十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈電氣控制系統(tǒng)設計終極版本7-22

1、 屆畢業(yè)設計（論文） 材 料 院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 指導教師：陳華容職稱 高級實驗師 專 業(yè)： 自動化 班 級： 學 號： 201 年 月 材料清單1、任務書；2、開題報告；3、工作進度檢查表；4、指導教師審閱表；5、評閱教師評閱表；6、答辯資格審查表；7、畢業(yè)設計答辯及最終成績評定表；8、設計說明書主體部分（含論文封面、摘要和關鍵詞、目錄、正文、結束語、致謝、參考文獻、附錄等）湖南工學院2015 屆畢業(yè)設計（論文）課題任務書院：電氣與信息工程學院 專業(yè)： 自動化 指導教師陳華容學生姓名課題名稱十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈電氣控制系統(tǒng)設計內容及任務基于PLC設計一條

2、主干道和一條支干道的匯合點形成十字交叉路口交通燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)有左轉、直行、右轉三個方面紅，綠，黃3色信號燈指示，并用二位數(shù)碼管倒計時顯示其相應燈亮的時間。同時還要設計人行橫道指示燈的運行。主干道為東西方向，支干道為南北方向。主干道每次放行90秒，支干道每次放行40秒。設計任務1、基于PLC設計該交通燈電氣控制系統(tǒng)硬件電路，包括電路電器元器件的選擇、PLC選型；用計算機繪制電路圖。 2、根據(jù)控制要求設計該交通燈系統(tǒng)PLC控制程序(梯形圖)，調試程序，并要有程序運行仿真測試記錄。3、編寫設計說明書。擬達到的要求或技術指標控制要求：1、主干道放行時：主干道右轉始終保持放行，即主干道右轉綠燈始終亮

3、；主干道直行放行42秒，直行黃燈亮3秒后，再主干道左轉放行42秒，主干道左轉黃燈亮3秒后，放行支干道。每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。主干道直行黃燈亮3秒后，主干道放行時，支干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮支干道右轉綠燈始終亮。支干道放行時：支干道右轉綠燈紿終保持亮，即此時支干道右轉保持放行；支干道先直行放行17秒，支干道直行黃燈亮3秒后，支干道左轉再放行放行17秒；同樣每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。支干道放行時，主干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮，主干道右轉綠燈始終亮。2、當主干道直行為紅燈時，主干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之主干道上的人行

4、橫道線的紅燈亮。同樣當支干道直行為紅燈時，支干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之支干道上的人行橫道線的紅燈亮。3、能實現(xiàn)放行狀態(tài)的倒計時顯示功能。4、能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能顯示：進入特殊狀態(tài)時，東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)。進度安排起止日期工作內容備注2015/1/42015/3/1資料搜集2015/3/22015/3/20畢業(yè)實習、設計調研2015/3/212015/3/30總體方案確定，撰寫開題報告2015/3/312015/4/25系統(tǒng)設計2015/4/262015/4/30系統(tǒng)調試2015/5/12015/5/18撰寫設計說明書2015/5/192015/6/6總結、準備設計答辯2015/6

5、/72015/6/11畢業(yè)設計答辯主要參考資料1 史國生，鞠勇。電氣控制與可編程控制器技術實訓教程。北京：化學工業(yè)出版社，2010.2 張培志。電氣控制與可編程控制器。北京：化學工業(yè)出版社，2009。3 史宜巧，孫業(yè)明，景紹學。PLC技術及應用項目教程。北京：機械工業(yè)出版社，2009。4 劉美俊?？删幊炭刂破鲬眉夹g。福建：福建科學技術出版社，2006。5 郁漢琪。電氣控制與可編程控制器應用技術。南京：東南大學出版社，2003。6高欽和可編程控制器應用技術與設計人民郵電出版社，2004。7方承遠工廠電氣控制技術. 機械工業(yè)出版社，2000。8王兆義可編程序控制器教程機械工業(yè)出版社，2004。9

6、 張華。電類專業(yè)畢業(yè)設計指導。機械工業(yè)出版社，2001。10劉祖潤、胡俊達。畢業(yè)設計指導（電氣類專業(yè)適用）。機械工業(yè)出版社，1996。11胡學林。可編程序控制器教程（基礎篇）。電子工業(yè)出版社，2003。12張桂香。電氣控制與PLC應用。化學工業(yè)出版社，2003。教研室意見年 月 日系主管領導意見年 月 日 屆畢業(yè)設計（論文）說明書 十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈電氣控制系統(tǒng)設計 院 、 部： 電氣與信息工程學院 學生姓名： 指導教師：陳華容 職稱高級實驗師專 業(yè)： 自動化 班 級： 完成時間： 摘 要基于可編程控制器（簡稱PLC）設計一個十字路口帶倒計時顯示的交通燈電氣控制系統(tǒng)，系統(tǒng)設計分為

7、硬件部分設計和軟件部分設計。硬件部分設計首先對PLC、交通信號燈、LED數(shù)碼顯示器、熔斷器等元器件進行選型，確定其參數(shù)。根據(jù)所選元器件參數(shù)計算出PLC各輸出點電流值，因PLC各輸出點電流不大于0.5A，故可用PLC直接控制交通燈電路。電路中采用了熔斷器進行短路保護控制。軟件設計部分，根據(jù)任務書要求分模塊用步進指令進行設計，其中軟件程序設計總共分為三大模塊，主干道模塊、支干道模塊、人行橫道模塊。其中主干道模塊和支干道模塊分別又分為四個小模塊，主干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時數(shù)碼顯示器顯示控制；支干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時數(shù)碼顯示器顯示控制。人行橫道模塊又分為主

8、干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制，支干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制兩個小模塊。程序設計結束后采用GX Developer進行仿真測試，達到控制要求。該系統(tǒng)程序設計因采用模塊化設計，程序結構清晰，調試方便。 關鍵詞：交通信號燈；步進指令；可編程控制器ABSTRACTBased on programmable logic controller (PLC) to design a crossroad traffic light electric control system, with the countdown display system design is divided into hard

9、ware parts design and software design. Hardware design of PLC first, traffic lights, LED digital display, fuse, such as selection of components, determine its parameters. According to the selected component parameter to calculate the PLC output point of current value, for each PLC output current is

10、not more than 0.5 A, so the available PLC control traffic light circuit directly. For short circuit protection control circuit USES the fuse. Software design part, according to the requirements specification points module use step by step instructions for design, software program design is divided i

11、nto a total of three main modules, the main module, a pedestrian crossing module module, a road. Main modules and the artery of which is divided into four small module, turn left, turn right and go straight to main traffic lights display control, the countdown digital tube display control; The road

12、turn left, turn right and go straight traffic lights display control, the countdown digital tube display control. Pedestrian crossing module is divided into the main street of the pedestrian crossing the red and green light display control, pedestrian crossing on the road of red, green light shows t

13、wo small module control. After the program design adopts the GX Developer simulation test, to meet the control requirements. The system program design by using modular design, the program structure is clear, convenient debugging.Keyword: Traffic lights; Step by step instructions;Programmable logic c

14、ontroller目 錄1 概述21.1 課題設計的意義21.2 課題設計方案32 系統(tǒng)硬件設計42.1 系統(tǒng)設計要求42.2 PLC的介紹及選型52.3 其他器件的選型62.4 輸入/輸出信號分配82.5 控制電路設計93 系統(tǒng)軟件設計103.1 信號燈動作時序圖103.2 程序設計流程圖113.3 系統(tǒng)梯形圖程序133.3.1初始化模塊133.3.2主干道（東西向）模塊143.3.3支干道（南北向）模塊233.3.4人行橫道分支模塊323.3.5緊急情況模塊354 系統(tǒng)仿真及結果分析364.1 仿真軟件簡介364.2 程序仿真364.3 仿真結果分析39結束語41致 謝42參考文獻43附

15、錄A 交通信號燈控制電路圖46附 錄B 系統(tǒng)總梯形圖471 概述隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，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。本次畢業(yè)設計是基于可編程控制器設計一個主干道與支干道交匯的十字路口交通燈電氣控制系統(tǒng)，主要是實現(xiàn)對交通信號燈及每種狀態(tài)的倒計時顯示的控制。1.1 課題設計的意義隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注，交通問題成為制約我國社會經濟發(fā)展的一個大問題，我國人口眾多，現(xiàn)在大

16、多數(shù)城市都經常會出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，人、車、路三者關系的協(xié)調，已經成為交通管理部門需要解決的重要問題之一 。隨著社會的發(fā)展，一個城市的交通是否便捷是衡量城市是否具有發(fā)展?jié)摿Φ闹匾笜?。目前我國大、中、小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是大城市，隨著城市機動車量的不斷增加，如北京、上海、南京等出現(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，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效的改善了交通狀況。然而，隨著城市機動車輛數(shù)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)揮出預期的作用，而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速

17、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，最大限度的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，可見改善城市交通燈控制系統(tǒng)是多么的重要。為使交通得到有效管制，人們發(fā)明了交通信號燈，用于疏導交通、提高道路通行能力，以及減少在路口因信號不明而發(fā)生的交通事故。解決好公路交通燈控制問題將是保障交通有序、安全、快捷運行的重要環(huán)節(jié)。實現(xiàn)了交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。現(xiàn)在人類社會城市化的速度進一步加快，交通問題成了很多大城市的進一步發(fā)展的局限之一，也是人們主要關心的問題之一。

18、同時也反映了一個國家的經濟水平、科技應用水平和工程設計水平。所以一個性能良好的交通燈控制系統(tǒng)不僅能夠改善人們的生活，還能夠從側面反映出一個國家的真正實力。所以，設計一款這樣的交通燈系統(tǒng)具有一定的實際工程意義。1.2 課題設計方案十字路口帶倒計時顯示的交通燈控制系統(tǒng)是基于可編程控制器（programmable logic controller 簡稱PLC）設計的電氣控制系統(tǒng)。系統(tǒng)要求主干道每次放行90秒，支干道每次放行40秒。設計以時間順序控制紅、綠、黃信號燈的顯示，因系統(tǒng)在每個確定的時間點有可知固定的輸出，故采用步進指令編程，這樣程序設計條理清楚，易于理解。該系統(tǒng)設計分為硬件部分設計和軟件部分

19、設計。硬件部分設計首先對PLC、交通信號燈、LED數(shù)碼顯示器、熔斷器等元器件進行選型，確定其參數(shù)。根據(jù)所選元器件參數(shù)計算出電路電流值是否小于等于0.5A判斷出可編程控制器是否可以直接控制交通信號燈及LED數(shù)碼顯示器，由此來設計可編程控制器PLC的控制電路。電路中還采用熔斷器對電路進行短路保護控制。軟件設計部分，根據(jù)任務書要求分模塊用步進指令進行設計，其中軟件程序設計總共分為三大模塊，主干道模塊、支干道模塊、人行橫道模塊。其中主干道模塊和支干道模塊分別又分為四個小模塊，主干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時數(shù)碼顯示器顯示控制；支干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時數(shù)碼顯示器顯

20、示控制。人行橫道模塊又分為主干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制，支干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制兩個小模塊。程序設計結束后采用GX Developer進行仿真測試，達到控制要求。2 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)的硬件設計首先對PLC、交通信號燈、LED數(shù)碼顯示器、熔斷器、變壓器等元器件進行選型，確定其參數(shù)。然后設計控制電路，畫出PLC的外部接線圖。2.1 系統(tǒng)設計要求本次設計基于PLC設計一個主干道與支干道交匯的十字交叉路口交通燈控制系統(tǒng)。主干道與支干道都有左轉、直行、右轉三個方面紅，綠，黃3色信號燈指示，并用二位數(shù)碼顯示器倒計時顯示其相應燈亮的時間。同時還要設計人行橫道指示燈的運行。主干道為東西方向，

21、支干道為南北方向。主干道每次放行90秒，支干道每次放行40秒。圖1交通現(xiàn)場示意圖十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖如圖1所示，南北和東西每個方向都有左轉、直行、右轉三個方面的紅，綠，黃3色信號燈指示，及人行橫道信號燈，為確保交通安全，要求如下：1、主干道放行時：主干道、支干道右轉始終保持放行，即主干道、支干道右轉綠燈始終亮；主干道直行放行42秒，直行黃燈亮3秒后，再主干道左轉放行42秒，主干道左轉黃燈亮3秒后，放行支干道。每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。主干道左轉黃燈亮3秒后，支干道放行。主干道放行時，支干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮。支干道放行時：主干道、支干道右轉綠燈紿

22、終保持亮，即此時主干道、支干道右轉保持放行；支干道先直行放行17秒，支干道直行黃燈亮3秒后，支干道左轉再放行放行17秒；同樣每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。支干道放行時，主干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮。2、當主干道直行為紅燈時，主干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之主干道上的人行橫道線的紅燈亮。同樣當支干道直行為紅燈時，支干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之支干道上的人行橫道線的紅燈亮。3、能實現(xiàn)放行狀態(tài)的倒計時顯示功能。4、能實現(xiàn)特殊狀態(tài)的功能顯示：進入特殊狀態(tài)時，東西、南北路口均顯示紅燈狀態(tài)。2.2 PLC的介紹及選型 1、PLC介紹可編程控制器（Programmabl

23、e Controller）原本被叫做PC，但是因為私人的計算機（Personal Computer）的英語簡稱也是PC，所以為了避免將兩者混為一談，從初始就被用來邏輯控制的可編程控制器就被改稱為PLC(Programmable logic Controller）。人們之所以認為可編程控制器有著計算機的基本特征，是因為其內部的結構、功效還有工作的原理都與計算機差之毫厘，其內部擁有的能夠編制程序的存儲器，可編程控制器不光能完成邏輯運算和順序運算，還擁有定時、計數(shù)和算術運算的功能。然而與一般的計算機的區(qū)別在于，“針對于工業(yè)環(huán)境而設計”是可編程控制器的獨特之處，普通的個人計算機能在充滿了粉末和灰塵的環(huán)

24、境下正常工作嗎？能在很強的電磁不斷干擾的狀況下，亦或是溫度忽高忽低有劇烈變化的環(huán)境下安然無恙嗎？并不能，然而可編程控制器可以，它就是為此而誕生的。它的優(yōu)點顯而易見： 可靠性高，抗干擾能力強； 編程直觀、簡單、易學、易懂； 采用先進的模塊化結構，系統(tǒng)組合靈活方便； 功能完善，接口功能強；安裝簡便，調試方便，維護工作量小。 2、PLC的選型 在對PLC進行選型時，主要依據(jù)系統(tǒng)所用到的I/O接口數(shù)量、PLC的負載類型特點及負載使用電源、工作頻率等來進行PLC的型號選擇。首先對系統(tǒng)的I/O口數(shù)量進行統(tǒng)計，設計的十字路口帶倒計時顯示的交通信號燈電氣控制系統(tǒng)需要1個啟動按鈕、1個停止按鈕、1個緊急情況開關

25、、18個LED燈、4個數(shù)碼顯示器合計有3個輸入50個輸出，故所選的PLC至少需要53個I/O口。該系統(tǒng)所接負載有交通信號燈、數(shù)碼顯示器、總開關，交通燈輸出電壓為AC 220V，額定電流為0.35A；數(shù)碼顯示器輸出電壓為DC 24V，額定電流為0.35A；數(shù)碼顯示器采用靜態(tài)輸出?？傞_關額定電壓為AC 220V。PLC輸出類型可分為繼電器型、晶體管型、可控硅型三種，其中繼電器型既可接交流也可接直流負載，負載工作頻率較低。根據(jù)上述系統(tǒng)的I/O端口數(shù)及所接負載的情況，決定選用繼電器型輸出的PLC。又因系統(tǒng)輸出端口遠多于輸入端口，從經濟方面考慮決定選用輸出擴展模塊FX2N-16EYR和三菱FX2N-80

26、MR基本單元PLC。FX2N-80MR基本單元PLC的參數(shù)為：輸出、輸入點數(shù)均為40個，最大負載方面電阻負載是2A/1點、8A/4點共享、8A/8點共享；感性負載為80V·A；燈負載為100W。FX2N-16EYR型號的PLC輸出擴展模塊，其輸出點為16點。PLC基本單元和輸出擴展模塊的總I/O點數(shù)可以滿足系統(tǒng)的需求，并且有一定的空余可作改進。2.3 其他器件的選型前面已經介紹了PLC的選擇，下面介紹系統(tǒng)的其他主要器件的選擇。 1、 熔斷器的選型熔斷器是根據(jù)電流超過規(guī)定值一段時間后，以其自身產生的熱量使熔體熔斷，從而斷開電路的一種電器。熔斷器的選擇主要依據(jù)負載的保護特性和短路電流的大

27、小選擇熔斷器的類型。設計中需要用到的熔斷器有4種，分別為保護電路的熔斷器；保護交通信號燈的熔斷器；保護數(shù)碼顯示器的熔斷器；保護人行橫道信號燈的熔斷器。其中保護的是長期工作的交通信號燈，所以熔體額定電流應該按最大A/D電流來選擇，因為信號燈額定電流約為0.35A，由于共有14個交通信號燈所以選擇RT14-10型號熔斷器，額定電壓為AC220V，熔斷器額定電流10A，熔體額定電流為5A,足以滿足要求。保護數(shù)碼顯示器的熔斷器選擇FS-101型號熔斷器，額定電壓為DC24V，熔斷器額定電流為1A，熔體電流為0.5A，數(shù)碼顯示器額定電流為0.3A，所以該熔斷器足以滿足要求。保護電路的熔斷器采用RT18-

28、32X/3P型號熔斷器，額定電壓為AC220V，熔斷器額定電流為32A，熔體電流為16A，電路為總電流15A，所以該熔斷器足以滿足要求。人行橫道信號燈的額定電流為0.35A，由于共有4個信號燈，所以選擇RT14-3信號熔斷器，額定電壓為AC220V，熔斷器額定電流3A，熔體額定電流為1.5A，足以滿足要求。 2、 交通信號燈的選型 交通信號燈的選型主要根據(jù)系統(tǒng)設計要求和實際應用的需要，同時考慮到系統(tǒng)的實用性。設計中選用JXK300-44-RYG-3B型號的紅黃綠圓形交通燈及JXR300-18-RG-2B型號的靜態(tài)人行紅綠燈。作為最新開發(fā)的交通燈系列產品之一Auosun-JXK系列交通燈，它成功

29、的避開了笨重、效率低的傳統(tǒng)變壓器，工作電壓為AC220V，工作電流為0.35V。由于交通信號燈的電流小于0.5A，故可以直接接入電路。同時其可視度為500米滿足實際交通道路使用的基本要求并且經濟實惠。不僅如此，該系列的信號燈抗干擾能力強而且質量可靠。采用美國進口的芯片及先進的生產工藝，發(fā)光管的亮度高、壽命長,。3、 數(shù)碼顯示器的選型 根據(jù)系統(tǒng)設計要求和實際應用的需要，同時考慮到系統(tǒng)的實用性來選擇數(shù)碼顯示器。DJS600-3-ZGSM-1型號數(shù)碼顯示器是倒計時顯示器。數(shù)碼顯示器樣式美觀大方，路口視覺效果顯著，產品免費質保3年。采用超高亮LED，色度均勻統(tǒng)一，排列整齊，特殊設計散射單元，能使光線達

30、到特別均勻的最佳效果；倒計時采用超高亮發(fā)光二極管，可視距離200米以上，壽命10年以上；外殼采用鈑金結構，工藝精細、外表美觀，重量輕，不生銹，防塵，防水，使用壽命超過10年，充分滿足交通使用要求且經濟實惠。通過電流的計算得出數(shù)碼顯示器電流小于0.5A，故設計中直接選用DJS600-3-ZGSM-1型號的數(shù)碼顯示器。數(shù)碼顯示器額定電壓為DC24V，額定電流為0.3A，由于工作電源為AC220V，所以需要通過變壓整流后接入數(shù)碼顯示器。4、 總開關的選型通過總開關的接通和斷開控制整個電路的通電與斷電。該設計中采用的是HK1系列的閘刀開關。該開關的額定電流為16A，2極，額定電壓為AC220V。5、

31、變壓器的選型設計中所選用的數(shù)碼顯示器是直流數(shù)碼顯示器，額定電壓為24V，需將220V交流電通過變壓器降壓為24V后整流為直流電方可使用。根據(jù)要求，選擇圣英EEIO-C300VA型變壓器。該變壓器輸入電壓為交流220V，輸出電壓為交流 24V。最大輸出電流為5A，額定功率為300W。同時圣英EEIO-C300VA型變壓器是針對防水變壓器散熱問題，特開發(fā)出全鋁外殼防水變壓器。此變壓器為防水變壓器中散熱效果最好的，特別適用于戶外燈具及環(huán)境溫度較高、工作條件較差的設備電源。鋁殼防水變壓器內部為全環(huán)氧樹脂灌制而成絕緣性能高，防水性能好，適用于戶外LED產品，地埋燈，水底燈專用最佳配套電源。若不需防水（不

32、用環(huán)氧樹脂灌封），也可直接裝外殼。防水防塵等級達到IP68級，滿足實際使用要求。所以選擇圣英EEIO-C300VA型變壓器。6、元器件清單元器件清單如表1。表1 元器件清單元器件名稱數(shù)量型號總開關1HK1-2P-16A緊急情況開關1HK1-2P-1A按鈕2LA25-10數(shù)碼顯示器4DJS600-3-ZGSM-1PLC基本單元1FX2N-80MRPLC輸出擴展模塊1FX2N-16EYR交通信號燈14JXK300-44-RYG-3B人行信號燈4JXR300-18-RG-2B熔斷器1RT14-10熔斷器2RT18-32X/3P熔斷器4FS-101熔斷器1RT14-32.4 輸入/輸出信號分配根據(jù)系統(tǒng)

33、的需求分析，可以設計出系統(tǒng)所采用的控制器I/O口輸入/輸出信號分配如表2所示。表2 輸入/輸出信號分配表輸入端口外接器件名稱及功能輸出端口外接器件名稱及功能X0啟動按鈕SB1Y1東西向直行紅燈HL1X1停止按鈕SB2Y2東西向直行綠燈HL2X3特殊狀態(tài)開關SQ1Y3東西向直行黃燈HL3 Y4東西向右轉綠燈HL4 Y5東西向左轉紅燈HL5 Y6東西向左轉綠燈HL6Y7東西向左轉黃燈HL7Y11南北向直行紅燈HL81Y12南北向直行綠燈HL9Y13南北向直行黃燈HL10Y14南北向右轉綠燈HL11Y15南北向左轉紅燈HL12Y16南北向左轉綠燈HL13Y17南北向左轉黃燈HL14Y20Y26東西向

34、個位數(shù)碼顯示器顯示agY30Y36東西向十位數(shù)碼顯示器顯示agY40Y46南北向個位數(shù)碼顯示器顯示agY50Y56南北向十位數(shù)碼顯示器顯示agY60東西方向上人行橫道紅燈HL15續(xù)表1輸入端口外接器件名稱及功能輸出端口外接器件名稱及功能Y61東西方向上人行橫道綠燈HL16Y62南北方向上人行橫道紅燈HL17Y63南北方向上人行橫道綠燈HL182.5 控制電路設計根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，已經選擇好系統(tǒng)的控制器為三菱公司的FX2N-80MR型可編程控制器及FX2N-16EYR輸出擴展模塊。選用的交通信號燈、LED數(shù)碼顯示器、熔斷器、變壓器等硬件型號及具體參數(shù)已在前面進行了介紹，下面根據(jù)其具體參數(shù)設計控

35、制電路。對于交通信號燈控制系統(tǒng)控制電路而言，其輸入端主要接有開始按鈕、停止按鈕、緊急情況開關，通過分配不同的輸入端口，將其相應元器件的一端通過導線連接至可編程控制器的輸入端而另一端通過導線連接至其COM公共端，PLC工作電源為AC 220V。對于輸出端而言接有東西向直行紅燈、東西向直行黃燈、東西向直行綠燈、東西向右轉綠燈、東西向左轉紅燈、東西向左轉黃燈、東西向左轉綠燈、南北向直行紅燈、南北向直行黃燈、南北向直行綠燈、南北向右轉綠燈、南北向左轉紅燈、南北向左轉黃燈、南北向左轉綠燈、東西向人行道紅燈、東西向人行道綠燈、南北向人行道紅燈、南北向人行綠燈、四個一位共陽極數(shù)碼顯示器。系統(tǒng)各方向的紅、綠、

36、黃三色信號燈，通過分配不同的PLC輸出端口控制，將其相應元器件的一端通過導線接至可編程控制器的輸出端而另一端通過導線連接至220V交流電源的火線L端，其PLC輸出端相對應的公共端COM口連接至220V交流電源的零線N端。對于FX2N-80MR型PLC基本單元而言，其COM口的分配與FX2N-16MR型有所不同，F(xiàn)X2N-80MR其COM1-COM4每四個輸出點共用一個輸出公共端，而對于COM5-COM7公共端口，每八個輸出點共用一個輸出公共端。對于一位共陽極數(shù)碼顯示器而言，其公共端接至24V直流電源正極、數(shù)碼顯示器的ag段接24V直流電源負極，數(shù)碼顯示器內部設計廠家已加限流電阻，故在本次設計中

37、直接接入24V直流電源。對于FX2N-16EYR型號的PLC輸出擴展模塊而言，每八個輸出點共用一個輸出公共端，本次設計將該擴展模塊的公共端取名為COM8、COM9公共端口。此外各電路中采用了熔斷器進行短路保護控制。綜合上述設計，畫出交通信號燈控制電路圖。具體交通信號燈控制電路圖見附錄A。3 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)的軟件設計部分，根據(jù)任務書要求分模塊用步進指令進行設計，其中軟件程序設計總共分為三大模塊，主干道模塊、支干道模塊、人行橫道模塊。其中主干道模塊和支干道模塊分別又分為四個小模塊，主干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時數(shù)碼顯示器顯示控制；支干道左轉、右轉、直行交通信號燈顯示控制，倒計時

38、數(shù)碼顯示器顯示控制。人行橫道模塊又分為主干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制，支干道上的人行橫道紅、綠燈顯示控制兩個小模塊。此外還設計了緊急情況模塊，以處理特殊情況。按照模塊用步進指令設計程序，根據(jù)設計要求畫出交通時序圖、系統(tǒng)流程圖，編寫系統(tǒng)主要的梯形圖程序并詳細說明系統(tǒng)梯形圖實現(xiàn)控制的過程。3.1 信號燈動作時序圖如圖2所示，它是按信號燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號燈點亮。按啟動按鈕SB1后，主干道放行時：主干道右轉始終保持放行，即主干道右轉綠燈始終亮；主干道直行放行42秒，直行黃燈亮3秒后，再主干道左轉放行42秒，主干道左轉黃燈亮3秒后，放行支干道。每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次

39、再黃燈亮3秒作為過渡。主干道直行黃燈亮3秒后，支干道右轉綠燈亮，主干道放行時，支干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮，支干道右轉綠燈始終亮。支干道放行時：支干道右轉綠燈紿終保持亮，即此時支干道右轉保持放行；支干道先直行放行17秒，支干道直行黃燈亮3秒后，支干道左轉再放行放行17秒；同樣每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。支干道放行時，主干道的直行和左轉的紅燈始終保持亮，主干道右轉綠燈始終亮。當主干道直行為紅燈時，主干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之主干道上的人行橫道線的紅燈亮。同樣當支干道直行為紅燈時，支干道上的人行橫道線的綠燈亮，反之支干道上的人行橫道線的紅燈亮。以下的變化規(guī)律

40、與上述相同。圖2 交通時序圖3.2 程序設計流程圖根據(jù)系統(tǒng)設計要求，對系統(tǒng)軟件進行設計其主體流程圖如圖3所示：圖3 程序主體流程圖3.3 系統(tǒng)梯形圖程序3.3.1初始化模塊系統(tǒng)通電后在PLC運行的第一個掃描周期，查看緊急情況開關X3是否置1，即緊急情況開關是接通。當X3置1時，執(zhí)行跳轉指令，跳至標號P2（752號地址），當X3置0時，M8002的常開觸點接通一個掃描周期，或者按下停止按鈕X1后，用SET置位命令將步進的初始化狀態(tài)S0置1，用區(qū)間復位指令ZRST將步進指令后面要用的狀態(tài)S10至S33清零。進入初始化狀態(tài)S0步，按下啟動按鈕X0后，帶倒計時十字路口交通控制系統(tǒng)開始運行，系統(tǒng)分為主干

41、道（S10東西方向）、支干道（S20南北方向）、人行橫道S30這三個模塊分支同時運行。初始化模塊如圖4所示。圖4 系統(tǒng)初始化模塊3.3.2主干道（東西向）模塊主干道（東西向）模塊，主干道右轉始終保持放行。主主干道直行放行42秒，直行黃燈亮3秒后，再主干道左轉放行42秒，主干道左轉黃燈亮3秒后，放行支干道。每次放行綠燈亮最后3秒每秒閃爍1次再黃燈亮3秒作為過渡。程序設計思路如下：按X0啟動按鈕，系統(tǒng)啟動運行，由步進初始狀態(tài)S0狀態(tài)同時分三條支路分別進入S10、S20、S30三狀態(tài)。S10為主干道（東西方向）分支狀態(tài)，東西方向運行控制程序設計分為S10S16這七個狀態(tài)程序模塊，S10狀態(tài)為東西向直

42、行綠燈亮39秒，數(shù)碼顯示器倒計時顯示424；S11狀態(tài)為東西向直行綠燈亮的最后3秒閃爍并倒計時顯示30；S12狀態(tài)為東西向直行黃燈亮3秒，數(shù)碼顯示器倒計時“30”；S13狀態(tài)為東西向左轉綠燈亮39秒，數(shù)碼顯示器倒計時顯示“424”；S14狀態(tài)為東西向左轉綠燈亮的最后3秒閃爍并倒計時顯示“30”；S15狀態(tài)為東西向左轉黃燈亮3秒，數(shù)碼顯示器倒計時“30”；S16狀態(tài)為東西向直行、左轉紅燈亮40秒，數(shù)碼顯示器倒計時“400”。東西方向直行綠燈亮42秒，先綠燈靜態(tài)顯示39秒，再閃爍3秒。首先運行狀態(tài)S10，即東西方向直行綠燈亮39秒，并倒計時顯示“424”。如圖5所示，主干道直行綠燈亮時Y2輸出，主

43、干道左轉紅燈亮Y5輸出，主干道右行綠燈亮Y4輸出，用T1定時39秒圖5 東西方向直行綠燈亮39秒狀態(tài)圖東西方向直行綠燈亮時的倒計時顯示：東西向直行綠燈Y2由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字4送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字2送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖6中DE

44、CP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。同時用比較CMP指令比較D0中的數(shù)字與十進數(shù)0進行比較，當D0中數(shù)小于0，中間寄存器M2置1，用M2控制將十進數(shù)9送給D0，將十位數(shù)據(jù)寄存器D1中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T1對直行綠燈Y2亮的時間進行定時，當定時39秒時間到，T1常開觸點接通，置位S11狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S11狀態(tài)。這部分程序如圖6。 圖6 東西方向直行綠燈亮時的倒計時顯示圖 68之后運行狀態(tài)S11，即東西方向直行綠燈閃爍3秒，并倒計時顯示“30”。如圖7所示，主干道直行綠燈閃爍時Y2在PLC自帶的秒脈沖M8013常開觸點的控制下輸出，主干道

45、左轉紅燈亮Y5輸出，用定時器T2定時3秒。圖7 東西方向直行綠燈閃爍東西方向直行綠燈閃爍時的倒計時顯示：中間寄存器M100由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字0送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字3送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖8中DECP為減1指令，M8013每來一

46、個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T2對直行綠燈Y2閃爍的時間進行定時，當定時3秒時間到，T2常開觸點接通，置位S12狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S12狀態(tài)。這部分程序如圖8。圖8 東西方向直行綠燈閃爍時的倒計時顯示圖 東西方向直行黃燈亮3秒，運行狀態(tài)S12，即東西方向直行黃燈亮3秒，并倒計時顯示“30”。主干道直行黃燈亮時Y3輸出，主干道左轉紅燈亮Y5輸出。與此同時東西方向直行黃燈Y3由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字0送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字3送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示直行黃燈亮的倒計時的個位數(shù)

47、，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示直行黃燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖9中DECP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T3對直行黃燈亮Y3的時間進行定時，當定時3秒時間到，T3常開觸點接通，置位S13狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S13狀態(tài)。這部分程序如圖9。圖9 東西方向直行黃燈亮3秒狀態(tài)圖東西方向左轉綠燈亮42秒，先綠燈靜態(tài)顯示39秒，再閃爍3秒。首先運行狀態(tài)S13，即東

48、西方向左轉綠燈亮39秒，并倒計時顯示“424”。如圖10所示，主干道左轉綠燈亮時Y6輸出，主干道直行紅燈亮Y1輸出，主干道右行綠燈亮Y4輸出，用T4定時39秒。圖10 東西方向左轉綠燈亮39秒狀態(tài)圖東西方向左轉綠燈亮時的倒計時顯示：東西向左轉綠燈Y6由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字4送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字2送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示左轉綠燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示左轉綠燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控

49、制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖11中DECP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。同時用比較CMP指令比較D0中的數(shù)字與十進數(shù)0進行比較，當D0中數(shù)小于0，中間寄存器M5置1，用M5控制將十進數(shù)9送給D0，將十位數(shù)據(jù)寄存器D1中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T4對左轉綠燈Y6亮的時間進行定時，當定時39秒時間到，T4常開觸點接通，置位S14狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S14狀態(tài)。這部分程序如圖11。T4定時時間到，進入步進S14狀態(tài)，即東西方向左轉綠燈3秒，并倒計時顯示30。主干道左轉綠燈亮時Y6在PLC自帶

50、的秒脈沖M8013常開觸點的控制下輸出每秒閃爍一次，這時主干道直行紅燈亮Y1輸出，主干道右轉綠燈亮Y4輸出，用T5定時3秒。進入步進S14狀態(tài)中間寄存器M101有輸出，與此同時M101由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字0送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字3送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。這時倒計時數(shù)碼顯示器先顯示為“03”。圖11 東西方向左轉綠燈亮時的倒計時顯示倒計時數(shù)碼顯示器顯示“30”，用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示左轉綠燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示左轉綠燈亮的倒計時

51、的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖12中DECP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T5對左轉綠燈Y6閃爍的時間進行定時，當定時3秒時間到，T5常開觸點接通，置位S15狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S15狀態(tài)。這部分程序如圖12。圖12 東西方向左轉綠燈閃爍3秒狀態(tài)圖運行狀態(tài)S15，即東西方向左轉黃燈亮3秒，并倒計時顯示“30”。主干道左轉黃燈亮時Y7輸出，主干道直行紅燈亮Y1輸出，主干道右轉綠燈亮Y4輸出，用T6定時3秒。與此同時東西方向左轉黃燈Y7由OF

52、F變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字0送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字3送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示左轉黃燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y26控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示左轉黃燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖13中DECP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T6對左轉黃燈亮Y7的時間進行定時，當定時3秒時間到，T6常開觸點接通，置

53、位S16狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S16狀態(tài)。這部分程序如圖13。圖13 東西方向左轉黃燈亮3秒狀態(tài)圖東西方向直行、左轉紅燈亮40秒，并倒計時顯示“400”。運行狀態(tài)S16，主干道直行紅燈亮時Y1輸出，主干道左轉紅燈亮Y5輸出，主干道右轉綠燈亮Y4輸出，用定時器T7定時40秒。圖14 東西方向直行、左轉紅燈亮40秒狀態(tài)圖東西方向直行、左轉紅燈亮時倒計時顯示：中間寄存器M103由OFF變?yōu)镺N時，利用其上升沿，用MOV指令將數(shù)字4送入數(shù)據(jù)寄存器D1中，將數(shù)字0送入數(shù)據(jù)寄存器D0中。再用七段譯碼SEGD指令將DO中的數(shù)據(jù)在個位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的個位數(shù)，個位數(shù)碼顯示器由Y20Y2

54、6控制其ag段。再用七段譯碼SEGD指令將D1中的數(shù)據(jù)在十位數(shù)碼顯示器顯示直行綠燈亮的倒計時的十位數(shù)，十位數(shù)碼顯示器由Y30Y36控制其ag段。用PLC自帶的秒脈沖M8013的常開觸點,控制個位數(shù)據(jù)寄存器D0每秒減1，圖15中DECP為減1指令，M8013每來一個脈沖將數(shù)據(jù)寄存器D0中數(shù)字減一次1。同時用比較CMP指令比較D0中的數(shù)字與十進數(shù)0進行比較，當D0中數(shù)小于0，中間寄存器M8置1，用M8控制將十進數(shù)9送給D0，將十位數(shù)據(jù)寄存器D1中數(shù)字減一次1。程序中用定時器T7對直行、左轉紅燈Y1、Y5亮的時間進行定時，當定時40秒時間到，T7常開觸點接通，置位S10狀態(tài)，即進行步進指令的下一狀態(tài)S10狀態(tài),循環(huán)主干道（東西向）模塊。這部分程序如圖15。以上主干道（東西向）模塊程序設計共分為東西方向直行綠燈亮39秒狀態(tài)、東西方向直行綠燈亮時的倒計時顯示、東西方向直行綠燈閃爍、東西方向直行綠燈閃爍時的倒計時顯示、東西方向直行黃燈亮3秒狀態(tài)、東西方向左轉綠燈亮39秒狀態(tài)、東西方向左轉綠燈亮時的倒計時顯示、東西方向左轉綠燈閃爍3秒狀態(tài)、東西方向左轉黃燈亮3秒狀態(tài)、東西方向直行、左轉紅燈亮40秒狀態(tài)，這十個方面進行程序設計。圖15 東西方向直行、左轉紅燈亮時倒計時顯示圖3.3.3支干道（南北向）模塊支干道（南北向）模塊，支干道右轉始終保持