基于罗克韦尔PLC的交通灯控制系统设计.docx

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基于罗克韦尔PLC的交通灯控制系统设计

辽宁工业大学

电气控制与PLC技术课程设计（论文）

题目：

基于罗克韦尔PLC的交通灯控制系统设计

院（系）:

专业班级：

学号：

学生姓名:

指导教师：

（签字）

起止时间：

2015。

7.6—2015。

7。

17

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：

教研室:

学号

学生姓名

专业班级

课程设计（论文）题目

基于罗克韦尔PLC的交通灯控制系统设计

课程设计（论文）任务

课题完成的功能、

6个指示灯，前3个灯分别代表东西方向的红、黄、绿灯，后3个灯分别代表南北方向的红、黄、绿灯,模拟十字路口交通队控制的基本运行过程:

（1）高峰期,交通灯的工作顺序为红红1s、红绿3s、红黄1s、红红1s、绿红9s、黄红1s的亮灯顺序循环；

（2）非高峰期，交通灯的工作顺序为红红1s、红绿3s、红黄1s、红红1s、绿红6s、黄红1s的亮灯顺序循环

（3）按下南北紧急直通开关按钮后，南北方向绿灯一直都亮，其他灯熄灭,东西方向红灯一直亮,其他灯熄灭

（4）按下东西紧急直通开关按钮后，东西方向绿灯一直都亮,其他灯熄灭，南北方向红灯一直亮，其他灯熄灭

设计任务及要求：

1、采用罗克韦尔系列PLC；2、方案设计，I/O分配表；

3、硬件设计和软件开发；4、运行结果分析；

5、撰写课程设计说明书；

进度计划

1、熟悉课程设计题目，查找及收集相关书籍、资料（2天）；2、设计系统的结构原理图（2天）；

3、仪表、控制系统等设备的选型（2天）；4、程序开发及调试（5天）；5、撰写课设论文（2.5天）；

6、设计结果考核（0.5天）;

指导教师评语及成绩

平时：

论文质量:

答辩:

总成绩：

指导教师签字：

年月日

注：

成绩：

平时20%论文质量60％答辩20%以百分制计算

摘要

为解决公路交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。

但现有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制，不能够根据实际交通状况进行调节控制。

利用罗克韦尔公司的ControLogix5000系列的可编程控制器来实现交通信号灯的自动控制要求,对PLC控制系统进行软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值.

关键词：

PLC；交通灯；控制系统;设计

第1章绪论

随着社会的发展和进步,城市交通的畅通问题日益突出，一方面十字路口多、人员流动大、道路窄、车辆增加快，容易造成道路交通的阻塞;另一方面又要在有限的时间内既快有保证车辆和行人的安全，针对此要求,设计了PLC控制的带倒计时显示的十字路口交通灯信号系统。

该系统用PLC控制，由东西、南北两组，共12盏灯组成。

交通在人们的日常生活中占有重要地位，随着人们社会活动的日益频繁,这点更是体现的淋漓尽致。

交通信号灯的出现，是交通得以有效管制，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。

各种交通工具、行人都要根据交通灯的变化来决定是否前行，同行的时间的规定协调了它们的步伐，极大的减少了由于交通混乱引起的各种事故的发生。

因此,一个完善的交通系统中,交通灯是必不可少的设备，一个完善的交通灯程序会更加有效的管理当前道路出现的实际情况,使车辆、行人的行进变得更顺畅、更和谐.近年来随着我国国民经济的飞速发展,我国机动车辆发展迅速,而城镇道路建设由于历史等各种原因相对滞后，交通拥挤和堵塞现象时常出现。

如何利用当今计算机和自动控制技术，有效地疏导交通，提高城镇交通路口的通行能力，减少交通事故是值得研究的一个课题.目前，国内的交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯加上一个倒计时的显示器来控制行车.

随着交通量额快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制,高速公路没有充分发挥出预期的作用.而城市高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约.所以，采用交通灯控制，最大限度地利用好耗费巨资修建的城市高速公路,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。

PLC作为一种专业在工业环境下应用而设计的计算机，必须具备逻辑控制、信号采集、输出控制、数据处理、定时/计数、远程I/O、人机界面（HMI）、故障自诊断、通信联网、实时通信和冗余互备等功能。

PLC还具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、系统设计修改调试方便、模块化结构、通用性强、维护简单、维修方便等特点。

可靠性是PLC用软件代替继电器控制系统中间继电器和时间继电器,接线可减少到继电器控制系统的十分之一一下,大大减少了触点接触不良的可能性.抗干扰是I/O设计具有完善的通道保护和多种形式的滤波电路，以抑制高频干扰，削弱个模块之间的干扰影响。

而且现在使用最多的PLC编程语言是梯形图，它符合大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯,语言形象直观，易学易用.PLC产品系列化、标准化、模块化，用户可根据实际需求灵活选择,无须用户自己再进行设计和制作硬件装置。

第2章

课程设计的方案

课程设计要求

6个指示灯，前3个灯分别代表东西方向的红、黄、绿灯，后3个灯分别代表南北方向的红、黄、绿灯，模拟十字路口交通队控制的基本运行过程：

高峰期，交通灯的工作顺序为红红1s、红绿3s、红黄1s、红红1s、绿红9s、黄红1s的亮灯顺序循环；

非高峰期,交通灯的工作顺序为红红1s、红绿3s、红黄1s、红红1s、绿红6s、黄红1s的亮灯顺序循环；

按下南北紧急直通开关按钮后,南北方向绿灯一直都亮,其他灯熄灭,东西方向红灯一直亮,其他灯熄灭；

按下东西紧急直通开关按钮后，东西方向绿灯一直都亮,其他灯熄灭，南北方向红灯一直亮，其他灯熄灭。

系统组成总体结构

系统总体结构框图如图2。

1所示。

图2.1总体框图

交通灯控制系统由罗克韦尔PLC、非高峰期情况、高峰期情况、南北紧急情况、东西紧急情况和分别控制这四种情况的相对应的按钮组成。

非高峰期大体上分两种情况:

一种是东西红灯亮5秒的同时,南北方向红灯亮1秒、绿灯亮3秒、黄灯亮1秒;另一种情况是南北红灯亮8秒的同时，东西方向红灯亮1秒、绿灯亮6秒、黄灯亮1秒。

高峰期的情况跟非高峰期大体上一样，只是在第二种情况时南北红灯亮11秒，东西方向红灯亮1秒、绿灯亮9秒、黄灯亮1秒。

南北紧急情况是南北绿灯一直亮而东西红灯一直亮，东西紧急情况跟南北紧急情况恰好相反，是东西方向绿灯亮南北方向的红灯亮。

这四种情况的发生又分别由四个相对应的按钮相应控制。

第3章硬件设计

控制器的选择

Rockwell内有三种控制器分别为CompactLogix，FlexLogix，ControlLogix。

CompactLogix提供了一个从单机到分布式应用系统的Logix解决方案。

其中1769—L35E控制器不仅具有增强的处理性能，支持多达30个的本块1769  I/O模块，还内置有可进行实时 I/O控制的100Mbps EtherNet/IP网络接口，与包括1769 I/O模块在内的多种I/O模块在内的多种I/O模块一起实现分布式I/O扩展。

一个最简单的CompactLogix单机系统可以只由一个独立的控制器一组I/O模块和电源组成。

CompactLogix控制器可与其他控制器一起构成分布式控制系统：

 多个控制器通过网络连接在一起，进行通讯和数据共享. 每个CompactLogix控制器可以通过DeviceNet或EtherNet/IP（仅1769-L3XE控制器），使用各种不同系列的I/O进行分布式扩展。

对于1769Compact I/O每个I/O站可支持最多3个I/O模块组，最多30个模块。

支持多层网络的无缝集成和数据路由。

这意味着用户可以方便地自动实现跨多层网络的远程设备访问,组态和诊断。

例如：

在控制室布置的1769—L35E CompactLogix控制器,通过DeviceNet现场总线连接现场的变频器、软启动、行程开关等智能设备,通过EtherNet/IP连接上位机。

则用户无需附加编程,即可在上位机上直接对布置在现场的变频器进行远程组态。

FlexLogix 系统为工业控制提供了分散控制的方法。

不仅I/O点能被分散到传感器执行器件附近，处理器也可分散到部分的Flex，Flex Ex,Flex集成I/O模块以上，远程控制其他的I/O模块。

FlexLogix处理器可以与网络连接,用于分布式处理及分布式I/O。

FlexLogix系统是Logix平台和罗克韦尔自动化集成架构的一部分，意味着你可以最大程度地利用控制集成，程序重用，通讯灵活，使用方便，所以你无需花费太多精力在设置，操作及维护上。

ControlLogix系统采用了模块化的设计，并且模块种类不仅包括模拟量、数字量这些不同模块,而且还有专门的运动控制模块及相应的全套的运动控制指令。

这就可以为工业控制提供—种非常灵活并十分完整控制方案。

控制器采用Controllogix作为PLC，无论是高速离散控制、复杂过程控制、伺服控制,还是高速传动控制等各种应用，借助单一的ControlLogix平台，用户只需掌握一种编程

软件，就能根据应用要求的不同,选择标准模块，选择标准工业网络/总线得到所需的控制系统，如顺控/安全连锁系统、伺服控制系统、分布式控制系统（DCS）、高速传动控制系统以及数据采集监控系统（SCADA）等。

 ControlLogix平台不仅技术领先，而且在烟草、消费品制造、冶金、电力、石化、油气输送、造纸、水处理、地铁、矿山以及汽车等各个行业中都有许多成功的应用。

 ControlLogix平台主要特点如下：

（1）所有模块均可带电插拔;  

（2）用户通过软件刷新即可实现包括处理器在内的各种模块的升级;  

（3）功能强大的Logix处理器  

（4）处理器具有高速程序及数据处理能力,1K指令仅需0。

06毫秒；

（5）单个处理器最多支持：

128000开关量或4000模拟量。

（6）用户无需换处理器，通过替换更大容量的内存即可扩充系统处理能力;   

（7）本身提供电池后备，从机架取出处理器后仍可保持数据不丢失；   

（8）IEC1131-3全面支持  

（9）实时多任务系统内核：

多达32个任务,包括1个连续任务以及31个周期任务；  

（10）有15个优先级可选以保证重要任务优先。

每个任务中可编制32个主程序,

（11）并分别拥有单独数据区。

本系统采用1756-L61ControlLogix5561 作为控制器，其系统硬件图如图3。

1。

图3。

1ControlLogix控制器

ControlLogix通信模块

不同的通信模块适用于不同的网络，在ControlLogix背板中安装多个通信模块可在不同的网络间对控制和信息数据进行桥接或路由，最多可在四个机架（八个通信跳转）之间路由消息。

EtherNet/IP网络，该网路应用于工厂管理（物料输送）、单个高速网络上的组态、数据采集及控制、时间要求苛刻的应用、包含商业技术的应用（例如IP视频）、Internet/Intranet连接、集成CIPMotion和CIPSafety等方面.

以太网工业（EtherNet/IP）网络协议是一种开放式工业网络标准,既支持实时I/O消息传递,也支持消息交换。

EtherNet/IP网络使用现成的以太网通信芯片和物理介质。

1756—ENBT为EtherNet/IP网桥，介质为铜缆，通信速率10/100Mbps,TCP/IP连接数为64,Logix连接数为128。

ControlLogixI/O模块

ControlLogix架构可提供各种输入与输出模块，适用于从高速数字到过程控制等多种应用.ControlLogix架构使用生产者