目录。

1 系统概述 (1)1.1 应用背景及意义 (1)1.2 设计任务 (1)1.3 设计要求 (1)2 方案论证 (2)2.1 方案比较 (2)2.2 方案选择 (3)2.3 方案设计 (3)2.4 方案时序图 (5)3. 硬件设计 (6)3.1 I/O分配 (6)3.2 I/O接线图 (7)3.3 元器件选型 (7)4. 软件设计 (9)4.1 主流程 (9)4.2 梯形图 (10)5. 系统调试 (16)5.1 软件调试： (16)5.2 硬件调试 (18)设计心得 (19)参考文献 (20)附录A：程序指令 (20)1 系统概述1.1 应用背景及意义随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规，同时，减少了交通事故发生的概率。

然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。

因此，在实际设计时要遵循一定的原则和要求。

在十字路口，四面都悬挂着红、黄、绿、三色交通信号灯，它是不出声的“交通警察”。

红绿灯是国际统一的交通信号灯。

红灯是停止信号，绿灯是通行信号。

交叉路口，几个方向来的车都汇集在这儿，有的要直行，有的要拐弯，到底让谁先走，这就是要听从红绿灯指挥。

红灯亮，禁止直行或左转弯，在不碍行人和车辆情况下，允许车辆右转弯；绿灯亮，准许车辆直行或转弯；黄灯亮，停在路口停止线或人行横道线以，已经继续通行；黄灯闪烁时，警告车辆注意安全。

1.2 设计任务采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。

系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。

SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图11-9所示工作时序周而复始，循环往复工作。

正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。

SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。

SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。

1.3 设计要求要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且能够利用PLC控制技术结合实际情况进行系统设计以及编程。

在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。

教师的主导作用是引导其掌握完成设计容的方法。

为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1. 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

2. 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。

在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。

3. 所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。

4. 说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。

5. 应在规定的时间完成所有的设计任务。

6. 如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。

2 方案论证2.1 方案比较1、基于数字电路的交通灯控制系统2、基于单片机的交通灯控制系统3、基于PLC的交通灯控制系统方案1：数字电路是最为常用的一种控制设计电路，但是数字电路涉及复杂，且设计完成后电路参数是固定的，移植性差，体积大，成本高，所以是不利于交通信号灯的设计的方案2：在单片机控制系统电路中需要加入A/D，D/A转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。

而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。

并且单片机的功能实现是基于程序设计的，维修时需要具备一定编程基础的人来维修，要求较高，所以基于单片机实现的交通灯控制系统也不是理想的选择方案3：PLC又称可编程逻辑控制器，作为一种新型的自动控制设备，它采用微电子技术，用软件代替了大量的硬件设备，不需要复杂的线路设计与连接，大大缩小了线路体积，因此它寿命长，并且具有很高的可靠性，在设计语言方面通过采用梯形图，简便直观，符合电气工人和技术人员的读图习惯，在安装，操作和维护也较容易，移植性较好；起程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效。

通过比较上述三种方案，可知方案3是最佳选择。

2.2 方案选择综上所述，我选择第三种方案，也就是基于PLC的交通灯控制系统。

因为它可靠性高，抗干扰强，结构简单，使用、维护方便，功能强大，还有它的体积小，重量轻，功耗低。

2.3 方案设计十字路口交通信号灯现场示意图如图2.1所示Y2Y1Y0Y4 Y5 Y6Y0Y1Y2Y6Y5Y4北南西东图2.1交通信号灯现场示意图依据题目容，知道要求如下。

正常控制时：①当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯）；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。

②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。

③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

SA1手柄指向中间0º时：接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变SA1手柄指向右45º时:接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。

故设计思路如下：以设置四个输入X000,X001，X002，X003分别作为系统总开关、交通灯正常工作控制开关、南北向交通灯常绿控制开关、东西向交通灯常绿控制开关。

用其他开关的常闭触点设置互锁，使三个状态不可能同时接通。

进入正常工作状态后，东西方向红灯亮30秒，由定时器T5实现，南北方向绿灯常亮25秒，由定时器T0实现，然后绿灯闪烁3秒，由定时器T1、T2来实现0.5秒振荡，计数器C0计数3次。

计数到后，C0的常开触点闭合，可以用来控制使南北方向的黄灯亮，并用T3计时2秒。

T3计时到后南北红灯亮30秒，由定时器T4实现，东西方向绿灯常亮25秒，由定时器T6实现，然后闪烁3秒，有定时器T7、T8来实现0.5秒振荡，计数器C1计数3次。

计数到后，C1的常开触点闭合，可以用来控制使东西方向的黄灯亮，并用T9计时2秒。

由于在各个方向三种信号灯亮的同时还要利用数码管显示相应指示灯的剩余时间，因此可以利用七段码译码指令SEGD。

七段码译码指令SEGD是驱动七段显示器的指令，可以显示一位十六进制数据。

源操作数S存储待显示数据，该单元低4位(只用低4位)所确定的十六进制数0-F经解码后存于指定的目的操作数D的低8位，高8位保持不变。

源操作数可为K、H、KnM、KnX等。

由于译码时只对低４位进行译码，所以ｎ一般取１。

使用译码指令输出为十六进制数，而我们所用到的倒计时显示只是十进制数，使用SEGD译码指令需要在其自减到0时进行人为赋值使其变为9，否则将显示F。

可见只使用SEGD指令将使程序变得十分复杂。

我们可以采用数据变换指令中的二进制数转换成BCD码并传送BCD指令。

BCD变换指令将源元件中的二进制数转换为BCD码并送到目标元件中。

PLC 部的算术运算用二进制数进行，可以用BCD指令将二进制数变换为BCD数后输出到七段数码管显示，可以实现倒计时。

南北方向数码管显示绿灯28秒倒计时时，可以在东西红灯亮且南北黄灯不亮时，每遇到东西红灯的上升沿，给数据寄存器赋值28，通过BCD指令转换成BCD码，存入八位中间继电器K2M，低4位中间继电器中的值经译码指令由一个数码管输出，高4位中间继电器中的值经译码指令SEGD由另一个数码管输出。

上升沿过后，数据寄存器D中的值每秒通过DEC指令自减1，并输出，实现倒计时，其中1秒时间可由1秒的时钟M8013的下降沿来实现，也可以用定时器T的0.5秒振荡电路实现。

由于采用M8013可能第一秒有时间误差，因此此程序采用了振荡电路。

南北黄灯2秒倒计时可以在黄灯上升沿时赋值，黄灯亮时自减。

数码管输出显示方法与前面绿灯时类似。

南北方向红灯30秒倒计时在红灯上升沿时赋值，红灯亮时自减，数码管显示方法同上。

东西方向的倒计时显示思路与南北方向相同。

当转换开关SA1的手柄指向中间0°时，X002的常开触点接通，常闭触点断开，交通灯系统转向执行南北绿灯常亮，东西红灯常亮的运行状态。

当转换开关SA1的手柄指向右45°时，X003的常开触点接通，常闭触点断开，交通灯系统转向执行东西绿灯常亮，南北红灯常亮的运行状态。

3. 硬件设计3.1 I/O分配表3.1交通控制灯I/O地址定义表3.2 I/O接线图根据信号灯控制要求，I/O分配及接线图如图3.1所示。

总开关南北向交通灯常绿东西向交通灯常绿图3.1 I/O 接线图3.3 元件选型选型设备如图所示：表3.1选型设备表直流电源24V：通过购买获得，可以选择雅庆电子的AD24V15A型号的直流电源。

限流电阻选择：电源电压为24V, 通常的数码管是由发光二极管构成的，发光二极管的压降是比较固定的，通常红色为1.6V左右,工作电流通常10mA左右，限流电阻R=（Vcc-1.6V）/10mA=2.24KΩ，故电阻选择为2.3KΩ。

PLC选型原则：1．输入输出（I/O）点数的估算I/O点数估算时应考虑适当的余量3，通常根据统计的输入输出点数，再增加5%-20%左右的备用I/O点数，作为输入输出点数估算数据。

本设计输入点数为4个，输出点数为38个。

故PLC的输入输出点数可为40个。

2．存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。

本设计程序较为简单，程序容量不大，因此一般的小型机种，即存储容量4-8KB 的PLC即可满足。

3．安装形式的选择常用的PLC结构由单元式和模块式，还有两者的结合体。

一般小型控制系统选择单元式，结构紧凑，可以直接安装在控制柜，而大型控制系统一般选择模块式。

因为本控制系统属于小型控制系统，故采用单元式安装形式。

4.输入输出接口电路形式的选择输入形式采用直流输入形式，输出型是采用继电器输出。

5．PLC供电方式的选择本设计采用交流作为PLC的供电方式。

6．PLC型号的选择通过对输入/输出点的选择、对存储量的选择，对I/O响应时间的选择输出系列的PLC。

它体积小，负载的特点选型的分许。

该控制系统选用三菱公司FX2N重量轻，使用寿命长，编程和维护方便，故障率低，通过扩展模块的，可以增加输入/输出点数。

因此选用型号为三菱FX1N-80MR-001的PLC，输入输出点数为40，且置8K容量的RAM存储器，最大可以扩展到16K。