【正文】 56 點(diǎn) 為小型 (小于 64為超小型或微型 PLC)。 2048 點(diǎn)以上為大型 PLC(超過 8192 點(diǎn)為超大型 PLC)[16]。 (2) 梯形圖每一行都是從左母線開始的，線圈終止于右母線。 (3) 除步進(jìn)程序外，任何線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、高級(jí)指令等不能直接與左母線相連。 (4) 在程序中，不允許編號(hào)相同的線圈兩次出現(xiàn)。 (6) 程序的編寫順序應(yīng)按自上而下、從左至右的方式編寫，為了減少程序的步數(shù)，程序應(yīng)為“左大右小，上大下小 ” [17]。 PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，在硬件方面采用了電磁屏蔽、光電隔離、模擬量和數(shù)字量濾波、優(yōu)化電源等措施，并對(duì)元件進(jìn)行了嚴(yán)格的篩選，在軟件方面采用了警戒時(shí)鐘、故障診斷、自動(dòng)恢復(fù)等措施，利用后備電池對(duì)程序 和數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，因此， PLC 具有其他工業(yè)控制設(shè)備更高的可靠性。 PLC 采用面向過程，面向問題的“自然語(yǔ)言”編程，比如梯形圖語(yǔ)言編程方式，非常直觀，易懂易編，容易推廣使用，現(xiàn)代的 PLC 已經(jīng)使用 IEC11313 作為編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，具有功能清晰、易于理解的特點(diǎn)正在被技術(shù)人員所接納和采用。 PLC 的基本功能包括數(shù)字和模擬量輸入 /輸出、算術(shù)和邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、步進(jìn)、移位、比較、代碼轉(zhuǎn)換等，還能完成 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換、以及通訊網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)過程監(jiān)控等功能。 (4) 維護(hù)操作方便，擴(kuò)展容易 PLC 的輸入 /輸出能夠直觀地反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的變化狀態(tài)， PLC 不能通過各種方式直觀地反映控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，如內(nèi)部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)、電源狀態(tài)等，均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員監(jiān)視系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 PLC 的模塊化結(jié)構(gòu)，可以允許維護(hù)人員方便地更換故障模塊或在生產(chǎn)工藝流程改變時(shí)更改系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置 [18]。它同時(shí)具有單元式 PLC 的簡(jiǎn)單易用和模塊式 PLC 的功能強(qiáng)大，配置靈活，性能高，具有在線和離線編程功能，處理速度快的優(yōu)點(diǎn)。 FX2N32MT 表示該 PLC 的型號(hào)為 FX2N， I/O 總點(diǎn)數(shù)為 32，基本單元，晶體管輸出方式，交流電源，直流 24V 輸入，橫式端子 排。內(nèi)附 8K 步 RAM（可裝 RAM， EEPROM，EPROM 存儲(chǔ)卡盒）。 100ms 定時(shí)器 200 點(diǎn)， T0— T199； 10ms 定時(shí)器 46 點(diǎn)， T200— T245。普通型數(shù)據(jù)寄存器 200 點(diǎn)，D0— D199；特殊用數(shù)據(jù)寄存器 256 點(diǎn)， D8000— D8225。 特點(diǎn)：具有 BCD 轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的 CMOS 電路能提供較大的拉電流。 HEF4511BP 是一片 CMOS BCD 鎖存 7段譯碼驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖 。 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g：為譯碼輸出端，輸出為高電平 1有效。 BI為消隱 功能端， 高電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加 低 電平。 LE 是河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 智能交通燈的硬件設(shè)計(jì) 17 鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。 二．七段數(shù)碼管簡(jiǎn)介 七段 數(shù)碼管 見圖 ，它 的主要特點(diǎn) 有 ： （ 1） 發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短 (0． 1181。 （ 2） 壽命長(zhǎng)，使用壽命在 10萬小時(shí)以上，甚至可達(dá) 100 萬小時(shí)。 （ 4） 體積小，重量輕 ，價(jià)格低 。 七段數(shù)碼管 有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu) 。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極的數(shù)碼管。 共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極的數(shù)碼管。本次設(shè)計(jì)選用共陰極結(jié)構(gòu)，與芯片 HEF4511BP 相連。該控制器設(shè)一個(gè)啟動(dòng)按鈕；一個(gè)停止按鈕； 8 個(gè)按鍵（模擬傳感器式檢測(cè)器）；共有 10 個(gè)輸入點(diǎn)。 PLC 的 1/0 點(diǎn)地址分配 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 章 智能交通燈的硬件設(shè)計(jì) 18 系統(tǒng) I/O 地址定義如表 所示 表 交通燈控制系統(tǒng) I/0地址定義表 信號(hào)名稱 信號(hào)地址 說明 開啟按鈕 X000 開啟按鈕動(dòng)作檢測(cè)信號(hào)，高電平有效 停止按鈕 X001 停止按鈕動(dòng)作檢測(cè)信號(hào)，低電平有效 東路近端傳感器 E1 X002 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 東路遠(yuǎn)端傳感器 E2 X003 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 西路近端傳感器 W1 X004 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 西路遠(yuǎn)端傳感器 W2 X005 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 南路近端傳感器 S1 X006 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 南路遠(yuǎn)端傳感器 S2 X007 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 北路近端傳感器 N1 X010 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 北路遠(yuǎn)端傳感器 N2 X011 傳感器計(jì)數(shù)，上升沿動(dòng)作 兩個(gè)七段數(shù)碼管 Y000— Y007 顯示十字路口交通燈倒計(jì)時(shí) 東西綠燈 Y010 東西綠燈控制信號(hào)，高電平接通 東西黃燈 Y011 東西黃燈控制信號(hào)，高電平接通 東西紅燈 Y012 東西紅燈控制信號(hào)，高電平接通 南北綠燈 Y013 南北綠燈控制信號(hào)，高電平接通 南北黃燈 Y014 南北黃燈控制信號(hào)，高電平接通 南北紅燈 Y015 南北紅燈控制信號(hào)，高電平接通 其中 X為輸入繼電器， Y為輸出繼電器，電源的連接對(duì)照 PLC 的使用手冊(cè) [19]。 硬件電路的連接 對(duì)照附錄 A：硬件接線原理圖 連接 電路板。擺放要求美觀，對(duì)稱，合理布局。 （ 3）將 HEF4511BP 輸 入引腳 A， B， C， D 接到相應(yīng)的電阻上再接到 PLC 上。 （ 5）將對(duì)稱的同一顏色的發(fā)光二極管相并聯(lián)，然后與對(duì)應(yīng)的電阻相串聯(lián)，最后接到 PLC 上。 （ 7）將 USB端口焊在電路板上。 最后，硬件擺放如圖 。 這樣可檢測(cè)出每個(gè)車道上的車輛數(shù)，再經(jīng)過比較可得出當(dāng)前綠燈方向和當(dāng)前紅燈方向處于檢測(cè)區(qū)的最大車輛數(shù)即隊(duì)長(zhǎng) (按平均 5m 一輛車計(jì)算， 100m 車道上最多約 20 輛 )，如圖 所示： 圖 傳感器設(shè)置圖 為了實(shí)現(xiàn)交通燈的模糊控制，將綠燈時(shí)間分為兩部分。本系統(tǒng)的輸出是東西和南北兩個(gè)方向的紅、黃、綠燈，由于 兩個(gè)方向的輸出關(guān)系是固定的，最終都可歸結(jié)到對(duì)當(dāng)前綠燈的延時(shí)上 [20]。式 ()所示的單輸入單輸出語(yǔ)言控制策略就是由 7條語(yǔ)言控制策略所組成，每條控制策略可用下面模糊關(guān)系矩陣表示： 7,1],[][ ???? igiliRi 式（ ） 其中 [li]為 11 1列向量， [gi]為 1 9行向量，其數(shù)值分別對(duì)應(yīng)于表 和表 中的行。 7654321 RRRRRRRR ??????? 式（ ） 由表 、表 和式（ ）、式（ ）得模糊關(guān)系矩陣： 解模糊：若將測(cè)得的隊(duì)長(zhǎng)按表 ，記為 l，則由下式得到輸出的模糊響應(yīng)： lgloRg? 式（ ） 然后采用加權(quán)平均法進(jìn)行模糊判決得模糊控制查詢表，如表 所示： 表 模糊控制查詢表 隊(duì)長(zhǎng) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 延時(shí) 0 5 5 5 5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 30 35 35 40 40 45 45 45 控制器的軟件設(shè)計(jì) 控制器的工作原理：控制器接通電源，按下啟動(dòng)按鈕，開始工作。顯示時(shí)間最短為 15s，最長(zhǎng)為 60s。 啟動(dòng) M100 東西綠燈 Y10 東西黃燈 Y11 東西紅燈 Y12 南北綠燈 Y13 南北黃燈 Y14 南北紅燈 Y15 T0 T1 T2 T3 T4 T5 圖 控制時(shí)序圖 通過 X2X11 可測(cè)出每個(gè)車道上的車輛數(shù)即隊(duì)長(zhǎng)，經(jīng)過比較得出當(dāng)前綠燈方向和當(dāng)前紅燈方向處于檢測(cè)區(qū)的最大車輛數(shù)，再通過查表 得出綠延時(shí) t2。 數(shù)據(jù)采集及處理程序： 一． 東西方向數(shù)據(jù)采集及處理 。 （ 2）分別 計(jì)算東 ， 西方向停候等車的數(shù)量 D4=D2D0和 D5=D3D1。 如圖 ： 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 24 圖 東西方向設(shè)計(jì)圖 （ 4） 根據(jù)停留車輛 D6 計(jì)算東西綠 燈延時(shí) 的時(shí)間 T1。 （ 1） PLC 接受來自 南北 方向進(jìn)入車輛信號(hào) X X11 和 南北 方向通過路口車輛信號(hào) X X10。 （ 3）求 D14=MAX{D12,D13}。 綠燈延時(shí)查表程序 根據(jù)模糊控制查詢表 T1(東西方向 )， T4(南北方向 )。 298 步：控制東西綠燈亮滅 。 342 步：控制南北紅燈亮滅。 666 步：控制南北黃燈亮滅。 時(shí)間顯示程序 數(shù)碼顯示程序：秒脈沖 M8013 使 D16 中 的數(shù)每秒鐘減 1，通過 BCD 碼變換指令將 D16 中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 BCD 碼送到輸出端 Y0Y7，經(jīng)過 兩個(gè) HEF4511BP 作 用于兩個(gè)七段數(shù)碼管顯示。 771780 步：實(shí)現(xiàn)了數(shù)碼顯示程序 [23]。 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 章 智能交通燈的軟件設(shè)計(jì) 25 圖 倒計(jì)時(shí)顯示梯形圖 三菱 FX系列 PLC編程軟件編程的實(shí)現(xiàn) GPPW 梯形圖邏輯測(cè)試工具（ LLT）功能軟件包是在 WINDOWS98/ 下運(yùn)行的模擬軟件。在編程結(jié)束后可以將程序送入 PLC中，可以進(jìn)行監(jiān)控和 測(cè)試等功能。 圖 PLC類型設(shè)置圖 確認(rèn)后進(jìn)入編程環(huán)境，見圖 編程界面。編程結(jié)束后，點(diǎn)擊文件保存，如圖 。 圖 指令表界面圖 河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 章 結(jié)論及智能交通燈的展望 27 5 結(jié)論及智能交通燈的展望 結(jié)論 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)為基于 PLC 的智能交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)。能根據(jù)不同的交通流量進(jìn)行模糊控制決策，優(yōu)化信號(hào)燈的配時(shí)，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定的問題。模糊控制理論一般分三個(gè)步驟：模糊化，模糊算法，解模糊。 軟硬件設(shè)計(jì)方面小結(jié)： 該課題的設(shè)計(jì)考慮到可編程器 FX2N32MT 的諸多優(yōu)勢(shì)以及方便調(diào)試與修改，故本設(shè)計(jì)選用了此 PLC 來實(shí)現(xiàn)控制。 PLC 的程序設(shè)計(jì)是 PLC 應(yīng)用的關(guān)鍵問題，也是整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的核心。程序的編制一定要和硬件的設(shè)置對(duì)應(yīng)起來，否則就算編程正確也不能正確輸出，在設(shè)計(jì)過程的每一步中都要仔細(xì)以免出錯(cuò)。 通過努力設(shè)計(jì) 好硬件和軟件的設(shè)置，讓系統(tǒng)更加完美。 實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)關(guān)鍵在實(shí)驗(yàn)室焊電路板和調(diào)試過程。 當(dāng)然，本次設(shè)計(jì)也存在一些問題和不足。焊電路板時(shí)曾多次出現(xiàn)錯(cuò)誤，經(jīng)過改正后，多次調(diào)試，通上電源最終也沒能實(shí)現(xiàn)任務(wù)書所要求的完善的功能。 然而，雖然運(yùn)用模糊技術(shù)進(jìn)行交通控制已進(jìn) 行了一定的研究，但在控制策略河南理工大學(xué)成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5