摘要城市规模不断扩大，城市的交通问题也变的日益突出，如堵车问题，城市交通问题也越来越引起人们的关注，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。

为了解决交叉口混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，我们可以合理的设置交叉路口的红绿灯系统，帮助疏导交通流，从而有效的减少交通阻塞等问题，并为行人的安全提供强有力地保障。

现在，城市的红绿灯基本上都是程序控制，在实际使用中采用可编程序控制器（ PLC）控制占很大比例，其主要原因是因为PLC 具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。

本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制。

通过对交通信号灯的控制要求分析，对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计，并通过仿真实验证明该系统的实用性，利用 PLC 对十字路口交通灯进行模拟控制，从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。

关键词：可编程序控制器、十字路口、交通灯控制1概述1.1 引言当今，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。

但这一技术在 19 世纪就已出现了。

1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。

这是世界上最早的交通信号灯。

1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。

它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。

1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。

带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。

红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。

红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。

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。

绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。

左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。

红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。

黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，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。

1.2 PLC 的原理简介及设计方法目的可编程控制器简称—— PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

它具有结构简单、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。

据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一， PLC、机器人、 CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。

可编程控制器（PLC）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端口，并根据输入端口的状态，按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的软件编写，使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控制器按预定的控制方案执行控制任务。

目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有少数采用单片机构成。

对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则需要加入大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件。

而且交通控制智能化需要按实际情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。

如使用单片机控制，则需要引入大量I/O 接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。

采用可编程控制器对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又具有高的抗干扰和稳定性。

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。

加上PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

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。

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。

以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

PLC 是一种存储程序的控制器。

用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入 PLC 的用户存储器中存储。

PLC 的控制功能就是运用用户程序来实现的。

PLC 运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到 END 指令，程序运行结束。

而 PLC 从 0000 存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END 指令结束。

然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。

我们把 PLC 这种执行程序的方式成为扫描工作方式。

每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。

其硬件结构组成如下图所示 :(PLC 硬件结构组成框图 )PLC 原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC 控制系统的软、硬件设计为主。

全面熟练掌握 PLC 的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC 应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC 开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养我们的动手能力。

该设计在熟练掌握PLC 及其仿真系统的使用方法基础上，综合应用PLC 原理、及其接口技术等课程方面的知识，设计一个采用三菱Fx-1N 的PLC 来控制的交通灯控制电路。

具体的设计思路是：收集并整理资料、程序软件的编程设计、 PLC 和交通灯模拟电路板的连接，软件程序的调试和烧录程序的仿真。

2整体的设计方案2.1 设计的任务信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭；南北红灯亮维持15 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持10秒；到10 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3 秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。

到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮 ,东西红灯亮维持 20 秒。

南北绿灯亮维持 15 秒，然后闪亮3 秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

其实验面板图如下：2.2硬件设计型号的选择：输入控制X0 ，输出控制。

输出端有东西、南北的红黄绿灯共 6 个输出点，选用三菱公司生产的Fx-1N 系列的 PLC，其控制 I/O 分配表如下所示：输入交通灯控制开关X0南北红灯Y0输东西绿灯Y1出东西红灯Y2东西红灯Y3南北绿灯Y4南北黄灯Y5其硬件电路接线图如右图所示：3交通灯的软件设计3.1 定时器在PLC 内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有 1ms、10ms、100ms。

定时器可以用用户程序存储器内的常数 K 作为设定值，也可以用数据寄存器（ D）的内容作为设定值。

在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。

即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：100ms 定时器 T0～T199，共 200 点，设定值： 0.1～ 3276.7 秒；10 ms 定时器 T200～TT245，共 46 点，设定值： 0.01～327.67 秒；1ms 积算定时器 T245～T249，共 4 点，设定值： 0.001～32.767 秒；100 ms 积算定时器 T250～T255，共 6 点，设定值： 0.1～3276.7 秒；每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。

定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。

3.2 定时器的设置为了明确各定时器的作用，以便于理解各个灯的状态转换的准确时间，下表列出了个定时器的功能如下表定时器定时时间功能T010S东西直行绿灯亮 10 秒T10.5S东西绿灯闪烁时间T20.5S东西绿灯闪烁时间T32S东西黄灯亮的时间T415S南北直行绿灯亮的时间T50.5S南北绿灯闪烁时间T60.5S南北绿灯闪烁时间T72S南北黄灯亮的时间3.3交通灯的仿真和调试（1）将 PLC 与对应输入输出的设备连接起来。

（2）用 GX 软件编制图的梯形图程序，将上面编制无误的程序分别写入到PLC 中，并将模式选择开关拨至RUN 状态。

（3）运行调试：按下启动开关，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭；南北红灯亮维持15秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持10 秒；到 10 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮,东西红灯亮维持 20 秒。

南北绿灯亮维持 15 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

（4）监控运行：当 PLC 运行时，可以使用 GX 软件中的监视功能监控整个程序的运行过程，以方便调试程序。

在GX 软件上，单击“在线”—“监视”－“监视开始（全画面）”，可以全画面监控PLC 的运行，这时可以观察到定时器的定时值会随着程序的运行而动态变化，通电闭合的触点和线圈会变蓝。

借助于GX 软件的监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序提供帮助。

4Gx Developer 软件4.1Gx Developer 软件的简介GX Developer 是三菱 PLC 的编程软件。