毕 业 设 计（论 文）
SNL/QR7.5.4-3
基于PLC的交通灯控制设计
专 业 电气自动化技术 学生姓名
班 级 学 号 指导教师 完成日期 2013.05.15 成绩评议
学号 姓名 题目 基于PLC的交通灯控制设计 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 院答辩委员会评阅意见及评定成绩： 答辩委员会主任签字（盖章）： 年 月 日
毕业设计（论文）任务书
姓名 题目 学号 班级 基于PLC的交通灯控制设计 一、本文论述了交通灯的工作过程及控制要求。 二、通过FX2N-48MR PLC完成控制系统的设计。 三、选择元件，编制程序。 四、模拟交通灯的运行。 五、调试设计的程序，提高系统运行的可靠性与稳定性。 设计论文主要内容() 重点研究问题主要技术指标研究PLC的可靠控制与稳定性控制 一、本系统采用FX2N-48MR PLC，共使用了6个输入点，10个输出点。 二、PLC外接220V交流电源，面板接24V直流电源。 其它要说明的问题 指导老师意见 指导教师签字： 年 月 日 指导教师意见
对论文的简短评价： 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日
评阅教师意见
对论文的简短评价： 1.指出论文存在的问题及错误 2.对创造性工作评价 3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字
年 月 日
答辩小组评议意见
学号 姓名 题目 基于PLC的交通灯控制设计 答辩小组意见： 1、对论文的评价 2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格 3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日
基于PLC的交通灯控制设计
摘 要：PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
本文选择三菱可编程控制器FX2N为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。 关键词: PLC；交通控制；自动化
Traffic Light Control Design Based On PLC
Abstract: The programmable preface in PLC controller is a kind of new industry controls the device, it regard microprocessor as the foundation, synthesizing the calculator technique, automatic control technique to develop with the communication technique .It has the construction simple, the plait distance is convenient, high etc. in dependable advantage, already extensive used for the industry process with the automatic control of the position inside. The expert thinks, the programmable controller will become the main means that aftertime industry control with the one of the important foundation equipments, the PLC, robot, CAD/ CAM will become three major of pillar that industry produce. Because the PLC has to the strong characteristic in adaptability in environment in usage, its inner part settles at the same time the machine resources is abundant very, can to current widespread usage of\" enter the type gradually\" the signal beacon proceeds the precision controls, special the ocular control in a many branch roads can realizes expediently. So that is applied the PLC more and more now in transportation light system inside. At the same time, PLC still have the communication internet function, constitute the same of the signal beacon on the road of bureau area net proceeds to unify to adjust a management, can shorten the vehicle go through waiting time, realizing scientific management.
This paper chooses Mitsubishi PLC FX2N as the main components, focus on the hardware interface design, make use of the ladder diagram form to carry out a program, the realization of the traffic lights at the crossroads automation control system. Key Words: PLC; Traffic Control; Automation
目 录
1 绪论 ................................................................................................ 1 1.1 交通灯的发展史 ...................................................................... 1 1.2 课题研究背景 .......................................................................... 1 2 PLC的简介 ..................................................................................... 2 2.1 PLC的产生与发展 ................................................................... 2 2.2 PLC的主要产品及发展趋势 ................................................... 2 2.3 PLC的特点 ............................................................................... 3 2.4 PLC的分类 ............................................................................... 4 2.5 PLC的基本结构和工作原理 ................................................... 5 2.5.1 PLC的基本结构................................................................. 5 2.5.2 PLC的工作原理................................................................. 6 3 交通灯系统设计 ............................................................................ 8 3.1控制系统的控制要求 ............................................................... 8 3.2系统设计方案分析 ................................................................... 9 3.2.1 系统设计时序图 ................................................................ 9 3.2.2系统设计流程图 ............................................................... 10 3.3 硬件设计 ................................................................................ 11 3.3.1 交通信号灯PLC的I/O的分配表 ................................. 11 3.3.2十字路口交通灯示意图 ................................................... 11 3.3.3 交通信号灯PLC控制硬件接线图 ................................ 13 3.4软件设计 ................................................................................. 14 3.4.1 交通信号灯PLC状态转移图设计 ................................ 14 3.4.2 交通信号灯PLC梯形图设计 ........................................ 14 4 系统检测与调试 .......................................................................... 20 4.1调试分析 ................................................................................. 20 4.2 程序调试中遇到的问题及解决方法 .................................... 20 5总结 ............................................................................................... 21 参考文献 .......................................................................................... 22 致 谢 .............................................................................................. 23
XXX：基于PLC的交通灯控制设计
1 绪论
1.1 交通灯的发展史
红绿灯（交通信号灯）是以规定时间交互更迭的光色讯号，设置于交岔路口或其它特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向的交通管制设施。以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进。
红绿灯的起源可追溯到19世纪初的英国。1868年英国机械工程师德.哈特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上设计安装了世界上最早的煤气红绿灯。制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红绿两色的提灯—煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲的牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它由红绿两个旋转式方形玻璃提灯组成红色表示“停止”绿色表示“注意”。1869年1月2日只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命，遂被取消。
1914年，克里夫兰市率先在街道中恢复交通信号灯，随后纽约、芝加哥等城市也开始出现。这时的交通信号灯已从煤气进化为电气，这与现代的交通信号灯已经没有多少差距，除了信号灯本身，美国人还完善了信号控制系统。于是红黄绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。
关于黄色信号灯的发明有不同说法。一种说法称黄灯的发明者是中国人胡汝鼎，时间是1927年。据《解放日报》报道，这种说法并不可靠。1899年，美国铁路系统就使用了三色灯，其中黄色代表“谨慎”。公路方面，1920年10月，美国就已经安装了三色的信号灯。另一种说法是美国警察威廉.波茨发明了第一盏红黄绿三色、四方向的交通信号灯，并在1920年10月投入使用，其三色灯光的含义与今天基本一致。
中国最早的红绿灯出现在上海的英租界。有资料显示，早在1923年，上海公共租界开始在部分十字路口使用机械装置指示车辆停止和前进，该年4月13日，南京路两个重要十字路口，最先安装红绿灯交通信号装置。
1.2 课题研究背景
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着社会的不断发展，城市交通问题也越来越引起人们的关注，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通事故。有了交通灯人们的安全出行有了很大的保障。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控重要的组成部分。
传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障
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率高,较难实现功能的变更。而可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，具有可靠性高，控制功能强，使用灵活方便等优点。特别是由PLC实现的控制系统，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时间，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单。由于PLC内部均配有实时时钟，因此通过PLC控制可对交通灯实施全天无人化管理。另外因为PLC具有通信联网功能，所以可以将同一条道路上的交通灯组成局域网进行统一调度管理，可以缩短车辆等候时间，实现科学化管理。
2 PLC的简介
2.1 PLC的产生与发展
20世纪20年代起，人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是传统的继电接触器控制系统。由于它结构简单，容易掌握，价格便宜，在一定范围内能满足控制要求。因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位。但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制。特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差。
1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应生产工艺不断更新的需要，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，并要求把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置把计算机的编程方法和程序输入方式加以简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程。使不熟悉计算机的人也能方便地使用。第二年美国数字设备公司DEC（DIGTAL）根据上述要求，首先研制出了世界上第一台可编程控制器PDP-14，并在通用汽车公司的自动装配线上试用成功，取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。
2.2 PLC的主要产品及发展趋势
（1）PLC的主要产品
我国有不少的厂家研制和生产过PLC，但是还没有出现有影响力和较大市场占有率的产品。目前我国使用的PLC几乎都是国外品牌的产品，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。
在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。它们是美国Rockwell自
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动化公司所属的A．B(Allen ＆ Bradly)公司、GE-Fanuc公司，德国的西门子(Siemens)公司和法国的施耐德(Schneider)自动化公司，日本的三菱公司和欧姆龙(OMRON)公司。这几家公司控制着全世界80%以上的PLC市场，它们的系列产品有其技术广度和深度，从微型PLC到有上万个I/O(输入，输出)点的大型PLC应有尽有。
（2）PLC的发展趋势
1）向高速度、大容量方向发展。 2）向超大型、超小型两个方向发展。
3）P LC大力开发智能模块，加强联网通信能力。 4）增强外部故障的检测与处理能力。 5）编程语言多样化。
2.3 PLC的特点
（1）可靠性极高、抗干扰能力极强
体现在两个方面，硬件方面体现在微处理器I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地抑制了外部干扰源对PLC的影响，同时还可以防止外部高电压进入模版；软件方面体现在设置故障检测与诊断程序。
（2）编程简单、易于掌握
PLC是面向用户的设备，PLC的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，PLC程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。
（3）控制系统结构简单、使用方便
在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接继电器之类的低压电气和大量复杂的硬件接线电路，大大简化了控制系统的结构。PLC体积小，质量轻，安装与维护也极为方便。另外，PLC的编程大多采用类似于继电器控制控制线路的梯形图形式，这种编程语言形象直观、容易掌握，编程非常方便。
（4）功能强大、通用性好
PLC的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制I/O等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。同一台PLC可适用于不同的控制对象的不同控制要求。同一档次、不同机型的功能也能方便地相互转换。
（5）开发周期短，成功率高
只需要正确合理的选用各种模块组成系统而无需大量硬件配置和管理软件的二次开
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发。PLC采用软件控制方式，控制系统一旦构成便可在机械装置研制之前根据技术要求独立进行应用程序开发。
2.4 PLC的分类
PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外型等方面均存在较大的差异。因此，PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能进行大致的分类。
（1）按结构形式分类
PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。
整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。
组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块根据PLC的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在个总线上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基版。组合式PLC的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的PLC；价格较高。
（2）按控制规模分类
输入/输出的总线数，又称I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。
小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。
中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048以下的PLC。 大型PLC：I/O点数较多，在2048点以下的PLC。 （3）按实现的功能分类
按照PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。 一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。
目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。
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2.5 PLC的基本结构和工作原理
2.5.1 PLC的基本结构
各种PLC的组成结构基本相同。PLC专为工业场合设计，采用了典型的计算机结构，由硬件和软件两部分组成。硬件配置主要由CPU、电源、存储器、和输入/输出接口电路等组成。PLC的基本结构如图2-1所示。
各类输入输入接口电源 CPU 总线 输出接口各类输出中央处理器（CPU）：中央处理器(CPU)一般由控制器运算器和寄存器组成。它们都集成在一个芯片内，CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元输入/输出接口电路相连接。PLC的中央处理器与一般的计算机控制系统一样，是整个系统的核心，它按PLC中系统程序赋予的功能，指挥PLC有条不紊的进行工作。主要用于接受并存储从编程器输入的用户程序，检查编程是否出错，进行系统诊断，解释并执行用户程序，完成通信及外设的某些功能。目前，PLC采用的微处理器有通用微处理器、单片微处理器（即单片机）、位片式微处理器。
电源：PLC可直接采用普通单相交流电，允许电源电压在额定电压的-15%～+10%范围内波动，也可用直流24V供电。内部的开关电源为PLC的中央处理器，存储器等电路提供5V、12V、24V直流电源，使PLC能正常地工作。
存储器：在PLC主机内部配有三种不同类型的存储器，系统存储器ROM、用户程序存储器RAM和工作数据存储器。
输入/输出单元（I/O单元）：I/O单元又称为I/O接口电路。输入接口电路的输入方式有直流输入（直流12V或24V）和交流输入（交流100-120V或200-240V）。输出接口电路为适应不同负载需要，有三种方式，即继电器输出、晶体管输出、晶闸管输出。继电器
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通信设备通信接口存储器 扩展接口扩展单元 图2-1PLC的基本结构图
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输出方式最常用，适用于交、直流负载，其特点是带负载能力强，但动作频率与响应速度慢；晶体管输出适用于直流负载，其特点是动作频率高，响应速度快，但带负载能力小；晶闸管输出适用于交流负载，响应速度快，带负载能力不大。
其他部件：有些PLC还可以有ERROM写入器、存储器卡等其他外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展功能。 2.5.2 PLC的工作原理
PLC的CPU则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。
考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式---扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。
当PLC投入运行后其工作过程一般分为三个阶段即输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（1）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映像区中的相应得单元内。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映像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。
（2）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)。在扫描每一条梯形图时，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，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。
在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映像区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映像区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。
（3）输出刷新阶段
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在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有继电器的状态在（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载。对于小型PLC，I/O点数较少，用户程序较短，用集中采样集中输出的工作方式，虽然在一定程度上降低了系统的响应速度，但从根本上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性。
在PLC的存储器中，设置了一片区域用来存放输入信号和输出信号的状态，它们分别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，它们统称为元件映像寄存器。
PLC的扫描工作过程如图2-2、图2-3所示。
图2-2 PLC的扫描工作过程图
图2-3 PLC的扫描周期图
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3 交通灯系统设计
3.1控制系统的控制要求
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。
（1）控制要求：
南北主干道 绿灯亮20S 绿灯闪3S 黄灯亮2S 红灯亮 25S 南北人行道 红灯亮30S 绿灯亮17S 绿灯闪3S
东西主干道 红灯亮25S 绿灯亮20S 绿灯闪3S 黄灯亮2S 东西人行道 绿灯亮17S 绿灯闪3S 红灯亮30S （2）正常循环控制方式：
交通灯变化顺序表（单循环周期50秒）：
1）南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯20S，绿灯闪亮3S，黄灯2S和红灯25S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪亮和黄灯。
2）南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北向主干道直行绿灯点亮3S后才允许点亮，然后接3S绿闪，其他时间为红灯；同样，东西人行道通行绿灯于东西向主干道直行绿灯点亮3S后才允许点亮，然后接3S绿闪，其它时间为红灯。
（3）急车强通控制方式：
1）急车强通信号受急车强通开关控制。无急车时，按正常循环时序控制，有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯亮，直到急车通过为止，将急车强通开关断开，信号的状态立即转为急车放行方向的绿灯闪亮3次。随后按正常时序控制。
2）急车强通信号只能响应一路方向的来车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。
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3.2系统设计方案分析
3.2.1 系统设计时序图
根据以上描述可简单绘制交通灯的时序波形图，如图3-1、图3-2所示，南北方向绿灯和东西方向红灯先亮。
图3-1十字路口主干道交通灯模拟控制时序图
图3-2十字路口人行道交通灯模拟控制时序图
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3.2.2系统设计流程图
分析系统控制要求，可绘制系统的设计流程图如图3-3、图3-4所示。
东西主干道
东 西 人行 道
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启动开关 东西红灯亮 南北绿灯亮 25S 2S 20S 25S
南东西绿灯亮 北南北绿灯闪 主20S 干道3S 东西绿灯闪 南北黄灯亮 3S 2S 东西黄灯亮 南北红灯亮 结束 图3-3主干道模拟控制流程图
启动开关 东西红灯亮 3S 南北绿灯亮 30S
30S 南北17S 东西绿灯亮 人行南北绿灯闪 17S 道 3S 东西绿灯闪 南北红灯亮 结束 图3-4人行道模拟控制流程图
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3.3 硬件设计
3.3.1 交通信号灯PLC的I/O的分配表
硬件结构设计必须了解各个对象的控制要求，分析对象的控制要求，确定输入/输出(I/O)接口的数量，确定所控制参数的精度及类型。如对开关量，模拟量的控制，用户存储器的存储容量等。选择合适的PLC机型及外设，以完成PLC的硬件结构配置。
根据任务要求，可以算出I/O点数，根据I/O点数及功能要求，选择FX2N-48MR型PC机。继电器输出，输入24点，输出24点，交流电源，24V直流输入类型。FX2N是FX系列中功能最强、速度最高的微型PLC，内置用户存储器8K步，可扩展到16K步，最大可扩展到256个I/O点，可有多种特殊功能扩展，实现多种特殊控制功能（PID、高速计数、A/D、D/A、等）。有功能很强的数学指令集。通过通信扩展板或特殊适配器可实现多种通信和数据链接。
本系统共使用了6个输入端子，10个输出端子。根据上述选型及控制要求，编制PLC控制交通灯的I/O接口功能表，具体I/O的分配见表3-1。
表3-1 I/O分配表
输入信号 正常循环按钮SB0 启动按钮SB1 停止按钮SB2 急行停止按钮SB4 南北急行开按钮SB5 东西急行开按钮SB6 X00 X01 X02 X04 X05 X06 输出信号 南北主干道绿灯 南北主干道黄灯 南北主干道红灯 南北人行道红灯 南北人行道绿灯 东西主干道红灯 东西主干道绿灯 东西主干道黄灯 东西人行道绿灯 东西人行道红灯 Y00 Y01 Y02 Y03 Y04 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 11
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3.3.2十字路口交通灯示意图
该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：
● 禁止通行灯 （亮时为红色） ● 准备禁止通行灯 （亮时为黄色） ● 直通灯 （亮时为绿色）
另外行人道东西南北每面都有2个控制灯，分别为： ● 禁止通行灯 （亮时为红色） ● 直通灯 （亮时为绿色） 十字路口交通灯示意图如图3-5所示。
图3-5十字路口交通灯示意图
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3.3.3 交通信号灯PLC控制硬件接线图
FX2N通过储存的程序周期运转。正常时序和急车强通可由可编程控制器(PLC)来实现。选用PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力；它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程;它采用模块化结构，编程简单，维修方便。
根据上述选型及控制要求，绘制PLC控制交通灯的电路接线原理图，该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其中，COM端为交通灯的公共端。PLC的外部接线图如图3-6所示。
图3-6 PLC的外部接线图
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3.4软件设计
3.4.1 交通信号灯PLC状态转移图设计
因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。 交通灯的闪动是用周期为1S的时钟脉冲M8013的触点实现。根据要求车道交通灯可以用并行序列来表示它们的工作情况。本篇研究的交通信号灯控制系统的PLC状态转移图如图3-7所示。
南北主干道 南北人行道 东西主干道 东西人行道 红灯25S
南北急行 东西急行 绿灯20S
红灯3S 红灯28S
绿闪3S
绿灯17S 绿灯20S 绿灯17S
黄灯2S 绿闪3S 绿闪3S 绿闪3S
红灯25S 红灯27S 黄灯2S 红灯2S
图3-7系统的状态转移图
3.4.2 交通信号灯PLC梯形图设计
本系统采用的是三菱公司生产的FX2N系列PLC，主题有三部分组成，主要包括微处理器CPU、存储器、输入/输出模块，另外还有内部电源、通信接口等其他部分。程序如图3-8所示。
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XXX：基于PLC的交通灯控制设计
启动 停止 南北急行 东西急行 正常循环 南北急行 东西急行 南北主干道绿灯 东西主干道红灯 南北人行道绿灯 东西人行道红灯 15
江苏农林职业技术学院毕业论文（设计）
急行停止 东西主干道绿灯 南北主干道红灯 东西人行道绿灯 南北人行道红灯 急行停止 南北主干道绿灯亮20S 南北人行道红灯亮3S 东西主干道红灯亮25S 东西人行道红灯亮28S
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XXX：基于PLC的交通灯控制设计
南北急行关闭后，南北主干道绿灯闪3S 东西急行关闭后，东西主干道绿灯闪3S
南北主干道绿灯闪3S 南北人行道绿灯17S
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东西主干道绿灯20S 东西人行道绿灯17S 南北主干道黄灯亮2S
南北人行道绿闪3S 东西主干道绿闪3S
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XXX：基于PLC的交通灯控制设计
东西人行道绿闪3S 南北主干道红灯亮25S 南北人行道红灯亮27S 东西主干道黄亮2S
东西人行道红亮2S 图3-8 交通信号灯PLC梯形图
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4 系统检测与调试
4.1调试分析
大体思路流程如下：
（1）硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。
1）静态调试
静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。
第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。
第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。
第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值。 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。 2）动态调试
动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。
由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。
由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。
（2）软件调试：软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。编辑程序后，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。
4.2 程序调试中遇到的问题及解决方法
问题（1）：输完指令后执行程序，设置好控制输出的灯没有完全亮。 分析：说明控制该灯的步不正确或是死步。
解决方案：检查梯形图，发现东西方向的输出未写入梯形图，修改梯形图并转换为指令，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常。
问题（2）交通灯未出现闪烁，并且未进入到下一步状态
分析：说明控制该步转换条件的定时器有问题，是根据西门子的定时器来设计的，可能会有区别。
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解决方案：查看三菱PLC参考资料，发现其定时器的使用与西门子的设置有区别，在三菱PLC中，定时器的设置虽是0.1—999秒定时器，但可以输入0.5秒，设置值K就是定时时间，而西门子的定时器如果是100ms的定时器则设置值K为5即为0.5秒，检查指令表，修改K值，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常,程序运行正确，满足设计要求。
5总结
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。 刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令。最后灯虽然是亮了，但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常，但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的东西。
通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电气行业的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力。
通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
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参考文献
[1]张运波．工厂电气控制技术．北京：高等教育出版社，2001 [2]廖常初．PLC基础及应用．北京：机械工业出版社，2002
[3]郁汉琪．电气控制与可编程控制器应用技术．东南大学出版社，2003 [4]胡学林．可编程控制器应用技术．北京：北京高级教育出版社，2005 [5]张万忠．可编程控制器入门与应用实例．北京：中国电力出版社，2004 [6]席仲华．三菱FX\\Q系列PLC应用技术．北京：人民邮电出版社，2006 [7]张伟林．电气控制与PLC应用．北京：人民邮电出版社，2007
[8]易泓可．电气控制系统设计基础与范例．北京：机械工业出版社，2008 [9]姜新桥，石建华．PLC应用技术项目教程．北京：电子工业出版社，2010 [10]钟肇新，范建东．可编程控制器原理．（第3版）．广州：华南理工大学出版社，2004 [11]电气制图及图形符号、国家标准汇编，有关FX2N型可编程控制器手册、资料等
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致 谢
三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。我不会忘记这难忘的几个月的时间，毕业论文的制作给了我难忘的记忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；看着亲手打出的一字一句，看到自己的成果，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今电气行业的最新发展动向有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。
在此，谢谢我们班主任老师，从大一到大三是您的悉心教导，我们才能顺利的完成学业。我要感谢在我三年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！我还要感谢寝室的兄弟们在我完成论文的过程中给予我的帮助和鼓励，也是他们陪我度过这三年的生活。
最后，衷心感谢我的论文指导老师XXX老师。从论文的结构到材料的收集，具体内容的安排老师都给予了悉心的指导，是她细心的给我指出错误，修改论文。没有她的帮助我是不可能完成这篇论文的。再次表示衷心的感谢！
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