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1、-学校LOGO-毕业论文(设计) 题 目 基于PLC_MCGS的交通灯控制仿真系统设计 学生姓名 XXXXX 学 号 XXXXXXXX 学 院 XXXXXXXXX专 业 电气工程与自动化指导教师 XXXXX二一三 年 五 月 二十 日目 录第一章 PLC研究状11.1 基于PLC_MCGS的交通灯控制研究的背景11.2 PLC_MCGS交通灯特点1第二章 PLC知识简介以及红绿灯控制22.1 PLC简介22.1.1 PLC定义22.1.2 PLC的由来22.2 PLC功能22.2.1 基本功能22.2.2 特殊控制功能32.2.3 网络与通信功能32.3控制系统要求4第三章 PLC控制系统设计
2、63.1 PLC的发展63.2 FX2N系列可编程控制器的结构和组成63.3 FX2N编程软件的使用83.3.1 红绿灯梯形图编写83.3.2 计数指令实现83.3.3 定时指令实现83.4 FX2N编程软件的基本操作93.5 编写梯形图的基本原则103.6梯形图的基本工作原理10第四章 MCGS组态软件144.1 MCGS组态软件144.2 MCGS软件的功能和特点144.3 MCGS嵌入版系统的构成和组成部分的功能154.4 MCGS用户窗口绘制要求164.5变量设计164.5.1车的动画脚本程序174.6 MCGS组态软件模拟运行18第五章 系统整体运行215.1系统数据调节215.2系
3、统整体运行的PLC-MCGS虚拟控制22第六章 论文概述226结语22致 谢23参考文献23附 录25基于PLC_MCGS的交通灯控制仿真系统设计孙飞南京信息工程大学滨江学院，南京，210044摘要：本文设计了一种以MCGS组态软件作为模拟仿真平台，同时与PLC可编程控制器相结合，设计了城市十字路口交通信号灯的模拟运行系统。PLC控制的交通信号灯优于单片机和传统继电器控制的交通信号灯，PLC梯形图编写方便简单，可以根据十字路口汽车的真实通行情况进行PLC程序的编写。本文同时通过上位机MCGS组态软件模拟仿真红绿灯的预运行效果，进一步提高了红绿灯的真实操作性。该系统方案安全可靠，可用于十字路口交
4、通信号灯的监控。关键词：PLC；MCGS；控制系统；交通信号灯第一章 PLC研究状1.1 基于PLC_MCGS的交通灯控制研究的背景交通信号灯是安置在各个交叉路口的用于提醒车辆有效行驶的一种自动设备，设计它的目的主要是为了维护交通秩序，让行人车辆安全行驶。随着小汽车的普及目，交通事故的不断发生，设置一个准确、有效、方便的信号交通灯的尤为重大。由于国内汽车产业起步比较晚，交通信号灯设计方面的专业知识薄弱，遇到一些基本的交通事故，信号灯不能很好地做出相应的调整，近年来随着自动化技术的迅速发展，交通信号灯会朝着即快又准又经济的方向发展。1.2 PLC_MCGS交通灯特点基于PLC_MCGS的交通灯控
5、制仿真系统设计目前应用于研究如何更好的协调好十字路口的交通运行。以往的交通信号灯大都采用继电器或是单片机来实现,存在着功能少,可靠性差,维护量大等缺点。而可编程逻辑控制器（PLC）具有以下鲜明的特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程简单，使用方便（3采用模块化结构，组合灵活、使用方便（4）功能完善、通用性强（5）设计安装简单、维护方便（6）体积小、重量轻、低耗能。 所以本文设计了一种用PLC控制的城市十字路口交通灯控制系统。第二章 PLC知识简介以及红绿灯控制2.1 PLC简介可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是随着科学技术的发展与生产方
6、式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，而生产、发展起来的一种新型工业控制装置。曾经有人将PLC技术与数控机床（CNC）技术、工业机器人技术、CAD/CAM技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。2.1.1 PLC定义可编程控制器的标准及其定义：“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设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或者生产过程。可编程控制器及其相关设备，都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充功能的原则而设计。2.1.2 PLC的
7、由来为解决继电-接触器控制系统存在的问题，人们开始考虑用计算机来替代继电-接触器控制系统。20世纪60年代末，人们最终制定了十项要求，可利用简单语言编程,这十项要求具体如下：(1)编程方便，且可以在现场方便地编辑、修改控制程序；(2)价格便宜，性价比要高于继电器系统；(3)体积要明显小于继电器控制系统；(4)可靠性要明显高于继电器控制系统；(5)具有数据通信功能；(6)输入为AC 115V；(7)输出驱动能力在AC 115V/2A以上；(8)硬件维护方便，最好采用插接式结构；(9)只需要对原系统进行很小的改动便能进行扩展；(10)存储器容量至少可以扩展到4KB.在PLC的发展过程中，PLC则以
8、其优良的性价比，称为当代工业自动控制技术的重要支柱产业之一6。2.2 PLC功能 2.2.1 基本功能逻辑控制功能是PLC的基本功能。从本质上说，这是一种以计算机二进制位运算为基础，按照程序的要求，通过对开关量信号（如按钮、行程开关、接触器触点等）的逻辑运算处理，控制执行元器件（如指示灯、电磁阀接触器线圈等）通/断的功能。目前已成为PLC的基本功能之一是：顺序控制所需要的定时、计数功能；另外，PLC常用的基本功能还有逻辑控制、代码转换、数据比较与处理等5。2.2.2 特殊控制功能特殊控制功能是指除基本逻辑功能处理以外的其他功能，包括模/数（A/D）转换、数/模（D/A）转换、温度/流量/压力的
9、调节与控制、速度/位置的控制等，这些特殊控制功能一般需要通过PLC的特殊功能模块来实现。A/D转换与D/A转换多用于过程控制与闭环调节系统。通过特殊功能模块与功能指令，PLC可以对过程控制中的温度、压力、流量、速度、位移、电压、电流灯连续变化的物理量进行数字化处理，并通过相应的运算（如PID）实现闭环自动调节。2.2.3 网络与通信功能早期的PLC通信很有局限性，它只能与一些简单的外部设备进行通行。而现代的PLC不仅可以与简单的外部设备进行通信，PLC之间也可以进行通信，除此之外PLC还可以与上位机、工业控制设备，工业网络等进行通信。用PLC将数据总线与现场总线项连接，提高了工厂的自动化系统控
10、制能力。PLC功能图如下图2.1所示。图2.1 PLC的功能图2.3控制系统要求红绿灯在十字路口的运行效果如下面的梯形图2.3.2所示。南北方向红灯亮时，东西方向直行绿灯亮30秒后闪三秒后黄灯亮2秒，东西方向左转绿灯亮20秒，20秒过后绿灯闪三秒熄灭，此时黄灯亮2秒，跳转变成东西方向直行和左转红灯亮，南北直行绿灯亮30秒后闪3秒熄灭，黄灯亮2秒，跳转变成南北左转绿灯亮20秒后闪3秒熄灭，黄灯亮2秒，继续跳转，重复运转小灯：南北红灯亮20秒，东西左行绿灯亮20秒，东西直行红灯亮20秒南北红灯亮3秒，东西左行绿灯闪3秒，东西直行红灯亮3秒南北红灯亮2秒，东西左行黄灯亮2秒，东西直行黄灯亮2秒东西红
11、灯亮30秒，南北直行绿灯亮30秒，南北左行红灯亮30秒东西红灯亮3秒，南北直行绿灯闪3秒，南北左行红灯亮3秒东西红灯亮2秒，南北直行黄灯亮2秒，南北左行红灯亮2秒东西红灯亮20秒，南北直行红灯亮20秒，南北左行绿灯亮20秒东西红灯亮3秒，南北直行红灯亮3秒，南北左行绿灯闪3秒南北红灯亮2秒，南北直行红灯亮2秒，南北左行黄灯亮2秒开始南北红灯亮30秒，东西左行红灯亮30秒，东西直行绿灯亮30秒南北红灯亮3秒，东西左行红灯亮3秒，东西直行绿灯闪3秒南北红灯亮2秒，东西左行红灯亮2秒，东西直行黄灯亮2秒图2.3.2 系统红绿灯运行流程第三章 PLC控制系统设计3.1 PLC的发展PLC的发展经历了早
12、期，中期和近期三个过程。早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。进入20世纪80年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展使得各类型的PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。目前PLC正朝着两个完全不同的方向发展。一个方向使向大型化、复杂化高、功能化、分散型、多层分布式工厂自动网络化方向发展。PLC发展的另一个方向是简易型和超小型。这种类型的PLC多以单机型的形式出现，较多的用于实现机电一体化。由于成本低，操作使用简单，目前的市场还在不断地扩大。3.2 FX2N系列可编程控制器的结构和组成本文所使用的就是简易型，超小型PLC。PLC设计原理来源于常规的继电器、开关控制电路，它的产生实现了工业电
13、气控制，虽然PLC的控制欲计算机有着紧密的联系，但是仍可以把PLC看作由继电器和开关控制电路组成的一个复杂控制装置。FX2N系列PLC基本单元的外形，PLC与外部控制电路联系主要是通过输入端子和输出端子来实现的，与输入端子连接的是输入设备，如开关、按钮等；与输出端子连接的是输出设备，如信号灯、电动机、报警器等。一般的的电气都是通过导线连接来实现预期达到的功能，而PLC是通过程序将输入输出元件连接在一起的，所以不会出现应为线路问题而使电气设备不能正常工作等问题。普通电气元件接好后，如果要实现乞讨的功能，还需要将接线拆开重新连接，这样既浪费劳动力，又浪费金钱，二运用PLC可编程控制器时，只需将PL
14、C中的程序进行修改，既简单又方便。三菱FX_2N系列PLC可编程控制器右端有四个指示灯，从上向下分别为电源指示灯、运行指示灯、电池指示灯、出错指示灯。FX2N系列PLC是一种小型机，一般小型机多采用整体式，当输入输出不共用时可以通过扩展端口增加输入输出的扩展模块，通过扩展端口还可以连接各种特殊模块。本文所使用的就是简易型、超小型PLC。由于该系统只需要2个输入端12个输出端，针对交通灯控制系统要求，本文选择三菱FX2N型号的PLC。可以满足本控制系统2个输入，12个输出的要求，本系统的I/O点数分配和各点代表的意义如图3.1所示表3.1 PLC的I/O分配输入输出（功能）X0(启动)Y0(南北直行红灯亮)X1（停止）Y1（南北直行黄灯亮）Y2（南北直行绿灯亮）Y3（南北左转红灯亮）Y4（南北左转黄灯亮）Y5（南北左转绿灯亮）Y6(东西直行红灯亮)Y7（东西直行黄灯亮）Y10（东西直行绿灯亮）Y1
