交通信号灯控制系统的设计
交通信号灯在疏导交通流量和提高道路通行能力方面起到了非常重要的作用。本课题是基于PLC的十字路口交通信号灯控制系统设计，以三菱FX2N可编程控制器为核心，利用可编程控制器内部丰富的定时器资源来精确地控制交通信号灯，利用SEGD指令让数码管显示通行的时间。此外，利用WCGS组态来实现对交通灯控制系统的实时监控。论文中叙述了设计方案的选择、硬件系统的设计、软件系统设计和MCGS组态的过程。为满足控制要求，论文核心是软件系统的设计，包括：PLC的接线原理图、顺序功能图、程序梯形图及指令表。
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2课题的目的与意义 1
1.3国内外发展现状 1
2 .十字路口交通信号灯控制系统总体方案设计 3
2.1控制要求分析 3
2.2控制方案的比较 4
2.2.1单片机控制方案的优缺点 4
2.2.2 PLC控制方案的优缺点 4
2.3控制方案的选择 5
2.4 PLC控制系统化设计 5
3.硬件系统的设计与元器件选择 6
3.1硬件的总体设计 6
3.1.1十字路口交通信号灯控制的电路组成 6
3.1.2 十字路口交通信号灯的电路工作原理 6
3.2 交通信号灯的选型 7
3.3 人行横道灯的选型 8
3.4倒计时器（八段数码管）的选型 9
3.5 按钮的选型 11
3.6 PLC的选型 12
3.6.1 PLC的特点与功能 12
3.6.2 PLC的选型及功能参数 14
4..基于PLC的交通信号灯控制系统设计 17
4.1 交通灯控制要求分析 17
4.1.1十字路口交通信号灯的实际控制情况 17
4.1.2 交通信号灯的控制时序图 17
4.2 控制系统结构 18
4.3交通灯控制系统工作流程 19
4.4 I/O分配与定义 20
4.5 I/O接线原理图 21
4.6 交通信号灯的P
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LC梯形图设计 21
5.基于MCGS的交通信号灯控制系统设计 25
5.1 MCGS的简介 25
5.2 MCGS设计过程 26
5.2.1 用户窗口设计 26
5.2.2 设备窗口设计 28
5.2.3 数据部分设计 29
5.3 MCGS模拟设计 31
参考文献 36
总结 37
附录 38
附录1：接线原理图 38
附录2：电气设备清单 39
附录3：顺序功能图 39
附录4：梯形图 40
附录5：元器件布置图 50
致谢 51
1.绪论
1.1 课题研究的背景
随着我国社会经济的逐渐发展，城市的交通问题受到越来越多人的关注，交通问题已经成为制衡我国社会经济发展的重要问题。我国人口众多，导致很多城市都经常会出现交通拥堵的现象，如何协调使人、车、路之间的关系，加强道路通行能力，控制交通路口的人流量和车流量，已成为交通管理部门需要去解决的一项重大问题。
1.2课题的目的与意义
为了实现道路通行能力的提升，为为求合理有效地地管理交通流量，不断有科研人员对交通控制系统进行研究与改善，利用PLC（Programmable Logical Controller）内部丰富的定时器对交通灯进行精确地逻辑控制，通过调整可编程控制器内部的定时器设定来改变交通信号灯的工作时间，从而提高相应交通路口的某段时间通行能力，使交通更加通畅与快捷方便。再者，随着我国电气工业的不断发展，PLC性价比优势越来越突出。PLC凭借着可靠性高、体积小、功能强大等特点，在越来越多的中小设备控制系统中被采用作为控制的核心，来保证这些中小型设备正常工作。随着中国经济的高速发展和工业自动化水平的不断提高，PLC在我国的应用增速加快，PLC的应用在我国将会得到更加有广泛的应用。
通过对十字路口交通信号灯控制系统进行设计，使我更加熟悉交通信号信号灯的基本工作原理和交通倒计时起的工作原理，同时进一步的了解和应用PLC知识，使我能更好的掌握可编程控制器的控制和工作原理。在设计的过程中，也能学习到新的东西，如三菱PLC的各种操作指令和MCGS的组态仿真等，通过组态仿真的设计，对组态软件也有了一些初步的认识。
1.3国内外发展现状
目前，世界上大多数使用的交通灯控制系统都是基于自适应理论研究出来的，包括英国的SCOOTS系统和TRANSY系统。还有一种应用比较广泛的的交通灯控制系统系统是澳大利亚的SCATS系统。
目前，国外交通灯控制系统研究主要还是基于自适应理论的研究，不仅实现控制单个路口的，还对整个城市的交通灯进行集中的控制；基于自适应理论的交通信号灯能根据当前时间对人流量和车流量的检测数据进行分析，然后对控制时间做出相对应的调整，以使各个路口的通行能力提高，防止出现拥堵现象。也有一些控制系统对路口进行分时分段的控制。
国内对交通灯控制系统的研究是从建国以后基本才开始，交通灯控制系统的控制规模与发达国家有很大的差距。目前，国内大多数城市通过引进一些国外的先进交通灯控制技术来建立完备的城市交通灯控制系统，而且国内在交通灯等控制的某些领域已经拥有世界级的先进技术。国内研究人员设计的交通灯控制系统，不紧做到了单个路口的控制，还可进行区域甚至整个城市的控制。
2 .十字路口交通信号灯控制系统总体方案设计
2.1控制要求分析
本次设计的控制要求为：
1、 十字路口设有红、黄、绿灯；有数字显示通行时间，以秒单位做减法计数。
2、 要有人行横道控制按钮。
3、当主、支干道任意干道出现特殊情况时，进入特殊运行状态，两干道上所有车辆都禁止通行，红灯全亮，时钟停止工作。
根据上述控制要求交通信号灯控制系统由交通灯控制系统和倒计时显示控制系统两部分组成。交通灯控制系统需要实现交通灯和人行横道灯进行顺序循环工作，来控制各个方向车辆、人流的通行。倒计时显示控制系统需要实时显示交通灯剩余的亮灯时间。由控制要求绘制的交通灯控制系统的控制对象示意图如下图2.1所示。
图2.1 控制对象示意图
目前，主要有两种方式控制交通信号灯，分别为单片机控制和PLC控制。而倒计时显示控制也可以用这两种方式进行控制。这两种控制方式都可以满足上诉的控制要求。
目录
1.绪论 1
1.1 课题研究的背景 1
1.2课题的目的与意义 1
1.3国内外发展现状 1
2 .十字路口交通信号灯控制系统总体方案设计 3
2.1控制要求分析 3
2.2控制方案的比较 4
2.2.1单片机控制方案的优缺点 4
2.2.2 PLC控制方案的优缺点 4
2.3控制方案的选择 5
2.4 PLC控制系统化设计 5
3.硬件系统的设计与元器件选择 6
3.1硬件的总体设计 6
3.1.1十字路口交通信号灯控制的电路组成 6
3.1.2 十字路口交通信号灯的电路工作原理 6
3.2 交通信号灯的选型 7
3.3 人行横道灯的选型 8
3.4倒计时器（八段数码管）的选型 9
3.5 按钮的选型 11
3.6 PLC的选型 12
3.6.1 PLC的特点与功能 12
3.6.2 PLC的选型及功能参数 14
4..基于PLC的交通信号灯控制系统设计 17
4.1 交通灯控制要求分析 17
4.1.1十字路口交通信号灯的实际控制情况 17
4.1.2 交通信号灯的控制时序图 17
4.2 控制系统结构 18
4.3交通灯控制系统工作流程 19
4.4 I/O分配与定义 20
4.5 I/O接线原理图 21
4.6 交通信号灯的P
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LC梯形图设计 21
5.基于MCGS的交通信号灯控制系统设计 25
5.1 MCGS的简介 25
5.2 MCGS设计过程 26
5.2.1 用户窗口设计 26
5.2.2 设备窗口设计 28
5.2.3 数据部分设计 29
5.3 MCGS模拟设计 31
参考文献 36
总结 37
附录 38
附录1：接线原理图 38
附录2：电气设备清单 39
附录3：顺序功能图 39
附录4：梯形图 40
附录5：元器件布置图 50
致谢 51
1.绪论
1.1 课题研究的背景
随着我国社会经济的逐渐发展，城市的交通问题受到越来越多人的关注，交通问题已经成为制衡我国社会经济发展的重要问题。我国人口众多，导致很多城市都经常会出现交通拥堵的现象，如何协调使人、车、路之间的关系，加强道路通行能力，控制交通路口的人流量和车流量，已成为交通管理部门需要去解决的一项重大问题。
1.2课题的目的与意义
为了实现道路通行能力的提升，为为求合理有效地地管理交通流量，不断有科研人员对交通控制系统进行研究与改善，利用PLC（Programmable Logical Controller）内部丰富的定时器对交通灯进行精确地逻辑控制，通过调整可编程控制器内部的定时器设定来改变交通信号灯的工作时间，从而提高相应交通路口的某段时间通行能力，使交通更加通畅与快捷方便。再者，随着我国电气工业的不断发展，PLC性价比优势越来越突出。PLC凭借着可靠性高、体积小、功能强大等特点，在越来越多的中小设备控制系统中被采用作为控制的核心，来保证这些中小型设备正常工作。随着中国经济的高速发展和工业自动化水平的不断提高，PLC在我国的应用增速加快，PLC的应用在我国将会得到更加有广泛的应用。
通过对十字路口交通信号灯控制系统进行设计，使我更加熟悉交通信号信号灯的基本工作原理和交通倒计时起的工作原理，同时进一步的了解和应用PLC知识，使我能更好的掌握可编程控制器的控制和工作原理。在设计的过程中，也能学习到新的东西，如三菱PLC的各种操作指令和MCGS的组态仿真等，通过组态仿真的设计，对组态软件也有了一些初步的认识。
1.3国内外发展现状
目前，世界上大多数使用的交通灯控制系统都是基于自适应理论研究出来的，包括英国的SCOOTS系统和TRANSY系统。还有一种应用比较广泛的的交通灯控制系统系统是澳大利亚的SCATS系统。
目前，国外交通灯控制系统研究主要还是基于自适应理论的研究，不仅实现控制单个路口的，还对整个城市的交通灯进行集中的控制；基于自适应理论的交通信号灯能根据当前时间对人流量和车流量的检测数据进行分析，然后对控制时间做出相对应的调整，以使各个路口的通行能力提高，防止出现拥堵现象。也有一些控制系统对路口进行分时分段的控制。
国内对交通灯控制系统的研究是从建国以后基本才开始，交通灯控制系统的控制规模与发达国家有很大的差距。目前，国内大多数城市通过引进一些国外的先进交通灯控制技术来建立完备的城市交通灯控制系统，而且国内在交通灯等控制的某些领域已经拥有世界级的先进技术。国内研究人员设计的交通灯控制系统，不紧做到了单个路口的控制，还可进行区域甚至整个城市的控制。
2 .十字路口交通信号灯控制系统总体方案设计
2.1控制要求分析
本次设计的控制要求为：
1、 十字路口设有红、黄、绿灯；有数字显示通行时间，以秒单位做减法计数。
2、 要有人行横道控制按钮。
3、当主、支干道任意干道出现特殊情况时，进入特殊运行状态，两干道上所有车辆都禁止通行，红灯全亮，时钟停止工作。
根据上述控制要求交通信号灯控制系统由交通灯控制系统和倒计时显示控制系统两部分组成。交通灯控制系统需要实现交通灯和人行横道灯进行顺序循环工作，来控制各个方向车辆、人流的通行。倒计时显示控制系统需要实时显示交通灯剩余的亮灯时间。由控制要求绘制的交通灯控制系统的控制对象示意图如下图2.1所示。
图2.1 控制对象示意图
目前，主要有两种方式控制交通信号灯，分别为单片机控制和PLC控制。而倒计时显示控制也可以用这两种方式进行控制。这两种控制方式都可以满足上诉的控制要求。
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