基于PLC的交通指示灯.doc

目 录摘 要1Abstract21 绪论31.1 智能交通监控系统的研究背景31.2 智能交通监控系统的研究目的31.3 智能交通监控系统的实施意义42 智能交通监控系统的设计思路52.1 系统总体设计52.2 智能交通灯的设计62.3 上位机监控系统的设计63 开发软件基础知识及串口通信技术73.1 可编程控制器73.1.1 可编程控制器简介73.1.2 三菱FX2N系列PLC简介73.1.3 三菱FX系列PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C83.1.4 三菱FX系列PLC通讯协议83.2 Microsoft Visual Basic103.2.1 Visual Basic简介103.2.2 VB 6.0中MSComm控件简介103.3 RS_232接口简介114 智能交通监控系统的构建134.1智能交通灯134.1.1 智能交通灯流程图134.1.2 PLC接线图154.1.3 车流量统计，自动调整绿灯时间174.1.4 特殊车辆紧急信号响应174.1.5 PLC数据发送设置194.1.6 系统I/O定义及运行时I/O状态204.2 智能监控系统224.2.1 监控界面设计224.2.2 监控程序设计说明245 系统调试255.1三菱PLC调试255.2 PC机监控系统调试255.3 监控界面运行说明266 总结及展望296.1 总结296.2 展望29致谢30参考文献31附录32附录1 PLC T型图32附录2 PLC 程序37附录3 VB程序代码4350摘 要：随着社会经济的不断发展和交通运输量的持续增长，利用智能运输系统(ITS)来提高道路的利用率、道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，已成为未来交通运输的发展方向。交通监控系统作为智能交通系统的一个组成部分，在保证城市交通安全、畅通方面发挥着巨大的作用。本文主要介绍如何利用三菱FX2N系列PLC与PC机构建一个智能交通监控系统，以提高交通监管部门的监管效率，减少道路拥堵，提高道路通行效率。根据十字路口交通灯的控制要求，采用PLC实现常规交通灯的时序控制，通过传感器完成对交通异常状况的数据采集,由PLC进行智能判别及处理。在系统的设计中，主要使用了PLC可编程序控制器和计算机监控相结合的一种智能控制方法，同时使用传感器采集车辆脉冲，用PLC内高速计数器对脉冲进行计数，根据取得的数据判断是否进行自动调节,改变红绿灯的时间长度，最大限度地减少车辆滞留现象，较好地解决了车流量不均衡、不稳定问题。关键词：可编程控制器 交通灯 智能监控Abstract：Along with the social economy development and the traffic transportation, using the sustainable growth of intelligent transportation system (ITS) to improve the utilization, road traffic safety comfortable and utilization,has become the future development direction of transportation. As an integral part of the city intelligent transportation system the traffic monitoring system plays a tremendous role, in order to ensure smooth traffic safety.This paper mainly introduces how to use Mitsubishi FX2N series of PLC and a computer to build a intelligent transportation monitoring system, aim to improve traffic regulatory oversight efficiency, reduce traffic congestion and improve road using efficiency.According to the requirements of the crossroads traffic lights control，the PLC design is used to achieve the sequential control of the normal transportation，through the sensor to collect the data of the abnormal traffic conditions, and intelligent discrimination and processing by the PLC.In the design of the system，one method of intelligent control is used which combines the PLC and the computer，and using sensors to gather vehicles pulse and the high speed counters of the PLC to count the number of the cars，uses certain principles of intelligent control to adjust the length of traffic lights automatically according to the data obtained，reduces the phenomenon of the vehicles stranded in a large scale，solves the problems of not equilibrium and unstable traffic flow magnitude wellThe test results shows that the system designed can achieve the anticipated targetKeywords: PLC Traffic lights Intelligent monitoring1 绪论1.1 智能交通监控系统的研究背景基于万维网地理信息系统（WebGIS）的公交智能公交运营指挥调度系统，是智能运输系统(ITS)的最新研究发展方向之一。WebGIS是指基于Internet平台、客户端应用软件采用WWW协议运行在万维网上的地理信息系统，核心是在地理信息系统中嵌入HTTP和TCP/IP标准的应用体系，实现互联网环境下的空间信息管理。基于WebGIS公交信息查询服务系统包括交通电子地图的编辑显示、公交信息查询（如某条公交线路的停靠站点、票价等）、最优路径查询、公交线路变更说明。基于WebGIS的公交车辆监控调度系统具有公交车辆的定位、中心与公交车辆间双向通信、向车辆发送调度指令、向乘客信息系统发送交通信息等。软PLC(SoftPLC)控制组态软件技术的诞生与进一步完善和发展，使得安装有SoftPLC组态软件和基于工业计算机（以下简称PC机）控制系统的市场份额正在逐步得到增长。控制软件是PLC控制器核心，PLC供应商正在积极地向工业用户提供开放式编程组态工具软件。此外，开放式通信网络技术也得到了突破，将PLC融入更加开放的工业控制行业。PLC与PC机的串口通信的三种通信协议：计算机专用通信协议，无协议通信( 采用RS命令进行数据通信)和自由协议通信。现在生产的笔记本电脑基本没有RS232C接口，为解决笔记本电脑与PLC通信的问题，各主要生产厂家都提供了带USB接口的编程电缆，可以使用USB电缆来连接PLC与PC机，实现程序的高速下载或上传。当前最大的发展趋势之一就是Ethernet技术的扩展，越来越多的PLC供应商开始提供Ethernet接口部件。在最近的几年间，发展比现有普通小、快、灵PLC更加强大的PLC是种趋势。Ethernet将会成为PLC的通信标准吗？也许最终结果是这样的，但现在还为时尚早。为了提高小型PLC的性能，生产厂家纷纷将大中型PLC的功能集成到小型PLC中。西门子S7200系列最新型产品的CPU有两个RS485通信口，内置模拟量I/O，有PID参数自整定、位置控制、数据记录及配方等功能。S7200设计的OPC服务器PC Access内置的客户机测试功能允许编程者迅速地进行变量的在线测试。FX3U系列内置的编程口可以实现115.2kbps的高速通信，最多可以同时使用3个通信口(包括编程口)。FX3U系列可以使用带RS232C、RS485和USB接口的通信功能扩展版。FX3UC基本单元内置CCLink主站单元功能。欧姆龙CP1H系列是用于高速处理的程序包型PLC，处理速度提高了约10倍。CP1H系列可以扩展两个串行端口和向高位、低位通信的功能。通过选件板的串行通信接口，可以在无程序状态下与Modbus从站通信。1.2 智能交通监控系统的研究目的自60年代末第一台PLC问世以来，已很快被应用到机械制造、冶金、矿业、轻工等各个领域，大大推进了机电一体化进程，被人们称为现代工业控制三大支柱之一。经过长时间的发展和完善，PLC的编程概念和控制思想已为广大的自动化行业人员所熟悉，是目前任何其他工业控制器都无法与之相提并论的巨大知识资源；其次，PLC系统硬件技术成熟，性能价格比较高，运行稳定可靠，开发过程也简单方便，运行维护成本很低。所有这些特点造就了PLC的旺盛生命力。近年来，交通问题已成为包括我国在内的世界各国政府共同面临的重要难题之一。智能交通系统通常简称为ITS（intelligent transportation system，ITS），是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成并运用于交通系统，从而提高交通系统效率的综合性应用系统。在本课题中三菱PLC主要用于红绿灯的控制，在红绿灯中加入直行、左转、右转三向导向箭头。车流量统计依靠PLC内部的计数器与定时器，在定时器预设的时段内对路口车辆数进行统计，根据在计数器内预设的不同车流量统计值，延长相应路口绿灯时间。当运行中的PLC接收到一些特殊信号的响应请求时，PLC会在第一时间改变现有信号状态，将相应路口的三向红绿灯全部改变为绿灯,其余三个路口均变为红灯,实现特殊车辆快速通过,当特殊车辆通过路口后,各路口红绿灯恢复正常显示。为实现上位PC机与PLC的数据通讯，有多种软件开发平台可以使用，但在Windows 环境下，利用Visual Basic编写通信软件十分方便，编程工作量小，软件界面简单易行，尤其是它提供了十分重要的、具有强大功能的通信控件MSComm，可方便地实现对下位机地址和数据的接收和发送。在利用MSComm控件设计通信程序时,只需根据几个重要属性设置好通讯口，按照通信协议，采用规定的数据格式通过Input(或Output)来接收发数据。本课题主要研究以下几方面内容：(1) 利用三菱PLC的可靠性高、适用性强等优点，负责现场高速数据采集、定时、计数等控制任务,实现对交通信号灯的智能化控制，和对路况的监视。(2) 通过PC机上的VB程序建立一个信息处理提示界面，对PLC反馈的信息实现后台读取处理并及时进行信息发布。(3) 利用VB提供的串行通讯控件MSComm，通过RS_232串行通讯端口实现计算机与可编程控制器的通讯。1.3 智能交通监控系统的实施意义交通监控是对道路交通流运行状态及其交通设施和交通环境的监测和对交通流行为的控制。由现场监控站和各级监控中心组成监控系统，是实现道路运行管理的主要手段。本课题所研究的智能交通监控系统主要利用三菱PLC实现对道路交通的监控管理，同时在PC机内VB构建一个交通信息处理发布平台，通过VB内的MSComm控件读取PLC反馈的道路现场情况，经过信息处理发布平台后台处理后，及时对管理人员与车辆驾驶者发布路况信息，提高公路的流畅性降低交通阻塞。本系统利用PC机建立的上位机监控系统可以及时反映出所监控路口的及时交通状况，并对发生情况具有详细文字提示或说明。可以减少人员工作量，提高工作效率，提高道路资源的使用率。2 智能交通监控系统的设计思路2.1 系统总体设计本课题的智能交通系统由信息处理发布与智能控制两部分构成。由PC机内的Microsoft Visual Basic 6.0（以下简称VB）程序建立的信息处理发布部分，通过VB的串行端口控件MSComm经RS_232串行通讯端接收由PLC送出的信号。监控人员只需设置和监视MSComm控件的属性和事件，就可以轻而易举地实现串行异步通讯。信息处理部分将对接收信号进行读取并处理，数据处理依赖VB程序中的If Else结构，对输入信息进行比较，得出处理结果。将处理结果发布在VB界面上,在Text1内显示信息提示及实时路况。三菱PLC主要用于红绿灯的控制，在红绿灯中加入直行、左转、右转三向导向箭头，将直行与转弯车辆分开，达到路口车辆通行的有序性。红绿灯的控制主要依靠PLC内部的定时器，具体为一对方向上的绿灯时间与黄灯时间之和为另一对方向的红灯时间，当绿灯时间改变时，另一路口红灯时间也会发生相对改变。车流量统计依靠PLC内部的计数器与定时器，在定时器预设的时段内对路口车辆数进行统计，将统计结果与计数器内预设的车流量统计值进行比较，若统计值达到延长相应路口绿灯时间的要求，则红绿灯在本周期结束后，下一周期开始时延长路口绿灯时间。三菱Fx_2N PLC RS232BD红绿灯控制特殊信号响应车流量统计由统计改变绿灯时间PC机RS232C道路信息发布 管理平台信息提示分析接收信息当运行中的PLC接收到特殊信号的响应请求时，即PLC得到强制改变现有状态的输入量后，PLC在第一时间将现有信号状态强制中断响应请求，将请求响应路口的三向红绿灯全部改变为绿灯，其余三个路口均变为红灯，实现特殊车辆快速通过，当特殊车辆通过路口后，各路口红绿灯恢复正常显示。图2-1 系统总体框架图2.2 智能交通灯的设计本课题所提及智能交通灯的运行均基于三菱PLC的控制，本课题通过三菱PLC的控制主要实现交通灯的以下几个功能：(1) 常规红绿灯的逻辑控制；(2) 对通过各路口在设定时间内的车流量进行统计；(3) 根据所得统计值，自行判断是否应该改变相应路口的放行绿灯时间；(4) 接受特殊车辆的响应请求，及时改变请求路口放行信号。需要说明的是：本课题中所需的车流量检测和特殊响应接收传感器对PLC的输入量均采取用开关量模拟实现。2.3 上位机监控系统的设计上位机监控系统是用于终端用户而设计的，目的在于使终端用户可以对当前系统的运行状态一目了然，对紧急情况可以及时监察到，节约了大量人力、物力和财力的投入。本次毕业设计的上位机监控系统主要由PC机内VB软件来编程设计，主要实现以下几个功能：(1) 读取指定PLC内元件状态；(2) 在模拟界面上实时显示交通灯状态的变化情况；(3) 对紧急相应路口实现及时信息发布说明。3 开发工具基础知识及串口通讯技术3.1 可编程控制器可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。3.1.1 可编程控制器简介根据国际电工委员会（IEC）在1987年颁布的PLC标准草案中对PLC作了如下定义：“PLC是一种专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式火模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。6PLC有以下几个特点：(1) 可靠性高，抗干扰能力强。(2) 配置齐全，功能完善，适用性强。(3) 易学易用，深受工程技术人员欢迎。(4) 系统设计周期短，维护方便，改造容易。(5) 体积小，重量轻，能耗低。在可编程控制器构成的控制系统中，要实现一个控制任务，首先要针对具体的被控对象，分析它对控制系统的要求，然后编制出相应的控制程序，利用编程器将控制程序写入可编程控制器的程序存储器中。系统运行时，可编程控制器依次读取程序存储器中的程序语句，对它们的内容加以解释并执行。根据输入设备的状态和其他条件，可编程控制器将其程序执行结果输出给相应的输出设备，控制被控对象工作。可编程控制器是利用软件来实现控制逻辑的，能够适应不同的控制任务的需要。它是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它的内部存储器可以执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入或输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技(Computer Control Communication)相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。3.1.2 三菱FX2N系列PLC简介FX2N系列PLC是三菱推出的端子排型高性能标准规格机器，具有高速、高功能等基本性能，适用于从普通顺控开始的广泛领域，并具有适用于各种各样领域的充实的扩展设备，包括数字量输入输出扩展、模拟量输入输出扩展、温度控制、脉冲定位控制、高速计数控制、通信控制、现场总线控制、以太网网络系统等。 (1) 控制规模：16256点(2) 内置8K容量的EEPROM存储器,最大可以扩展到16K(3) CPU运算处理速度0.550.7S/基本指令(4) 在FX2N系列右侧可连接输入输出扩展模块和特殊功能模块(5) 基本单元内置2轴独立最高100kHz定位功能(晶体管输出型）(6) 可以连接模拟量、定位、通信、网络等各种特殊扩展设备(7) 辅助继电器：3072点(8) 定时器：256点(9) 计数器：235点(10)数据寄存器：8000点(11)基本单元：16/32/48/64/80/128点，有继电器输出型和晶体管输出型3.1.3 三菱FX系列PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-CSWOPC-FXGP/WIN-C是三菱早期推出的对应于旗下FX系列PLC的编程软件，可在Windows 3.1及Windows 95以上版本操作系统下运行。该软件的编程思路是自上而下的单一纵向结构，可通过线路符号,列表语言及SFC符号来创建顺控指令程序,建立注释数据和设置寄存器数据。该程序可在串行系统中与可编程控制器进行通讯,文件传送,操作监控以及各种测试功能，可以创建顺控指令程序以及将其存储为文件,具有用打印机打印功能。编写好的程序需要通过另外一根通信线下载到PLC中，三菱编程线的型号是SC-09。但该程序不具有纵向和横向兼备的结构，同时子程序也不支持局部变量。目前，三菱公司已推出最新用于三菱FX系列PLC编程的工具GX系列编程软件。3.1.4 三菱FX系列PLC通讯协议三菱FX系列PLC共有四种通信模式，使用较多的有两种：第一种方法是在PLC中编译一段数据发送程序，为了与计算机通信要求一致，在PLC程序中必须对特殊寄存器D812进行设置，在D8120中分别把数据长度、奇偶校验、波特率等参数设定后，计算机与PLC的通信格式就确定了。PC机发送给PLC的通信命令格式如表3-1，D8120通信格式定义如表3-2，批量读取PLC中数据如表3-3。另一种方法是采用PLC与计算机专用协议通信方式（无须PLC编程，电脑直接读写操纵PLC），其通讯命令字和通讯格式介绍如表3-4。表3-1 PC机与PLC的通讯命令格式命令代码约定说明ASCII值VB中表示ENQ请求标志5chr(5)ACK正确标志6chr(6)STX请求标志2chr(2)EXT请求标志3chr(3)表3-2 D8120通信格式定义位号名称功能说明位为OFF（=0）位为ON（=1）b0数据长度7位8位b1b2奇偶（b2，b1） （0，0）：无 （0，1）：奇 （1，1）：偶b3停止位1位2位b4b5b6b7波特率（bit/s）（b7，b6，b5，b4） （0，1，1，0）：2400（0，0，1，1）：300 （0，1，1，1）：4800（0，1，0，0）：600 （1，0，0，0）：9600（0，1，0，1）：1200 （1，0，0，1）：19200b8标题无有效（D8124）默认：STX（02H）b9终结符无有效（D8125）默认：EXT（03H）b10b11b12控制线无协议（b12，b11，b10）（0，0，0）：无作用 （RS_232C 接口）（0，0，1）：端子模式 （RS_232C 接口）（0，1，0）：互连模式 （RS_232C 接口）（0，1，1）：普通模式1（RS_232C 接口），RS_485（422）接口（1，0，1）：普通模式2（RS_232C 接口）计算机连接（b12，b11，b10）（0，0，0）：RS_485（422）接口（0，1，0）：RS_232C 接口b13和校验没有添加和校验自动添加和校验b14协议无协议专用协议b15传输控制协议协议格式1协议格式4表3-3 寄存器在PC机批量读取PLC中数据PC侧12345678151617E N Q站号P L C号读方式延时首地址数量和校验A C K站号P L C号PLC侧STX站号P L C号数据EXT和校验91011121314表3-4 PLC与计算机专用协议通讯命令字和通讯格式PC发送给PLC的通信命令字命令字注释BR1点为单位读出位元件的状态WR16点为单位读出位元件的状态1字为单位读出字元件的值BW1点为单位写入位元件的状态WW16点为单位写入位元件的状态1字为单位写入值到字元件BT1点为单位设置/复位位元件WT16点为单位设置/复位位元件1字为单位写入值到字元件RR/控制PLC运行RUNRS/控制PLC停止STOPPC/读出PLC设备类型TT/连接测试3.2 Microsoft Visual BasicVisual Basic对界面、图形图像、多媒应以及操作系统控制都有着强大的支持。可视化的开发环境、丰富的控件支持、与Windows API的结合是的Visual Basic成为工程实践中重要的开发工具。3.2.1 Visual Basic简介1991年，美国微软公司推出了Visual Basic(简称VB），目前的最新版本是.net中文版。Visual Basic是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。它简单易学、效率高，且功能强大可以与Windows专业开发工具SDK相媲美。在Visual Basic环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用Windows内部的广泛应用程序接口（SPI）函数，以用动态链接库（DLL）、对象的链接与隔嵌入（OLE）、开放式数据连接（ODBC）等技术，可以高效、快速地开发Windows环境下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。随着版本的提高，Visual Basic的功能也越来越强。5.0版以后，Visual Basic推出了中文版，与前几版本相比，其功能有了很大提升。在21世纪初，Microsoft公司推出Visual Studio 2003与Visual Basic之间有了重大变化，Visual Studio为各种编程工具合成了一个平台，相对于传统VB，有很大的不同。VB.Net，首次使用.Net构架进行可视化编程，并且能很好地与COM构架兼容。2005年Visual Studio 2005则运用了NET 2.0的技术，更加的方便了程序员的工作。可是新的程序对系统配置要求也较高，需要微软.Net Framework 2.0以上的.Net构架支持。3.2.2 VB 6.0中MSComm控件简介VB 5.0/6.0的MSComm通信控件提供了一系列标准通信命令的接口，它允许建立串口连接，可以连接到其他通信设备（如Modem）还可以发送命令、进行数据交换以及监视和响应在通信过程中可能发生的各种错误和事件，从而可以用它创建全双工 、事件驱动的、高效实用的通信程序。一般说来，台式计算机都有一个或多个串行端口，它们依次为com1、Com2、，这些串口还提供了外部设备与PC机进行数据传输和通信的通道。这些串口在CPU和外设之间充当解释器的角色。当字符数据从CPU发送给外设时，这些字符数据将被转换成串行比特流数据；当接收数据时，比特流数据被转换为字符数据传递给CPU。在Windows操作系统下，操作系统用通信驱动程序（COMM.DRV）调用API函数发送和接收数据，当用通信控件或声明调用API函数时，它门由COMM. DRV解释并传递给设备驱动程序，要编写通信程序，只需知道通信控件提供给Windows通信AP1函数的接口即可。换句话说，只需设定和监视通信控件的属性和事件即可。(1) MSComm控件属性及其属性描述属性 描述CommPort 设置并返回通讯端口号。Settings 以字符串的形式设置并返回波特率、奇偶校验、数据位、停止位。PortOpen 设置并返回通讯端口的状态。也可以打开和关闭端口。Input 从接收缓冲区返回和删除字符。Output 向传输缓冲区写一个字符串；Inbuffersize 确定输入缓冲区的大小一般选默认值；Outbuffersize 确定输出缓冲区的大小一般选默认值；Inputlen 设置并返回Input属性从输入缓冲区读，若设置为0 则一次输入缓冲区的所有字符；Inbuffercount 确定输入缓冲区内的字符数。如要打开串行端口COM1，可对串口进行如下设置：MSComm1.CommPort=1：使用COM1；MSComm1.Settings=9600,E,7,1：9600波特率，偶校验，7位数据，一个停止位；MSComm1.PortOpen=True：打开端口，开始通信。(2) MSComm控件的通信方式通信控件有2种不同的方式来处理和解决各类通信软件的开发和设计问题。事件驱动：事件驱动通讯是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下，在事件发生时需要得到通知，例如：当线路数据到达本端或CD线和RTS信号线状态发生变化时，要求我们使用相应的事件来跟踪和出理。在这些情况下，Mscomm控件将触发OnComm事件,CommEvent属性值也将被改变。所以在OnComm事件中读取CommEvent属性值就可以检测和处理通信错误等方面的问题。查询方式：利用定时器控件Timer，我们可以设计程序每隔一段时间去读取CommEvent的值并处理所发生错误和事件。3.3 RS_232接口简介RS_232接口是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常RS_232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS_232接口，分别称为COM1和COM2。RS_232C是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS_232C 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS_232C标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS_232C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS_232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。串行通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS_232标准的基础上经过改进而形成的。RS_232C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议,适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS_232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在计算机通信接口中广泛采用。4 智能交通监控系统的构建4.1智能交通灯打开三菱FX系列PLC编程软件SWOPC-FXGP/WIN-C，可用T型图对智能交通灯的控制时序进行编译。双击软件图标，启动程序点击文件选择新文件（N）单击。在单击新文件选项后，出现PLC类型选择对话框，可以根据所选用三菱PLC的型号进行相应选择。在选择相应的PLC类型后便可在程序编译区进行T图的编译。4.1.1 智能交通灯流程图图4-1 智能交通灯流程图本课题所设计智能交通灯的常规控制及车流量统计，自动调整红绿灯时间结构流程图如图4.1所示。绿灯闪烁计数器均由下降沿触发，以保证定时器计时完整，在附录1PLC的T形图中可以看到，本课题所有计算绿灯闪烁次数的计数器都是由下降沿触发。因为如果采用上升沿触发计数器,则当第三次时间继电器一导通后，计数器就会达到计数次数而进入下一个控制时序，而一旦进入下一时序，上一时序会被强制结束，使计时器计时不足就可能会产生一些误动作。图4-2 紧急信号响应如图4-2所示，当开始运行后进入常规运行状态（图4-1示），当有紧急信号响应请求输入时，PLC先进行响应路口的判断，停止常规状态输出，进入紧急信号状态输出，当紧急信号响应输出结束后，计数器开始20S计时，20S后紧急状态输出结束，恢复常规运行状态。4.1.2 PLC接线图如图4-3示，因为本课题受PLC输出口限制，故采用一输出控制多盏灯方案。同时为避免相互干扰，所以在输出口对灯的输出线上外加一个二极管，以实现单向导通，消除了相同节点处不同信号灯之间的干扰。 图4-3交通灯接线局部图图4-4 PLC接线图如图4-4，三菱FX2N系列PLC与外部设备的接线图，按钮SB0为启动按钮，SB1为停止按钮，SB2SB5为模拟紧急信号响应信号接收器对PLC的输入，SB6SB9为模拟车流统计传感器的输入脉冲。4.1.3 车流量统计，自动调整绿灯时间车流量的采集方法如前文中所提及，采用外部无线传感器来获取。具体为将PLC内的输入继电器X020、X021、X022、X023与传感器相连接，四个输入继电器分别对应北、南、东、西四向路口。当传感器每采集到一个车辆经过的脉冲，便给输入继电器一个开关量，PLC内部计数器便计数一次。当在预设计数时段内计数器计数值达到计数器预设值时，相应开关便动作，使得通行绿灯时间便延长。图4-5 车流量统计程序图4-6 可调时红绿灯程序如图4-5、图4-6所示，假设当由南向北方向路口计数器C10达到预设车流量15时，继电器开关C10便动作，南北向红绿灯直行绿灯时间由原来的12s变为27s，相应的各右转绿灯与其余路口红灯时间也由原来的18s变为33s。从而实现了根据车流量改变红绿灯时间。在实际操作中可根据实测路口车流情况改变时间长度。4.1.4 特殊车辆紧急信号响应特殊车辆紧急信号由设在特殊车辆上的信号发出，信号接收传感器则根据道路规划，设在距红绿灯路口一定距离处。发送出的紧急响应信号采取加密措施，防止对接收传感器的人为干扰。当传感器接收到信号后，便有一个输入量使PLC输入继电器开通，本课题将PLC四个输入继电器X010、X011、X012、X013与信号接收传感器相连接。当输入继电器有一个开通量输入后，PLC便立即停止当前输出继电器的输出状态，改变为紧急信号响应输出，使紧急响应的请求车辆快速通过。本课题设计时当紧急车辆发送的请求响应信号在接收传感器接收范围内时，用于紧急响应状态下的定时器不会计时，只有当信号接收器不再接收到紧急响应信号时才会开始计时，当计时结束时，恢复常规运行状态。图4-7 紧急信号响应程序图4-8 优先紧急信号响应程序如图4-7、图4-8示，当与紧急信号接收装置相连接的输入继电器X010导通后，紧急状态输出中的定时器尚未开始计时，中间继电器M118同时导通，串联在常规时序中的M118常闭继电器开通，使得常规输出立即停止，避免与紧急状态输出的信号相干扰。当紧急响应信号消失后X010恢复原始状态，紧急输出定时器开始计时，当计时结束后便进入常规运行状态。由于常规运行程序中并没有设计状态保持，所以当X010恢复后不会有常规状态的输出，只有当紧急状态定时器定时到达时，才会使继电器T23开通，转入常规运行。4.1.5 PLC数据发送设置为了用232BD在RS_232C之间发送和接收数据，在232BD和RS_232C单元之间，其通信格式，包括传送速度（波特率）和奇偶性，必须保持一致。通信格式可以通过参数或FX2N可编程控制器的特殊数据寄存器D8120来设定。根据所使用的RS_232C单元，要确保设置适当的通信格式。关于用FX2N可编程控制器参数进行设定的方法，参考所用外围单元的手册。修改设置后，一定要关闭可编程控制器的电源并再打开。也可以不对PLC进行发送数据程序的设置，直接通过上位机内程序对所需元件状态进行读出/修改。b15 b00000000010000110 图4-9 D8120参数设置本课题设计时对特殊寄存器D8120的参数设置（图4-9）为：数据长度7位，偶校验，1位停止位，波特率为9600，无起始、终止符，无协议RS_232C接口，无和校验，协议格式1。54321图4-10 PLC数据发送设计在图4-10中，图中右侧标注1处T形图为通信格式的设置；标注2为对输出数据寄存器（起始寄存器为D200）和接收上位机数据寄存器（起始寄存器为D500）的空间的设置；标注3为设置发送数据的驱动指令为RS驱动；标注4语句为将发送数据写入输出寄存器；标注5为发送请求，即当所要发送的数据写入指定寄存器后，PLC数据就处于发送状态，在上位机与PLC通讯成功后，当上位机发出读取PLC寄存器内容的命令，PLC寄存器内的数据就开始发送给上位机监控程序所开辟的寄存空间内。由于在本课题设计中未加入上位机对PLC的远程控制，故在PLC收发数据程序中并未对接收数据寄存器D500开辟寄存空间，在实际应用中，如有需要进行上位机对PLC的远程控制，只要如发送数据寄存器那样设置，便将接到的上位机发送来的数据命令写入PLC改变PLC的控制时序。4.1.6 系统I/O定义及运行时I/O状态PLC输入、输出表如下表4-1、表4-2和表4-3所示。表4-1输入信号输入口功能X000启动X001停止X010由北向南紧急信号响应X011由东向西紧急信号响应X012由南向北紧急信号响应X013由西向东紧急信号响应X020由北向南路口计数器输入X021由南向北路口计数器输入X022由东向西路口计数器输入X023由西向东路口计数器输入表4-2紧急信号响应状态输出信号输出口交通灯状态持续时间(单位：秒)Y016北向南直行及左转、各向右转为绿灯+3次跳动17+3（跳动）Y017南向北直行及左转、东西向直行及左转为红灯20Y020东向西直行及左转、各向右转为绿灯+3次跳动17+3（跳动）Y021西向东直行及左转、南北向直行及左转为红灯20Y022南向北直行及左转、各向右转为绿灯+3次跳动17+3（跳动）Y023北向南直行及左转、东西向直行及左转为红灯20Y024西向东直行及左转、各向右转为绿灯+3次跳动17+3（跳动）Y025东向西直行及左转、南北向直行及左转为红灯20Y026功能拓展备用/Y027功能拓展备用/表4-3正常运行状态输出信号输出口交通灯状态持续时间(单位：秒)Y000南北方向直行为绿灯、其余各灯为红灯30Y001南北向直行为绿灯+跳动3次（12/27）+3（跳动）Y002东西向直行及左转为红灯、各向右转为绿灯18/33Y003南北向直行为黄灯3Y004南北向左传、各向右转为绿灯+跳动3次12+3（跳动）Y005南北向直行、东西向直行及左转为红灯18Y006南北向左传、各向右转为黄灯3Y007东西方向直行为绿灯、其余各灯为红灯30Y010东西向直行为绿灯+跳动3次（12/27）+3（跳动）Y011南北向直行及左转为红灯、各向右转为绿灯18/33Y012东西向直行为黄灯3Y013东西向左传、各向右转为绿灯+跳动3次12+3（跳动）Y014东西向直行、南北向直行及左转为红灯18Y015东西向左传、各向右转为黄灯3图4-11 常规时序波形图PLC在常规时序运行状态下输出如图4-11，当X000给出一个启动脉冲信号后，南北向直行绿灯、其余各向灯为红灯由Y000输出控制30s，30s后南北向直行绿灯由Y001控制各路口右转绿灯各个输出按设定依次输出，当最后一个输出状态结束后，Y000又开始输出，构成常规时序控制的循环。本文以由北向南紧急信号响应输出为例（图4-12），加以说明紧急信号响应。当有模拟紧急信号响应输入X010闭合后控制特殊响应的输出Y016、Y017便会有输出，而现有所有输出都会立即停止输出，当紧急响应结束后，程序回复常态运行。图4-12紧急信号响应输出4.2 智能监控系统4.2.1 监控界面设计上位PC计界面设计如图4-13所示，在Form1中设置两个命令按钮：Command1、Command2。运行监控程序，进入Form1界面，点击“进入监控系统”（Command1）即进入图4.14所示监控界面，当要结束监控，退出监控界面时，只要点击Form2内停止监控命令按钮（Command1），程序就回到Form1界面，当点击退出监控系统按钮（Command2）后，退出监控程序。 图4-13 监控系统启动界面如图4-14，在距路口一定距离处，设置了紧急信号接收器，当特殊车辆进入信号接收范围内（在图中虚线圆内）时输入继电器保持开通，同时在界面右上方的紧急路况发布区会显示出哪个路口有特殊车辆通过。当离开接收器接收范围后，定时器开始计时20S，计满即恢复常规时序运行。车流量统计则设在路口停车线上，PLC启动时，计数器被清零，同时每当一个路口的控制时序改变时（例如南北向由直行绿灯到左右转都变为红灯，就称为一个路口的控制时序），该路口对应计数器就立即被清零。交通信息发布区红绿灯车流量统计传感器紧急信号接收器图4-14 监控界面说明4.2.2 监控程序设计说明在Form2监控界面下监控程序的串口参数设置如下：Private Sub Form_Load() 读取PLC发送到PC机内数据，根据数据实时改变监控界面内各个shape状态。MSComm1.Settings = 9600,E,7,1 波特率9600，偶校验