燕山大学PLC课程设计报告书
第二章 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
2.1 设计目的
（1）通过十字路口带带倒计时显示的交通灯控制装置的设计实践, 了解一般电气控制系统的设计过程,设计要求,应完成的工作内容和具体设计方法。
（2）通过设计进一步巩固以往所学的知识,达到灵活应用的目的。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，提高编写和调试语言程序水平。
（3）加强自己的科学研究方法训练和实践锻炼，增强分析问题和解决问题的能力，了解电气控制与可编程控制技术及应用的发展。
2.2 控制要求
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一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45°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2-1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相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0°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45°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。
SA1-2南北向绿灯常亮SA1-1正常工作SA1-3东西向绿灯常亮
图2.2SA1转换开关
5
燕山大学PLC课程设计报告书
2.3 交通灯工作时序图
南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯T1:0.5sT2:0.5sT3:2sC0:3次T5:0.5sT6:0.5sT7:2sC1:3次T0:25sT4:25s图2.2 十字路口交通灯正常工作时序
2.4 系统总体方案设计
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图2.4所示。正常控制时：它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SA1手柄指向左45o时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，南北向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。非正常控制时：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。
6
燕山大学PLC课程设计报告书
图2.4十字路口交通灯控制
2.5 PLC的选择
本设计用到的是三菱工商FX系列超小型PLC FX2N-80MR,其属于FX2N系列，是具有80个I/O点的基本单元，继电器输出型，使用的电源是DC24V。FX2N系列PLC是三菱公司FX系列中性能优越的小型PLC，除了输入/输出独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接、运动控制、闭环控制等特殊用途，是一套可以满足广泛需要的、性价比较高的PLC。为了防止输入接口外部的振动噪音和输入线噪声进入PLC内部输入电路，PLC内部的1次和2次输入电路间用光耦合器隔离，2次电路中设有C-R滤波器，因此输入信号从ON到OFF或OFF到ON变化过程会在PLC内形成10ms的应答滞后。
2.6 设计思路
说明：根据设计要求可知，南北向的指示灯与数码管显示完全相同，东西向亦是如此，为了设计简单明了，本设计中只设计南北向中的一向以及东西向中的一向，实际应用中只要相应的在指示灯与数码管处并联相同的装置，即可完成全部四个方向的显示与指示。
可以设置五个输入X000,X001，X002，X003，X004分别作为系统总启动、总停止、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。
7
燕山大学PLC课程设计报告书
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，而本设计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。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内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。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。
8