈正常工作時序圖33急車強通控制方式急車強通信號受急車強通開關(guān)控制。無急車時，信號燈按正常時序控制。有急車來時，將急車強通開關(guān)接通，不管原來信號燈的狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。急車一過，將急車強通開關(guān)斷開，控制燈恢復(fù)正常，急車強通信號只能響應(yīng)一路方向的急車，若多個方向先后來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。若2個方向同時來急車，則按東西，東西左轉(zhuǎn)，南北，南北左轉(zhuǎn)順序依次響應(yīng)。交通燈示意圖如圖3所示東西向圖3交通燈示意圖34PLC的選型根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計共需要I/O點數(shù)為5輸入/12輸出。具體需要的輸入輸出點數(shù)如表2所示南北向東西向表2I/O分配表序號輸入設(shè)備端號輸出設(shè)備端號1手動按鈕SB1X0東西綠燈Y02急停按鈕SB2X1東西黃燈Y13東西左轉(zhuǎn)強通啟動按鈕SB3X2東西紅燈Y24南北強通啟動按鈕SB4X3東西左轉(zhuǎn)綠燈Y35南北左轉(zhuǎn)強通啟動按鈕SB5X4東西左轉(zhuǎn)黃燈Y46X5東西左轉(zhuǎn)紅燈Y57X6南北紅燈Y68X7南北綠燈Y79X10南北黃燈Y1010X11南北左轉(zhuǎn)紅燈Y1111X12南北左轉(zhuǎn)綠燈Y1212X13南北左轉(zhuǎn)黃燈Y1313合理的選擇I/O點數(shù)是PLC的重要指標(biāo)之一。I/O的選擇既要滿足系統(tǒng)的控制要求又要在合理范圍降低投資成本。PLC的輸入輸出總點數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對象所需控制的模擬量、開關(guān)量、輸入輸出設(shè)備情況來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的調(diào)整和擴充，一般選擇比控制點數(shù)多1015的PLC。這有幾方面的考慮。1、可以彌補設(shè)計過程中遺漏的點2、能夠保證在運行過程中個別的點有故障時，可以有代替點3、將來增加點數(shù)的需要根據(jù)I/O分配表可知，本次設(shè)計有5個輸入/12個輸出，考慮1015的裕量，故選擇32點I/O輸出口的PLC，再估算程序所需步數(shù)，擴展模塊的數(shù)量，以及設(shè)計，性能和和價格等方面的考慮。這次智能交通控制系統(tǒng)選擇了三菱的FX2N32MR的PLC。開關(guān)量輸入類型為直流輸入，電源由PLC自身提供。輸出類型為繼電器型，繼電器型輸出方式是較為常用的輸出接口電路類型，這種方法輸出電路設(shè)計簡單，抗干擾能力強。35PLC硬件電路圖該系統(tǒng)屬于單機控制系統(tǒng)，即一臺PLC控制一個十字路口交通燈，系統(tǒng)主要由PLC、交通燈等部分組成，其中人行道紅綠燈控制信號可與同側(cè)交通燈信號并行，故不在系統(tǒng)編程中顯示輸出，也不在PLCI/O接線圖圖4中顯示輸出。圖4交通信號燈PLC控制的PLC的I/O接線圖36PLC軟件編程設(shè)計GXDEVELOPER是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QNU、QS、QNA、ANS、ANA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、ST及FB、LABEL語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫PLC程序功能。改程序梯形圖和語句表就可以用該軟件完成。其中SFC是一種新穎的、按照工藝流程圖進行編程的圖形編程語言。這是一種IEC標(biāo)準(zhǔn)推薦的首選編程語言，近年來在PLC編程中已經(jīng)得到普及與推廣。PLC程序設(shè)計是本系統(tǒng)的重要內(nèi)容，本設(shè)計中采用順序功能圖（SFC圖）與一般梯形圖相結(jié)合的方法設(shè)計程序。程序充分體現(xiàn)了可編程控制器（PLC）的特點。361交通系統(tǒng)PLC控制程序的SFC的控制程序圖框交通燈PLC控制程序的SFC的控制程序圖框如圖5所示。圖中只顯示整個控制流程框架，不顯示程序中的輸入、輸出量。輸入輸出量在采用步進指令編程的交通燈PLC控制的梯形圖顯示出來。362交通系統(tǒng)PLC控制程序的梯形圖附錄A交通系統(tǒng)PLC控制的梯形圖圖5交通燈控制系統(tǒng)SFC控制程序圖363電路的工作過程交通信號燈控制分自動控制和手動控制兩種方式，由開關(guān)SB1選擇。SB1斷開為自動控制方式，SB1閉合為手動控制方式。自動動控制方式分白天控制和晚上控制。手動控制方式用于東西方向、南北方向、東西左轉(zhuǎn)、南北左轉(zhuǎn)的強制通行。1）檢測白天或晚上D8015為數(shù)據(jù)寄存器，存儲當(dāng)前時間的小時值，其值隨PLC時間變化而變化。當(dāng)D8015的存儲數(shù)值大于或等于23，或者小于6時，說明當(dāng)前時間為晚上，比較觸點閉合M1得電；否則為白天，比較觸點斷開，M1不能得電。因此可通過M1來判斷晚上或白天。2）當(dāng)前時間為白天當(dāng)系統(tǒng)通電后檢測到當(dāng)前時間為白天時，M1不得電，由于選擇自動控制，SB1處于斷開位置，X0失電，系統(tǒng)運行自動控制中的白天控制方式。依次是東西方向通行、東西左轉(zhuǎn)通行、南北方向通行、南北左轉(zhuǎn)通行。一直往復(fù)循環(huán)，直到數(shù)據(jù)寄存器D8015存儲的數(shù)值大于或等于23，或者小于6時，轉(zhuǎn)為晚上控制方式。或者按下SB1，接通X0進入手動控制方式。3）當(dāng)前時間為晚上當(dāng)數(shù)據(jù)寄存器D8015的存儲數(shù)值大于或等于23，或者小于6時，比較觸點閉合，M1得電，控制方式為晚上控制方式。此時各個方向的黃燈閃爍。直到數(shù)據(jù)寄存器D8015存儲的數(shù)值小于23，或者大于6時，轉(zhuǎn)為白天控制方式?；蛘甙聪耂B1，接通X0進入手動控制方式。4）手動控制當(dāng)SB1閉合，X0得電時，系統(tǒng)運行手動控制方式。先是東西方向強制通行；按下SB3，X2通電時，東西左轉(zhuǎn)強制通行；按下SB4，X3通電時，南北方向強制通行；按下SB5，X4通電時，南北左轉(zhuǎn)強制通行。5）急停按下SB2，X1通電時，所有狀態(tài)復(fù)位，回到S0狀態(tài)下。直到斷開SB2，系統(tǒng)才進行交通燈的信號控制。4系統(tǒng)調(diào)試41編程軟件簡介編程軟件采用三菱公司為其生產(chǎn)的PLC而開發(fā)的編程軟件GXDEVELOPER。編程軟件主界面及各部分名稱如圖6所示。圖6軟件主界面圖42軟件調(diào)試根據(jù)控制要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進行語法的檢查，無誤后將指令寫入到指定的可編程控制器用戶儲存器中，進行下一步的調(diào)試。43運行調(diào)試軟件調(diào)試結(jié)束后，進行系統(tǒng)運行調(diào)試，按下啟動按鈕，系統(tǒng)開始工作，觀察系統(tǒng)運行是否符合控制要求，并隨時進行更正，同時隨機按下停止按鈕，觀察系統(tǒng)是否能夠停止和復(fù)位，經(jīng)過不斷調(diào)試和修正，本系統(tǒng)可達到本次課程設(shè)計的基本控制要求。5結(jié)論及其展望51結(jié)論通過3個多月的資料收集整理，程序編制、修改、運行，論文編寫等一系列的步驟，使我熟悉了PLC編程軟件的操作使用，對SFC語言編程也有了更深刻的認識和理解。另外，對PL