交通信号灯毕业设计Word格式文档下载.docx
《交通信号灯毕业设计Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交通信号灯毕业设计Word格式文档下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业
设计
（论文）
的主
要内
容
说明部分1）PLC编程语言2）PLC的硬件结构说明及分类3）PLC的工作原理4）系统设计方案分析说明
计算部分1）十字路口交通灯时序计算2）定时器时间计算
绘图部分1）PLC的结构原理图2）主程序流程图3）十字路口交通灯时序图4）PLC控制接线图5）设计系统的梯形图
注：
此表与该生毕业设计（论文）一起装订。
基于PLC控制的交通信号灯设计
摘要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
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。
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适合社会实际情况。
因此，本人选择制作十字路口交通灯。
关键词：
PLC交通控制自动化
Abstract
Withthedevelopmentatfullspeedofscienceandtechnologyinrecentyears,theapplicationoftheone-chipcomputerismovingtowardsdeepeningconstantly,drivetraditionisitmeasurecrescentbenefittoupgradedaytocontrolatthesametime.Inmeasuringinrealtimeandautomaticallycontrolledone-chipcomputerapplicationsystem,theone-chipcomputeroftenusesasakeypart,onlyone-chipcomputerrespectknowledgeisnotenough,shouldalsofollowthestructureoftheconcretehardware,anddirectagainstandusethesoftwareoftarget'
scharacteristictocombineconcretly,perfect.
Theappearanceofthetrafficsignallamp,makethetrafficbecontrolledeffectively,fordredgingtheflowoftraffic,improvingthetrafficcapacityoftheroad,thereareobviousresultstoreducethetrafficaccident.AsChinajoinsWTO,wewillnotonlybeinlinewithinternationalstandardsinsuchdifferentfieldsaseconomy,culture,sciencandtechnology,etc.shouldbeinlinewithinternationalstandardstoointrafficcontrol.Asthesayinggoes"
wantrich,repairtheroadsfirst"
butwaybuildupifcontroldoroadwelltobeunabletoensuretheunblockedsecurityintraffic.Thetrafficsignallampoftheimportantcompositioncomponentcontrolledasthetrafficshouldbesuitableforthesocialactualconditionstoo.So,Ichoosetomakethecrossroad.
Keyword:
TrafficlightPLCautomaticalliescontrol
第一章绪论
1.1课题背景
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。
1914年，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，安装在纽约市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。
1.2研究意义和目的
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。
但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。
如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。
传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：
事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。
为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。
另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；
充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；
充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
可编程控制器交通灯控制系统的特点：
①脱机手动工作；
②联机自动就地工作；
③上机控制的单周期运行方式；
④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；
⑤自动启动、自动停机控制方式。
近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。
本系统采用PLC是基于以下四个原因：
①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；
②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；
③抗干扰能力强，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；
根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。
西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。
西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，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序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现控制。
第二章PLC的特点及应用
2.1概述
PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
”
2.2PLC的特点
1.可靠性高，抗干扰能力强
高可靠性是电气控制设备的关键性能。
PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。
例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。
一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。
从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。
此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。
在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。
这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。
2.配套齐全，功能完善，适用性强
PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。
可以用于各种规模的工业控制场合。
除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。
近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。
加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
3.易学易用，深受工程技术人员欢迎
PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。
它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。
梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。
为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。
更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。
这很适合多品种、小批量的生产场合。
5.体积小，重量轻，能耗低
以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。
由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。
2.3PLC的产生,定义,分类及应用
目的;
取代传统的继电器一接控制系统
传统;
1.体积大,噪音大.能耗大.
2.影响速度慢
3.可靠性低,维修困难
4.硬连接.硬方案.通用性,灵活性.
2.4可编程控制器与其他工业控制比较
自从微机计算机诞生以后,工程技术人员就一直努力将微机计算机技术应用到工业控制领域,这样,在工业控制领域就产生了几种有代表性的工业控制器,.可编程控制器（PLC）,PID控制器（又称PID调节器）,集散控制系统（DCS）,工业控制计算机（工业PC）.由于PID控制器一般只适用于过程控制中的模拟量控制并且目前的PLC或DCS中均具有PID的功能,所以只需要对可编程控制器与通用的微机计算机,与集散控制系统,与工业控制计算机分别做一下比较。
1.采用微电子技术制作的作为工业控制器的可编程控制器,它也是由CPU,RAM,ROM,I/O接口等构成的,与微机有相似的够构造,但又不同于一般的微机,特别是采用了特殊的抗干扰技术,有着很强的接口能力,使它更能适用于工业控制.
2.可编程控制器与集散控制系统的比较
可编程控制器与集散控制系统都是用于工业现在的自动控制设备,都是以微型计算机为基础的,都可以完成工业生产中大量的控制任务.但是.它们之间又有一些不同.
（1）发展基础不同
可编程控制器是由继电器逻辑控制系统发展而来,所以它在开关量处理,顺序控制方面具有自己的绝对优势,发展初期主要侧重于顺序逻辑控制方面.集散控制系统是由仪表过程控制系统发展而来,所以它在模拟量处理,回路调节方面具有的优势,发展初期主要侧于回路调节功能.
（2）扩展方向不同
随着微机计算机的发展,可编程控制器在初期逻辑运算功能的基础上,曾加了数值运算及闭环调节功能.运算速度不断提高,控制规模越来越大,并开始与网络或上位机相连,构成了以PLC为核心部件的分布式控制系统.集散控制系统自20世纪70年代问世后,也逐渐地把顺序控制装置,数据采集装置,回路控制仪表,过程监控装置有机地结合在一起,也构成了能满足各种不同控制要求得集散控制系统.
（3）由小型计算机构成的中小型DCS将被PLC构成的DCS所替代
PLC与DCS从各自基础出发,在发展过程中互相渗透,互为补偿,两者的功能越来越近,颇有殊路同归之感.目前,很多工业生产既可以用PLC实现控制,也可以用DCS实现控制.但是由于PLC是专为工业环境下应用而设计的,其可靠性要比一般的小型计算机高的多,所以,以PLC为控制器DCS必将逐步占领以小型计算机为控制器的中小型DCS市场.
2.5PLC的应用领域
目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
1.开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。
如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。
2.模拟量控制
在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。
为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。
PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。
3.运动控制
PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。
从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。
如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。
4.过程控制
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。
作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID处理一般是运行专用的PID子程序。
过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5.数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；
也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6.通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。
新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
第三章PLC编程语言
3.1PLC梯形图
梯形图是一种图形编程语言,是面向控制过程的一种自然语言,它沿用继电器的触点,线圈,串并联等术语和图形符号,同时也增加了一些继电器-接触器控制系统中没有的特殊功能符号.梯形图语言比较形象,直观,对于熟悉继电器控制线路的电气技术人员来说,很容易被接受,而且不需要学习专门的计算机知识,因此在PLC应用中,是应用的最基本,最普通的编辑语言.但这种编程方式只能用图形编程器直接编程.
PLC的梯形图虽然是从继电器控制线路图发展而来的,但与其又有一些本质的区别.
3.2可编程控制器的性能指标
3.2.1处理器技术指标
处理器技术指标是可编程控制器各项性能指标中最重要的性能指标，在这部分技术指标中，应反映出PLC的类型，用户程序存储器容量，可连接的I/O总点数（开关量多少点，模拟量多少路），指令长度，指令条数，扫描速度（ms?
千字）。
有的PLC还给出了其内部的各个通道配置，如内部在辅助继电器，特殊辅助继电器，暂存器，保持继电器，数据存储区，定时器/计数器及高速计数器的配置情况，以及存储器的后备电池寿命，自诊断功能等。
3.2.2I/O模板技术指标
对于开关量输入模板，要反映出输入点数？
块，电源工作电压等级，以及COM端，输入电路等情况。
有的PLC还给出了其他有关参数，如输入模板供应的电源情况，输入电阻、以及动作延时情况。
对于开关量输入模板，要反映输入点数/块，电源类型，工作电压等级，以及COM端，输入电路等情况。
一般可编程控制器的输出电路的形式有3种：
继电器输出，集体管输出，晶体管输出，双向晶闸管输出，要根据不同的负载性质选择PLC机输出电路的形式。
有的PLC还给出了其他有关参数，如工作电流，带载能力，动作延迟时间等。
对于模拟量I/O模板，要反映出输入点数/块，电源类型，工作电压等级，以及COM端，输入电路等情况。
有的PLC还给出了其他有关参数，如输入模板供应的电源情况，输入电阻，以及动作延时情况。
对于开关量输出模板，要反映输出点数/块，电源类型，工作电压等级，以及COM端，输入电路情况。
一般可编程控制器的输出形式有3种：
继电器输出，晶体管输出，双向晶闸管输出，要根据不同的负载性质选择PLC机输出电路的形式。
有PLC还给出了其他有关参数，如工作电流，带载能力，动作延迟时间等。
对于模拟量I/O模板，要反映出它的输入/输出路线，信号范围，分辨率，精度，转换时间，外部输入或输出阻抗，输出码，通道数，端子连接，绝缘方式，内部电源等情况。
第四章可编程控制器S7-200概述
德国西门子（SIEMENS）公司是世界上著名的，也是欧洲最大的电气设备制造商，是世界上研制，开发PLC较早的少数几个国家之一，欧洲第一台可编程控制器就是西门子公司于1973年研制成功的。
1957年推出SIMATICS3系列可编程控制器，1979年推出SIMATICS5系列PLC，20世纪末推出SIMATICS7系列PLC。
西门子公司的PLC在我国应用的十分普遍，尤其是大，中型PLC，由于其可靠性高，在自动化控制领域中久负盛名。
西门子公司的小型和微型PLC，其功能也是相当强的。
SIMATIC的产品目前较先进的共有S7，M7及C7三个系列。
S7系列的可编程控制器根据控制系统规模的不同，分成三个子系列：
S7-200S7-300S7-400，分别对应小型，中型，大型PLC。
而基于SIMATIC系列PLC的各种功能模板，人机界面，工业网络，工业软件及控制方案地迅速发展，使PLC控制系统的功能更加强大，而系统的设计和操作却越来越简便。
4.1S7-200系统基本构成
S7-200是整体式结构的，具有很高的性能/价格比的小型可编程控制器，根据控制规模的大小（即输入/输出点数的多少），可以选择相应CPU的主机。
除了CPU221主机以外，其他CPU主机均可进行系统扩展。
4.2主机单元
S7-200的主机单元的CPU共有两系列：
CPU21X及CPU22X。
CPU21X系列包括CPU212，CPU214，CPU215，CPU215，CPU216，CPU22X系列包括CPU221，CPU222，CPU224，CPU226，CPU226XM。
由于CPU21X系列属于S7-200的第一代产品，不再做具体介绍。
1.CPU221
6输入/4输出共10个数字量I/O点。
无I/O扩展能力。
6KB的程序和数据存储区空间。
4个独立的30KHZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出。
1个RS485通信/编程口。
具有多点接口MPI通信协议。
具有点对点接口PPI通信协议。
具有自由通信口。
2.CPU222
8输入/6输出共14个数字量I/O点。
可连接2个扩展模板单元，最大可扩展至78个数字量I/O点或10路模拟量I/O。
4个独立的30HZ的高速计数器，2路独立的20KHZ的高速脉冲输出。
具有PID控制器。
3.CPU224
14输入/10输出共24个数字量I/O点。
可连接7个扩展模板单元，最
升级会员 