基于PLC交通灯控制系统设计 - 图文

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

基于PLC和MCGS的交通灯系统设计

【摘要】

当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆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。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律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，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，从而提高了交通控制系统的效率.

PLC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。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。 PLC还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成同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。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。

关键字：PLC、交通灯、控制系统、组态设计

1

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

Abstract: Today, traffic lights installed on the crossing at all, to ease the traffic of vehicles has become the most common and most effective means. Social development, people's consumption levels continue to increase, private vehicles is increasing. Of people, cars and more roads have less traffic status is obvious. Therefore, the adoption of effective methods to control traffic lights is imperative. PLC intelligent control principle is the core of the control system using PLC north-south direction to east-west direction or scale of the vehicle by the number of sub-file, the appropriate thing given the green light north-south direction and length of time is also sub-file according to certain rules. This scale can be achieved given the green light at traffic duration, to achieve maximum release a car to reduce the stagnation of vehicles crossing to ease traffic congestion, to achieve optimal control, thus improving the efficiency of traffic control system.

PLC structure is simple, easy programming, high reliability, has been widely used for industrial process and location of the automatic control. The use of the PLC has the characteristics of environmental adaptability, while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of the \signal for precise control, particularly control of multi-fork can be easily achieved. Therefore, the PLC is now increasingly used in traffic lights system.

PLC also has a communications networking capabilities, the same signal on the road to form a unified LAN management, and can shorten the waiting time for vehicle traffic, to achieve scientific management. In real-time detection and application of automatic control systems PLC, PLC is often used as a core component.

Key words: traffic lights, control systems, configuration design

2

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

1 可编程控制系统介绍

1.1 PLC简介

随着微处理器，计算机的和数字通讯技术的飞速发展，计算机控制技术已经渗透到所有工业领域。当前用于工业控制的计算机可分为:可编程控制器,基于PC总线的工业控制计算机,基与单片机的测控装置,用于模拟量闭环控制的可编程调节器,集散控制系统(DCS)和现场总线控制系统(FCS)等。可编程控制器是应用广泛,功能强大,使用方便的通用工业控制装置,已成为当代工业自动化的重要支柱.近几年，在国内已得到迅速推广普及。

可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器，目的是用来取代继电器，以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。其基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用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，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容写入控制器的用户程序内，控制器和被控对象连接也很方便。

可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺，因此可在初步设计阶段选用可编程控制器，在实施阶段再确定工艺过程。另一方面，从制造生产可编程控制器的厂商角度看，在制造阶段不需要根据用户的要求专门设计控制器，适合批量生产。由于这些特点，可编程控制器问世以后很快受到工业控制界的欢迎，并得到迅速的发展。

可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，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/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统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维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要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

3

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：

1-1 PLC的硬件系统结构

1.1.1 主机

主机部分包括中央处理器（CPU）、系统程序存储器(ROM)和用户程序及数据存储器。CPU是PLC的核心，它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、做出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。

1.1.2 输入/输出（I/O）接口

I/O接口是PLC与输入/输出设备连接的部件。输入接口接受输入设备（如按钮、传感器、触点、行程开关等）的控制信号。输出接口是将主机经处理后的结果通过功放电路去驱动输出设备（如接触器、电磁阀、指示灯等）。I/O接口一般采用光电耦合电路，以减少电磁干扰，从而提高了可靠性。I/O点数即输入/输出端子数是PLC的一项主要技术指标，通常小型机有几十个点，中型机有几百个点，大型机将超过千点。

4

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

1.1.3 输入/输出扩展接口

I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元与基本单元（即主机）连接在一起。

1.1.4 外部设备接口

应的操作。

此接口可将打印机、条码扫描仪,变频器等外部设备与主机相联，以完成相实验装置提供的主机型号是西门子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。输入点数为14，输出点数为10。

1.1.5编程

编程是PLC利用外部设备，用户可用以输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。通过专用的PC/PPI电缆线将PLC与电脑联接，并利用专用的编程软件进行电脑编程和监控。

1.1.6 电源

图中电源是指为CPU、存储器、I/O接口等内部电子电路工作所配置的直流开关稳压电源，通常也为输入设备提供直流电源。

1.2 PLC的工作原理

PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的方式进行工作，即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。 PLC的CPU扫描一个周期必经输入采样、执行用户程序、处理通讯请求、CPU自诊断和输出刷新三个阶段。

输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

执行用户程序阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

处理通讯请求阶段：CPU处理从通讯接口和智能模块接收到的信息，如由编

5

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

程器送来的程序、命令和各种数据，并把要现实的状态、数据、出错信息等发送给编辑器进行显示。如果有计算机等通讯请求，也在这段时间完成数据和发送任务。

CPU自诊断：自诊断测试包括定期检查CPU模块的操作和扩展模块的状态是否正常，将监控定时器复位。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

1.3 PLC的程序编制

1.3.1软件编制

PLC是采用软件编制程序来实现控制要求的。编程时要使用到各种编程元件，它们可提供无数个动合点和动断触点。编程元件是指输入映像寄存器、输出映像寄存器、位存储器、定时器、计数器、通用寄存器、数据寄存器及特殊功能存储器等。

PLC内部这些存储器的作用和继电器接触器控制系统中使用的继电器十分相似，也有“线圈”与“触点”，但它们不是“硬”继电器，而是PLC存储器的存储单元。当写入该单元的逻辑状态为“1”时，则表示相应继电器线圈得电，其动合触点闭合，动断触点断开。所以，内部的这些继电器称之为“软”继电器。 S7-200CPU224、CPU226部分编程元件的编号范围与功能说明如下表所示

原件名称 输入寄存器 输出寄存器 位存储器 定时器 代表字母 I Q M T 编号范围 I0.0～I1.5共14点 Q0.0～Q1.1共10点 M0.0～M31.7 T0,T64 功能说明 接受外部输入设备的信号 输出程序执行结果并驱动外部设备 在程序内部使用，不能提供外部输出 保持型通电延时1ms 保持型通电延时10ms 保持型通电延时100ms ON/OFF延时,1ms ON/OFF延时,10ms 加法计数器，触点在程序内部使用 用来累计比CPU扫描速率更快的事件 提供控制程序的逻辑分段 数据处理用的数值存储元件 T1～T4,T65～T68 (T0～T255) ～T31,T69～T95 T5T32,T96 T33～T36,T97～T100 T37~T63,T101～T255 ON/OFF延时,100ms 计数器 高速计数器 顺序控制\\继电器 变量存储器 V VB0.0～VB5119.7 6

C HC S C0～C255 HC0～HC5 S0.0～S31.7 西安航空职业技术学院 毕业设计论文

局部存储器 特殊存储器 特殊存储器 累加寄存器 L SM SM(只读) AC LB0.0～LB63.7 SM0.0～SM549.7 SM0.0～SM29.7 AC0～AC3 使用临时的寄存器，作为暂时存储器 CPU与用户之间交换信息 接受外部信号 用来存放计算的中间值 1-2 1.3.2编程语言

所谓程序编制，就是用户根据控制对象的要求，利用PLC厂家提供的程序编制语言，将一个控制要求描述出来的过程。PLC最常用的编程语言是梯形图语言和指令语句表语言，且两者常常联合使用。 (1)梯形图（语言）

梯形图是一种从继电接触控制电路图演变而来的图形语言。它是借助类似于继电器的动合、动断触点、线圈以及串、并联等术语和符号，根据控制要求联接而成的表示PLC输入和输出之间逻辑关系的图形，直观易懂。

梯形图中常用用 图形符号分别表示PLC编程元件的动断触电和动合触电，用（ ）表示它们的线圈。梯形图中编程元件的种类用图形符号及标注的字母或数加以区别。触点和线圈等组成的独立电路称为网络，用编程软件生成的梯形图和语句表程序中有网络编号，允许以网络为单位给梯形图加注释。 梯形图的设计应注意到以下三点：

①梯形图按从左到右、自上而下的顺序排列。每一逻辑行（或称梯级）起始于左母线，然后是触点的串、并联接，最后是线圈。与能流的方向一致。

②梯形图中每个梯级流过的不是物理电流，而是“概念电流”，从左流向右，其两端没有电源。这个“概念电流”只是用来形象地描述用户程序执行中应满足线圈接通的条件。

③输入寄存器用于接收外部输入信号，而不能由PLC内部其它继电器的触点来驱动。因此，梯形图中只出现输入寄存器的触点，而不出现其线圈。输出寄存器则输出程序执行结果给外部输出设备，当梯形图中的输出寄存器线圈得电时，就有信号输出，但不是直接驱动输出设备，而要通过输出接口的继电器、晶体管或晶闸管才能实现。输出寄存器的触点也可供内部编程使用。

（2）指令语句表

指令语句表是一种用指令助记符来编制PLC程序的语言，它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言易懂易学，若干条指令组成的程序就是指令语句表。一条指令语句是由步序、指令语和作用器件编号三部分组成。

7

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

2 MCGS系统介绍

2.1 MCGS的定义

MCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。

MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。

2.2 MCGS的构成

MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。

用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，它相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。

运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。

2-1系统组态环境、系统运行环境和实时数据库三者的关系 MCGS由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分互相独立，又紧密相关。如图2-2所示：

8

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。

MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。

2-2 组态环境和运行环境关系图

2.3 MCGS组态软件的功能和特点

与国内外同类产品相比，MCGS 6.2组态软件具有以下特点：

全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。

庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。

全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。

支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。

简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举

9

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

地开发出复杂的流程控制系统。

强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。

方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。

完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS 6.2还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。

强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。

良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS 6.2组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。

提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。

2.4 MCGS组态软件的工作方式

MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。

MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。

MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。

如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统

10

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。

3 硬件设计

3.1 设计目的和意义

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。

传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的

。

3.2十字路口交通灯系统控制的任务及要求

11

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

信号灯控制系统开始工作时需要一个启动按钮控制，停止工作时需要一个停止按钮控制。

考虑到特殊情况，需要有强制东西方向通行和禁行控制，有强制南北方向通行和禁行控制。南北绿灯和东西红绿灯不能同时亮。如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立即报警。

南北红灯亮并维持30s。在南北红灯亮同时东西绿灯亮，并维持25s。东西绿灯闪亮，闪亮3s后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s，。到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 东西红灯亮维持35s。南北绿灯亮维持30s，然后闪亮3s，再熄灭。同时南北黄灯亮，维持2s后熄灭，这是南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始，循环往复。

如遇特殊情况，根据需要对东西或南北的红灯或绿灯进行强制控制。

3.3 交通信号控制系统实况

.3.1十字路口交通灯控制系统实验面板图

实验面板图中，甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况。东西南北四组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。

3.4 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图

12

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

西 红 黄 绿 北

绿黄 红 绿 黄东 红

红 黄 绿

南

3-1交通指挥灯示意图

3.5 十字路口交通灯模拟控制时序图

交通指挥信号灯控制系统工作时，对指挥灯的控制要求按一定时序进行，如下图所示：

南北绿灯 南北黄灯

3-2交通信号灯时序状态示意图 13

启动/

停止 南北红灯 东西绿灯 东西黄灯 东西红灯

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

3.6 控制系统的I/O点及地址分配

根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启、停止按钮信号及强制信号；输出有报警信号及东西方向、南北方向各两组指示信号。该系统所需的输入点数为7，输出点数为7，全部是开关量，则可将I/O分配用下表表示。 输入地址编号及作用 地址编号 作用 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 启动系统运行 停止系统运行 强制南北红灯亮 强制南北绿灯亮 强制东西红灯亮 强制东西绿灯亮 正常/强制选择 地址编号 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 输出及作用 作用 报警指示 南北红灯亮 东西绿灯亮 东西黄灯亮 东西红灯亮 南北绿灯亮 南北黄灯亮 3-3 I/O分配

3.7 PLC系统选型

通过对系统控制要求的分析可知，系统共有开关量输入点7点，开关量输出点7点，所以选用CPU224（14DI/10DO）可以满足要求。

3.8 控制系统原理图

此控制系统主要以PLC为主控制器，附加简单的外围器件组成。控制原理如图所示:

14

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

DC 24V CPU 224 AC/DC/Relay 1M I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 ----------- = 1L Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 2L Q0.4 Q0.5 Q0.6 -------- = N L1 AC AC220V A + 3-4 控制系统原理图

15

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

4 软件设计

4.1系统控制程序设计

本控制系统的控制程序按功能分为三部分，即主程序（包括报警），正常循环控制程序（子程序0），强制控制程序（子程序1）。系统程序如下图所示

16

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

17

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

（1） 主程序

18

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

19

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

(b) 子程序0

20

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

(c) 子程序1

报警指示。当东西和南北同时绿灯亮时，进入报警状态，同时断开东西和南北同时绿灯，报警指示时间设置为5s。

4.2工作过程分析

循环工作过程。按启动按钮I0.0接通，M0.0得电自锁同时进入子程序0，子程序0（自动循环控制）。I0.0接通，M1.0，M1.1得电自锁同时T37得电，M1.0控制南北红灯，M1.1控制东西绿灯，此时南北红灯和东西绿灯同时亮。T37延时25s后，东西绿灯闪3s后熄灭（通过SM0.5s脉冲发生器和C0配合完成），接着东西黄灯亮2s后熄灭（通过T38完成），南北红灯同时熄灭。T38触点启动M2.0和M2.1得电自锁同时T39得电，M2.0控制东西红灯熄灭（通过SM0.5s脉冲发生器和C1配合完成），同时南北黄灯亮2s后熄灭（通过T40完成），东西红灯同时熄灭。T40触点控制M2.4启动下一次循环，按停止按钮I0.1停止。

强制工作过程。I0.6接通进入强制控制程序（子程序1）。I0.2接通，M0.3接通控制南北红灯。I0.3接通，M0.5接通控制南北绿灯。I0.4接通，M0.4接通控制东西红灯。I0.5接通，M0.6接通控制东西绿灯。

21

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5 十字路口交通灯的组态控制过程

5.1 绘制交通信号灯人机界面

MCGS组态软件安装在计算机中，双击桌面“组态环境”图标，进入MCGS组态环境，如5-1图所示。单击“用户窗口”，“新建窗口”后，在“用户窗口”中新建一个“窗口0”，选中窗口0，点击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面。将窗口名称和窗口标题选项中的内容改为“交通信号灯”，按“确认”按钮确认。按“动画组态”按钮，进入画面编辑窗口，如5-2图所示，在此窗口中利用工具箱中的绘图工具，完成交通信号灯画面设计，效果图如5-3图所示。

图5-1 MCGS组态环境

22

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-2

5-2

5-3

23

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5.2 交通信号灯画面中构件的属性设置

交通信号灯画面中构件比较简单，只有红灯，绿灯和黄灯。首先定义数据变量，根据控制要求，监控界面中对西方向和南北方向红灯，绿灯和黄灯进行定义，均为开关量和颜色填充。在“实时数据库”选项卡中，通过使用“新增对象”和“对象属性”按钮，对数据变量进行定义，如5-4图所示

5-4 变量定义窗口

交通信号灯画面中构件的属性设置如图5-5所示，这里仅对南北红灯属性设置进行说明，其他等的属性设置与南北红灯属性设置的区别为表达式和填充颜色连接项的内容不同。

24

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-5

5.3设备窗口属性设置

在组态工作台界面中，用鼠标单击“设备窗口”选项，出现设备窗口图标并双击进入设备组态窗口；在此窗口中通过设备工具箱，完成设备组态，如图5-6所示。

设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，进入通用串口父设备属性编辑界面，根据设备通讯要求和连接情况，完成通用串口父设备属性编辑界面中相关的参数设置，具体设置如5-7所示，按“确认”完成设置。

5 -6 设备组态窗口

25

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-7通用串口父设备属性编辑窗口

返回设备组态窗口，双击“设备0-[西门子S7-200PPI]”进入设备属性设置窗口，在此窗口中有“基本属性”，“通道连接”，“设备调试”，“数据处理”选项卡。在液体自动混合控制中，不涉及“数据处理”。其余三项设置如图5-8~图5-10所示。在设备调试窗口中，如果“通讯状态标志”栏中，显示“0”则表示通讯正常，若显示“-1”则表示通讯不正常。

通过设备调试，使MCGS与PLC通讯正常，即设备调试窗口中“通讯状态标志”显示为“0”，按确认即可。

26

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-8 设备属性编辑窗口

5-9通道连接窗口

27

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-10设备调试窗口

回到工作台界面，选择主控窗口并单击界面右侧的“系统属性按钮”，弹出“主控窗口属性设置”对话框，在此窗口中选择“内存属性”选项卡，在用户窗口列表中选中“交通信号灯”，按“增加”按钮，则“交通信号灯”移入“装入内存窗口”，如图5-11所示，按“确认”键即可。单击主菜单中的“进入运行环境”钮，即可进入监控运行界面，实时监控系统的工作情况，如图5-12所示。

28

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

5-11 “主控窗口属性设置”对话框

5-12系统监控运行界面

29

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

结 束 语

在这次PLC课程设计中，我用所掌握的知识结合课本、网络、报纸等资源，尽心尽力，按时完成了任务。

在组态软件的制作中，我较好的掌握了PLC及MCGS软件的应用。在MCGS软件中最重要的是建立好实时数据库，数据库是实现各种变量的采集、表达、控制的关键元件，数据库控制着整个系统的输入、输出和运行。MCGS软件实现了对现场设备运行信号的采集，运行控制和运行监视。

在组态文件的制作过程中，除了系统提供一些元件和背景，还可以自己制作自己需要的元件。在调试系统的制作中，我需要的元件在元件库里没有，在上网搜索了资料后，知道元件可以自己通过系统提供的工具自己制作。于是我通过工具箱，自己画出了所需元件的形状，然后自己设定看颜色，再通过属性设置了元件的动作值，填充颜色和动作表达式。通过运行达到了预计的要求。

组态软件的运行调试，实际上就是数据库的设定，只要设定好输入、输出的变量和运行的条件，就可以实现预定的动作。

通过这次PLC课程设计，我掌握了通过PLC实现现场信息采集、控制。掌握了系统设计、梯形图设计、组态设计和现场调试一整套PLC设计过程。本次课程设计设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。

30

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

谢词

在本次课程设计中，我成功完成了课程设计课题——基于PLC和MCGS的交通灯系统设计。

从一开始的课题认知、资料的查找，材料的整理，在各组员的协力合作下，在老师的指导下，我认真学习、仔细分析，遇到问题及时商量查找资料，当查找资料后还有不明白的地方及时请教老师，咨询同学。通过近两周的学习研究终于完成了该设计，在设计中，由于本人知识的局限性，设计选择了一些相对肤浅的设计理论，设计略显不足，望老师多多批评指导。

感谢和我一起努力奋斗的同学们，因为你们，我的学习和生活过得精彩而又充实！

再一次感谢刘荣荣刘老师和张芬张老师两学期的辛勤教导，让我学会了PLC和MCGS组态软件的相关知识，使我能够顺利完成该课程设计

最后，感谢所有关心我、帮助过我的老师、同学和朋友。

31

西安航空职业技术学院 毕业设计论文

文 献

[1] ：王芹.可编程控制器技术及应用.天津大学出版社：杨欢，2008.

32

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ly5a.html