基于三菱PLC和组态技术的交通灯控制系统设计.docx

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基于三菱PLC和组态技术的交通灯控制系统设计

湖南涉外经济学院

本科毕业论文（设计）

题目

基于三菱PLC和组态技术的交通灯控制系统设计

作者

＃#

学院

信息科学与工程学院

专业

电子信息工程（自动化）专业

学号

#＃#＃#＃＃###＃＃＃#＃＃

指导教师

＃##

二〇一三年五月十五日

湖南涉外经济学院

毕业论文（设计）任务书

学生姓名：

＃＃学号：

＃＃####＃#＃＃#＃#＃#＃＃专业班级：

电子信息工程0904

毕业论文（设计）题目：

基于三菱PLC和组态技术的交通灯控制系统设计

题目类型

：

工程设计

毕业论文（设计）时间:

自2012年12月1日开始至2013年5月15日止

1.毕业论文（设计）内容要求：

工业组态软件在工业界有相当广泛的应用，该类软件允许用户在图形化界面下对控制系统的各种采样点、过程输出点、设备、生产车间、控制回路、文件报警、生产报表、控制策略、网络设备和生产工艺画面进行定义与组态。

监视与控制通用系统（MonitorandControlGeneratedSystem，MCGS）是为工业过程控制和实时监测领域服务的常用工业控制组态软件,具有功能完善、操作简单、可视性好、可维护性强的特点.

汽车市场快速扩张，各地机动车保有量也随着上升，交通拥堵日趋严重，交通灯已经成为现代城市交通控制和疏导的重要手段,研究高效的交通灯控制系统是解决城市交通问题的关键，本设计具体要求:

（1）查阅相关资料,了解交通灯控制系统的各种方案及国内外交通灯控制系统的最新进展。

（2）掌握三菱PLC的相关知识，熟悉基于其指令,采用GX—Programmer软件编制系统程序，设计单台电梯控制系统。

（3）掌握MCGS组态软件，并利用组态软件设计一个上位机的交通灯监控系统。

（4）利用实验室的三菱PLC组成系统，并局部的调试。

（5）总结调试中的问题、心得与体会.

（6）论文正文部分不少于8000字，翻译一至两篇相关外文文献资料。

（7）完成论文的打印、装订等工作，准备答辩。

［1］题目类型：

（1）理论研究

（2）实验研究（3）工程设计（4）工程技术研究（5）软件开发

2.主要参考资料

[1]王阿根。

电气可编程控制原理与应用[M]。

北京：

清华大学出版社，2010.

［2］廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京:

机械工业出版社，2010.

［3］罗文等。

电器控制与PLC技术［M］。

西安:

西安电子科技大学出版社，2008。

[4]贺哲荣等。

流行PLC实用程序及设计[M]。

西安：

西安电子科技大学出版社,2008.

［5］陈忠平，侯玉宝等.三菱FX/Q系列PLC自学手册［M]。

北京：

人民邮电出版社，2009。

[6]常国兰.基于MCGS的交通灯控制系统设计[J］。

研究与开发,2009,28（03）3：

42-43。

[7］郑则炯.基于组态技术与PLC在交通灯控制系统中的应用[J］.广西轻工业，2010（02）：

40-50.

[8］经张俊等。

基于PLC的交通灯实时控制研究[J］.工业控制计算机，2008，21（12）:

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［9］艾红。

PLC与组态软件的动画连接及命令语言设计［J]。

北京机械工业学院学报,2005,20（04）:

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［10］包建华等。

工控组态软件MCGS及其应用[J]。

工矿自动化，2007，（03）:

92—93。

［11］乔维德。

基于PLC的交叉口交通灯的模糊控制［J］。

微计算机信息，2007,23（06）:

91-92.

[12］Cheded。

Al—Mulla。

Controlofafour-levelelevatorsystemusingaprogrammablelogiccontroller.InternationalJournalofElectricalEngineeringEducation,2003

[13]MichelGilles.ProgrammabeLogicControllers:

ArchitectureandApplicationWiley.1990。

［14］G.L。

Batten。

ProgrammabeControllers：

hardware。

softwareandApplication。

.NewYork:

MCGraw—Hill.1994.

[15]秦春斌,PLC基础及应用教程[M］。

机械工业出版社，2010

3.毕业论文（设计）进度安排

阶段

阶段内容

起止时间

开题

查阅相关文献资料，文献综述，完成开题报告;

2012。

12.01—2012。

12.31

撰写提纲

确定设计方案,写好论文提纲，交予导师审阅并修改;

2013。

01。

01-2013。

02.26

完成初稿

整合材料,完成论文初稿，并交予导师审阅并修改；

2013.02。

27-2013.04.14

完成终稿

修改论文，完成论文终稿并打印装订论文；

2013.04.15—2013.04。

28

评阅答辩

论文评阅及答辩

2013.04.29-2013.05.15

指导教师（签章）___________日期__________________

系（教研室）主任（签章）____________日期__________________

二级学院院长（签章）____________日期__________________

湖南涉外经济学院

毕业论文（设计）指导教师评语

建议成绩：

指导教师:

（签章）

年月日

湖南涉外经济学院

毕业论文（设计）评阅教师评语

建议成绩：

评阅教师:

（签章）年月日

湖南涉外经济学院

毕业论文（设计）答辩记录

日期：

学生姓名：

学号：

专业班级：

题目：

毕业论文（设计）答辩委员会（小组）意见:

答辩成绩:

评定等级：

答辩委员会（小组）负责人：

（签章）

委员（小组成员）：

（签章）

（签章）

（签章）

（签章）

二级学院审查意见：

论文（设计）最终评定等级：

______________负责人：

（签章）

______年___月___日

摘要

当今,红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车最常见和最有效的手段。

社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。

人多、车多、道路少的道路交通状况很明显了。

所以采用有效的方法控制交通灯势在必行的。

PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规模分档，这样就可以实现按车流量规模给定绿灯的时长，达到最大限度的有车放行,减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。

MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开房平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能.使用MCGS用户无须具备计算机编程知识,就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定,功能成熟，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统开发工作。

MCGS具备操作简单,可视性好、危害性强、高可靠性等突出特点。

在PLC与计算机通讯的基础上,通过组态软件可以对PLC的当前工作状态进行全方位的监控,进一步通过组态软件可以对控制对象的工作过程进行全程模拟仿真，实现远程控制。

因其充分利用了计算机和PLC的特点,实现了优势互补而得到广泛应用。

本文利用计算机作为上位机，利用（MCGS6.2）组态软件作为程序开发平台，下位机采用三菱公司FX—2N系列可编程序控制器，组成一个简单实用的十字路口交通灯控制系统，以解决路口人行横道中行人闯红灯而引起的交通安全问题。

关键字：

PLC;MCGS组态；交通灯;控制系统

ABSTRACT

today，thetrafficlightsinstalledineachcrossing,toeasethetraffichasbecomethemostcommonandmosteffectivemeansof。

Thedevelopmentofsociety，people’sconsumptionlevelunceasingenhancement，personalvehiclesunceasingincrease.Manypeople,fewercarsandmoreroadtrafficisveryobvious。

Soadoptingeffectivemethodtobeimperativetocontroltrafficlights.IntelligentPLCcontrolprincipleisthecoreofthecontrolsystem，usingPLCtoEast-Westornorth-southdirectionofthevehiclewereclassifiedaccordingtothenumberofscale,east—westandnorth—southdirectioncorrespondingtoagivenlengthofgreentimebyacertainsizegrading，thiscanbeachievedbythecarflowscalegivenlightduration,maximumlimitvehicleclearance,reducingthecrossroadsofthevehiclestagnation，relievetrafficcongestion,toachieveoptimalcontrol，soastoimprovetheefficiencyoftrafficcontrolsystem。

MCGSprovidesacompletesolutiontosolvepracticalengineeringproblemsandopenplatformfortheuser,cancompletethedataacquisition，real—timeandhistoricaldataprocessing,alarmandsecuritymechanism，animationdisplay，trendcurveandreportoutputandenterprisenetworkmonitoringandotherfunctions.TheuseofMCGS,theuserneednothaveknowledgeofcomputerprogramming，canbeaneasyjobtocompleteastableoperation，inashortperiodoftimetomature,tomaintainthedevelopmentofcomputermonitoringandcontrolsystemofsmallamountofworkandprofessional.MCGShassimpleoperation，goodvisibility，strongharmfulness，highreliabilitycharacteristics。

BasedonPLCandcomputercommunications,throughtheconfigurationsoftwarecanmonitorthefullrangeofthecurrentworkingstateofPLC,furtherthroughtheconfigurationsoftwarecanprocesssimulationofworkingprocessforcontrolledobject,torealizetheremotecontrol。

BecauseitmakesfulluseofthecharacteristicsofcomputerandPLC,realizethecomplementaryadvantagesandhasbeenwidelyapplied.Thispaperusescomputerasuppermachine，using（MCGS6。

2）configurationsoftwareasdevelopmentplatform，theslavecomputerusesMitsubishiCoFX-2Nseriesprogrammablecontroller,asimpleandpracticalcontroloftrafficlightsatacrossroads,tosolvetheintersectioncrosswalksandpedestrianred-lighttrafficsafetyproblemscausedby.

Keywords：

PLC;MCGSconfiguration；trafficlights;controlsystem

第一章前言

随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高,私人车辆不断的增加.人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。

所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。

单片机也可以控制交通灯系统，由于单片机电子元件的可靠性没有PLC可靠性高，容易出现系统的错误，从而产生一些不便，甚至事故，所以为保证交通的畅行，十字路口的交通灯的控制显得尤为重要，不能有差错,在正常工作中，为了保证系统运行的可靠性一般选用PLC来控制交通灯。

可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型工业控制装置。

它将传统继电器技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来,成为了工业自动化领域中最重要的、应用最多的控制设备，并已跃居工业自动化三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）的首位。

近年来PLC的应用更为广泛,它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,对使用环境适应性强，同时其内部定时器资源十分丰富,十字路口的交通灯控制可方便地实现。

因此使用PLC控制交通灯系统势在必行。

当前，组态控制技术在工业自动化领域逐渐兴起，成为一种新型的软件开发技术。

只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态、数据组态、画面组态等工作即可完成所需应用软件的开发工，可以作实现远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等功能.而当前很多自动控制系统中,常常选用可编程序控制器（PLC）作为控制设备，用于数据采集、状态判别和输出控制。

在PLC与计算机通讯的基础上，通过组态软件可以对PLC的当前工作状态进行全方位的监控，进一步对控制对象的工作过程进行全程模拟仿真，实现远程控制。

因其充分利用了计算机和PLC的特点，实现了优势互补而得到广泛应用。

本文利用计算机作为上位机,利用MCGS组态软件作为程序开发平台，下位机采用三菱系列可编程序控制器,组成一个简单实用的十字路口交通灯控制系统,以解决路口人行横道中行人闯红灯而引起的交通安全问题.

第二章PLC的基本介绍

2。

1可编程控制器的定义

2.1.1通用叫法

中文名称为可编程控制器或可编程序控制器;英文名称为ProgrammableController,简称PC；为避免和个人电脑的简称混淆,一般将可编程序控制器简称为PLC（ProgrammableLogicController）。

2.1。

2什么是PLC

可编程序控制器，它是一个以微处理器作为核心的数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数以及算术运算等操作指令，并通过数字式以及模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械生产过程.可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程可分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出三个阶段。

PLC是微机技术与传统继电接触控制技术互相结合的产物，它克服了继电接触控制系统之中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作和维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不涉及专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图作为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的程序的编制工作,就可方便地将PLC应用于生产实践。

2。

1。

3PLC的主要特点

1、采用光耦隔离，设置多种滤波电路，内部采用电磁屏蔽,采用开关稳压电源,可采用双CPU冗余系统.

2、功能强，适应面广.PLC具有逻辑运算、定时、计数、顺序控制，模拟量输入/输出等功能，既可控制开关量，也可控制模拟量,可进行单机控制、生产线控制、生产过程控制以及联网控制。

3、通用性强，使用方便.PLC产品系列化、模块化，用户可方便地配置出满足不同控制规模的系统。

4、编程语言简单易学，程序易修改.LC采用梯形图语言,与继电器线路相似。

5、安装调试简单，维修方便。

PLC内部不需接线，安装工作量小I/O配有LED指示灯，调试维修方便，模块更换方便。

6、体积小、能耗低、重量轻，易于实现机电一体化。

PLC体积小，适应环境能力强,因此很容易安装在机械设备内部，是机电一体化设备中较为理想的控制装置。

2。

2PLC硬件系统组成

微处理器（CPU）接收并存储用户程序和数据；诊断电源、PLC工作状态及编程的语法错误；接收输入信号，送入数据寄存器并保存；运行时顺序读取、解释、执行用户程序,完成用户程序的各种操作；将用户程序的执行结果送至输出端。

系统存储器—-系统程序存储器+系统数据存储器存放系统工作程序（监控程序）；存放模块化应用功能子程序；存放命令解释程序；存放功能子程序的调用管理程序；存放存储系统参数。

用户存储器-—RAM/EPROM/EEPROM存放用户工作程序；存放工作数据。

输入单元—-带光电隔离电路。

多种辅助电源类型：

AC电源DC24V输入;DC电源DC24V输入；DC电源DC12V输入。

接收开关量及数字量信号（数字量输入单元）;接收模拟量信号（模拟量输入单元）；接收按钮或开关命令（数字量输入单元）；接收传感器输出信号。

输出单元—-带光电隔离器及滤波器。

多种输出方式：

1晶体管2晶闸管3继电器,驱动直流负载（继电器输出单元）；驱动频繁动作的交/直流负载（晶闸管输出单元）.

通讯及编程接口——采用RS-485或RS—422串行总线,连接专用编程器（FX—20P、FX-10P）；连接个人电脑（PC），实现编程及在线监控；连接工控机，实现编程及在线监控；接网络设备（如调制解调器），实现远程通讯；连接打印机等计算机外设.

I/O扩展接口—-采用并行通讯方式。

扩展I/O模块；扩展位置控制模块（如F2-30GM）；扩展通讯模块（如FX—232AW等）；扩展模拟量控制模块（如FX—2DA、FX—4AD等）。

电源:

PLC配有开关电源,以供内部电路使用。

与普通电源相比，PLC电源的稳定性好、抗干扰能力强.对电网提供的电源稳定度要求不高，一般允许电源电压在其额定值±15％的范围内波动。

许多PLC还向外提供直流24V稳压电源，用于对外部传感器供电.

编程装置:

编程装置的作用是用于编辑、调试、输入用户程序，也可在线监控PLC内部状态和参数,与PLC进行人机对话.它是开发、应用、维护PLC不可缺少的工具.编程装置可以是专用编程器，也可以是配有专用编程软件包的通用.

计算机系统：

专用编程器是由PLC厂家生产，专供该厂家生产的某些PLC产品使用，它主要由键盘、显示器和外存储器接插口等部件组成。

专用编程器有简易编程器和智能编程器两类.

智能接口模块：

智能接口模块是一独立的计算机系统，它具有独立的CPU、系统程序、存储器以及与PLC系统总线相连的接口。

它作为PLC系统的一个模块，通过总线与PLC相连,进行数据交换，并在PLC的协调管理下独立地进行工作。

PLC的智能接口模块种类很多,如:

高速计数模块、闭环控制模块、运动控制模块和中断控制模块等。

其它外部设备：

除了以上所述的部件和设备外，PLC还有许多外部设备，如EPROM写入器、外存储器、人/机接口装置等.

2.3PLC的工作原理

2.3.1工作原理

PLC的工作过程是一个不断循环扫描的过程.CPU从第一条指令开始，按顺序逐条执行用户程序直到用户程序结束,然后返回第一条指令重新开始.每一次扫描过程有输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段。

2.3。

2PLC的扫描工作原理

当PLC运行时，是通过执行反映控制要求的用户程序来完成控制任务的，需要执行众多的操作，但CPU不可能同时去执行多个操作，它只能按分时操作（串行工作）方式，每一次执行一个操作，按顺序逐个执行。

由于CPU的运算处理速度很快,所以从宏观上来看，PLC外部出现的结果似乎是同时（并行）完成的。

这种串行工作过程称为PLC的扫描工作方式。

如图2。

1是PLC的CUP工作流程，如图2.2是CUP工作流程简化之后的程序,从这两张图,我们能够清晰的知道PLC的原理。

图2.2简化后的扫描程序

图2。

1PLC的CPU工作流程

输入采样阶段。

在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内.在PLC的存储器中，有一个专门存放输入输出信号状态的区域,称为输入映像寄存器和输出映像寄存器，PLC梯形图中别的编程元件也有对应的映像存储区，称为元件映像寄存器.

要注意的是，只有在输入采样阶段，输入映像寄存器的内容才与输入信号一致，而在输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。

在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。

因此,如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

用户程序执行阶段。

在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）.在扫描每一行梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按“先左后右、先上后下”的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算。

输出处理阶段。

当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。

在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

这时才是PLC真正的输出.

2。

4MCGS组态软件

MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem,监视与控制通用系统）是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,主要完成现场