基于PLC的交通信号灯控制系统设计毕业设计.doc

基于PLC的交通信号灯控制系统设计摘 要古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于可编程序控制器在交通系统的运用，系统介绍了可编程序控制器的基本原理。我们所设计出来的交通灯必须美观、大方、经济适用、有多种变化，为了达到要求，并考虑到节省电子元件的成本，以达到最大经济效益，运用欧姆龙系列的PLC来控制红绿灯的变化，经过对现今交通灯控制系统进行实地考察，选择一种最优方案，用以在一定程度上缓解目前交通压力。关键词：交通灯；PLC；自动控制Based on PLC traffic light control system designABSTRACTThe most ancient traffical light control unit was designed by digital electric circuit. With the development of science and technology,the traffic light which designed by electric circuit can not contain the increseing pressure of the traffical day by day,so we must find a new method to replace the control unit which is complex and worked insteady.Nowaday,the technical of programbal logic controller advanced raiply,and use more and more wide.PLC（Programmable Controller）is one of the most important components of the industry automation. PLC provide automation solution across a broad range of many industries. With the development of science and technology, the function of PLC is more and more perfect, and its get smaller, smarter, more interoperable, more reliable.this thesis was designed by PLC to control the traffical light.we design a traffical lightBased on application of PLC in the traffic system, this paper systematically describes the foundational principium,the request of the design must be beautiful, generous, the economy apply, has many varieties. Should request for the sake of attain, and consider the cost of the economical electronics component, to attain the biggest and economic performance,adopt little programbal logic controller to control the change of the traffical light,we have checed the present traffic control unit,shoose a best plan,in orde to alleviate the present traffic pressure.KEY WORDS: Traffic light；PLC；Tutomatic allies control目 录 基于PLC的交通信号灯控制系统设计.6摘 要.6目 录.8前 言.9第一章 概述.10 §1.1 交通灯的发展史.10 §1.2我国城市交通的发展现状.10第二章 PLC的基础知识.11§2.1 PLC简介. .11§2.2 主要方法.12§2.3重点要解决的问题12 §2.4具体要求.12第三章 系统单元设计.13 §3.1 I/O连线图13 §3.2正常时期程序.13 §3.3 程序高峰时期.17 §3.4 指令表.21第四章 设计说明书25 §4.1 定时器（绿灯闪烁）.25§4.2晚间黄灯闪烁25§4.3 急停.26§4.4 结束.26 §4.5 顺序功能图.26§4.6 交通灯示意图. .29第五章 结论.30参考文献31致 谢.32前 言在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通故障，有了交通灯人们的安全出行有了很大保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化，尤其是近几年来，随着电子与计算机的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。本设计通过采用数字电路对交通信号灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口红、黄、绿交通灯的状态转化的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。本设计主要有傅敏勇独立完成。由于所学知识及经验有限，设计中难免出现一些错误，敬请老师批评指正。第一章 概述§1.1 交通灯的发展史当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。 信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。 随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应具有可靠性。§1.2 我国城市交通的发展现状随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是那些大城市，随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问题的根本，现在也有很多城市开始考虑用GPS定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通压力，但以目前的经济条件还不能完全实现。那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今路口的实际车流量来确定好放行时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用PLC原理来完成多交通灯的最优控制。在工业控制和自动控制的PLC应用系统中，PLC具有很强的抗干扰性， PLC往往是作为一个核心部件来使用。第二章 PLC的基础知识§2.1 PLC简介可编程控制器简称PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。可编程控制器（PLC）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端口，并根据输入端口的状态，按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的软件编写，使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控制器按预定的控制方案执行控制任务。目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有少数采用单片机构成。对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则需要加入大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件。而且交通控制智能化需要按实际情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。如使用单片机控制，则需要引入大量I/O接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。采用可编程控制器对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又具有高的抗干扰和稳定性。PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：PLC型交通灯控制器：将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。§2.2 主要方法软件模拟， 设计PLC端子接线图，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。§2.3重点要解决的问题一、指令的编写二、PLC端口接线，完成程序调试三、提出便于修改程序的可行性方案 §2.4具体要求（1）I/O连线图（2）顺序功能图（3）梯形图（4）指令表（5）设计说明书 第三章 系统单元设计§3.1 I/O连线图 如图 3-1 I/O接线图 I/O分配图 §3.2正常时期程序要求：正常时段按时序（2）运行，东西信号绿灯亮20S绿灯闪亮5S（先两后暗）黄灯亮5S红灯亮30S。南北信号红灯亮30S绿灯亮20S绿灯闪亮5S（先亮后暗）黄灯亮5S 如表3-2。表3-2正常时期 启动时按下X1开启S510, 正常时段开始运行，ZRST S500 S505则将高峰时期的运行停止。S510开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，辅助继电器M1得电，定时器T6开始计时，25S后开启S511。S511开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，辅助继电器M2得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T7开始计时，5S后开启S505。S512开启后，Y2（东西黄）输出，Y10（南北红）输出，定时器T8开始计时，5S后开启S513。S513开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，定时器T9开始计时，25S后开启S514。S514开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，辅助继电器M3得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T14开始计时，5S后开启S515。S515开启后，Y0（东西红）输出，Y12（南北黄）输出，T5计时开始，5S后开启S500，即回到正常时期的第一步输出，RET循环，一直循环下去，直到选择其他状态或者停止。§3.3 程序高峰时期要求：高峰时段按时序（1）运行，东西信号绿灯亮25S绿灯闪亮3S（先亮后暗）黄灯亮2S红灯亮30S。南北信号红灯亮30S绿灯亮25S绿灯闪亮3S（先亮后暗）黄灯亮2S 如表2-3。表3-3 高峰时期启动当按下按钮X0时，SET S500是开启步进S500，且ZRST S510 S515是将正常时期的程序停止掉。S500开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，T0计时开始，25S后开启S501。S501开启后，Y10（南北红）输出，Y1（东西绿）闪烁，辅助继电器M0得电，开始闪烁的定时器，Y1闪烁由定时器T10控制灯输出，T1计时开始，5S后开启S502。待添加的隐藏文字内容3S502开启后，Y2（东西黄）输出，Y10（南北红）输出，T2计时开始，5S后开启S503。S503开启后，Y11（南北绿）输出，Y0（东西红）输出，T3计时开始，25S后开启S504。S504开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，辅助继电器M1得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T4开始计时，5S后开启S505。S505开启后，Y0（东西红）输出，Y12（南北黄）输出，T5计时开始，5S后开启S500，即回到高峰期的第一步输出，RET循环，一直循环下去，直到选择其他状态或者停止。§3.4 指令表如图表3-40LDX003118OUTY0111ZRSTM0M10119MPP6ZRSTT0T15120OUTT4K5011ZRSTS500S515123ANDT416LDM0124SETS50517ORM1126STLS50518ORM2127OUTY00019ORM3128OUTY01220ANIT11129OUTT5K5021OUTT10K5132ANDT524LDT10133SETS50025OUTT11K5135RET28LDX002136LDX00129ORM10137SETS51030ANIX000139LDX00131ANIX001140ZRSTS500S50532OUTM10145STLS51033LDM10146OUTY01034ZRSTS500S505147OUTY00139ZRSTS510S515148OUTT6K25044ANIT13151ANDT645OUTT12K4152SETS51148LDT12154NOP49OUTT13K6155NOP52OUTY002156NOP53OUTY012157NOP54LDX000158NOP55SETS500159NOP57ZRSTS510S515160STLS51162STLS500161OUTM263OUTY010163MPS64OUTY001164ANDT1065OUTT0K250165OUTY00168ANDT0166MPP69SETS501167OUTT7K5071NOP170ANDT772NOP171SETS51273NOP173STLS51274NOP174OUTY01075NOP175OUTY00276MOP176OUTK5077STLS501179ANDT878OUTY010180SETS51379OUTM0182STLS51380MPS183OUTY00081ANDT10184OUTY01182OUTY001185OUTT9K2083MPP188ANDT984OUTT1K50189SETS51487ANDTI191STLS51488SETS502192OUTT00090STLS502193OUTM391OUTY010194MPS92OUTY002195ANDT1093OUTT2K50196OUTY01196ANDT2197MPP97SETS503198OUTT14K5099STLS503201ANDT4100OUTY000202SETS515101OUTY011204STLS515102OUTT3K250205OUTT5S515105ANDT3208OUTY000106SETS504209OUTY012108NOP210ANDT15109NOP211SETS510110NOP213NOP111NOP214NOP112NOP215NOP113STLS504216NOP114OUTY000217NOP115OUTM1218NOP116MP219RET117ANDT10220END221第四章 设计说明书§4.1 定时器（绿灯闪烁）当辅助继电器M0,M1,M2,M3得电时，常开闭合，定时器T10得电，5S后常开闭合，定时器T11开始计时，5S后定时器T11常闭断开，T10 失电，如此循环。§4.2晚间黄灯闪烁要求：晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。按下按钮X2后，辅助继电器M10得电，M10自锁，由M10开启定时器T12,T12计时0.4S后，定时器T12常闭触电闭合，开启定时器T13，定时器T13常闭开关断开T12清零，T13计时0.6S后，常闭闭合，常开断开，输出Y2,Y12东西南北黄灯灭，如此循环直到选择其他状态或者停止。§4.3 急停按下按钮X3，ZRST M0 M10;ZRST T0 T15;ZRST S500 S515将所有辅助继电器，定时器，序列顺序全部复位。§4.4 结束程序结束§4.5 顺序功能图图4-1 正常时期 图 4-2高峰时期4.6 交通灯示意图图4-3 通灯示意图第五章 结论通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1张力胜，PLC控制十字交通灯的设计，矿业科学技术，2005.33(2)；2陈传明等，智能交通信号灯配时及优化设计 ，微机发展，2005,15(3)；3陈宗梅，交通灯控制系统电路设计，重庆职业技术学院学报，2005,14(2)；4周名侦等,基于PLC控制的交通灯系统设计，广东交通职业技术学院学报，2005,4(2)5求是科技，PLC应用开发技术与工程实践. 北京：人民邮电出版社，2005 6高钦和，可编程控制器应用技术与设计实例.北京：人民邮电出版社，2004 7张伟华等，公交优先的信号交叉口配时优化方法，中国公路学报， 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