基于PLC交通燈設計

江蘇信息職業(yè)技術學院畢業(yè)設計論文基于PLC交通燈設計基于PLC和MCGS的交通燈系統(tǒng)設計【摘要】當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。社會的發(fā)展，人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數量規(guī)模進行分檔，相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔.這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，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，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率.PLC結構簡單、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。由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內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地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。PLC還具有通訊聯(lián)網功能，將同一條道路上的信號燈組成同一局域網進行統(tǒng)一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。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。關鍵字：PLC、交通燈、控制系統(tǒng)、組態(tài)設計Abstract:Today,trafficlightsinstalledonthecrossingatall,toeasethetrafficofvehicleshasbecomethemostcommonandmosteffectivemeans.Socialdevelopment,people'sconsumptionlevelscontinuetoincrease,privatevehiclesisincreasing.Ofpeople,carsandmoreroadshavelesstrafficstatusisobvious.Therefore,theadoptionofeffectivemethodstocontroltrafficlightsisimperative.PLCintelligentcontrolprincipleisthecoreofthecontrolsystemusingPLCnorth-southdirectiontoeast-westdirectionorscaleofthevehiclebythenumberofsub-file,theappropriatethinggiventhegreenlightnorth-southdirectionandlengthoftimeisalsosub-fileaccordingtocertainrules.Thisscalecanbeachievedgiventhegreenlightattrafficduration,toachievemaximumreleaseacartoreducethestagnationofvehiclescrossingtoeasetrafficcongestion,toachieveoptimalcontrol,thusimprovingtheefficiencyoftrafficcontrolsystem.PLCstructureissimple,easyprogramming,highreliability,hasbeenwidelyusedforindustrialprocessandlocationoftheautomaticcontrol.TheuseofthePLChasthecharacteristicsofenvironmentaladaptability,whileitsinternaltimerresourcesareveryrich,thecurrentwidespreaduseofthe"progressive"signalforprecisecontrol,particularlycontrolofmulti-forkcanbeeasilyachieved.Therefore,thePLCisnowincreasinglyusedintrafficlightssystem.PLCalsohasacommunicationsnetworkingcapabilities,thesamesignalontheroadtoformaunifiedLANmanagement,andcanshortenthewaitingtimeforvehicletraffic,toachievescientificmanagement.Inreal-timedetectionandapplicationofautomaticcontrolsystemsPLC,PLCisoftenusedasacorecomponent.Keywords:trafficlights,controlsystems,configurationdesign可編程控制系統(tǒng)介紹1.1PLC簡介隨著微處理器，計算機的和數字通訊技術的飛速發(fā)展，計算機控制技術已經滲透到所有工業(yè)領域。當前用于工業(yè)控制的計算機可分為:可編程控制器,基于PC總線的工業(yè)控制計算機,基與單片機的測控裝置,用于模擬量閉環(huán)控制的可編程調節(jié)器,集散控制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)等?？删幊炭刂破魇菓脧V泛,功能強大,使用方便的通用工業(yè)控制裝置,已成為當代工業(yè)自動化的重要支柱.近幾年，在國內已得到迅速推廣普及?？删幊炭刂破魇?0年代末在美國首先出現(xiàn)的，當時叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據實際應用對象，將控制內容寫入控制器的用戶程序內，控制器和被控對象連接也很方便?？删幊炭刂破鲗τ脩魜碚f，是一種無觸點設備，改變程序即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據用戶的要求專門設計控制器，適合批量生產。由于這些特點，可編程控制器問世以后很快受到工業(yè)控制界的歡迎，并得到迅速的發(fā)展?？删幊绦蚩刂破?，英文稱ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（PersonalComputer）混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PLC應用于生產實踐。PLC的類型繁多，功能和指令系統(tǒng)也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結構如下圖所示： 1-1PLC的硬件系統(tǒng)結構1.1.1主機 主機部分包括中央處理器（CPU）、系統(tǒng)程序存儲器(ROM)和用戶程序及數據存儲器。CPU是PLC的核心，它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、做出邏輯判斷和進行數據處理，即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作，將結果送到輸出端，并響應外部設備（如電腦、打印機等）的請求以及進行各種內部判斷等。PLC的內部存儲器有兩類，一類是系統(tǒng)程序存儲器，主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統(tǒng)程序已由廠家固定，用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器，主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。1.1.2輸入/輸出（I/O）接口 I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。I/O接口一般采用光電耦合電路，以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I/O點數即輸入/輸出端子數是PLC的一項主要技術指標，通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點，大型機將超過千點。1.1.3輸入/輸出擴展接口 I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機）連接在一起。1.1.4外部設備接口 此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯(lián)，以完成相應的操作。實驗裝置提供的主機型號是西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點數為14，輸出點數為10。1.1.5編程 編程是PLC利用外部設備，用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監(jiān)示PLC的工作情況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接，并利用專用的編程軟件進行電腦編程和監(jiān)控。1.1.6電源 圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。1.2PLC的工作原理 PLC的CPU采用順序邏輯掃描用戶程序的方式進行工作，即在PLC運行時，CPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的CPU掃描一個周期必經輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、處理通訊請求、CPU自診斷和輸出刷新三個階段。 輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數據讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。執(zhí)行用戶程序階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內容隨著程序的執(zhí)行而改變。處理通訊請求階段：CPU處理從通訊接口和智能模塊接收到的信息，如由編程器送來的程序、命令和各種數據，并把要現(xiàn)實的狀態(tài)、數據、出錯信息等發(fā)送給編輯器進行顯示。如果有計算機等通訊請求，也在這段時間完成數據和發(fā)送任務。CPU自診斷：自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常，將監(jiān)控定時器復位。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。1.3PLC的程序編制 1.3.1軟件編制PLC是采用軟件編制程序來實現(xiàn)控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數個動合點和動斷觸點。編程元件是指輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、位存儲器、定時器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能存儲器等。PLC內部這些存儲器的作用和繼電器接觸器控制系統(tǒng)中使用的繼電器十分相似，也有“線圈”與“觸點”，但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時，則表示相應繼電器線圈得電，其動合觸點閉合，動斷觸點斷開。所以，內部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。S7-200CPU224、CPU226部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示原件名稱代表字母編號范圍功能說明輸入寄存器II0.0～I1.5共14點接受外部輸入設備的信號輸出寄存器QQ0.0～Q1.1共10點輸出程序執(zhí)行結果并驅動外部設備位存儲器MM0.0～M31.7在程序內部使用，不能提供外部輸出定時器T(T0～T255)T0,T64保持型通電延時1msT1～T4,T65～T68保持型通電延時10msT5～T31,T69～T95保持型通電延時100msT32,T96ON/OFF延時,1msT33～T36,T97～T100ON/OFF延時,10msT37~T63,T101～T255ON/OFF延時,100ms計數器CC0～C255加法計數器，觸點在程序內部使用高速計數器HCHC0～HC5用來累計比CPU掃描速率更快的事件順序控制\繼電器SS0.0～S31.7提供控制程序的邏輯分段變量存儲器VVB0.0～VB5119.7數據處理用的數值存儲元件局部存儲器LLB0.0～LB63.7使用臨時的寄存器，作為暫時存儲器特殊存儲器SMSM0.0～SM549.7CPU與用戶之間交換信息特殊存儲器SM(只讀)SM0.0～SM29.7接受外部信號累加寄存器ACAC0～AC3用來存放計算的中間值 1-21.3.2編程語言所謂程序編制，就是用戶根據控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯(lián)合使用。(1)梯形圖（語言）梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯(lián)等術語和符號，根據控制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。梯形圖中常用用圖形符號分別表示PLC編程元件的動斷觸電和動合觸電，用（）表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數加以區(qū)別。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網絡，用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網絡編號，允許以網絡為單位給梯形圖加注釋。梯形圖的設計應注意到以下三點： ①梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行（或稱梯級）起始于左母線，然后是觸點的串、并聯(lián)接，最后是線圈。與能流的方向一致。②梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”，從左流向右，其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應滿足線圈接通的條件。③輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點，而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出寄存器的觸點也可供內部編程使用。（2）指令語句表指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言，但比匯編語言易懂易學，若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。MCGS系統(tǒng)介紹2.1MCGS的定義MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行，通過對現(xiàn)場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在工業(yè)控制領域有著廣泛的應用。MCGS組態(tài)軟件功能強大，操作簡單，易學易用，普通工程人員經過短時間的培訓就能迅速掌握多數工程項目的設計和運行操作。同時使用MCGS組態(tài)軟件能夠避開復雜的計算機軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據工程作業(yè)的需要和特點，組態(tài)配置出高性能、高可靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)控制監(jiān)控系統(tǒng)。2.2MCGS的構成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行，它相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結果是一個數據庫文件，稱為組態(tài)結果數據庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結果數據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與組態(tài)結果數據庫一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成，運行環(huán)境和組態(tài)結果數據庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。2-1系統(tǒng)組態(tài)環(huán)境、系統(tǒng)運行環(huán)境和實時數據庫三者的關系MCGS由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，又緊密相關。如圖2-2所示：MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數據庫，其與MCGS運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程”。MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。 2-2組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境關系圖2.3MCGS組態(tài)軟件的功能和特點與國內外同類產品相比，MCGS6.2組態(tài)軟件具有以下特點：全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習慣和要求，真正的32位程序，可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。全新的ActiveX動畫構件，包括存盤數據處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產數據。支持目前絕大多數硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅動；此外，獨特的組態(tài)環(huán)境調試功能與靈活的設備操作命令相結合，使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。簡單易學的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構件，使您能夠輕而易舉地開發(fā)出復雜的流程控制系統(tǒng)。強大的數據處理功能，能夠對工業(yè)現(xiàn)場產生的數據以各種方式進行統(tǒng)計處理，使您能夠在第一時間獲得有關現(xiàn)場情況的第一手數據。方便的報警設置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數，使您能夠方便、及時、準確地捕捉到任何報警信息。完善的安全機制，允許用戶自由設定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權限。此外，MCGS6.2還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護組態(tài)開發(fā)者的成果。強大的網絡功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各種無線網絡和無線電臺等多種網絡體系結構。良好的可擴充性，可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機制，方便地擴展MCGS6.2組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進行連接。提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實現(xiàn)生產現(xiàn)場控制與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內，只使用IE瀏覽器就可以在任意一臺計算機上方便地瀏覽與生產現(xiàn)場一致的動畫畫面，實時和歷史的生產信息，包括歷史趨勢，生產報表等等，并提供完善的用戶權限控制。2.4MCGS組態(tài)軟件的工作方式MCGS如何與設備進行通訊：MCGS通過設備驅動程序與外部設備進行數據交換。包括數據采集和發(fā)送設備指令。MCGS如何產生動畫效果：MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性，如：一個長方形的動畫屬性有可見度，大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果。MCGS如何實施遠程多機監(jiān)控：MCGS提供了一套完善的網絡機制，可通過TCP/IP網、Modem網和串口網將多臺計算機連接在一起，構成分布式網絡監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)網絡間的實時數據同步、歷史數據同步和網絡事件的快速傳遞。同時，可利用MCGS提供的網絡功能，在工作站上直接對服務器中的數據庫進行讀寫操作。分布式網絡監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網絡形式，以父設備構件和子設備構件的形式，供用戶調用，并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數的設置。如何對工程運行流程實施有效控制：MCGS開辟了專用的“運行策略”窗口，建立用戶運行策略。MCGS提供了豐富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”），使系統(tǒng)能夠按照設定的順序和條件，操作實時數據庫，實現(xiàn)對動畫窗口的任意切換，控制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。所有的操作均采用面向對象的直觀方式，避免了煩瑣的編程工作。硬件設計3.1設計目的和意義在十字路口設置交通燈可以對交通進行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經濟的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經不能適應現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經過車輛流量的調查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產生很大的差異。即使是經過長期運行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實的需要是能有一種能夠根據流量變化情況自適應控制的交通燈。目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復雜的、隨機的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經常造成道路有效利用時間的浪費，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數學模型的模糊控制方法設計交通燈控制器，能較好地解決這個問題?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動控制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產品；充分利用計算機技術對生產過程進行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計，配置靈活、組態(tài)方便。另外隨著眾多高科技技術在日常生活的普遍應用，城市空中各種電磁干擾日益嚴重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。3.2十字路口交通燈系統(tǒng)控制的任務及要求信號燈控制系統(tǒng)開始工作時需要一個啟動按鈕控制，停止工作時需要一個停止按鈕控制?？紤]到特殊情況，需要有強制東西方向通行和禁行控制，有強制南北方向通行和禁行控制。南北綠燈和東西紅綠燈不能同時亮。如果同時亮則應關閉信號燈系統(tǒng)，并立即報警。南北紅燈亮并維持30s。在南北紅燈亮同時東西綠燈亮，并維持25s。東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2s，。到2s時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮維持35s。南北綠燈亮維持30s，然后閃亮3s，再熄滅。同時南北黃燈亮，維持2s后熄滅，這是南北紅燈亮，東西綠燈亮。周而復始，循環(huán)往復。如遇特殊情況，根據需要對東西或南北的紅燈或綠燈進行強制控制。3.3交通信號控制系統(tǒng)實況.3.1十字路口交通燈控制系統(tǒng)實驗面板圖3.4結合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖北北南東西3-1交通指揮燈示意圖綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠紅黃3.5十字路口交通燈模擬控制時序圖交通指揮信號燈控制系統(tǒng)工作時，對指揮燈的控制要求按一定時序進行，如下圖所示：啟動/啟動/停止南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈3-2交通信號燈時序狀態(tài)示意圖3.6控制系統(tǒng)的I/O點及地址分配根據對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟、停止按鈕信號及強制信號；輸出有報警信號及東西方向、南北方向各兩組指示信號。該系統(tǒng)所需的輸入點數為7，輸出點數為7，全部是開關量，則可將I/O分配用下表表示。輸入地址編號及作用輸出及作用地址編號作用地址編號作用I0.0啟動系統(tǒng)運行Q0.0報警指示I0.1停止系統(tǒng)運行Q0.1南北紅燈亮I0.2強制南北紅燈亮Q0.2東西綠燈亮I0.3強制南北綠燈亮Q0.3東西黃燈亮I0.4強制東西紅燈亮Q0.4東西紅燈亮I0.5強制東西綠燈亮Q0.5南北綠燈亮I0.6正常/強制選擇Q0.6南北黃燈亮3-3I/O分配3.7PLC系統(tǒng)選型通過對系統(tǒng)控制要求的分析可知，系統(tǒng)共有開關量輸入點7點，開關量輸出點7點，所以選用CPU224（14DI/10DO）可以滿足要求。3.8控制系統(tǒng)原理圖此控制系統(tǒng)主要以PLC為主控制器，附加簡單的外圍器件組成。控制原理如圖所示:1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6=NL11LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6=NL11MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6=AC220VACCPU224AC/DC/RelayDC24V+3-4控制系統(tǒng)原理圖AC4軟件設計4.1系統(tǒng)控制程序設計本控制系統(tǒng)的控制程序按功能分為三部分，即主程序（包括報警），正常循環(huán)控制程序（子程序0），強制控制程序（子程序1）。系統(tǒng)程序如下圖所示主程序(b)子程序0(c)子程序1報警指示。當東西和南北同時綠燈亮時，進入報警狀態(tài)，同時斷開東西和南北同時綠燈，報警指示時間設置為5s。4.2工作過程分析循環(huán)工作過程。按啟動按鈕I0.0接通，M0.0得電自鎖同時進入子程序0，子程序0（自動循環(huán)控制）。I0.0接通，M1.0，M1.1得電自鎖同時T37得電，M1.0控制南北紅燈，M1.1控制東西綠燈，此時南北紅燈和東西綠燈同時亮。T37延時25s后，東西綠燈閃3s后熄滅（通過SM0.5s脈沖發(fā)生器和C0配合完成），接著東西黃燈亮2s后熄滅（通過T38完成），南北紅燈同時熄滅。T38觸點啟動M2.0和M2.1得電自鎖同時T39得電，M2.0控制東西紅燈熄滅（通過SM0.5s脈沖發(fā)生器和C1配合完成），同時南北黃燈亮2s后熄滅（通過T40完成），東西紅燈同時熄滅。T40觸點控制M2.4啟動下一次循環(huán)，按停止按鈕I0.1停止。強制工作過程。I0.6接通進入強制控制程序（子程序1）。I0.2接通，M0.3接通控制南北紅燈。I0.3接通，M0.5接通控制南北綠燈。I0.4接通，M0.4接通控制東西紅燈。I0.5接通，M0.6接通控制東西綠燈。十字路口交通燈的組態(tài)控制過程繪制交通信號燈人機界面MCGS組態(tài)軟件安裝在計算機中，雙擊桌面“組態(tài)環(huán)境”圖標，進入MCGS組態(tài)環(huán)境，如5-1圖所示。單擊“用戶窗口”，“新建窗口”后，在“用戶窗口”中新建一個“窗口0”，選中窗口0，點擊“窗口屬性”按鈕，進入窗口屬性設置界面。將窗口名稱和窗口標題選項中的內容改為“交通信號燈”，按“確認”按鈕確認。按“動畫組態(tài)”按鈕，進入畫面編輯窗口，如5-2圖所示，在此窗口中利用工具箱中的繪圖工具，完成交通信號燈畫面設計，效果圖如5-3圖所示。圖5-1MCGS組態(tài)環(huán)境5-25-25-35.2交通信號燈畫面中構件的屬性設置交通信號燈畫面中構件比較簡單，只有紅燈，綠燈和黃燈。首先定義數據變量，根據控制要求，監(jiān)控界面中對西方向和南北方向紅燈，綠燈和黃燈進行定義，均為開關量和顏色填充。在“實時數據庫”選項卡中，通過使用“新增對象”和“對象屬性”按鈕，對數據變量進行定義，如5-4圖所示5-4變量定義窗口交通信號燈畫面中構件的屬性設置如圖5-5所示，這里僅對南北紅燈屬性設置進行說明，其他等的屬性設置與南北紅燈屬性設置的區(qū)別為表達式和填充顏色連接項的內容不同。5-55.3設備窗口屬性設置在組態(tài)工作臺界面中，用鼠標單擊“設備窗口”選項，出現(xiàn)設備窗口圖標并雙擊進入設備組態(tài)窗口；在此窗口中通過設備工具箱，完成設備組態(tài)，如圖5-6所示。設備組態(tài)完成后，雙擊“通用串口父設備0”，進入通用串口父設備屬性編輯界面，根據設備通訊要求和連接情況，完成通用串口父設備屬性編輯界面中相關的參數設置，具體設置如5-7所示，按“確認”完成設置。5-6設備組態(tài)窗口5-7通用串口父設備屬性編輯窗口返回設備組態(tài)窗口，雙擊“設備0-[西門子S7-200PPI]”進入設備屬性設置