摘要
可编程控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC。是一种综合了通讯、自动控制和计算机技术发展而来的主要用于工业生产的自动控制系统。PLC运用数字运算操作系统，采用可编程序存储器，来于储存内部程序。执行逻辑运算、定时控制、顺序控制、计数与算术操作等指令，通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的被控对象和生产过程。是现代工业使用最多的自动控制系统，其具有编程简单易学、功能强、性价比高、使用方便适应性强、可靠性高、抗干扰能力强、设计安装调试工作量少、维修方便、体积小，能耗低的优点，广泛获得人们认可。由于PLC具有对使用环境适应性强，可靠性高，内部定时器资源丰富的优点，可对目前普遍使用的“渐进式”交通灯系统进行精确控制。因此在我国越来越多的地区将PLC应用于交通灯智能控制系统中。同时，PLC本身还具有网络通讯功能，可将同一条道路上多个路口的交通灯组成一个局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，减小城市通压力，实现科学化管理城市交通。
关键字:可编程控制器，PLC，智能控制系统，交通灯，局域网络。
第二章 硬件及软件的选择
PLC产生和定义
1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）【3】。
80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下【13】：
可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。【14】
2.1 PLC的基本概念和基本结构
目前，可编程控制器的产品很多，不同的公司生产的PLC以及同一家公司生产的不同型号的PLC其结构各不相同，但就其工作原理大致相同的。
图2.1 PLC
它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用。
图2.2 PLC各组成部分
2.2 PLC的特点和应用领域
PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点【1】。
（1）可靠性高，抗干扰能力强；
（2）通用性强，使用方便；
（3） 采用模块化结构，使系统组合灵活方便编程器输出电路输入电路中央处理器（CPU）系统程序存储器用户程序存储器电源；
（4） 编程语言简单、易学，便于掌握；
（5） 系统设计周期短；
（6） 对生产工艺改变适应性强；
（7）安装简单、调试方便、维护工作量小；
（8）体积小、重量轻、功耗低。【2】
为了适应市场的各方面的需求，各生产厂家对PLC不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。
2.3 PLC的工作原理
可编程控制器主要由中央处理单元(CPU)、存储器(RAM、ROM)、输入输出单元(I/O)、电源和编程器等几组成。可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。可编程控制器配有两种存储器：系统存储器和用户存储器。系统存储器：存放系统管理程序。用户存储器：存放用户编制的控制程序。【6】
图2.3 PLC控制系统示意图
第三章 基于PLC的三路口智能交通灯控制系统设计
设定三个路口路口与路口之间距离相等，且车辆由一路口行驶到下一个相邻路口平均需要12S时间。3.1设计思路
交通灯控制系统设计分为三个部分：右转交通灯控制系统设计、自动控制系统设计和手动控制系统设计。自动控制系统设计可分为正常状况下的控制系统设计和交通控制现场出现拥堵状况时的控制系统设计。如下图：
图3.1 交通灯控制系统
在整个控制系统中右转交通灯控制系统主要控制对象是每个路口右转交通灯，在国内，交通法规定车辆靠右行驶，右转方向在普通情况下一般不会对交通产生影响，反而长时间让右转绿灯对路口的交通有一定疏导作用，有利于缓解交通压力。设定所有路口右转方向交通灯：当系统上电后，右转交通灯绿灯亮，当按下I0.1时，右转绿灯熄灭，黄灯亮3S后红灯亮。
启动自动模式，在正常状况下，三路口交通灯控制系统的控制要求如下：
按下启动控制按钮I0.0，启动开关接通，自动控制系统开始工作。
1号路口：首先东向西方向直行、左转绿灯亮，34S后东向西方向直行、左转绿灯亮闪烁3S，3S后东向西方向直行、左转绿灯熄灭黄灯亮3S，3S后东向西方向直行、左转黄灯熄灭红灯亮；同时南北向直行、左转红灯熄灭绿灯亮，6S后南北向直行、左转绿灯闪烁3S，3S后南北向直行、左转绿灯熄灭黄灯亮3S，3S后南北向直行、左转黄灯熄灭红灯亮；同时西向东直行、左转红灯熄灭绿灯亮，34S后西向东直行、左转绿灯闪烁，3S后西向东直行、左转绿灯熄灭黄灯亮，3S后西向东直行、左转黄灯熄灭红灯亮；同时南北向直行、左转红灯熄灭绿灯亮，6S后南北向直行、左转绿灯闪烁3S，3S后南北向直行、左转绿灯熄灭黄灯亮3S，3S后南北向直行、左转黄灯熄灭红灯亮。程序流程图如下
图3.2 1号路口自动模式
第四章 程序运行与调试
4.1、调试过程中遇到的问题及解决方法
1、在WINCC调试过程中，因为WINCC安装出现了问题，使得在WINCC上对按钮定义无效，按下按钮无法达到预期的控制效果；对交通灯颜色定义无效，程序运行后，交通灯不能转换颜色无法达到预期控制效果。
在老师的指导下，发现按钮用硬启动不可行，改用软启动后，按钮效果得以实现。以启动按钮为例：最初定义为I0.0，按钮动作无效，改为M3.0后便达到了预期控制效果；同时还发现交通灯改用闪烁效果，把闪烁中两个闪烁颜色设置成一样，交通灯就可以实现颜色转换效果了。
2、由于按钮需要软启动，于是将每个按钮下并联一个对应的软启动按钮。如在启动按钮I0.0上并联M3.0，在I0.1上并联M3.1。如图4.1：
图4.1 改正前OB1程序段
但运行发现，程序启动后无法停止，手动启动后无法中断，最后出现了3个路口路灯同时亮的情况。经过分析发现，在添加按钮M3.0、M3.1…时，常开触点需要并联联在程序中，常闭触电则需要串联在程序中不能并联在程序中。如图4.2：
图4.2 改正后的OB1程序段
4.2、在WINCC上调试程序
程序编写完成后，打开PLCSIM。点到RUN-P，并打开WINCC仿真软件界面开始仿真。初始状态是所有路口红灯亮。如图4.2
按下停止按钮M3.2：1、2、3、号路口红灯亮。如图4.2
图4.2 上电/停止状态下程序运行状况
按下启动按钮M3.0，自动模式启动：
1号路口东向西绿灯亮，40S后东向西黄灯熄灭南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭西向东绿灯亮，40S后西向东黄灯熄灭南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭东向西绿灯亮。
2号路口南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭东向西绿灯亮，40S后东向西黄灯熄灭南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭西向东绿灯亮，40S后西向东黄灯熄灭南北向绿灯亮。
3号路口西向东绿灯亮，12S后西向东黄灯熄灭南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭东向西绿灯亮，40S后东向西黄灯熄灭南北向绿灯亮，12S后南北向黄灯熄灭西向东绿灯亮，40S后西向东黄灯熄灭南北向绿灯亮。
堵车情况的调试（图4.3为仿真1号路口西向东、东向西及2号路口西向东堵车情况发生）：
图4.3 堵车仿真图
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