基于三菱PLC控制管理系统

本科毕业设计论文题 目 基于三菱 PLC 控制管理系统 专业名称学生姓名 指导教师毕业时间毕业设计任务书一、题目基于三菱 PLC 控制管理系统二、指导思想和目的要求通过毕业设计，使学生对所学传感器技术，转换技术、机械基础、控制电机、自动控制原理、电子技术、PLC 原理与应用、组态软件控制等的基本理论和基本知识加深理解和应用，掌握交通灯的设计步骤和方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后的工作打下一定的理论和实践基础。要求认真复习有关基础理论和技术知识，认真对待每一个设计环节，全身心投入，认真查阅资料，仔细分析被控对象的工作原理、特性和控制要求，按计划完成毕业设计各阶段的任务，重视理论联系实际，写好毕业论文。三、主要技术要求1. 应用三菱 PLC 控制信号灯。2. 设计上位机中组态监控画面，实时反映交通灯的运行状态，通过上位机控制信号灯。四、进度和要求1、搜集中、英文资料，完成相关英文文献的翻译工作，明确本课题的国内外研究现状及研究意义； （第 1、2周）2、完成总体设计方案的论证并撰写开题报告； （第 3、4 周）3、研究交通灯的运行规律，掌握控制顺序要求； （第 5、6 周）4、确定交通灯的控制系统具体的方案和实施办法； （第 7、8 周）5、对 PLC 进行点的分配，用梯形图编程，组态王做上位监控画面。 （第 9、10 周）6、实际调试， ； （第 11 周）7、整理资料撰写毕业论文；（1）初稿 ； （第 12、13周）（2）二稿 ； （第 14 周）8、准备答辩和答辩。 （第 15 周）五、主要参考书及参考资料1 周亚军，张卫电气控制与 PLC 原理及应用M西安电子科技大学出版社，2008：10.2 龚仲华三菱 FX 系列 PLC 应用技术M北京：人民邮电出版社，2010：20.3 肖维荣可编程控制器技术M电子工业出版社，2005：38.4 张进秋，陈永利，张中民可编程控制器及应用实例M北京：机械工业出版社，2003：45.5 王啸东，陈跃龙基于人机界面的 PLC 控制系统设计J科技信息，2006， （12）：402-403西北工业大学明德学院本科毕业设计论文学生 指导教师 系主任 西北工业大学明德学院本科毕业设计论文I摘 要交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的自动控制管理，力求交通管理先进性、科学化。本文分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。本设计以 PC 机作为上位机，组态王软件作为上位机软件，以三菱 PLC 作为下位机，组成一套以交通灯信号为被控对象的三菱 PLC 控制管理系统。最终实现在 PC 机上启动、停止交通信号灯和在线修改信号灯时间，达到 PC 机控制PLC、PLC 控制信号灯、信号灯的运行状态实时反映在 PC 机界面上的目标。本文所设计的系统画面直观，能够模拟真实的控制现场，且操控方便，达到了预期设定效果，为该系统的实际应用提供了可靠保障。关键词：PLC ；组态王；PC 机；RS232C ；交通灯西北工业大学明德学院本科毕业设计论文IIABSTRACTTraffic lights appear, make traffic to effectively control for relieves traffic flow, improve traffic capacity, reduce the number of traffic accidents have obvious effect. In order to realize the traffic management, and strive to traffic management advanced and scientific. Analyzes modern urban traffic control and management problems, based on the status of the traffic to the actual situation of traffic control system is expounded the working principle, this paper presents a simple and practical urban traffic control system of PLC design scheme. This design uses PC as the host machine, Kingview as the PC software, with Mitsubishi PLC as the lower computer, composed of a set of traffic lights control object Mitsubishi PLC control management system. Ultimately on the PC start,stop,traffic signal lights and the online modification time to achieve the PC control PLC, PLC control traffic lights, traffic lights real-time.running state is reflected in the PC machine. The design first provides an overview of PLC, analyzes PLC features and development trend. Secondly, planning the design of control management system according to according to the design requirements,then complete the overal design,the instruction input by the programmer to debug PLC,the ultimate realization of automatic control of traffic lights.The interface of this design is direct-viewing, vivid. The design is good at simulating real control scene, operating conveniently with low price, which has achieved the expectant setting effect, and provides a reliable guarantee for the practical application of the system. Key words: PLC; Kingview; PC; RS232C; traffic lights西北工业大学明德学院本科毕业设计论文I目 录第一章 绪论 .51.1 引言 .51.2 智能交通灯系统的发展背景 .51.2.1 英国 TRANSYT 路面交通控制系统 .51.2.2 澳大利亚 SCAT 路面控制系统 .61.2.3 英国 SCOOT 路面控制系统 .61.2.4 日本城市路面控制系统 .71.3 国内研究现状 .71.4 本设计的主要内容 .71.5 本章小结 .8第二章 PLC 控制管理系统方案设计 .92.1 总体方案设计 .92.2 PLC 概述及选型 .92.2.1 PLC 基本概念 .92.2.2 PLC 结构 .102.2.3 PLC 特点 .102.2.4 PLC 的应用 .112.2.5 PLC 的发展趋势 .122.2.6 PLC 选型 .132.3 组态王软件概述 .132.4 组态王软件的主要功能特点 .142.5 本章小结 .15第三章 硬件设计 .153.1 交通灯的控制时序 .163.2 I/O 分配 .163.3 输入模块设计 .173.4 输出模块设计 .183.5 RS232C 串口通讯设计 .19西北工业大学明德学院本科毕业设计论文II3.6 实物连接 .213.7 本章小结 .22第四章 软件设计 .224.1 PLC 运行流程图 .234.2 紧急情况流程图 .244.3 凌晨时段流程图 .244.4 GX Developer 程序编写 .254.4.1 GX Developer 软件介绍 .254.4.2 GX Developer 初始化设置 .254.4.3 PLC 参数设置 .264.4.4 梯形图编辑 .264.4.5 指令表 .294.5 组态王软件设计 .314.5.1 设计图形界面 .314.5.2 定义外部设备 .324.5.3 构建数据库 .334.5.4 设置通讯 .344.5.5 配置组态王运行系统 .354.6 本章小结 .35第五章 系统实现 .365.1 梯形图监控 .365.2 组态王在线监控过程 .405.3 系统实现 .435.4 设计方案的优化 .445.5 本章小结 .45第六章 总结 .46参考文献 .47致 谢 .48附录 A 完整 PLC 程序 .54附录 B 实物连接图 .54附录 C 通信协议 .55西北工业大学明德学院本科毕业设计论文3第一章 绪论1.1 引言 系统的发展有着悠久的历史，伴随着人类工业文明的发展，汽车以及其他各种交通工具呈现出一片欣欣向荣的景象。各种交通工具的大量使用使得人们的出行更加方便，但随之而来的是交通的压力越来越大，各个路口对于对于交通指挥系统的需求大量增加。早在 1868 年，全世界第一台煤气是红绿两色照明灯由英国工程师纳伊特安装在了伦敦威斯特敏斯特街口，它可以控制车辆的通行，但是不久，这种交通灯便消身匿迹了，原因是由于一场爆炸事故。到了 1914 年左右，交通灯又重新出现了，美国的克利夫兰制造了一款由电力驱动的交通灯，它被安装在了纽约和芝加哥等地，这种交通灯的概念已经和现在大致相同。1926 年，自动化控制的交通灯得到利用，这为现代城市交通奠定了基础。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对交通灯的各种意义做出了明确的规定，绿灯行，绿灯车道的车辆可直行可左拐可右拐，如果前面有禁止标志的则除外。并且左右拐弯的车辆必须让直行车辆和行人先行。红灯停，红灯车道的车辆不准超过人行道。黄灯等一等，黄灯车道的车辆必须减速，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。交通灯的使用大大缓解了交通压力，使得城市的拥堵显现得到了一定程度的缓解，使人们的出行现状得到了改善。但是随着当今经济的飞速发展，汽车的拥有量不断上升，传统的交通灯系统已经越来越不能满足交通压力的需求。在这样的背景下，本次论文设计的任务主要是设计一款能根据路面车流量的变化，进而调整交通灯读秒时间的交通灯系统，从而改善路面交力，同时也可以节约交通资源。 1.2 智能交通灯系统的发展背景 1.2.1 英国 TRANSYT 路面交通控制系统 英国道路研究所花费了十几年的时间，在大量的实验和经验的基础之上，研制出了 TRANSYT 路面交通控制系统。被全球 400 多个车市广泛采用，可以说西北工业大学明德学院本科毕业设计论文4TRANSYT 系统的成功是显而易见的。TRANSYT 内部通过有线来经行通信。采用静态模式来控制交通信号灯，这种控制方案中通过数学模型来控制绿信比和相位差。但是这种交通控制系统还是存在一定的缺陷，例如它无法优化周期，而且想要获得最优的整体分配方案是相当困难的。如果想要经行离线优化，必须采用大量的路网几何和交通数据流。 1.2.2 澳大利亚 SCAT 路面控制系统 70 年代末期，澳大利亚开发了 SCAT 路面控制系统 。SCAT 采用分层递阶的计算机形式，这是一种较为先进的计算机网络控制技术。SCAT 通过有线来通信。在地区联机，在中央即采用联机也采用脱机模式。在控制的过程中，SCAT 会预先设定几个参数，在对路面情况经行分析的基础之上，根据实际的情况来选定具体采用那个数据。计算机结构好改变，控制方案好变换，而 SCAT 系统充分的利用了计算机的这些优点。但是，由于 SCAT 对于硬件的要求高，这也就限制了它的移植能力，以及信息的无即时反馈性。 1.2.3 英国 SCOOT 路面控制系统 在 TRANSYT 系统改进和改良的基础之上，通过 8 年的研究，英国道路交通研究所又设计出了一款自适应的 SCOOT 路面控制系统，其全名为动态交通控制系统。由于采用动态的交通控制方式，其性能各个方面都要优于以静态为核心的路面交通控制系统。这种交通控制方式同样被许多国家大量的采用。 SCOOT 路面控制系统以有线的方式进行通信。通过联机的方式来控制各个路口的交通信号灯，这与传统的控制方式来比，其效率大大提高。但是 SCOOT 路面控制系统依然有他的缺点，其一它的相位一旦确定之后就不能自动的增减了，其二他对于固定的路口只有固定的相序，其三它的安装困难度也过高。 1.2.4 日本城市路面控制系统 日本设计的路面控制系统有交通控制中心和 VICS 中心，交通控制中心主要在东京等地区运营，它极具代表意义，在控制一般城市路面交通的同时有着显著的高效性。通过收集，处理和发布交通信息，控制中心不仅可以对交通信号进行西北工业大学明德学院本科毕业设计论文5控制还可以进行信息交流等。通过对超声波、雷达、红外检测器、直升机、摄像机等信息收集系统收集来的信息进行分析，该控制系统可以利用后台许许多多的计算机网络进行高速的运算，通过这种流量分析以及提前的预定方案的选择，可以实时的指挥路面各个交通灯路口的红绿灯情况。在指挥的同时，他还会以各种方式将车流量、堵塞情况等信息通过各种方式向社会发布。1.3 国内研究现状国内对城市交通控制系统的应用和研究工作起步较晚，国家一方面以改善城市市中心交通为核心的技术进行研究，另一方面引进与开发相结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统，并取得了较好的效果。但我国的实际情况决定了需要对这些引进的系统进行相应的改进，例如：需要改善信号的控制，现有的信号控制系统还存在一定的局限性。需要解决车流高峰期交通流问题。未来交通灯应该拥有网络通信功能，能自动感应地区的交通情况，若检测到目前交通拥堵的话，该交通灯能自动控制红、黄与绿灯的亮灯时间长短，并且根据实际道路对相邻十字路口的信号灯发出拥堵信号，相互控制、调节。利用模糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交叉信号灯控制和网络通信，今后的单个交叉口信号灯控制将成为信号灯的主要研究方向。通过模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制，将成为今后交叉口信号灯控制研究的重点。1.4 本设计的主要内容本设计根据实验室现有环境，设计开发一种基于三菱小 A 系列 PLC 的监控系统。具体分为系统的硬件结构设计、微机与 PLC 的通信方法设计以及监控界面的设计与程序实现，实现人机对话和监控功能，并可进行一定的辅助决策，组成高性能价格比的控制系统。微机软件选用专业组态软件，设计上、下位通信程序和监控界面；PLC 软件用 GX Developer 编程软件设计编写，编写用于交通信号灯的程序，并利用 GX Simulator 软件对程序进行仿真分析以及实验室条件下模拟实现。最终实现计算机控制 PLC、PLC 控制交通灯、交通灯运行情况实时展现在西北工业大学明德学院本科毕业设计论文6计算机界面上。本设计研究开发的 PLC 控制管理系统，其实质为：基于三菱 PLC 的交通灯控制管理系统。它的核心是将 PC 机与 PLC 结合起来，开发基于三菱 PLC 的交通灯控制管理系统。充分利用 PC 机友好的人机界面，实现人机对话和实时监控交通灯运行情况的功能。设计突破了传统 PLC 实验模式，利用计算机技术、PLC 技术和通信技术的相关原理将 PLC 与计算机结合起来，方便用户对整个系统的操作与监控。此系统设计是完全模拟真实的交通灯控制要求来进行的，通过对该系统的研究，可以使设计人员在虚拟环境中直观形象的对监控系统进行设计优化和性能测试，这对启迪设计创新、提高设计质量、减少设计错误、加快系统设计开发周期同样具有积极的意义。1.5 本章小结本章主要介绍了本设计的内容、目的及意义。通过以上，了解了将 PLC 与计算机结合起来的现实意义，明确了本设计需要做哪些方面的研究，也使自己有了更多的热情和动力去完成本设计。西北工业大学明德学院本科毕业设计论文7第二章 PLC 控制管理系统方案设计2.1 总体方案设计本设计的整个系统可分为上位机系统、下位机系统和被控对象三部分。上位机选择个人 PC 机，下位机 PLC 系统包括电源模块、CPU 模块、输入/输出模块，被控对象为交通红绿灯，使三者结合起来优势互补，最终达到 PC 机控制PLC、PLC 控制红绿灯、红绿灯的运行情况实时展现在 PC 机界面上。为了更好地说明本设计的体系结构，在此用一个构件图来加以说明。如图 2-1 所示。图 2-1 构件图2.2 PLC 概述及选型2.2.1 PLC 基本概念可编程控制器是现代制造业为了适应市场需求和提高竞争力，在生产设备和自动化生产线在柔性、可靠性和产能上提出的更高要求的背景下应运而生的新型西北工业大学明德学院毕业设计论文8工业控制装置。它综合了计算机技术、自动控制技术和通行技术等，实现了控制装置的三电一体化，是当代工业生产水平的重要标志之一，在工业生产中的广泛应用使它得到了“蓝领计算机”的称谓。为了与个人计算机区分，一般将可编程程序控制器简称为 PLC1。2.2.2 PLC 结构PLC 的结构同计算机类似，由中央处理器（CPU ） 、存储器（RAM/ROM） 、输入/ 输出单位、电源和编程器等几部分组成。PLC 的基本结构框图如图 2-2 所示。图 2-2 PLC 基本结构框图2.2.3 PLC 特点虽然 PLC 生产厂家众多，功能相差较大，但与其他类型的工业控制装置相比，它具有如下共同的特点。（1）可靠性高作为一种通用的工业控制器，PLC 必须能够在各种不同的工业环境中正常工作。对工作环境的要求低，抗干扰能力强，平均无故障工作时间(MTBF) 长是PLC 在各行业得到广泛应用的重要原因之一。（2）通用性好西北工业大学明德学院毕业设计论文9通用性好，使用方便、灵活，是 PLC 之所以能够得到普及的重要原因之一，它主要体现在硬件使用与软件使用两方面。在硬件方面，大多数 PLC 都采用了基本单位加扩展或是模块化的结构形式，因此，I/O 信号的数量、形式、驱动能力等都可以根据实际控制的要求进行选择与确定，在需要时还可以随时更换或增减 I/O 模块；PLC 的特殊功能模块越来越多，可以满足不同的控制要求；通过编程器或个人计算机，可以在生产现场随时对 PLC 程序进行调整与修改或对系统的工作状态进行动态监控，调试、维修非常方便。在软件方面，PLC 采用可独特的、面向广大工程设计人员的指令表、梯形图、逻辑功能图、顺序功能图等编程语言，程序简洁、明了，适合各类技术人员的传统习惯。特别是梯形图与逻辑功能图，程序形象、直观，动态检测效果逼真，即使是没有计算机知识的人也非常容易掌握，在企业推广与普及比其他工业计算机控制装置容易。（3）设计、安装、调试工作量小电气控制系统设计与施工可以同时进行，设计周期缩短。应用 PLC 及组件可以减少系统元器件数量，控制逻辑则由软件实现，硬件采用积木式安装，从而简化了控制柜的设计、安装、界限的工作量 2。2.2.4 PLC 的应用PLC 作为现代工业自动化的主要支柱，已在工业中得到越来越广泛的应用，并逐渐延伸到其他行业。根据控制类型的不同，应用领域大致划分如下：（1）开关量逻辑控制PLC 采用逻辑控制取代传统的继电接触器控制，适用于单台设备或自动化生产线，如机床电气、传输、电梯、各类家电和饮料生产线等，是 PLC 最基本的应用领域。（2）运动开关越来越多的生产设备对定位机构提出了位置、速度和轨迹控制的要求，针对这一要求，PLC 产品都有专门的运动控制模块,从而将 PLC 的应用领域拓展到了许多机密机械加工、生产制造设备的控制中。西北工业大学明德学院毕业设计论文10（3）闭环过程控制目前，PLC 都具备有模拟量输入/输出功能及 PID 控制功能，可以对温度、压力、流量等模拟量实现闭环控制。解决方案也非常灵活，既可以采用软件 PID指令实现控制功能，也可以采用硬件 PID 模块，后者通过增加硬件成本的开销减轻了软件设计的工作量，实时性好，更适合对象比较复杂的生产设备。（4）数据处理微处理器性能不断提高，PLC 具备了数学运算、数据比较、传送、位处理等功能，利用这些功能可以完成数据采集和处理，既可以直接用于控制，改变控制逻辑，也可以将监控参数上传至监控系统。（5）分布控制系统PLC 的三级通信网络可以将 PLC 与智能模块、智能仪器、远程 I/O 之间、多台 PLC 之间、 PLC 与上位机之间紧密联系在一起，构成“集中管理、分散控制”的分布式控制系统，将集散系统的优点引入 PLC 控制系统中 2。2.2.5 PLC 的发展趋势不同的应用领域，不同的控制需求，决定了 PLC 发展的侧重点不同，其发展趋势主要体现在微型化、多功能化、标准化、模块智能化和网络化等几个方面。（1）微型化、多功能化趋势微型化、多功能化可以使控制系统体积减小、成本降低、结构趋于模块化，配置灵活，已与改造。目前，超小型 PLC 的 I/O 点数少则几个点，多则数百点。（2）标准化趋势PLC 的能力在不断增强，生产过程自动化要求也在不断提高，过去那种封闭的、不开放的、自成一体的结构显然以不合适，越来越需要使不同品牌的 PLC在通信协议、总线结构、编程语言等方面能够遵循一个统一的标准，提高兼容性。国际电工委员会（IEC）为此制定了国际标准 IEC61131。该准则由总则、设备性能和测试、编程语言、用户手册、通信、模糊控制的编程、可编程序控制器的应用和实施指导等八部分和两个技术报告组成，其中，IEC61131-3 是 PLC 编程语言标准。（3）模块智能化趋势分级控制、分布控制思想是增强 PLC 控制功能、提高处理速度的一个有效西北工业大学明德学院毕业设计论文11方法，也是控制系统的一个发展方向。（4）网络化趋势网络控制是信息技术发展对自动化设备提出的新要求，通过现场总线等形式进行设备间的通信与连接，以实现集中、统一控制与管理，是实现工厂自动化与现代化管理的基础 2。2.2.6 PLC 选型PLC 的数量、型号、品种的发展速度十分迅速。生产厂家众多，型号、规格各不相同，当今市场 PLC 产品主要有以下厂家生产，日本的代表是三菱和欧姆龙，美国的 AB 和 GE 公司，他们的市场占有率在我国比较大。针对实验室现有的设备，本设计选用日本三菱公司生产的 A 系列 PLC 作为交通灯控制管理系统的现场控制器。根据系统设计要求，估算并确定 PLC 的输入输出 I/O 点数。本系统需要启动、停止、南北强通和停止、东西强通和停止，以及四个方向的红绿灯，可得出 PLC的输入点数为 6 个，输出点数为 6 个。根据工作单位实验室仅有设备，最终选用三菱 A2U（S1 ）PLC 作为本系统的控制器。具体模块如表 2-1 所示。表 2-1 模块介绍序号 名称 型号 数量1 计算器（cpu） A2U CPU-S1 12 Plc 电源 A61PN 13 计算机衔接模块 AJ71UC24 14 输入模块 Ax41 15 输出模块 AY13 12.3 组态王软件概述组态王是北京亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。它是一个面向监控与数据采集专用软件；是一个自动控制系统监控层开发平台；是一个能用配置方式（非编程）使用户快速构建起工业自动控制系统的上位机监控软件。本设计选用西北工业大学明德学院毕业设计论文12组态王 6.53，保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充 11。“组态王 6.53”软件包由工程管理器 ProjManager、工程浏览器TouchExplorer、画面开发系统 TouchMak 和运行系统 TouchVew 四部分组成。工程管理器用于新建工程和已有工程的管理，在工程浏览器中您可以查看、配置工程的各个组成部分，画面制作系统 TouchMak 用于画面的开发，运行则由工程运行系统 TouchVew 来承担。工程浏览器和运行系统是各自独立的 Windows 应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，工程浏览器中的画面应用程序只有在画面运行系统运行环境中才能运行：（1）工程管理器：对于技术人员一般会开发很多不同的工程，怎样管理这些工程一直是困扰技术人员的难题，工程管理器的主要作用是用于新工程的创建和已有工程的管理，对已有工程进行搜索、添加、备份、恢复以及实现数据词典的导入和导出，还可以对工程进行加密。（2）工程浏览器：工程浏览器是组态王的一个重要组成部分，它将图形界面、命令语言、设备驱动程序、配方、报警、网络等工程元素集中管理，工程人员可以一目了然地查看工程的各个组成部分。（3）画面开发系统：在组态王开发系统可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上可以生成互相关联的静态或动态图形对象。（4）运行系统（TouchVew）：运行系统是组态王软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的工业流程图只有在运行系统中运行才能实时反应现场的运行情况。（5）信息窗口：“组态王信息窗口”是一个独立的 Windows 应用程序，信息窗口中显示的信息可以作为一个文件存于指定的目录中或用打印机打印出来，方便用户查阅 11。2.4 组态王软件的主要功能特点组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。在亚控公司开发的众多组态软件当中组态王 6.53 性价比高，网络通讯功能比较完善，能满足本系统要西北工业大学明德学院毕业设计论文13求。组态王的主要功能特点如下：（1）可视化操作界面全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面。系统提供形象、直观、丰富、友好的操作界面和方便易用的控制操作台面，提供在线帮助。（2）强大的通讯功能组态王软件通过设备驱动程序与外部进行数据交换。设备集成能力强，可连接几乎所有设备和系统。（3）高效的数据采集和处理功能系统具有自动保存数据和与其他应用程序交换数据的功能，更能贴近用户提出的扩展要求。强大的数据处理能力，使用户能在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。（4）强大的网络功能组态王完全基于网络的概念，是一种真正的客户服务器模式，支持分布式历史数据库和分布式报警系统，可运行在基于 TCP/IP 网络协议的网上，使用户能使实现上、下位机以及更高层的厂级联网 11。2.5 本章小结本章对 PLC 和组态王软件进行了详细的概述，对 PLC 的特点和发展趋势进行了介绍，最后对本设计所需要的 PLC 进行了选型。在对组态王软件概述时，主要对其开发过程和主要功能进行了介绍。为本设计进一步的研究作了很好的基础。西北工业大学明德学院毕业设计论文14第三章 硬件设计3.1 交通灯的控制时序交通灯的控制时序如图 3-1 所示，按照信号灯置 1 与置 0 两种状态绘制的时序图，置 1 表示信号灯亮，置 0 表示信号灯熄灭。路口绿灯时间为 13S，绿灯闪烁时间为 3S，黄灯时间为 4S，红灯时间为 20S。图 3-1 交通灯时序图3.2 I/O 分配分析 PLC 的输入输出信号，在满足十字路口交通信号灯控制的前提下，要尽量减少占用 PLC 的 I/O 点。本设计采用自动控制，输入有系统启动、停止按钮信号；东西常绿启动、停止按钮信号；南北常绿启动、停止按钮信号。输出有东西、西北工业大学明德学院毕业设计论文15南北方向各两组指示信号，由 PLC 的输出信号控制各个指示灯的亮、灭，总共有6 个输出点。具体的地址、名称和功能如表 3-1 所示。表 3-1 变量地址分配地址 名称 功能X20 启动按钮 按下开关，系统开始运行X21 停止按钮 按下开关，系统停止运行X22 东西常绿启动按钮 按下开关，东西向强行绿灯、南北向强行红灯X23 东西常绿停止按钮 按下开关，系统恢复正常交替显示X24 南北常绿启动按钮 按下开关，南北向强行绿灯、东西向强行红灯X25 南北常绿停止按钮 按下开关，系统恢复正常交替显示Y60 东西向绿灯 东西方向绿灯亮Y61 东西向黄灯 东西方向黄灯亮Y62 东西向红灯 东西方向红灯亮Y63 南北向绿灯 南北方向绿灯亮Y64 南北向黄灯 南北方向黄灯亮Y65 南北向红灯 南北方向红灯亮3.3 输入模块设计本设计所用 PLC 是模块式 PLC，输入模块选用 AX41 输入模块，本模块提供32 点 DC 12/24V，漏型输入（4/10MA） 。在 I/O 分配时用到 6 个输入端口，分别是启动、停止、东西常绿启动、东西常绿停止、南北常绿启动、南北常绿停止。输入模块接线图如图 3-2 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文16图 3-2 输入模块3.4 输出模块设计输出模块选用 AY13 输出模块，32 点继电器输出 2A。本设计使用了 6 个输出端口，分别是东西向绿灯、东西向黄灯、东西向红灯、南北向绿灯、南北向黄灯、南北向红灯。输出模块接线图如图 3-3 所示。图 3-3 输出模块3.5 RS232C 串口通讯设计由于计算机 COM 口是 9 针插口，PLC 编程口是 25 针插口，为了使两者连接起来，本设计采用 RS232C 中的一种 9 针转 25 针串口线。9 针串行口通讯接线图西北工业大学明德学院毕业设计论文17及引脚定义如图 3-4 所示，25 针串行口通讯接线图及引脚定义如图 3-5 所示 10。（a ）通讯接线(b)引脚定义图 3-4 9 针串行口通讯接线及引脚定义引脚 定义 符号1 载波检测 DCD2 接收数据 RXD3 发送数据 TXD4 数据终端准备好 DTR5 信号地 SG6 数据准备好 DSR7 请求发送 RTS8 清除发送 CTS9 振铃提示 RI西北工业大学明德学院毕业设计论文18引脚 定义 符号 引脚 定义 符号1 屏蔽地线 FG 14 未定义2 发送数据 TXD 15 未定义3 接收数据 RXD 16 未定义4 请求发送 RTS 17 未定义5 允许发送 CTS 18 数据接收6 数据准备好 DSR 19 未定义7 信号地 SG 20 数据终端准备好8 载波检测 DCD 21 未定义9 发送返回 22 振铃10 未定义 23 未定义11 数据发送 24 未定义12 未定义 25 接收返回13 未定义(c)引脚定义(d)通讯接线图 3-5 25 针串行口通讯接线西北工业大学明德学院毕业设计论文193.6 实物连接实验室模拟实物连接图如图 3-6 所示。图 3-6 实物连接图3.7 本章小结本章主要的任务就是对硬件的设计，并且对设计所需要的各个模块分别作了独立的分析，其中对 AX41 输入模块作了详细的说明，包括 AX41 的输入点数、额定电压等。同时也对 RS232C 的通讯接线和引脚定义作了说明。模块图是在Visvo 中画出的，在画图的的过程中，进一步掌握和巩固了对 Visvo 的使用。掌握了硬件后，为下一步的软件编程作好了铺垫。西北工业大学明德学院毕业设计论文20第四章 软件设计4.1 PLC 运行流程图该系统在接通时，首先南北方向绿灯亮 16S（时间用户可自行设置） ，东西方向红灯，南北方向绿灯最后 6S 闪烁，一秒一次，共 6 次，然后转为黄灯 4S；接着南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 13S，东西方向绿灯最后 6S 闪烁然后转为黄灯 4S；接下来又转为南北方向绿灯，如此循环 4-9。主流程图如图 4-1 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文21图 4-1 主流程图南北红灯东西绿灯定时器 T3 是否到定时器 T5 是否到结束南北红灯东西绿灯闪烁定时器 T4 是否到南北红灯东西黄灯定时器 T2 是否到南北绿灯闪烁东西红灯定时器 T1 是否到南北黄灯东西红灯南北绿灯亮闪烁东西红灯亮 16s初始化定时器定时器 T0 是否到开始西北工业大学明德学院毕业设计论文224.2 紧急情况流程图此程序设有紧急情况子程序，所以当按下紧急开关时控制各方向亮灯情况。当东西强通按钮按下时，东西方向强行绿灯，南北方向强行红灯；关闭东西强通开关恢复正常。当南北强通按钮按下时，南北方向强行绿灯，东西方向强行红灯；关闭南北强通开关恢复正常。紧急情况子流程图如图 4-2 所示。南北向强行红灯东西向强行绿灯N返回紧急子程序入口Y东西向紧急情况Y南北向紧急情况东西向强行红灯南北向强行绿灯Y紧急情况是否解除图 4-2 紧急情况子程序流程图4.3 凌晨时段流程图在夜间 24 点到凌晨 5 点，所有红绿灯将停止作用，届时将只有黄灯闪烁。凌晨时段流程图如图 4-3 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文23读取系统时间0 点 时间 5 点黄灯闪烁YN时间控制程序入口返回显示图 4-3 凌晨时段流程图4.4 GX Developer 程序编写4.4.1 GX Developer 软件介绍GX Developer 是三菱 PLC 新版的编程软件，它能够进行 FX 系列、Q/QnA 系列、A 系列 PLC 的梯形图、指令表、 SFC 等编程。它可采用标号编程、功能块编程、宏编程等多种方式，可以将 Excel、word 等常用软件所编辑的文字与表复制、粘贴到 PLC 程序中，使用更加便捷 2。4.4.2 GX Developer 初始化设置GX Developer 编辑软件打开后，需要先进行程序的初始化设定，步骤如下：单击“工程（F ） ”并选择 “创建新工程（N） ”，打开软件设定页。在 PLC 系列对话框中选择 ACPU 系列； PLC 型号选择 A2U(S1)；选择编程语言为梯形图；设定工程命，输入完成后单击“确定”按钮保存设定内容 2。如图 4-4 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文24图 4-4 GX Developer 的初始化设置4.4.3 PLC 参数设置由于 GX Developer 可以用于三菱全部 PLC 产品的编程，因此，在 PLC 编程前原则上需要进行 PLC 的参数设定 7。包括内存容量设置、软元件、I/O 分配等设定。本设计的部分参数设定如图 4-5 所示。图 4-5 参数设定对话框4.4.4 梯形图编辑（1）红绿灯预设时间程序设计，红灯时间设为 20S，绿灯时间为 13S，绿灯闪烁时间为 3S，黄灯时间为 4S。如图 4-6 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文25图 4-6 红绿灯时间（2）凌晨黄灯闪烁程序，需要读取系统时间，PLC 系统时间是十六进制的，读取出来还需要转换成十进制。如图 4-7 所示。图 4-7 读取时间（3）开关程序，本设计在组态王中设置了辅助继电器启动和在梯形图中设置了外部按钮启动两种方式。如图 4-8 所示。西北工业大学明德学院毕业设计论文26图 4-8 开关程序（4）常绿开关程序，当一方向出现紧急情况时，可启动紧急开关可使正常时序信号灯停止。按下 X22 或者 M22 启动东西向常绿，按下 X24 或者 M24 启动南北向常绿。如图 4-9 所示。图 4-9 常绿开关设置西北工业大学明德学院毕业设计论文274.4.5 指令表PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式。指令指令表程序较难阅读，在设计时一般使用梯形图语言。在用户存储器中，指令按步序顺序排列。根据已转化梯形图可以得其指令如下所示：西北工业大学明德学院毕业设计论文28西北工业大学明德学院毕业设计论文294.5 组态王软件设计组态王软件是用于数据采集、数据分析管理和画面动态显示的专用软件，具有