基于PLC交通灯控制系统毕业设计论文.docx

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基于PLC交通灯控制系统毕业设计论文

毕业论文

基于PLC与组态王的交通灯监控设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

【摘要】：

交通信号灯的出现，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。

为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。

用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。

分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。

可编程序控制器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。

1.1交通信号灯的作用和意义

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

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。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分。

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公路，在高速公路建设完成的初期，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和普通道路耦合出交通状况的制约。

所以，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，城区与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，

根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司FX2N_48MR。

三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。

本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控制。

本系统采用PLC是基于以下四个原因：

（1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。

通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；

（2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；

（3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

（4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。

【关键词】:

PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。

第1章交通灯信号控制系统

1．1十字路口交通灯控制实际情况

a．南北主干道：

直行绿10S、直行绿闪5S、左转绿10S、红25S；

　b．东西人行道：

红25S、绿20S、绿闪5S；

　c．东西主干道：

红25S、直行绿10S、直行绿闪5S、左转绿10S；

　d．南北人行道：

绿20S、绿闪5S、红25S；

e．循环控制方式；

f．交通灯变化顺序表（单循环周期50秒）。

1.1.1南北向（列）和东西向（行）主干道

南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯10S，直行绿灯闪亮5S，左行绿灯10S，红灯25S。

当东西主干道红灯点亮时，南北主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮；反之，当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。

1.1.2南北向和东西向人行道

南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。

南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

1.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验

在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有2个控制灯，分别为：

●禁止通行灯（亮时为红色）

●直通灯（亮时为绿色）

另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为：

●禁止通行灯（亮时为红色）

●直通灯（亮时为绿色）

结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：

当交通灯系统启动开关接通时。

1.2南北向（列）和东西向（行）主干道

南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯10S，绿灯闪亮5S（亮0.1灭0.1），红灯25S。

当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪。

1.2.1南北向和东西向行人道

南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。

南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

1.3流程图

10S

25S

第2章可编程控制器程序设计

2.1可编程控制器选择

本次交通灯设计用的是来自三菱PLC可编程控制器。

产品规格：

CPM1ACPU单元CPM1A在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。

而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。

它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求AC电源输入，继电器输出，能加扩展单元。

2.2可编程控制器I/O端口分配

启动开关

X000

停止开关

X001

北主干道红灯

Y001

北主干道绿灯

Y002

北主干道转弯灯灯

Y003

北人行道

Y000

东人行道

Y004

东主干道红灯

Y005

东主干道绿灯

Y006

东主干道转弯灯

Y007

南人行道

Y010

南主干道红灯

Y011

南主干道绿灯

Y012

南主干道转弯灯

Y013

西人行道

Y014

西主干道红灯

Y015

西主干道绿灯

Y016

西主干道转弯灯

Y017

2.3程序设计

第3章组态王实时监控

3.1创建新工程

选择菜单“文件/新建工程”或单击“新建”按钮，弹出“新建工程向导之一”对话框，如下图所示：

单击“下一步”继续，弹出“新建工程向导之二”对话框，如下图所示：

在方框内输入新建工程的存放路径，也可以单击“浏览”按钮，从下拉列表中选择一个工程路径。

新建工程的路径是向导二中指定的路径，该路径下会以工程名为目录建立一个文件夹，完成以上操作就建立一个组态王工程的工程信息了。

3.2定义设备与变量

组态王把那些需要与之交换数据的设备或程序都作为外部设备。

外部设备还包括下位机（PLC、仪表、模块等），它们一般通过串行口和上位机交换数据。

只有在定义了外部设备之后，组态王才能通过I/O变量和它们交换数据。

3.2.1外部设备的定义

在工程浏览器的目录显示区，鼠标点击大纲项设备下的设备，在目录内容显示区出现“新建”图标，如下图所示：

鼠标左键双击“新建”图标，弹出“设备配置向导”列表对话框；如下图所示：

从树形设备列表区中选择PLC节点。

然后算则要配置半克拉设备的生产厂家、设备名称

选择结束单击“下一步”按钮，则弹出“设备配置向导——逻辑名称”对话框，给配置设备指定一个逻辑名称（考试中不需要设置）。

继续单击“下一步”按钮，弹出“设备配置向导——选择窗口号”如下图所示

查看本机上设备管理器，选择正确的串口，点击“下一步”。

弹出“设备配置向导——设备地址设置指南”采用默认值，再次点击“下一步”，弹出“通信参数”对话框，此处采用默认值，单击“完成”按钮，则弹出“设备安装向导——信息总结”对话框，检查各项设置是否正确，确认无误后，单击“完成”。

设备定义完成后，在设定的COM口项下看到新建的I/O设备。

3.2.2数据变量类型说明和定义

在组态王中，变量的集合形象地称为“数据词典”，数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息。

而“数据词典”位于组态王工程浏览器中的“数据库”项的下拉列表中。

根据实验要求添加变量，添加变量X0、X1、Y0、Y0、Y1、Y2、Y4、Y4、Y5、Y6。

由于需要做延时和报警，所以添加了“数秒”和“次数”的变量。

3.3制作图形画面

进入组态王开发系统后，就可以为每个工程建立数目不限的画面，在每个画面上生成互相关联的静态或动态的图形对象。

这些画面都是由组态王提供的类型丰富的图形对象组成的。

3.3.1建立新画面

在工程浏览器左侧的“工程目录显示区”中选择“画面”选项，在右侧视图中双击“新建”图标，弹出“仙剑画面对话框”，如下图所示：

在画面名称中输入新建画面的名称，其他属性默认，单击确定后如下图：

3.3.2绘制工程画面

在新建画面中绘制交通灯的简易模拟图，如下：

3.3.3变量的关联

将画面中的图形与对应的变量关联，双击所要关联的图形，选择填充属性，在关联表达式中选择所需要关联的变量。

依次将所有需要关联的图形全部关联起来。

3.4命令语言编程

命令语言都是靠事件触发的执行的，如定时、数据的变化、键盘键的按下、鼠标的点击等。

在本次设计中用到了事件命令语言。

3.4.1事件命令语言

事件命令语言是指当规定的表达式的条件成立时的命令语言。

如某个变量等于定值，某个表达式描述的条件成立。

在工程浏览器中选择命令语言——事件命令语言，在浏览器右侧双击“新建”，弹出时间按命令语言编辑器，在编辑器中输入事件命令语言。

3.4报警的配置和使用

报警配置的基本步骤：

●定义报警组；

●设置变量的报警定义属性；

●建立报警和事件窗口；

●建立新画面；

●绘制报警和事件窗口；

●报警窗口的操作；

●报警和事件的输出；

3.4.1建立报警窗口

1.定义报警组

在工程浏览器窗口的左侧“工程目录显示区”中选择“数据库”中的“报警组”选项，在右侧的“目录内容显示区”中双击“进入报警组”图标，弹出“报警组定义”对话框。

单击“修改”按钮，将名称为“Rootnode”报警组名改为“ccc”。

单击“确认”按钮关闭对话框，结束对报警的设置。

2.设置变量的报警属性

在数据词典中选择“次数”变量，双击此变量，在弹出的“定义变量”对话框中单击“报警定义”选项卡，设置如下图所示：

3.书写报警命令语言

在事件命令中的要求位置加入正确的时间语言以用来记录报警变量的变化。

4.设置与定义报警表格

填写报警窗口属性，并设置“列属性”和“操作属性”等窗口配置属性。

3.5曲线的应用

3.5.1实时趋势曲线

实时趋势曲线将每个时刻的次数变化量与数值反映在了曲线中，可以让我们直观的看出变化量的变化情况，实时趋势曲线的属性设定如下：

3.5.2历史趋势曲线

历史趋势曲线通过对变量的变化记录，能够通过操作查看数据变量的历史变化。

历史趋势曲线的属性设置如下图：

3.6结果与分析

3.6.1报警

当南北方向的绿灯亮第四次的时候报警表哥跳出报警状态，报警指示灯亮起；当次数处于大于4次的状态时报警始终存在，指导次数为10后清零恢复报警，显示为小于4次，状态显示正常。

3.6.2实时趋势曲线

当南北方向的绿灯每次点亮时次数都会进行加一操作，图像上显示的是次数，此时的次数值经过一定的处理之后的结果。

3.6.3历史趋势曲线

历史趋势曲线是对关联变量数据的记录与整理，它可以实现过往任何时候此变量的数据变化，让工程师对这个变量的变化规律一目了然。

并且对出错时间和原因进行很好的确认，历史趋势曲线也可以近似的显示当前的变量情况。

第4章总结

4.1难点分析

本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。

4.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系

因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。

4.1.2盲人脉冲按键

盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。

要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。

4.1.3手动车流控制按键的控制方式

手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。

这就涉及到了一个请求和响应的关系。

4.1.4交通灯的闪亮

交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。

由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条~第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。

4.2调试错误与修改方法

经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。

刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。

那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。

灯虽然是亮了但仍然循环不起来。

从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。

突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。

后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。

虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。

4.3PLC智能化控制交通灯的方法

传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。

具体由传感器采集后送入可编程序控制器。

在十字路口的四个方向（E、S、W、N）的近端J（斑马线附近）和远端Y（距斑马线约100米处）各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。

为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：

其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车