基于PLC控制的交通灯设计

论文编号_ 鹤壁职业技术学院毕业论文基于PLC控制的交通灯设计学号 姓名 学院 机电工程学院 专业 电气自动化 导师 时间 2013 年 月 日 目 录 摘要.I1、 前言.12、 PLC简介.1(1) PLC的定义.1(2) PLC的特点.1 （三） PLC的构成.2 （四） PLC的工作原理及过程.5 (五) PLC的发展及应用领域.63、 交通灯信号控制系统.8(1) 十字路口交通灯控制实际情况.8(2) 红绿灯变化顺序表.11 （三） 交通灯模拟控制波形图.11四、可编程控制器程序设计.11 （一） 可编程序控制器选择.11 （二） 输入/输出模板的选择.12 （三） 可编程控制器I/O分配口.12 （四） 程序功能图与梯形图.12(五) PLC接线图.18五、监控系统软件设计.19 （一） 组态软件简介.19(二) 基于MCGS的交通灯监控设计.21(三) MCGS组态的过程.226、 总结.23（1） 难点分析.24（2） 系统调试与修改.24（3） PLC控制交通灯的方法.26（4） 收获与感悟.26参考文献.28致谢.29基于PLC控制的交通灯设计王香玉摘要 交通灯的出现，使交通得以有效管理，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管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。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。随着社会经济的发展，机动车车辆的不断增加，许多城市出现了交通超负荷运行状况，城市交通问题越来越引起人们的关注。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指挥中最重要的组成部分。然而，随着交通数量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，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。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度的利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门最亟待解决的重要问题，关键词: PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。The design of traffic light control based on PLCWang xi an g yuAbstractThe traffic lights, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. In order to achieve traffic management, and strive to advanced traffic management, scientific. With the control system of traffic lights to achieve the control of the programmable controller, and the system software and hardware design, the experiment proves that the system is simple, economic, effective in easing traffic congestion, improve traffic intersection traffic capacity. To analyze the current situation and problems of modern city traffic control and management, combined with the traffic situation illustrates the working principle of traffic light control system, gives a simple and practical city traffic light control systemPLC design. With the development of society and economy,the increasing of motor vehicle, the overload of traffic condition occurs in many city, city traffic problems caused by more and more peoples attention. Traffic signal control and traffic management computer system, it is the most important part of the modern city traffic monitoring and command. However, with the rapid growth of traffic volume and lack of system research on high speed road and control, coordination, car, road three relations, has become one of the important problems of traffic management departments to solve the. So, how to use the appropriate control method, high speed road city maximum utilization of costly to build, ease the main road and the ramp,the city and surrounding areas of traffic congestion, has become a more and more important issue department of transportation management and city planning is the most urgent,Keywords: PLC programmable controller, traffic type lamp,high reliability.前言 交通问题是我国社会经济发展的一个大问题，我国由于人口众多、又是发展中国家、又处于现代化建设阶段、等一连串国情都将使这个问题日益突出。交通是否便捷是衡量一个城市生活水平与投资环境的重要指标。目前，我国许多大城市都在考虑建设地铁或高铁以缓解交通压力。但是，建设地铁或高铁都需要大量的资金与时间，这对大多数中小城市都是不能实现的。而且随着我国人民生活水平的不断提高，城市化的推进和私家车数量的猛增，交通道路拥堵现象越来越严重。所以，改善与提高现有的交通系统已成为当务之急，而提高交通控制系统的效率更是重中之重。 目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法、应用单片机实现对交通信号灯设计的方法等，可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。我分析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PLC交 通灯控制系统的工作原理，做出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。 二、PLC简介 （一） PLC的定义 “可编程序控制器（简称PLC）是一种数字运算操作的系统，专为在工业环境下应用而设计。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、计时等操作指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备都应该按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。” (二) PLC的特点PLC具有以下主要特点： 1. 可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。由于PLC模块均采用大规模与超大规模集成电路，所以的I/O接口电路均采用光电隔离;在结构上对、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑;在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施;在软件上采用数字滤波等抗干扰1和故障诊断措施。以上这些使PLC具有较高的抗干扰能力。2. 控制系统结构简单，通用性强 在PLC控制系统中，只需要在PLC/输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路，大大简化了控制系统的结构。PLC的输入/输出可直接与交流220V、直流24V等强电相连，并且具有较强的带负载能力。3. 编程方便，易于使用,易懂 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4. 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。在PLC内部具备许多控制功能，如：逻辑控制、定时控制、计数控制、步进控制、PID控制、数据控制、通信和联网，还有其他特殊功能模块。5. 设计、施工、调试的周期短 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。6. 体积小，维护操作方便,安装简便 PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。（三）PLC的构成 可编程控制器的基本组成可以分为两大部分，即硬件系统和软件系统。 硬件系统包括：中央处理单元、存储器、输入输出单元、电源编程器以及其他设备。其中， 中央处理单元是可编程控制器的核心部件，可以接受并存储用户程序和数据;检查并校正用户程序;接受、调用现场信息执行用户程序;诊断故障等。此外，PLC常配开关式稳压电源为内部电源供电。编程器用于用户程序的2输入、编辑、调试和监视，可以通过其键盘调用和显示PLC的一些内部继电器状态和系统参数。 软件系统分为：系统程序和用户程序。系统程序通常可包含3个部分：系统管理程序、用户指令解释程序、标准程序模块和系统调用。用户程序是指用户根据自己的控制需求编写的程序。可编程控制器通常使用梯形图语言、指令语句表、逻辑功能图、顺序功能图以及高级语言进行编程。PLC的基本结构框图如下：PLC基本构成在种类繁多的PLC中，其组成结构和工作原理都基本相同。用PLC实施控制，其实质是按一定算法进行输入/输出转换，并将这个转换给予物理实现，并应用于工业现场。PLC专为工业现场而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。 1. 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。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按照PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不序地进行工作。用户程序和数据事先存入存储器中，当PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务如下： (1) 按系统程序赋予的功能接收并存储从编程器输入用户程序和数据。 3 (2) 用扫描方式接收现场输入装置的状态与数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。 (3) 诊断电源或PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。 (4) 在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读取用户，程序经过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启、闭有关控制电路，分时地去执行数据的存取、传送、组合、比较、变换等动作。完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据运算结果更换有关标志位的状态和输入映像寄存器的内容，实现输出、制表、打印或数据通信等控制。2. 存储器 PLC的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。(1) 系统存储器 系统存储器是指用来存放PLC的系统程序的存储器。它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。其主要内容包括3个部分：系统管理程序、 用户指令解释程序和标准程序模块与系统调试。(2)用户存储器 用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成，其主要任务作用是用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。PLC使用的存储器有3种类型：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和可擦除可编程只读存储器(EEPRO)。3. 输入/输出接口单元 PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出接口单元从广义上可分为2个部分：一部分是与被控制设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器。4. 扩展接口和通信接口 PLC具有扩展接口和通信接口的能力，其作用如下： (1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是PLC的配置更加灵活以满足不同控制的系统需求。(2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的，PLC或计算机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间的对话。5. 电源部分 PLC一般使用220交流电源，内部的开关电源位PLC的中央处理器、存储器等。电路提供5V、+-12V、24V等直流电源使PLC能正常工作。46. 编程设备 编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。7. 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。 （四）PLC的工作原理及过程 PLC控制系统的等效工作电路可分为三部分，即输入电路、内部控制电路和输出电路。输入电路用来采集输入信号，输出电路是系统的执行部件，内部控制电路是通过编程方法实现控制逻辑，用软件编程实现继电器电路的功能。它们的组成如下：（1）输入电路：由外部输入电路、PLC输入接线端子和输入继电器组成。（2）内部控制电路：由用户程序形成的用软继电器来代替硬集电器的控制逻辑。 （3）输出电路:由在PLC内部且与内部控制电路隔离的输出继电器的外部动合触点输出接线端子和外部驱动电路组成，用来驱动外部负载。 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、用户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。如图：PLC的工作过程5（五）PLC的发展及应用领域 1.PLC的发展 （1）PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。个人计算机（简称PC）发展起来后为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）,现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而编程。它采用可编程控制器的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩充其功能的原则编程。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30 40%。在这期间，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中得地位，在可预见的将来，是无法取代的。（2）PLC的未来展望 PLC的发展方向早期的传统工业控制中，继电器的控制占主导地位。它以其操作方便和价格便宜等优点得到的广泛的应用。但继电器控制有其先天性的缺点：灵活性差；接线复杂；适应性差；维修困难；可靠性低；体积大，不易实现机电一体化等。PLC是生产力发展的必然产物。20世纪60年代，美国的汽车制造工业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，自然，人们对控制装置提出了更高的要求。首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家-通用汽车公司。1969年美国数字设备公司研制出世界上第一台PLC，并美国通用公司的汽车自动装配生产线上试用获得成功。 经过几十年的迅速发展，PLC的功能越来越强大，应用范围也越来越广，已遍及电力、机械、化学、建材、交通等各个领域，形成了能够满足各种需求的PLC应用系统。21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用6于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。随着市场的需求不断提高，PLC发展的趋势逐渐一下几方面靠近： （1）向小型化、微型化和大型化、多功能两个方向发展 （2）过程控制功能的不断加强 （3）大力开发智能型I/O模块 （4）与个人计算机日益紧密结合 （5）编程语言趋向标准化 （6）通信与联网能力不断加强2. PLC的应用领域 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类：（1） 开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使PLC能处理模拟信号，PLC厂家生产有配套的A/D、D/A转换模块，使PLC可用于模拟量控制。（3） 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专门的运动控制模7块。广泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器等场合。 （4）过程控制 这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。PID控制时一般闭环控制系统中常用的控制方法。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用（5） 数据处理 现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较。一般用于大型系统，如无人控制的柔性制造业。（6） 通信及联网 PLC通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。在工业自动化网络发展加快前提下，厂家都十分重视PLC的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统，通讯十分方便。3、 交通灯信号控制系统 （一）十字路口交通灯控制实际情况 1.信号灯由一个按钮控制其启动，一个按钮控制其停止。 2.信号灯分为南北绿灯，南北黄灯，南北红灯和东西绿灯，东西黄灯，东西红灯。 （1）南北主干道：红 35S、绿 25S、绿灯闪 5S、黄灯 5S； （2）东西主干道：红 35S、绿 25S、绿灯闪 5S、黄灯 5S； （3）循环控制方式； （4）交通灯变化顺序表（循环周期35秒） 3. 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 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： 直通灯 （亮时为绿色） 禁止通行灯 （亮时为红色）准备禁止通行灯 （亮时为黄色）8交通灯的放置 4. 南北向和东西向主干道 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯25S、绿灯闪亮5S、黄灯亮5S,红灯30S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯亮25S，绿灯闪5S，黄灯亮5S，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯亮25S，绿灯闪5S，黄灯亮5S。 5.东西向和南北向主干道 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯25S、绿灯闪亮5S、黄灯亮5S,红灯30S。当东西主干道红灯点亮时，南北主干道应依次点亮直行绿灯亮25S，绿灯闪5S，黄灯亮5S，反之，当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依次点亮绿灯亮25S，绿灯闪5S，黄灯亮5S。 如下图所示：9 10 (二) 红绿灯变化顺序表南北 红灯25S绿灯20S绿闪灯3S黄灯2S东西绿灯20S绿灯闪3S黄灯2S红灯25S（3） 交通灯模拟控制波形图交通信号灯的状态波形图4、 可编程控制器程序设计（一） 可编程序控制器选择 11 1CPU的功能 2I/0点数 3响应速度 4指令系统 5机型选择的其他考虑 (二) 输入/输出模板的选择 1数字量输入模块的选择 2数字量输出模块的选择 3模拟量模块的选择 4智能I/0模块的应用选择（三） 可编程控制器I/O分配口东西红1Q0.6HL7-1 HL7-2启动按钮I0.0绿1Q0.4HL5-1 HL5-2黄1Q0.5HL6-1 HL6-2南北红2Q0.2 HL3-1 HL3-2停止按钮I0.1绿2 Q0.0 HL1-1 HL1-2黄2 Q0.1 HL2-1 HL2-2I/O分配表(4) 程序功能图与梯形图1. 功能图12132. 梯形图141516173. 程序说明通电时，M0.0先得电，然后自锁。按下启动按钮I0.0 ，I0.0闭合，M0.1接通闭合并自锁。东西红灯、南北绿灯亮20S，计时器T37也接通电并计时；计时时间到，M0.2接通闭合并自锁。东西红灯亮3S、南北绿灯闪3S，计时器T38也接通电并计时；计时时间到，M0.3接通闭合并自锁。东西红灯亮2S、南北绿灯亮2S，计时器T39也接通电并计时；计时时间到，M0.4接通闭合并自锁。南北红灯亮、东西绿灯亮20S，计时器T40也接通电并计时；计时时间到，M0.5接通闭合并自锁。南北红灯亮3S、东西绿灯闪3S，计时器T41也接通电并计时；计时时间到，M0.6接通闭合并自锁。南北红灯亮2S、东西绿灯亮2S，计时器T42也接通电并计时；计时时间到，回到M0.1步，循环以上步骤。 （5） PLC接线图18 PLC外部接线图在硬件接线图中，输入口I0.0接收启动按钮SB1的输入，输入口I0.1接收停止按钮SB2的输入；输出口Q0.0接收南绿灯(HL1-1)和北绿灯(HL1-2) ， 输出口Q0.1接收南黄灯(HL2-1)和北黄灯(HL2-2) ， 输出口Q0.2接收南红灯(HL3-1)和北红灯(HL3-2) ，输出口Q0.3接收报警灯(HL4)， 输出口Q0.4接收东绿灯(HL5-1)和西绿灯(HL5-2) ， 输出口Q0.5接收东黄灯(HL6-1)和西黄灯(HL6-2) ， 输出口Q0.6接收东红灯(HL7-1)和西红灯(HL7-2)。19五、监控系统软件设计（1） 组态软件简介组态环境图 MCGS组态软件（以下简称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，如图组态运行图20MCGS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。 MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口, 负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。 设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。 用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。 运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、历史曲线、定时器、配方操作、多媒体输出等。21 (二)基于MCGS的交通灯监控设计 控制面板主要包括了：东西和南北方向的12盏灯以及数码管计时器等器件组成。 其原理为：当起动开关接通时信号灯系统开始工作，数码管从70s开始倒计时，且南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关停止时，所有的灯信号全部熄灭。工作时东西绿灯亮20s，并闪烁3次（即3s），黄灯亮2s，且南北红灯25s。此时数码管显示数字为25。这时南北绿灯开始亮20s,并闪烁3次（即3s），黄灯亮2s，且东西红灯亮25S。此时数码管显示数字为0。然后数码管按照此时间进行循环。22（3） MCGS组态的过程 项工程项目系统分析：分析工程目的系统构成、技术要求和工艺流程，弄清系统的控制流程和监控对象的特征，明确监控要求和动画显示方式，分析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系，分清哪些变量是要求与设备连接的，哪些变量是软件内部用来传递数据及动画显示的。工程立项搭建框架：MCGS称为建立新工程。主要内容包括：定义工程名称、封面窗口名称和启动窗口（封面窗口退出后接着显示的窗口）名称，指定存盘数据库文件的名称以及存盘数据库，设定动画刷新的周期。经过此步操作，即在MCGS组态环境中，建立了由五部分组成的工程结构框架。封面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后，再行建立。设计菜单基本体系：为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和控制，通常要在主控窗口内编制菜单。编制菜单分两步进行，第一步首先搭建菜单的框架，第二步再对各级菜单命令进行功能组态。在组态过程中，可根据实际需要，随时对菜单的内容进行增加或删除，不断完善工程的菜单。制作动画显示画面：动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程。23前一部分类似于“画画”，用户通过MCGS组态软件中提供的基本图形元素及动画构件库，在用户窗口内“组合”成各种复杂的画面。后一部分则设置图形的动画属性，与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系，作为动画图形的驱动源。 编写控制流程程序：在运行策略窗口内，从策略构件箱中，选择所需功能策略构件，构成各种功能模块（称为策略块），由这些模块实现各种人机交互操作。MCGS还为用户提供了编程用的功能构件（称之为“脚本程序”功能构件），使用简单的编程语言，编写工程控制程序。完善菜单按钮功能：包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全机制等。编写程序调试工程：利用调试程序产生的模拟数据，检查动画显示和控制流程是否正确。 连接设备驱动程序：选定与设备相匹配的设备构件，连接设备通道，确定数据变量的数据处理方式，完成设备属性的设置。此项操作在设备窗口内进行。 工程完工综合测试：最后测试工程各部分的工作情况，完成整个工程的组态工作，实施工程交接。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，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、流程控制、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的知识，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的开发工作。 MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。6、 总结24（一） 难点分析本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。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。交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法，此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。（2） 系统调试与修改PLC程序的调试可以分为模拟调试和现场调试两个调试过程，在此之前，首先要对PLC外部接线作仔细检查，这一个环节很重要。外部接线一定要准确无误。也可以用事先编写好的试验程序对外部接线做扫描通电检查来查找接线故障。不过为了安全考虑，最好将主电路断开。当确认接线无误后再连接主电路，将模拟调试好的程序送入用户存储器进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致地完成整体的控制功能为止。1.程序的模拟调试 将设计好的程序写入PLC后，首先逐条仔细检查，并改正写入时出现的错误。用户程序一般现在实验室模拟调试，实际的输入信号可以用钮子开关和按钮来模拟，各输出量的通/断状态用PLC上有关的发光二极管来显示，一般不用接PLC实际的负载（如接触器、电磁阀等）。可以根据功能表图，在适当的时候用开关或按钮来模拟实际的反馈信号，如限位开关触点的接通和断开。对于顺序控制程序，调试程序的主要任务是检查程序的运行是否符合功能表图的规定，即在某一转换条件实现时，是否发生步的活动状态的正确变化，即该转换所有的前级步是否变为不活动步，所有的后续步是否变为活动步，以及各步被驱动的负载是否发生相应的变化。在调试时应该充分考虑各种可能的情况，对系统各种不同的工作方式、用选择序列的功能表图中的每条支路、各种可能的进展路线，都应逐一检查，不能遗漏。发现问题后应该及时修改梯形图和PLC中的程序，直到各种可能的情况下输入量与输出量之间的关系完全符合要求。如果程序中某些定时器或计数器的设定值过大，为了缩短调试时间，可以在调试时将它们减小，模拟调试结束后再写入它们的实际设定值。在设计和模拟调试程序的同时，可以设计。制作控制台或控制柜，PLC之外的其他硬件的安装、接线工作也同时进行。252.程序的现场调试完成上述工作后，将PLC安装在控制现场进行联机调试，在调试过程中将暴露出系统中可能存在的传感器、执行器和硬接线等方面的问题，以及PLC的外部接线图和梯形图程序设计中的问题，应对出现的问题及时加以解决。如果调试达不到指标要求，则对相应软件和硬件部分作适当调整，通常只需修改程序就可能达到调整的目的。全部调试通过后，经过一段时间的考验，系统就可以投入实际的运行了PLC现场调试是指所有设备都安装好后，所有连接线都接好后的实际调试。也是PLC程序的最后调试。现场调试的具体过程大体是：（1）要查接线、核对地址。要逐点进行，要确保正确无误。可不带电核对，那就是查线，较麻烦。也可带电查，加上信号后，看电控系统的动作情况是否符合设计的目的（2）检查模拟量输入输出。看输入输出模块是否正确，工作是否正常。必要时还可用标准仪器检查输入输出的精度。（3）检查与测试指示灯。控制面板上如有指示灯，应先对应指示灯的显示进行检查。一方面，查看灯坏了没有，另一方面检查逻辑关系是否正确。指示灯是反映、系统工作的一面镜子，先调试好它，将对进一步调试提供方便。（4）检查手动动作及手动控制逻辑关系。完成了以上调试，继而可进行手动动作及手动控制逻辑关系调试。要查看各个手动控制的输出点，是否有相应的输出以及输出对应的动作，然后再看，各个手动控制是否能够实现。如有问题，立即解决。（5）半自动工作。如系统可自动工作，那先调半自动工作能否实现。调试可一步步推进直至完成整个控制周期。哪个步骤或者环节出现问题，就着手解决哪个步骤或、环节的问题。（6）自动工作。在完成半自动调试后，可进一步调试自动工作，要多观察几个工作循环，以确保系统能正确无误的连续工作。（7）模拟量调试、参数确定。以上调试的都是逻辑控制的项目。这是系统调试时，首先要通电。这些调试基本完成后，可着手调试模拟量、脉冲量控制。最主要的是选定合适控制参数。一般讲，这个过程是比较长的。也好耐心调，参数也要作多种选择，再从中选出最优者。有的PLC，它的PID参数可通过自整定获得。但这个自整定过程，也是需要相当的时间才能完成。（8）异常条件检查。完成以上调试，整个调试基本也就完成了，但是最好再进行一些异常条件检查，看看出现异常情况或一些难以避免的非法操作，是否会停机保护或是报警提示26（三）PLC控制交通灯的方法 传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通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、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，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。 此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。（四）收获与感悟 经过半个多月的艰苦奋斗，设计成果终于出来了，我才松了一口气，我通过采集资料、进行实际考察后，