畢業(yè)設(shè)計--基于三菱fx2n-48mr型號plc交通信號燈控制

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　如今，交通信號燈安裝在各個十字路口，已經(jīng)成為指導交通車輛最常見和最有效的手段。隨著社會的進步，人們的消費能力不斷的提高，很多人購買私家，導致現(xiàn)在的交通擁堵不堪。因此采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC能夠把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量多少進行統(tǒng)計，然后計算出給定東西方向與南北方向的紅綠燈時長。這樣就可以實現(xiàn)按車流量大小

2、給定綠燈時長，達到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通指揮系統(tǒng)的效率。</p><p>　　PLC的應用正在不斷地走向深入，也帶動了傳統(tǒng)控制行業(yè)更新發(fā)展。PLC具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。它對使用環(huán)境適應性強，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，特別對多岔路口的交通控制可方

3、便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通信號燈系統(tǒng)中。</p><p>　　同時，PLC本身內(nèi)部還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，能夠?qū)⑼粭l道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度和管理，可以縮短車輛等候時間，實現(xiàn)科學化人性化的管理。在實時檢測和自動控制的PLC應用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個核心部件來使用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通燈，PLC，車流量，最優(yōu)控制</p>&l

4、t;p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Today, the traffic lights installed at various crossroads, has become the most common and most effective means of guiding transport vehicles. Along with social p

5、rogress, people's spending power is continuously improving, many people buy private, resulting in gridlocked traffic. Therefore an effective method to control the traffic lights is imperative. PLC to the east-west or

6、 north-south direction of the vehicle according to the number the number of statistics, and then calculate the long given t</p><p>　　Key words: traffic lights;PLC; traffic flow;optimal control</p><

7、;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstracII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景、意義1</p><p>　　1.2智

8、能交通的國內(nèi)外發(fā)展狀況1</p><p>　　1.3交通信號燈控制理論的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4本文的主要工作內(nèi)容2</p><p>　　第2章 PLC可編程控制器3</p><p>　　2.1可編程控制器的由來與發(fā)展3</p><p>　　2.1.1可編程控制器的由來3</p>

9、<p>　　2.1.2可編程控制器的發(fā)展3</p><p>　　2.2 PLC的定義4</p><p>　　2.3 PLC的工作原理4</p><p>　　2.3.1分時處理和循環(huán)掃描方式4</p><p>　　2.3.2 PLC的兩種工作狀態(tài)4</p><p>　　2.3.3輸入輸出滯后時間4

10、</p><p>　　2.4可編程控制器(PLC)的特點5</p><p>　　2.5 PLC的編程語言5</p><p>　　2.6 PLC的結(jié)構(gòu)6</p><p>　　2.6.1中央處理器（CPU）7</p><p>　　2.6.2存儲器7</p><p>　　2.6.3輸入輸出接

11、口7</p><p><b>　　2.6.4電源8</b></p><p>　　2.6.5外部設(shè)備8</p><p>　　2.6.6 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)8</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)的設(shè)計9</p><p>　　3.1技術(shù)控制要求9</p><p>　　

12、3.2總體方案確定9</p><p>　　3.2.1方案的原理9</p><p>　　3.2.2方案的特點9</p><p>　　3.3信號燈智能控制方案10</p><p>　　3.4控制流程圖：11</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計13</p><p>　　4.1系統(tǒng)框圖

13、13</p><p>　　4.2 十字路口交通燈布置圖13</p><p>　　4.3 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗14</p><p>　　4.4 結(jié)合十字路口交通燈實際情況設(shè)計交通燈模擬控制系統(tǒng)14</p><p>　　4.5 七段數(shù)碼管的選擇與顯示原理15</p><p>　　4.6 A/D轉(zhuǎn)換

14、模塊17</p><p>　　4.7 可編程控制器I/O端口分配17</p><p>　　4.8 PLC的選擇17</p><p>　　4.9 硬件連接圖18</p><p>　　第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計20</p><p>　　5.1GX Developer編輯軟件簡介20</p><p

15、>　　5.2 程序設(shè)計與思路20</p><p>　　5.3 程序的流程圖22</p><p>　　5.4 梯形圖23</p><p>　　第6章 在組態(tài)軟件中的實現(xiàn)26</p><p>　　6.1組態(tài)軟件的選擇26</p><p>　　6.2組態(tài)界面的設(shè)置26</p><p>

16、;　　6.3組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)置27</p><p>　　6.4 運行調(diào)試28</p><p><b>　　第7章 總結(jié)29</b></p><p>　　7.1難點分析29</p><p>　　7.1.1 行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關(guān)系29</p><p>　　7.1.2交通燈的閃亮2

17、9</p><p>　　7.2調(diào)試錯誤與修改方法29</p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p><b>　　附錄A32</b></p><p><b>　　附錄B3

18、3</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1研究背景、意義</p><p>　　隨著社會的經(jīng)濟發(fā)展，交通問題成為衡量起是否具有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜?。目前我國大中小城市都出現(xiàn)了不同時段的交通擁堵現(xiàn)象，尤其是在大城市，這種現(xiàn)象更加明顯，比如像北京、上海、南京等交通擁堵，甚至堵車的事件每天都有發(fā)生

19、。在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾一度有效的改善了交通狀況。然而，隨著交通量的超負荷增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有發(fā)揮出應有的作用，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，采用哪種有效的控制方法，最大限度的利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解城市主干道、城市同周邊城區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為我們交通部門迫切需要解決的主要問題，可見改善城市交

20、通燈控制系統(tǒng)是多么的重要。</p><p>　　1.2智能交通的國內(nèi)外發(fā)展狀況</p><p>　　RHODES系統(tǒng)依托自適應交通信號控制系統(tǒng)，擴展到公交的結(jié)合，實現(xiàn)公交信號優(yōu)先和公交信息發(fā)布。DYNASMART系統(tǒng)基于多樣式采集的信息，實時分析交通狀態(tài)，利息按設(shè)計和在線評估實時信號控制、干線路徑誘導等交通管理策略的運行效果，提供網(wǎng)絡交通狀態(tài)信息給公共出行者信息系統(tǒng)，確定與時間和當前狀態(tài)相

21、關(guān)的最優(yōu)的擁擠消散策略。</p><p>　　日本的集成控制系統(tǒng)以UTMS為代表，其目標是實現(xiàn)交通信息采集智能化、信號控制智能化、交通信息提供智能化，并能夠與交通流誘導系統(tǒng)VICS互相聯(lián)動。</p><p>　　同樣，這種集成系統(tǒng)在歐洲發(fā)展也很快，歐洲的TABASCO系統(tǒng)，將實時采集的交通數(shù)據(jù)，自適應交通控制系統(tǒng)，公路匝道調(diào)節(jié)，動態(tài)信息顯示整合起來，主要是用于高峰期間平衡路網(wǎng)交通負荷。運行

22、結(jié)果表明，當前路網(wǎng)23%的交通負載被轉(zhuǎn)移，可替換路線的行程時間僅僅增加1%，協(xié)同系統(tǒng)可避免過飽和的瓶頸路段形成，路面平均運行時間減少13%。另外，F(xiàn)ASTRAC系統(tǒng)也是信號控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上誘導集成的一個系統(tǒng)，其核心算法就是在中心運用動態(tài)交通分配，將誘導和控制結(jié)合起來。</p><p>　　目前，我國各城市的交通控制集成的程度不一，北京市建立了整合管理系統(tǒng)TTMS也就是類似國外的TCIS，以交通信息中心為軸，連接公交

23、系統(tǒng)、出租車系統(tǒng)城市捷運系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、車速信息系統(tǒng)等，根據(jù)規(guī)劃：第一階段實現(xiàn)交通管理整合，第二階段實現(xiàn)公共交通的整合，第三階段實現(xiàn)信息平臺的建設(shè)。</p><p>　　上海交通信息化建設(shè)的目標：整合城區(qū)的交通監(jiān)控系統(tǒng)、市郊公路及高速公路監(jiān)</p><p>　　控系統(tǒng)、車輛運行監(jiān)控系統(tǒng)以及泊車系統(tǒng)等方面的相關(guān)信息，形成物流信息暢通能力。</p><p>　　大范圍的

24、交通共用信息平臺不是以逸待勞的工程，是不斷吸納、不斷完善的工程。目前，北京上海已經(jīng)初步建立了比較完善的信息采集系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)交通數(shù)據(jù)采集，并判斷出交通狀態(tài)進行發(fā)布，為管理者和決策者提供支持，其他省會城市也基本上實現(xiàn)了信號控制系統(tǒng)、122接處警、交通違法取證系統(tǒng)等集成統(tǒng)一的指揮中心平臺。</p><p>　　1.3交通信號燈控制理論的研究現(xiàn)狀</p><p>　　靜態(tài)多段配時控制。靜態(tài)多段配

25、時控制是利用歷史數(shù)據(jù)實現(xiàn)的一種開環(huán)控制，其基本設(shè)計思想源于線性規(guī)劃。它沒有考慮交通需求的隨機波動，沒有考慮城市道路交通流的實時進化過程，其控制能力和抗干擾能力非常有限。但就城市某一區(qū)域而言，每日的交通狀況畢竟表現(xiàn)出相當程度的重復性，車流的運動變化仍有一定的規(guī)律可循。因此研究靜態(tài)多段配時控制，將其作為其他控制策略的“參照系”，或為它們提供“初值系統(tǒng)”還是很有意義的。</p><p>　　準動態(tài)多段配時控制。準動態(tài)多

26、段配時控制與靜態(tài)多段配時控制相類似，只不過多段的劃分不是以時間為依據(jù)，而是以檢測到的實時交通狀態(tài)為依據(jù)。交通狀態(tài)可以用交通量、占有率、車速等交通數(shù)據(jù)的特征值來表達。被劃分成的若干個交通狀況分別配以不同的優(yōu)化配時。準動態(tài)多段配時控制是一閉環(huán)控制系統(tǒng)。由于反饋的引入，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能比靜態(tài)多時段控制有明顯改善，但是又由于它的控制方式仍屬于方案選擇式，所以系統(tǒng)動態(tài)性能的改善又十分有限，故稱之為準動態(tài)系統(tǒng)。</p><p&

27、gt;　　模糊控制理論。一般控制系統(tǒng)的架構(gòu)包含了五個主要部分，即:定義變量、模糊化、知識庫、邏輯判斷及反模糊化。交通系統(tǒng)是一個具有隨機性、模糊性和不確定性的復雜系統(tǒng)，因此其數(shù)學模型的建立非常困難，有時甚至無法用現(xiàn)有的數(shù)學方法加以描述。即使經(jīng)過多次簡化已建立的數(shù)學模型，它的求解還必須簡化計算才能完成。所以經(jīng)典控制法很難得到滿意的效果。模糊控制是一種無須數(shù)學模型的控制方法，它能模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路，達到很好的控制效果。</

28、p><p>　　1.4本文的主要工作內(nèi)容</p><p>　　本課題以三菱FX2N-48MR型號PLC進行設(shè)計，F(xiàn)X2N系列是小型化,高速度,高性能和所有方便都是相當于FX系列中最高檔次的超小形程序裝置。除輸入輸出16--25點的獨立用途外,還可以適用于在多個基本組件間的連接,模擬控制,定位控制等特殊用途,是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。本課題在傳統(tǒng)的交通信號燈基礎(chǔ)上進行改進。改進項目為

29、交通信號燈根據(jù)車流的不同來自動控制和改變紅綠燈的點亮（熄滅）時間，從而控制車流，來緩解不同時段交通壓力。</p><p>　　第2章 PLC可編程控制器</p><p>　　PLC可編程控制器是以微處理器為基礎(chǔ)而發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。它以體積小、功能強、可靠性高、以及應用安裝方便的優(yōu)點,在我國的工業(yè)控制中占據(jù)了主導地位,并且還在不斷地發(fā)展著。目前，PLC在國內(nèi)外廣泛應用于鋼鐵、石油、

30、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及娛樂等各個行業(yè)。根據(jù)這一發(fā)展形勢,全國各地高校都將PLC課程納入教學任務,作為電子、電氣、以及工業(yè)自動化類專業(yè)的一門必修課。</p><p>　　2.1可編程控制器的由來與發(fā)展</p><p>　　2.1.1可編程控制器的由來</p><p>　　本世紀60年代，計算機控制技術(shù)已經(jīng)開始應用到工業(yè)控制領(lǐng)域，但由于

31、計算機技術(shù)復雜，編程不方便，而且價格還很昂貴，并未得到廣泛的應用。1968年，美國通用汽車公司為了使生產(chǎn)的汽車款式不斷推新，并且盡可能的降低制造成本，減少設(shè)計和制作周期，設(shè)法把計算機的各項功能與繼電器控制系統(tǒng)的優(yōu)點結(jié)合起來，開發(fā)出一種通用的自動控制設(shè)備，這也就是目前人們通稱的可編程控制器。</p><p>　　隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展，70年代初微處理器問世，半導體存儲器的集成度也越來越高，美國、日本

32、等一些廠家開始采用微處理器來做PLC的中央處理器，使PLC不僅具有計算機的功能而且更加小型化。我國從1974年開始研制并于1977年在工業(yè)上應用。</p><p>　　2.1.2可編程控制器的發(fā)展</p><p>　　世界上第一臺PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制的，限于當時的元件及計算機發(fā)展水平，早期的PLC主要是由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功

33、能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器，人們很快將其引入可編程控制器中，使PLC增加了運算、數(shù)據(jù)傳輸及處理等功能，成為真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。20世紀70年代末期，可編程控制器進入了實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已經(jīng)全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。20世紀80年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已經(jīng)獲得廣泛的應用。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)控制的需要。</p><p>

34、;　　中國是20世紀80年代初引進、應用、研制、生產(chǎn)可編程控制器的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器，后來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC的應用。預計21世紀可編程控制器將會有更大的發(fā)展。</p><p>　　2.2 PLC的定義</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）簡稱PC。個人計算機（Personal Computer）

35、也稱PC，為了避免混淆，人們將最初用于邏輯控制的可編程控制器叫做PLC（Programmable logic Controller）。國際電工委員會（International Electrical Committee）在1987年頒布的PLC標準草案中對PLC作了如下定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的

36、指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。”</p><p>　　2.3 PLC的工作原理</p><p>　　可編程控制器的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單的表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過運行應用程序完成用戶任務。但個人計算機與PLC的工作方式有所不同

37、，計算機一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方式，當鍵盤有鍵按下或I/O口有信號時則中斷轉(zhuǎn)入相應的子程序。而PLC在確定了工作任務，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務管理及應用執(zhí)行都是以循環(huán)掃描方式完成的。</p><p>　　2.3.1分時處理和循環(huán)掃描方式</p><p>　　以用戶程序的完成來說可分為以下三個階段：</p

38、><p>　　(1)輸入處理階段：也稱輸入采樣，在這個階段中，可編程控制器讀入輸口的狀態(tài)，并將它們存放在暫存區(qū)中。</p><p>　　(2)程序執(zhí)行階段：在這個階段中，可編程控制器根據(jù)本次讀入的輸入數(shù)據(jù)依據(jù)用戶程序的順序逐條執(zhí)行用戶程序。執(zhí)行的結(jié)果都存儲在輸出狀態(tài)暫存區(qū)中。</p><p>　　(3)輸出處理階段：這是一個程序執(zhí)行周期的最后階段，可編程控制器將本次用戶

39、程序的執(zhí)行結(jié)果一次性地從輸出狀態(tài)暫存區(qū)送到各個輸出口，對輸出狀態(tài)進行刷新。</p><p>　　2.3.2 PLC的兩種工作狀態(tài)</p><p>　　PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運行狀態(tài)和停止狀態(tài)，運行狀態(tài)是執(zhí)行應用程序的狀態(tài)，停止狀態(tài)一般用于程序的編制與修改。</p><p>　　2.3.3輸入輸出滯后時間</p><p>　　輸入輸出滯

40、后時間又稱為系統(tǒng)響應時間，是指PLC外部輸入信號發(fā)生變化的時刻起至它控制的有關(guān)外部輸出信號發(fā)生變化的時刻止之間的時間間隔。它由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分所組成。</p><p>　　2.4可編程控制器(PLC)的特點</p><p>　?。?）可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能

41、。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采用了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。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)模的繼電接觸控制系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已經(jīng)減少到原來的數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也隨之大大降低。此外，PLC具有硬件故障的自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出報警信息。在應用軟件中，用戶還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中處PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷程

42、序。這樣，整個系統(tǒng)就具有極高的可靠性。</p><p>　　（2）配套齊全，功能完善，適用性強</p><p>　　PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能外，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)字領(lǐng)域。近年來PLC的功能模塊大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、計算機數(shù)控等各種工業(yè)控制中。加上PLC通

43、訊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。</p><p>　?。?）易學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎</p><p>　　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，其編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。像梯形圖語言的圖形符號和表達方式與繼電器電路圖非常接近，只用PLC的少量開關(guān)邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電接觸器電路的功能。</p>

44、<p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護方便，改造容易</p><p>　　PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大地減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計周期大大縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序來改變生產(chǎn)過程成為可能。因此很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。</p><p>　?。?）體積小，重量輕，能耗低</p><p>　　以超

45、小型PLC為例，其新近產(chǎn)品的重量小于150g，功耗僅僅數(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。</p><p>　　2.5 PLC的編程語言</p><p>　　常用的表達方式有：梯形圖、指令表、順序功能圖、功能塊圖、結(jié)構(gòu)文體。</p><p>　　（1）梯形圖：是一種以圖形符號及其在圖中的相互關(guān)系表示控制關(guān)系的編程語言，是從繼電器電路圖

46、演變過來的，但梯形圖編程語言更強更方便。其主要特點有：第一，自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線，每一邏輯行起始左母線；第二，梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實物理繼電器稱為“軟繼電器”；第三，每個梯級流過的是概念電流，從左向右，其兩端母線設(shè)有電源；第四，輸入繼電器用于接入信號，而無線圈。</p><p>　?。?）指令表：指令表也叫語句表，是程序的另一種表示方法。它和單片機程序中的匯編語言有點類似，由

47、語句指令依一定是順序排列而成。指令表程序和梯形圖程序有嚴格的對應關(guān)系。梯形圖程序只有改寫成指令表才能送入可編程控制器運行。</p><p>　?。?）順序功能圖：順序功能圖常用來編制順序控制類程序。它包含步、動作、轉(zhuǎn)換三個要素。順序功能編程方法可將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，對這些小的工作狀態(tài)的功能分別處理后再依一定的順序控制要求連接組合成整體的控制程序。</p><p>　

48、?。?）功能塊圖：功能塊圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路的編程語言，該編程語言用類似與門、或門的方框來表示邏輯運算關(guān)系，就像電路圖一樣，它們被“導線”連接在一起。</p><p>　　（5）結(jié)構(gòu)文體：隨著PLC的飛速發(fā)展，如果許多高級功能還使用梯形圖來表示，會很不方便。為了增強PLC的數(shù)學運算、數(shù)據(jù)處理、圖表顯示、報表打印等功能，許多大中型PLC都配備了PASCAL、BASIC、C語言等高級編程語言。這種編程方式叫結(jié)構(gòu)

49、文本。與梯形圖相比，結(jié)構(gòu)文本有兩個大優(yōu)點，其一是能實現(xiàn)復雜的數(shù)學運算，其二是非常簡潔和緊湊，用結(jié)構(gòu)文本編制極其復雜的數(shù)學運算程序可能只占一頁紙。</p><p>　　梯形圖(Ladder Programming)是應用最廣的，梯形圖編程有時稱為繼電器梯形。</p><p>　　2.6 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　可編程控制器雖然外觀各異，但其硬件結(jié)構(gòu)大體相同。

50、主要由中央處理器（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）、電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖如下所示：</p><p>　　圖2-1 PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.6.1中央處理器（CPU）</p><p>　　中央處理器(CPU)是可編程控制器的控制中樞，它按照PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器輸入的用戶程

51、序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器I/O以及警戒定時器的狀態(tài)；而且能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC 投入運行時，首先它以循環(huán)掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算，結(jié)果送入I/O 映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行直到停止運

52、行。</p><p>　　中央處理器同時也是可編程控制器的核心，它在系統(tǒng)程序的控制下，完成邏輯運算、數(shù)學運算、協(xié)調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各部分工作等任務。可編程控制器中采用的CPU一般有三大類：一類為通用微處理器，如80286、80386等；一類為單片機芯片，如8051、8096等；另外還有位處理器，如AMD2900、AMD2903等。一般來說，可編程控制器的檔次越高，CPU的位數(shù)也越多，運算速度也越快，指令功能也越強。為了提

53、高PLC的性能，也有的一臺PLC采用了多個CPU。</p><p><b>　　2.6.2存儲器</b></p><p>　　存儲器是可編程控制器存放系統(tǒng)程序、用戶程序及運算數(shù)據(jù)的單元。和計算機一樣，可編程控制器的存儲器可分為只讀存儲器（ROM）和隨機讀寫存儲器（RAM）兩大類。只讀存儲器是用來存放永久保存的系統(tǒng)程序，一般為淹膜只讀存儲器和可編程電改寫只讀存儲器。隨機

54、讀寫存儲器的特點是寫入與擦除都很容易，但在掉電情況下存儲器的數(shù)據(jù)會丟失，一般用來存放用戶程序及系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的臨時數(shù)據(jù)。為了能使用戶程序及某些運算數(shù)據(jù)在可編程控制器脫離外接電源后也能保持，機內(nèi)隨機讀寫存儲器均配備了電池或電容等掉電保持裝置。</p><p>　　2.6.3輸入輸出接口</p><p>　　輸入輸出接口是可編程控制器和工業(yè)控制現(xiàn)場各類信號連接的部分。輸入接口用來接收生產(chǎn)過程的

55、各種參數(shù)。輸出接口用來送出可編程控制器運算后得出的控制信息，并通過機外的執(zhí)行機構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場的各類控制。生產(chǎn)現(xiàn)場對可編程控制器接口的要求一是要有較好的抗干擾能力，二是能滿足工業(yè)現(xiàn)場各類信號的匹配要求，因此廠家為可編程控制器設(shè)計了不同的接口單元。主要有：開關(guān)量接口，其作用是把現(xiàn)場的開關(guān)量信號變成可編程控制器內(nèi)部處理的標準信號；開關(guān)量輸出接口，其作用是把可編程控制器內(nèi)部的標準信號轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)所需要的開關(guān)量信號；模擬量輸入接口，其作用是

56、把現(xiàn)場連續(xù)變化的模擬量標準信號轉(zhuǎn)換成適合可編程控制器內(nèi)部處理的二進制數(shù)字信號；模擬量輸出接口，其作用是將可編程控制器運算處理后的若干位數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為相應的模擬量信號輸出。</p><p><b>　　2.6.4電源</b></p><p>　　可編程控制器的電源包括為可編程控制器各工作單元供電的開關(guān)電源及為掉電保護電路供電的后備電源，后備電源一般為電池。</p

57、><p><b>　　2.6.5外部設(shè)備</b></p><p><b>　?。?） 編程器</b></p><p>　　可編程控制器的特點是它的程序是可變更的，能方便地加載程序，也可方便的修改程序。編程設(shè)備就成了可編程控制器工作中不可缺少的設(shè)備?？删幊炭刂破鞯木幊淘O(shè)備一般有兩類：一類是專用的編程器，有手持式的，其優(yōu)點是攜帶方

58、便，也有臺式的，有的可編程控制器機身上自帶編程器；另一類是個人計算機，在個人計算機上運行可編程控制器相關(guān)的編程軟件即可完成編程任務。借助軟件編程比較容易，一般是編好了以后再下載到可編程控制器中去。</p><p>　　編程器除了變成以外，還具有一定的調(diào)試及監(jiān)控功能，能實現(xiàn)人機對話操作。</p><p><b>　?。?）其他外部設(shè)備</b></p>&l

59、t;p>　　PLC還配有其他一些外部設(shè)備：</p><p>　　盒式磁帶機 用以記錄程序或信息</p><p>　　打印機 用以打印程序或制表</p><p>　　EPROM寫入器 用以將程序?qū)懭氲接脩鬍PROM中</p

60、><p>　　高分辨率大屏幕彩色圖形監(jiān)控系統(tǒng) 用以顯示或監(jiān)視有關(guān)部分的運行狀態(tài)</p><p>　　2.6.6 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)</p><p>　　PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有RS-232接

61、口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 </p><p>　　當然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，PLC與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型的PLC之間、PLC與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)。</p><p>　　第3章 控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p><b>

62、;　　3.1技術(shù)控制要求</b></p><p>　　運用自己所學知識，設(shè)計一個十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)電路，要求使用PLC進行控制，能夠指揮車輛在十字路口完成左轉(zhuǎn)和不同路口的直行，并且設(shè)計出十字路口交通燈控制系統(tǒng)的組態(tài)模型。</p><p><b>　　功能：</b></p><p>　　東西兩組燈，南北兩組燈，分別用來指揮車輛

63、左轉(zhuǎn)和直行；</p><p>　　綠燈亮時最后三秒，要求每秒閃亮一次；</p><p>　　控制界面要求要有機動車道和人行道；</p><p>　　控制模式分為白天和晚上兩個模式；</p><p>　　能夠根據(jù)車流量大小自動實現(xiàn)紅綠燈時間長短調(diào)節(jié)；</p><p><b>　　3.2總體方案確定</b&

64、gt;</p><p>　　3.2.1方案的原理</p><p>　　本方案所要實現(xiàn)的是模擬十字路口交通燈的運行，以PLC為主控制器，對交通信號燈進行控制：總共有3個輸入點和16個輸出點，兩個輸入是系統(tǒng)的開和關(guān)，用代替交通燈的發(fā)光二極管的亮、滅和閃爍作為信號的輸出，把燈分為東西兩組，南北兩組，各有紅、黃、綠三種，分別用來指示左拐和直行，另外還有四組人行道上的紅綠燈。首先，控制要求利用計算機

65、編程軟件編寫好科學合理的程序并輸入PLC，PLC按照所輸入的程序給出輸出并通過外部中間繼電器對硬件電路進行相應的邏輯順序控制，使交通燈控制要求進行亮、滅和閃爍來完成科學的交通控制要求</p><p>　　3.2.2方案的特點</p><p>　　可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設(shè)計制造的，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制

66、。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，現(xiàn)在PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。</p><p>　　P

67、LC在其應用上具有以下優(yōu)點：</p><p>　　(1) 可靠性高，抗干擾能力強</p><p>　　PLC是專為工業(yè)控制而設(shè)計，在硬件方面采用了電磁屏蔽、光電隔離、模擬量和數(shù)字量濾波、優(yōu)化電源等措施，并對元件進行了嚴格的篩選，在軟件方面采用了警戒時鐘、故障診斷、自動恢復等措施，利用后備電池對程序和數(shù)據(jù)進行保護，因此，PLC具有其他工業(yè)控制設(shè)備更高的可靠性。</p><

68、p>　　(2)編程簡單，使用方便</p><p>　　PLC采用面向過程，面向問題的“自然語言”編程，比如梯形圖語言編程方式，非常直觀，易懂易編，容易推廣使用，現(xiàn)代的 PLC已經(jīng)使用 IEC1131-3作為編程語言標準，具有功能清晰、易于理解的特點正在被技術(shù)人員所接納和采用。</p><p>　　(3)功能強大，應用靈活</p><p>　　PLC的基本功能包

69、括數(shù)字和模擬量輸入/輸出、算術(shù)和邏輯運算、定時、計數(shù)、步進、移位、比較、代碼轉(zhuǎn)換等，還能完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、以及通訊網(wǎng)絡、生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。PLC的配置、安裝、使用和維護都很簡單，方便，PLC標準的積木式結(jié)構(gòu)與模塊化的程序設(shè)計可以適應大小不同、功能復雜的控制要求，并能適應產(chǎn)品規(guī)格或者工藝要求的變化，從而可以節(jié)省大量的人力和物力。</p><p>　　3.3信號燈智能控制方案</p><p

70、>　　此設(shè)計取雙向六車道為基礎(chǔ)，各方向均有左行、直行和右行三個車道，為檢測相應車道中的車輛數(shù)，現(xiàn)在左行和直行車道中各設(shè)置兩個傳感器，傳感器之間的區(qū)域即為檢測區(qū)。近端傳感器設(shè)置在停車線后，用以檢測該方向離開車輛數(shù)（Y），遠端傳感器設(shè)置在相距停車線80米處，用以檢測進入該車道的車輛數(shù)（X），這樣（X-Y）即為該車道上現(xiàn)有車輛數(shù)。在實際運行中，將相對方向的兩個相同車道中的車輛數(shù)進行比較，取較大者作為系統(tǒng)輸入。由于右轉(zhuǎn)車道始終綠燈，所以不

71、需要設(shè)置傳感器。具體道路狀況及傳感器鋪設(shè)位置如下圖所示。</p><p>　　圖3-1 傳感器鋪設(shè)位置圖</p><p>　　設(shè)車道內(nèi)等候車輛間距及車輛長為5米，則檢測區(qū)共可停放16輛車，根據(jù)實際情況，現(xiàn)假設(shè)每輛車通過路口所需時間為5s。當程序第一次運行時，設(shè)東西向直行及左轉(zhuǎn)綠燈延時均為30s，之后直行方向的綠燈延時上限為90s，下限為15s，考慮到實際情況中，直行車道等候車輛一般多于左轉(zhuǎn)

72、方向等候車輛，所以設(shè)左轉(zhuǎn)方向的綠燈延時上限為50s，下限為15s。</p><p>　　系統(tǒng)開始運行，待東西向左轉(zhuǎn)綠燈延時30s結(jié)束，南北方向直行綠燈閃亮開始，當綠燈延時到15s時，此時根據(jù)該方向直行車道檢測區(qū)中的車輛數(shù)決定綠燈的繼續(xù)閃亮時間（車輛數(shù)取相對方向中的較大者），時間計算公式為車輛數(shù)（X-Y）×5s，待該直行綠燈閃亮結(jié)束，黃燈亮5s，轉(zhuǎn)紅燈亮，與此同時，該方向左轉(zhuǎn)綠燈開始閃亮，當綠燈延時到15

73、s時，根據(jù)此時該左轉(zhuǎn)車道中檢測區(qū)內(nèi)車輛數(shù)決定綠燈繼續(xù)閃亮時間（車輛數(shù)取相對方向中的較大者），時間計算公式為車輛數(shù)（X-Y）×5s，當左轉(zhuǎn)綠燈閃亮結(jié)束，黃燈亮5s，轉(zhuǎn)紅燈亮。當南北方向左轉(zhuǎn)紅燈亮的同時，東西方向直行綠燈開始閃亮，至此，該方向的信號燈閃亮規(guī)則與南北方向完全一樣，并以此周而復始，實現(xiàn)信號燈的智能控制。</p><p><b>　　3.4控制流程圖：</b></p&g

74、t;<p>　　圖 3-2 控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　此次設(shè)計的交通燈模擬控制有三個按鈕開關(guān)，分別是啟動控制按鈕、夜間啟動控制按鈕、停止按鈕，信號燈分主干道交通燈和人行道交通燈，還外加數(shù)碼管顯示時間。此次設(shè)計交通燈分白天與黑夜，

75、當切換到夜間模式時只有黃燈閃爍，其余信號燈都不亮。具體框圖如下：</p><p>　　圖4-1 交通燈控制系統(tǒng)框圖</p><p>　　4.2 十字路口交通燈布置圖</p><p>　　按照上面交通燈控制系統(tǒng)框圖，與設(shè)計要求，畫出了交通信號燈布置圖。下圖就是按照現(xiàn)實中十字路口交通燈來布置的，分人行道交通燈、直行交通燈、左拐交通燈，做出的實物也是按照此圖布置的。<

76、;/p><p>　　圖4-2 十字路口交通燈布置圖</p><p>　　4.3 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗</p><p>　　在PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有4種控制燈，分別為：</p><p>　　● 禁止通行燈 （亮時為紅色）</p><p>　　● 準備禁止通行燈

77、 （亮時為黃色）</p><p>　　● 直通燈 （亮時為綠色）</p><p>　　● 左轉(zhuǎn)通行燈 （亮時為綠色）</p><p>　　另外行人道東西南北每面都有2種控制燈,分別為：</p><p>　　● 禁止通行燈 （亮時為紅色）</p><

78、p>　　● 直通燈 （亮時為綠色） </p><p>　　4.4 結(jié)合十字路口交通燈實際情況設(shè)計交通燈模擬控制系統(tǒng)</p><p>　　信號燈受輸入信號控制，各個輸入信號對應不同的工作方式。</p><p>　?。?）當按下白天啟動交通燈系統(tǒng)開關(guān)按鈕時，情況如下：</p><p>　　a）南北向（列）和東西向

79、（行）主干道均設(shè)有直行綠燈 10s，直行綠燈閃亮2s，黃燈2s，左轉(zhuǎn)綠燈亮15s，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮2s和紅燈28s。當南北主干道紅燈點亮時，東西主干道應依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃亮，黃燈，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮，，黃燈；反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃，黃燈，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃，黃燈。</p><p>　　b）南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在

80、南北主干道綠燈點亮時點亮，當南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點亮是點亮，當東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時東西行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。</p><p>　?。?）當按下晚上啟動交通燈系統(tǒng)開關(guān)按鈕時，情況如下：</p><p>　　當合上夜間開關(guān)后，東西南北兩方向的直行黃燈同時閃爍，提醒夜間過往人員和車

81、輛在通過十字路口時減速慢行。</p><p>　?。?）當按下停止按鈕時所有交通信號燈系統(tǒng)停止工作。</p><p><b>　　具體時序圖如下：</b></p><p>　　圖4-3 十字路口交通燈模擬控制時序圖</p><p>　　上述時序圖只是描述了白天的狀況，對于晚上只有黃燈閃爍，其余的信號燈都不工作，所以它的時

82、序圖沒有白天復雜，只要夜間按鈕一按主干道輸出為全黃燈閃。對于輸入停止和夜間按鈕一樣單一輸入單一輸出。</p><p>　　4.5 七段數(shù)碼管的選擇與顯示原理</p><p>　　根據(jù)控制要求，在實物制作中要有數(shù)碼顯示，即每個主干道都要裝有七段數(shù)碼管用來顯示每個交通燈的控制時間。</p><p>　　為此設(shè)計系統(tǒng)中用帶鎖存七段顯示器來與PLC連接，由于是東西南北4個方

83、向則要選取4個兩位七段碼顯示器安裝在4個方向的主干道上。</p><p>　　在設(shè)計中為了能使七段數(shù)碼管顯示時間就需要用到并了解七段碼譯碼指令以及帶鎖存七段碼顯示指令。其中的七段碼譯碼指令是驅(qū)動1位七段碼顯示器顯示16進制數(shù)據(jù)指令。其中指定的軟元件中儲存著待顯示數(shù)據(jù)，該元件低4位（只用低4位）存放的是待顯示的16進制數(shù)。譯碼后的七段碼存于另一個指定元件的低8位中，而高8位保持不變。</p><

84、p>　　如下圖所示，就是兩位數(shù)顯示的數(shù)碼管， 型號為SM420362，為共陰極七段數(shù)碼管：</p><p>　　圖4-4 數(shù)碼管實物圖</p><p>　　圖4-5 七段數(shù)碼管共陰極連接圖</p><p>　　下圖為數(shù)碼管內(nèi)部引腳配置圖:</p><p>　　圖4-6 數(shù)碼管內(nèi)部引腳圖</p><p>　　

85、4.6 A/D轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。</p><p>　　由于我們需要檢測16路車輛的數(shù)量，而PLC本身的輸

86、入點不夠，因此我們加入了一個PLC擴展模塊—A/D轉(zhuǎn)換模塊，它能將16路車輛傳感器檢測到的數(shù)據(jù)進行處理后變成我們PLC可以識別的輸入信號，由此實現(xiàn)智能控制。</p><p>　　4.7 可編程控制器I/O端口分配</p><p>　　表3-1 輸入地址編排表</p><p>　　注：D0020-D0035為AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號點分配列表，PLC本身輸入只有三個&l

87、t;/p><p>　　表3-2 輸出地址編排表</p><p>　　4.8 PLC的選擇</p><p>　　根據(jù)設(shè)計的控制要求，系統(tǒng)采用自動循環(huán)工作方式，其輸入信號有系統(tǒng)啟動信號、停止信號以及夜間啟動信號，輸出信號包括東西方向、南北方向直行交通信號燈、左轉(zhuǎn)交通信號燈、人行道交通信號。由于一個方向的二組信號燈中同種顏色的信號燈同時工作，為了節(jié)省輸出點數(shù)，可采用并聯(lián)輸出的

88、方法。在實際操作中，把它們先并聯(lián)起來，然后只連出一個即可。由此可見，系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為3，輸出點數(shù)25，而且都是開關(guān)量，所以采用小型PLC就可完成?？紤]到系統(tǒng)容量的擴展，應該預留一定的輸入/輸出端子，可選用日本三菱公司的FX2N-48MR系列的PLC作為核心控制器。</p><p><b>　　4.9 硬件連接圖</b></p><p>　　下圖為交通燈控制系統(tǒng)的硬

89、件I/O連接圖。交通信號燈選用5V直流電，COM端為交通燈的公共端。PLC的公共端接5V電源的正極，而燈的公共端接電源的負極，燈的另一端則接到PLC控制器的輸出端，如Y1，Y2 …… 等，幾個開關(guān)按鈕的一段相互連接，連到COM端，另一端作為輸入則與PLC相連，從而進行相應的控制。</p><p>　　圖4-7 交通燈控制系統(tǒng)的硬件連接圖</p><p>　　第5章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計</

90、p><p>　　5.1 軟件開發(fā)平臺</p><p>　　我們選用GX Developer編程軟件作為梯形圖的編程工具，GX Developer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?？蓱糜贔X

91、系列可編程控制器的編輯軟件Windows95\98\2000下運行。在SWOPC-FXGP/WIN-C中，可通過梯形圖符號，指令語言及SFC符號來創(chuàng)建程序，還可以在程序中注釋，它還能夠監(jiān)控PLC運行時的動作狀態(tài)和數(shù)據(jù)變化情況，而且還具有程序和監(jiān)控手段，是功能較強的PLC上位編程軟件。</p><p>　　運行GX Developer軟件后，將出現(xiàn)初始啟動界面，點擊工具欄中的“新建工程”圖標，選擇FX2N系列PLC

92、，即出現(xiàn)如圖5-1所示的起始界面。從界面可以看到最上面是菜單欄，接著是工具欄，編輯區(qū)下面分別是狀態(tài)欄和功能鍵欄，界面右側(cè)有功能圖欄。在各項菜單中包含了工具欄、功能欄、功能圖中所有的功能。</p><p>　　圖5-1 軟件初始界面</p><p>　　編寫后再按轉(zhuǎn)換，則可以把梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表寫入PLC進行調(diào)試。</p><p>　　5.2 程序設(shè)計與思路</

93、p><p>　　在可編程控制器中提供的編程語言通常有梯形圖、指令表、順序功能圖及布爾邏</p><p>　　輯等幾種形式，其中梯形圖編程是當今使用最為廣泛的編程方法，這種編程方法最主要的優(yōu)點是比較直觀，一目了然。布爾邏輯編程其實質(zhì)與梯形圖是一樣的，只是它采用與、或、非門來實現(xiàn)邏輯控制關(guān)系。功能圖編程是一種較新的編程方法，它可以將一個復雜的控制過程分解為一些小的工作狀態(tài)，如果用梯形圖編程法來實現(xiàn)

94、步進順序控制的設(shè)計，則程序?qū)⒑苋唛L，邏輯關(guān)系復雜，且不易理解，會大大增加編程及調(diào)式的難度，功能圖編程正是針對這些問題問世的，這種編程方法在時間、工藝順序控制的程序設(shè)計方面，有著獨特的優(yōu)勢。</p><p>　　近年來不少PLC廠家制作時在梯形圖語言之外采用了國際電工委員會(IEC)標準的順序控制流程圖(sequential function chart, SFC),用于編制復雜的順序控制程序。利用這種先進的設(shè)計方

95、法，初學者能夠很容易編出復雜的順控程序，而且熟練的電氣工程師用這種方法也能大大提高工作效率。SFC與梯形圖的配合使用正逐漸成為電氣設(shè)計工作的發(fā)展趨勢，是一種很有前途的設(shè)計方法。</p><p>　　綜上所述，選用已經(jīng)很成熟的梯形圖根據(jù)編程分析來進行系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　根據(jù)分析得到的系統(tǒng)控制邏輯時序，就可以著手進行PLC程序的編寫工作。考慮到兩個方向的控制要求以及時序完全相同，所

96、以在編寫程序時，可以使用時間上的邏輯關(guān)系進行，也可以使用信號燈間的邏輯關(guān)系來做。本次論文將以時間關(guān)系為主線進行編程。程序設(shè)計中以信號燈的變化為邏輯控制, 以時間變化顯示為數(shù)據(jù)控制。數(shù)據(jù)控制中使用了數(shù)據(jù)傳送MOVP 指令、數(shù)據(jù)減一DEC指令、數(shù)據(jù)比較CMP指令、7段碼譯碼SEGD指令以及區(qū)間復位ZRST 等功能指令。程序運行過程中將不斷變化的時間數(shù)據(jù)傳給7段碼譯碼SEGD指令, 7段碼譯碼SEGD指令再驅(qū)動數(shù)碼管, 顯示不斷變化的時間。同

97、時東西方向、南北方向的交通信號燈也作相應的變化。該程序設(shè)計的關(guān)鍵是要使信號燈的變化與時間的變化保持同步。</p><p>　　5.3 程序的流程圖</p><p>　　圖5-2 十字路口交通燈主干道控制流程圖</p><p>　　圖5-3十字路口交通燈人行道控制流程圖 </p><p><b>　　5.4 梯形圖</b>

98、</p><p>　　圖5-4 啟?？刂瞥绦?lt;/p><p>　　上圖梯形圖程序為十字路口交通燈控制系統(tǒng)的啟停控制程序，以及夜晚切換開關(guān)，當輸入X000的高電平時，將會使得中間寄存器M0自鎖，從而使系統(tǒng)進入自運轉(zhuǎn)狀態(tài)；當輸入X002的高電平即停止按鈕接通時將會引起中間寄存器M1失電，系統(tǒng)停止運行；當輸入X001的高電平即夜間啟動按鈕接通，則系統(tǒng)進入只有黃燈閃爍的夜間狀態(tài)。</p>

99、;<p>　　圖5-5 閃爍頻率設(shè)定程序</p><p>　　上圖梯形圖程序是閃爍頻率設(shè)定程序，黃燈不停閃爍的實現(xiàn)，主要是利用計時器本身的特性，來實現(xiàn)內(nèi)部繼電器的啟停，實際使用中也可以根據(jù)具體需要進行適當?shù)恼{(diào)整。</p><p>　　圖5-6 車輛檢測程序</p><p>　　上圖為16路車輛檢測程序。</p><p><

100、b>　　圖5-7 流程結(jié)束</b></p><p>　　上圖是程序結(jié)束的標志。</p><p>　　第6章 在組態(tài)軟件中的實現(xiàn)</p><p>　　6.1組態(tài)軟件的選擇</p><p>　　本次組態(tài)仿真，我們采用了MCGS組態(tài)軟件。MCGS(Monitor and Control Generated System，監(jiān)視與控制

101、通用系統(tǒng))是北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可運行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系統(tǒng)。</p><p>　　并且具有功能完善、操作簡便、可視性好、可維護性強的突出特點。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便的開發(fā)各種用于

102、現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。用戶只需要通過簡單的模塊化組態(tài)就可構(gòu)造自己的應用系統(tǒng)，如可以靈活組態(tài)各種智能儀表、數(shù)據(jù)采集模塊，無紙記錄儀、無人值守的現(xiàn)場采集站、人機界面等專用設(shè)備。</p><p>　　6.2組態(tài)界面的設(shè)置</p><p>　　啟動組態(tài)軟件進入組態(tài)環(huán)境，在“文件”選擇“新建工程”，建立自己的工程。在MCGS組態(tài)平臺上，單擊“用戶窗口”，在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕

103、，則產(chǎn)生新“窗口0”，選擇“窗口0”，單擊“窗口屬性”，將窗口名稱改為交通燈控制系統(tǒng)，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫制作窗口。利用窗口中工具箱提供的工具，完成交通信號燈控制系統(tǒng)的界面，如圖4-1所示:</p><p>　　圖6-1 MCGS組態(tài)界面</p><p>　　6.3組態(tài)系統(tǒng)的設(shè)置</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)要求，簡歷實時數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫是工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)

104、據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)庫中的基本單元就是數(shù)據(jù)變量，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程就是定義數(shù)據(jù)變量的過程。簡歷的部分實時數(shù)據(jù)庫見圖4-2.實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗口中圖形對象實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應的動畫屬性，當變量的值改變時，在畫圖上以圖形對象的動畫效果表示出來，或者由軟件使用者通過圖形對象改變數(shù)據(jù)變量的值。在系統(tǒng)運行過程中，圖形對象的外觀和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對象的實時采集值驅(qū)動，從而實現(xiàn)圖形的動畫效果。系統(tǒng)組態(tài)完成后

105、，在確認沒有錯誤的情況下可進入運行環(huán)境。</p><p>　　圖6-2 部分實時數(shù)據(jù)庫</p><p>　　點擊MCGS組態(tài)軟件主菜單中的“工具”項的“設(shè)備構(gòu)建管理“，在設(shè)備管理窗口中選擇“通用串口父設(shè)備”以及“PLC設(shè)備”文件夾下的“三菱”并將其移入選定設(shè)備中。將“串行口通信父設(shè)備”參數(shù)設(shè)置如下：通信波特率為9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)為7，停止位位數(shù)為1，數(shù)據(jù)校驗方式為偶校驗，串口通信號為CO

106、M0，最小采樣周期為200ms。</p><p>　　在MCGS組態(tài)軟件中，對應的串行口通道為圖4-3所示：</p><p>　　圖6-3 串行口通道定義</p><p><b>　　6.4 運行調(diào)試</b></p><p>　　確認檢查無誤后，雙擊“動畫組態(tài)”，然后可單擊“文件”中的“進入運行環(huán)境”，選擇“工程下載”，

107、然后“確定”然后就可以運行組態(tài)畫面了。（注意，選擇分辨率的時候盡量選擇1024*768，這樣才可以全屏運行組態(tài)模擬）</p><p>　　由于我們沒有傳感器，可用手動輸入檢測車輛數(shù)，代替?zhèn)鞲衅鳈z測，即可讓系統(tǒng)完成自動調(diào)節(jié)紅綠燈時長，運行界面如圖6-4所示</p><p>　　圖6-4 交通控制模擬運行截圖</p><p><b>　　第7章 總結(jié)</

108、b></p><p><b>　　7.1難點分析</b></p><p>　　在程序設(shè)計過程中遇到了一些難點重點問題，我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)以后幾個問題。</p><p>　　7.1.1 行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關(guān)系</p><p>　　因為實際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有一定的對應關(guān)系的

109、，根據(jù)常識，在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時簡化程序、減少PLC不必要的運算，節(jié)省資源。</p><p>　　7.1.2交通燈的閃亮</p><p>　　交通燈綠燈和黃燈在實際運行中是必須要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)計過程中也要加入這個功能，參考了一些PLC的交通燈程序介紹時發(fā)現(xiàn)PLC中內(nèi)置繼電器可以實現(xiàn)這一功能，這是一種硬件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。

110、于是我編寫了一個程序?qū)崿F(xiàn)的方法，此方法可以實現(xiàn)軟件實現(xiàn)閃爍功能，雖然程序加長了但閃爍頻率可以控制而且比較靈活。</p><p>　　7.2調(diào)試錯誤與修改方法</p><p>　　很多時候想一次性把程序完成是非常困難的，我在調(diào)試運行中也遇到不少錯誤。剛開始的時候把程序?qū)戇M去然后運行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且運行一個周期后就不亮了。那時候真不知道從哪里下手，只好一條一條的檢查指令，才發(fā)現(xiàn)我把一條