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本次设计是以拥挤的城市背景，以“文明出行每一步，畅通世界每一路”为主题，设计、制作一个智能交通信号灯。
要实现预期目的的初期设想是通过云计算对汽车流量的数据经行分析，根据预先设定的参数，智能化的判断各个交通路口的拥堵情况，从而通过PLC控制系统来适当的调整红绿灯的读秒时间。
并且在此基础之上，若交通灯路口遇到特殊车辆或者紧急情况，该系统也能切换到人工控制模式，实现强通控制，从而保证路面交通的正常运行。
此系统不仅成本低，维护方便，而且能在最大程度上缓解交通压力，节约交通资源。
2.2智能红绿灯总体设计
本设计是在传统红绿灯基础上设计的智能红绿灯。
主要使用采用三菱FX2―64MR―001型PLC，用组态王进行编程通过与交通网数据用云计算预测车流量来改变红路灯的读秒情况从而减少等待红路灯的时间
2.3主要创新点
一年中花费在等红灯的165个小时将不复存在。
首先，我们将每天多出半小时的自由支配时间。
在节省60%花费在交通中的时间后，每年我们将多出165个小时，即每天27分钟的自由支配时间用来陪伴家庭、完成工作或者发展真正的爱好等等。
除了对个人生活的影响，使用智能交通灯还可以加快宏观经济的增长。
除了可以节省数十亿的加油站开销，人们将更高效的工作，使经济发展的更快。
想像一下，超长的排队车龙如果都是过去的事了，人们等待的烦闷是否也将不复存在？
3主要元器件介绍
3.1.2PLC的基本结构
1.中央处理器（CPU）
CPU是PLC的核心部件，CPU模块在PLC中相当于大脑和心脏，是整个PLC控制系统的神经中枢。
它的主要功能如下：
⑴接受和储存用户程序和数据
⑵扫描现场设备的数据和状态，存入数据区
⑶检测和诊断电源，PLC内部电路工作状态和程序中的语法错误
⑷从存储器中逐条读取用户程序，经过指令解释后，去开启或关闭相关控制电路，完成相关的逻辑运算和算术运算。
⑸根据数据处理的结果，刷新相关标识位的状态和输出状态寄存器表的内容，以实现输出控制，制表打印或数据通信等功能。
PLC中采用的CPU一般有三大类：
通用处理器、单片机芯片和微处理器。
其中小中型PLC一般采用微处理器或单片机，而大型的PLC大多采用高速位片式处理器。
档次越高，PLC的位次也越多，运行的速度越快，功能也会更强大。
2.存储器
存储器一般分两种：
系统存储器和用户存储器。
系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。
用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。
常用的存储器类型有CMOSRAM、EPROM、EEPROM.由于系统程序用来管理PLC系统，用户不能直接存储，因此PLC产品中所说的存储类型及其容量，是指用户程序存储器而言。
PLC中所配用的用户存储器的容量大小有较大差别，小型的在8K以下，大型的可以达到256K.
3.输入输出（I/O）模块
输入模块和输出模块简称I/O模块，他是联系外部设备和CPU模块的桥梁。
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
输入模块用来接收和采集输入信号，输出模块用来送出PLC运算后得出的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。
PLC有多重I/O模块，常见的有数字I/O模块、模拟量I/O模块、快速响应模块，高速计数模块和PID控制模块等。
4.电源
PLC配有开关式稳压电源，用来将外部供电电源转换成供PLC内部的CPU、存储器和I/O接口等电路工作所需的直流电源。
PLC使用AC220V电源或DC24V电源。
内部的开关电源为各模块提供不同等级的直流电源。
小型的PLC可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供DC24V电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
小型PLC的电源往往和CPU单元合为一体，大中型PLC都有专门的外部电源部件，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。
为防止PLC内部重要数据的丢失，PLC还带有锂电池作为后备电源。
5.编程器
编程器用来生成用户程序，一般分为手持式编程器和图形编程器。
手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入好编辑指令表程序，因此又叫做指令编辑器。
它的体积小，价格便宜，一般用来给小型的PLC编程，或者用与现场调试和维护。
图形编程器既可以用指令语句进行编程，又可以用梯形图编程；
既可联机编程，又可脱机编程，操作方便、功能强。
现在，很多PLC都可以用计算机作为编程工具，在计算机上直接生成和编辑梯形图或指令表，并可以实现其转换。
最重要的是这种程序可以存盘或者打印，也可通过网络远程传送。
6.其他外部设备
PLC还包含有一些其他的外部设备，如合适磁带机、打印机、EPROM写入器等。
打印机
计算机
盒式磁带机
条码扫描仪
输出设备
输入设备
图2-1PLC的基本结构
3.2PLC的特点和应用领域
3.2.1PLC的特点
1.编程方法简单易学。
PLC采用一种面向控制过程、面向问题的梯形图语言。
梯形图和继电器原理图相似，易学易懂，一般工程师或者工艺人员都可以在短时间内学会。
2.功能完善、适应性强。
PLC产品已经标准化、系列化、模块化，具有逻辑运算、计时、计数、A/D转化、网络通信和生产监控等功能。
若工艺条件发生改变，修改相应的用户程序既可满足要求。
3.安装、设计、调试的工作量少。
大量中间继电器、时间继电器、计数器的使用使得安装、设计、接线的工作大大减少。
并且PLC具有完善的自诊断和显示功能，故障率很低。
4.可靠性高、抗干扰能力强。
由于采用微电子技术和大量的无触点半导体电路来控制开关动作，其可靠性比使用机械触电的继电器高很多。
PLC的输入输出部分采用了光电隔离，有效的隔离了PLC内部的电路和输入、输出间的电关系。
有效避免了干扰信号引起的误操作。
并且PLC还具有防治空间电磁干扰的功能。
5.体积小、重量轻、功率低、性价比高。
大量的使用半导体大规模集成电路，这个产品的结构紧凑、体积小、重量轻、功率低。
与相同功能的继电器系统相比，PLC具有很高的性价比，可以实现非常复杂的控制功能。
3.2.2PLC的应用领域
1.开关量的逻辑控制。
取代传统的继电器，不仅可以控制单台设备，也可以控制多机群及自动化流水线，这是它应用的最广泛的领域。
2.模拟量与过程控制。
可以对温度、压力、流量、液位等模拟量进行控制，还可以用于位置控制、速度控制以及过程控制等。
3.运动控制。
PLC可以用于圆周运动或者直线运动的控制，驱动步进电机或者伺服电机，PLC广泛的应用于机械、机床、机器人等。
4.数据处理。
可以进行数学运算、数据传输、转换、排序、查表等一系列操作，也可以通过通信设备传输到别的设备。
5.通信联网。
通过双绞线或者同轴电缆等可实现PLC与PLC之间或者PLC与计算机之间的信息交换。
易于建立工厂的自动化办公网络。
3.3PLC的工作原理
CPU不断的执行用户的程序和任务的语句，这一过程称为扫描。
一个扫描的周期包括输入、执行、处理、自诊断、输出等过程。
这一过程的运行时循环往复不断经行的。
它的过程如图2-2所示。
PLC由软件系统和硬件系统两部分组成。
再硬件系统满足要求，软件系统已经编制好的情况下，它会不断的执行软件系统以及预设好的指令代码。
扫描周期和用户程序不是一个概念，扫描周期包括用户程序。
即使用户程序不执行，扫描周期也在继续，只是这一过程不再包含用户程序、输入、输出这三个方面。
1.自诊断测试扫描。
PLC的自监视过程不仅可以保障设备还可以实时的反映故障。
时间监视器完成这种自监视。
当一个扫描周期开始时，PLC中的硬件计时器会自动的更新。
而用户可以根据自己的需要来修改WDT，它的数值在100到200，而且设计人员可以通过标志位来处理错误的结果。
2.与网络进行通信的扫描。
大型有网络的PLC有网络扫描过程，而小型的PLC则没有这种扫描过程。
PLC与PLC之间以及PLC与计算机之间可以通过网络宽带来进行通信。
3.用户程序扫描。
只要机器是正常运行的，那么，该扫描过程会移植存在。
用户可以通过软件来根据自己的需要来有目的的控制这一过程。
扫描过程的时间与用户程序的长短有着密切的关系。
4.读输入与写输出扫描。
同样，只要机器是正常运行的，这一过程贯穿于整个扫描过程。
并且该过程同样是可控的。
如果CPU要处理程序，它不从及既不从输入点读取，也不直接送到输出点。
而是通过计算机内部的输入映像寄存器和输出映像寄存器。
输入映像寄存器控制输入值，而输出映像寄存器则保存运算的结果。
在一个扫描过程中，输入点的状态会被所入到输入映像寄存器，而一样，输出映像寄存器的指会被所入到相应的输出点。
未来满足现场施工和运作的要求，PLC支持I/O接口可受用户控制的特点。
用户可以锁定或者开锁I/O接口，而且锁定后，I/O接口的扫描过程便不再运行。
这一过程的好处是，可以有效的节约I/O端口的扫描时间，提高效率。
下图描述了信号从输入端子到输出端子的传递过程：
输入读输出
采样读刷新输出
写
图2-2PLC的扫描工作过程
在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。
紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，PLC在执行用户程序时会事先参考输入映像寄存器和输出映像寄存器，最后将结果传送到输出映像寄存器中。
程序执行时，就算输入子端变化，这一个工作周期，输入寄存器也不会改变，只是会在下一个周期被读入。
同样，输出锁存器会锁定输出映像寄存器，通过输出电路，这一结果会被输出。
由上述分析得出循环扫描有如下特点：
⑴扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。
⑵输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。
⑶程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。
此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。
⑷对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。
由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。
各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。
各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。
3.4PLC的性能指标和软件系统
3.4.1PLC的性能指标
1.编程语言及指令功能.。
PLC常用的编程语言有梯形图、语言表、流程图等。
对于特定厂家生产的PLC，其编程语言不同，若PLC可用多种语言编程，则其可移植性较好。
PLC的指令条数和综合性指标能够反映出该PLC的功能强弱。
2.I/O点数。
I/O点数是指系统所能接入和输出的总的最大数量。
通常用I/O点总数表示I/O开关量，而用I/O通道数表示模拟量。
3.用户程序储存容量。
用户程序储存容量是指存放用户程序的储存器的容量，用字节K表示。
对于一般的逻辑操作指令，一条指令占一个字节，而对于计时、计数和位移等则要占用两个字节，数据操作通常要占用2~4个字节。
4.扫描速度。
指执行1024条基本指令用时。
5.内部寄存器的配置与容量。
辅助继电器、计时器、计数器、移位寄存器、特殊继电器等都叫做内部寄存器。
这些内部寄存器可用于存放各种数据，内部寄存器的大小与多少直接影响用户编程的灵活与方便。
6.其他的功能。
例如输入与输出方式、特殊功能模块、自诊断功能、通信联网功能、高数计数、远程I/O能力和监控功能等。
3.4.2PLC的软件系统
PLC的硬件系统和软件系统是相辅相成的，就像一个人的骨骼和血肉一样。
骨骼是支撑整个身躯的硬性指标，没有骨骼其他的就无从说起，而血肉也是一个人正常活动所必须的。
PLC的软件系统分为系统程序和用户程序。
1.系统程序
系统程序是由PLC生产厂家提供，并且固化在EPROM中，用户不能直接读取。
系统程序由管理程序、编译程序、标准程序三个部分组成。
管理程序用于对PLC输入、输出、运算等操作的时间顺序的管理，规定数据和程序的存放地址。
编译程序则是把程序语言翻译成机器语言的程序。
标准模块程序由多个独立的程序模块组成，每个程序模块完成一种独立的功能。
根据要完成不同的共组来选择不同的功能模块。
2.用户程序
用户程序是指根据不同的工作要求，用户用PLC程序语言编制的应用程序，以实现各种控制要求。
小型的PLC很简单，整个程序不用分段，按顺序编制。
但是大型的PLC的用户程序很复杂。
为了简化用户编程的难度，可以把用户程序划分为程序模块，通过模块的组合来组成一个大的完整的用户程序。
用户程序的模块：
⑴组织模块。
用于控制主程序的运行方式及个组织模块的组织关系。
⑵程序模块。
按电气控制的要求，把不同的控制内容划分为程序段。
⑶功能模块。
用来描述特定功能的程序模块。
它的使用使得PLC超出了传统的顺序逻辑、计时、计数等功能。
⑷步进模块。
用于步进顺序操作。
⑸数据模块。
可用来存放数据，可以是固定的数据或者是可变的数据，类似于寄存器。
4控制部分设计
4.1GXDeveloper软件介绍
GXDeveloper是三菱PLC的编程软件。
适用于Q、QnU、QS、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可编程控制器。
支持梯形图、指令表、SFC、ST及FB、Label语言程序设计，网络参数设定，可进行程序的线上更改、监控及调试，具有异地读写PLC程序功能。
具有以下特点：
1.软件的共通化
GXDeveloper能够制作Q系列，QnA系列，A系列（包括运动控制（SCPU））,FX系列的数据,能够转换成GPPQ,GPPA格式的文档。
此外，选择FX系列的情况下，还能变换成FXGP（DOS）,FXGP（WIN）格式的文档。
2.利用Windows的优越性，使操作性飞跃上升能够将Excel,Word等作成的说明数据进行复制，粘贴，并有效利用。
3.程序的标准化
（1）标号编程用标号编程制作可编程控制器程序的话，就不需要认识软元件的号码而能够根据标示制作成标准程序。
用标号编程做成的程序能够依据汇编从而作为实际的程序来使用。
（2）功能块（以下，略称作FB）FB是以提高顺序程序的开发效率为目的而开发的一种功能。
把开发顺序程序时反复使用的顺序程序回路块零件化，使得顺序程序的开发变得容易。
此外，零件化后，能够防止将其运用到别的顺序程序时的顺序输入错误。
（3）宏只要在任意的回路模式上加上名字（宏定义名）登录（宏登录）到文档，然后输入简单的命令就能够读出登录过的回路模式，变更软元件就能够灵活利用了。
4.能够简单设定和其他站点的链接由于连接对象的指定被图形化而构筑成复杂的系统的情况下也能够简单的设定。
5.能够用各种方法和可编程控制器CPU连接
（1）经由串行通讯口
（2）经由USB
（3）经由MELSECNET/10（H）计算机插板
（4）经由MELSECNET（Ⅱ）计算机插板
（5）经由CC-Link计算机插板
（6）经由Ethernet计算机插板
（7）经由CPU计算机插板
（8）经由AF计算机插板
6.丰富的调试功能
（1）由于运用了梯形图逻辑测试功能，能够更加简单的进行调试作业。
（a）没有必要再和可编程控制器连接。
（b）没有必要制作条使用的顺序程序。
（2）在帮助中有CPU错误，特殊继电器/特殊寄存器的说明，所以对于在线中发生错误，或者是程序制作中想知道特殊继电器/特殊寄存器的内容的情况下提供非常大的便利。
。
（3）数据制作中发生错误况时，会显示是什么原因或是显示消息，所以数据制作的时间能够大幅度缩短。
要安装这个软件，先要打开GX编程软件MELSOFT\EnvMEL\里的SETUP这个程序。
这个安装程序是共通部件。
并且要注意一下几点：
1：
去掉文件夹名称中的中文字符。
2：
先安装GXDeveloper\EnvMEL里的环境包。
3：
打开GXDeveloper里的SETUP.EXE这个安装文件，开始安装，中间会要你输入ID序列号，最好安装时候关闭杀毒软件，完成后再打开。
注意安装时不要选择监控模式，如果有不清楚的，就用默认的，直接点击下一步就可以了。
三菱的8.52的软件有的存在这个问题，和WIN系统有关，可以把缺少的文件从8.26的复制到8.52的里面，这个我试过，能行。
注意只复制8.52没有的就行。
或者先安装好8.26的，不用卸载，直接安装8.52的也可以的。
我亲自安装过的。
注意最好不要用GHOST的系统，因为这样的系统精简掉了很多东西，特别是用在工控方面，在安装软件或应用的时候会出现很多莫名其妙的问题。
*1:
使用WindowsVista/7系统时，最少需要15GB的可用空间。
*2:
使用WindowsVista/7系统时，建议使用分辨率为1024×
768像素或更高。
·
当使用微软WindowsXP或者WindowsVista/7时，不能使用以下新功能。
如果使用了以下的新功能，有可能导致本产品运行不正常。
在Windows兼容模式下的应用程序的启动
快速用户切换
远程桌面
大字体（屏幕属性的详细设置）
此外，不兼容64位的WindowsXP、WindowsVista；
可兼容Windows7x64。
对于WindowsVista/7，应作为USER权限以上的用户使用。
4.2设计思路
正常时序时：
交通灯控制系统的控制要求如下
1.一个启动开关控制信号，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
倘若要所有信号灯熄灭，则关闭启动开关。
2.南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮则信号系统应该停止运行，并报警。
3.南北红灯亮维持10S。
在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，东西绿灯持续亮5S。
到5S时，东西绿灯闪烁3S，之后熄灭。
在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮2S后熄灭。
到2S时，当东西黄灯熄时，东西红灯亮。
同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
4.东西红灯亮维持10S。
南北绿灯亮5S。
然后南北绿灯闪烁3S，熄灭。
同时在南北绿灯熄灭的时候，南北黄灯亮2S后熄灭，这时南北红灯，东西绿灯。
5.周而复始。
而本设计的设计思路是通过南北车道和东西车道的车流量来控制交通灯的读秒时间，以0辆车为标准每增加（减少）一辆红绿灯时间会相应增加2s最高30s（由于是模拟为了方便8421码，最高时间可以根据路口三实际情况做适当调整）
南北的车流量大于
0的车流量
南北的车流量
等于0
东西的车流量大于
东西的车流量
设计流程图
4.3I/O地址的分配
图3-6I/O地址的分配
在此设计过程中东西南北每个方向各有红绿黄三个交通信号灯，因此交通信号灯的总数为12个，也就是输出端口必须有12个。
而东西南北每个方向各有一个光电计数器，加上启动按钮和停止按钮，也就是输入端口必须有6个。
本设计采用三菱FX2―64MR―001型PLC，如图所示，该接线的输入采用220V的交流，而输出则采用12V的直流端口分配为：
输入设备
输入点接口
输出设备
输出点接口
启动按钮
X0
南北方向绿灯（2个）
Y1
北方计数器输入
X2
南北方向黄灯（2个）
Y2
南方计数器输入
X3
南北方向红灯（2个）
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