PLC毕业课程设计报告交通灯设计.docx

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PLC毕业课程设计报告交通灯设计

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十字路口交通灯控制

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。

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。

由于PLC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地实现。

因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。

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。

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。

针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计，本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法，将东西、南北两个方向的路灯并行控制，再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图，最后利用编程器将指令输入PLC中进行调试，最终实现交通灯的自动控制。

关键词：

PLC、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统

第一章十字路口交通信号灯的具体设计

3.1方案比较

3.1.1方案一：

采用数字逻辑电路设计

工作原理:

选用十六进制计数器74161和3线-8线译码器74LS138。

经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。

其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。

基本组成:

主要由控制器部分和数字显示部分,秒脉冲发生器等组成。

显示控制部分实际上是一个定时控制电路。

当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。

译码显示可用74LS47驱动BCD码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等

数字电路的特点:

数字电路的信号是不连续变化的数字信号，所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区，而放大区只是过渡状态。

数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系，因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法，例如，微变等效电路法等就不适用了。

这里的主要分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表，逻辑表达式及波形图等。

其在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。

或者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。

3.1.2方案二：

PLC设计

采用计算机和FX2N-48M2系列PLC，在计算机上编译调试好交通灯控制程序，启动PLC写入程序，经过运行后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。

其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。

可编程控制器交通灯控制系统的特点：

编程简单，维修方便；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式；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；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。

3.1.3最终方案确定

经过比较，本实验决定采用PLC设计，总结原因如下：

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安装简单维修方便，PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。

使用时只需要将现场的各种设备与PLC相应的IO端连接，系统便可投入运行。

综上所述，确定方案二为最终方案。

3.2十字路口交通信号灯的控制要求

随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。

然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。

交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。

红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。

交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。

交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。

十字路口交通信号灯现场示意图如图1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，详细要求如下：

图1交通灯现场示意图

详细要求：

（1）信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（2）南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

或者：

这里我们不懂

1）采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。

系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。

SA1手柄指向左45°时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图3-2所示工作时序周而复始，循环往复工作。

SA1手柄指向中间0°时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，。

SA1手柄指向右45°时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮。

图3-1交通灯现场示意图

2）正常控制时

①当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯）；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。

②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：

绿灯闪烁同时黄灯亮。

③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。

3.3十字路口交通灯控制实验面板图

3.4十字路口交通灯模拟控制时序图

3.5交通灯控制流程图

3.6可编程控制器IO端口分配

根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。

甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况由此可知，该系统所需的输入点数为1，输出点数为8，全部是开关量，则可将IO分配用下表表示。

IO分配表

输入元件

输入地址

输出元件

输出地址

开启停止按钮SB

0.00

南北绿灯Y0

10.00

南北黄灯Y1

10.01

南北红灯Y2

10.02

东西绿灯Y3

10.03

东西黄灯Y4

10.04

东西红灯Y5

10.05

甲Y6

10.06

乙Y7

10.07

交通指挥灯的IO分配表

3.7PLC的外部接线图

3.7.1输入输出接线列表

输入

接线

输出

接线

南北G

南北Y

南北R

东西G

东西Y

东西R

甲

乙

3.7.2PLC外部接线原理图

根据上述IO表可知，IO所需点数只有9点，故选用FX2N-48MR微型PLC即可。

则PLC外部输入输出的信号接线接线如下图所示。

3.8PLC控制程序设计

3.8.1十字路口交通信号灯PLC的状态转移图

3.8.2梯形图程序

根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的IO分配的定义，可对PLC进行控制程序的设计，其梯形图如图2所示。

下面对所设计的梯形图作几点说明：

当启动开关SD合上时，X000触点接通，Y002得电，南北红灯亮；同时Y002的动合触点闭合，Y003线圈得电，东西绿灯亮。

1秒后，T12的动合触点闭合，Y007线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。

维持到20秒，T6的动合触点接通，与该触点串联的T22动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。

又过3秒，T7的动断触点断开，Y003线圈失电，东西绿灯灭；此时T7的动合触点闭合、T10的动断触点断开，Y004线圈得电，东西黄灯亮，Y007线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。

再过2秒后，T5的动断触点断开，Y004线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T0的动断触点断开，Y002线圈失电，南北红灯灭，T0的动合触点闭合，Y005线圈得电，东西红灯亮，Y005的动合触点闭合，Y000线圈得电，南北绿灯亮。

1秒后，T13的动合触点闭合，Y006线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。

又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T1动合触点闭合，与该触点串联的T22的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T2动断触点断开，Y000线圈失电，南北绿灯灭；此时T2的动合触点闭合、T11的动断触点断开，Y001线圈得电，南北黄灯亮，Y006线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。

维持2秒后，T3动断触点断开，Y001线圈失电，南北黄灯灭。

这时起动累计时间达5秒钟，T4的动断触点断开，T0复位，Y003线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。

上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。

图2交通灯控制梯形图

3.8.3梯形图所对应的语句表

步序

指令

器件号

说明

步序

指令

器件号

说明

X000

启动

ANI

OUT

T11

南北向车27秒

OUT

南北红灯25秒

K270

K250

OUT

南北绿灯闪烁

K30

OUT

东西红灯30秒

K300

OUT

南北黄灯2秒

X000

K20

ANI

LDI

OUT

东西绿灯20秒

AND

X000

K200

OUT

Y002

南北红灯工作

OUT

T10

东西向车22秒

OUT

Y005

东西红灯工作

K220

Y002

OUT

东西绿灯闪烁

ANI

K30

ANI

OUT

东西黄灯2秒

AND

T22

K20

ORB

OUT

Y003

东西绿灯工作

OUT

南北绿灯25秒

Y002

K250

ANI

步序

指令

器件号

说明

步序

指令

器件号

说明

ANI

ORB

OUT

T12

延时1秒

OUT

T13

延时1秒

K10

T12

T13

ANI

T10

ANI

T11

OUT

Y007

东西向车行驶

OUT

Y006

南北向车行驶

ANI

OUT

Y004

东西黄灯工作

OUT

Y001

南北黄灯工作

Y005

X000

ANI

T23

OUT

T22

产生1秒脉冲

ANI

AND

T22

ORB

OUT

T23

OUT

Y000

南北绿灯工作

Y005

END

程序结束

ANI

第四章十字路口交通灯的组态控制过程

4.1工程的建立和变量定义

4.1.1工程的建立

（1）单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，将默认的工程名改为：

“交通灯.MCG”。

（2）点击”保存”按钮,将文件保存,工程创建完成。

4.1.2变量的定义

首先对系统的各个变量进行定义。

各变量定义如下：

变量名

变量类型

初始值

注释

开关量

解放南北路绿灯信号

开关量

解放南北路黄灯信号

开关量

解放南北路红灯信号

开关量

团结东西路绿灯信号

开关量

团结东西路黄灯信号

开关量

团结东西路红灯信号

开关量

外部输入南北通车信号

开关量

外部输入东西通车信号

MOVEX1

数值型

东西向1号车位置信号

MOVEX2

数值型

东西向2号车位置信号

MOVEX3

数值型

东西向3号车位置信号

MOVEX4

数值型

东西向4号车位置信号

MOVEY1

数值型

南北向1号车位置信号

MOVEY2

数值型

南北向2号车位置信号

MOVEY3

数值型

南北向3号车位置信号

MOVEY4

数值型

南北向4号车位置信号

4.1.3设备与变量连接

（1）在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。

（2）点击工具条中的“工具箱”图示，打开“设备工具箱”。

（3）单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮，弹出设备管理窗口。

（4）在可选设备列表中，双击“串口通讯父设备”。

（5）双击“串口通讯父设备”，在下方出现串口通讯父设备图标。

（6）双击串口通讯父设备图标，将“串口通讯父设备”添加到右侧选定设备列表中。

（7）单击确认并保存。

（8）在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。

设备被添加到设备组态窗口中。

（9）用同样的方法将可选设备列表中的“PLC设备”下的“三菱Fx-232”加到“设备0-[串口通讯父设备]”目录下。

（10）双击“设备0-[串口通讯父设备]”，进入串口通讯父设备属性设置窗口。

设置内部属性完成之后单击确认，完成内部属性设置。

（11）双击“设备1-[三菱Fx-232]”，进入三菱Fx-232设备属性设置窗口。

设置内部属性完成之后单击确认，完成内部属性设置。

4.2画面建立

4.2.1工程画面建立

（1）在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”、“窗口1”。

（2）选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

（3）将窗口名称改为：

交通灯01；窗口标题改为：

控制窗口；窗口位置选中“最大化显示”、“固定边”，窗口背景色选为浅蓝色，其他不变，单击“确定”。

（4）选中“窗口1”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”。

（5）将窗口名称改为：

调试系统；窗口标题改为：

调试系统。

窗口位置选中“顶部工具条”，窗口边界选择“固定边”，单击“确认”。

（6）在“用户窗口”中，选中“窗口属性”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

4.2.2动画组态图制作

4.2.2.1交通灯组态制作

（1）选中“控制窗口”的窗口标题，单击“动画组态”，进入动画组态窗口，开始编辑画面。

（2）单击工具条中的“工具箱”按钮，打开绘图工具箱。

选择“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，拉出一个272*167的矩形。

再绘制出同样大小的矩形3个分别置于画面的左上方,右上方,左下方,右下方。

将鼠标置于矩形上单击鼠标右键，选择“转换成位图”选项，再次单击鼠标右键，选择“载入位图”，选择从网上下载的图片将其载入矩形框中。

载入后如下图：

四个角上的图片用来模拟街道四周的建筑物。

（3）选择“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，拉出一个987*163的矩形。

和一个186*641的矩形。

调整两个矩形的位置使两个矩形在图像的中间位置相交。

点击其中水平方向较长的矩形进入属性设置窗口，将“填充颜色”选为灰色，“边线颜色”选择“无边线颜色”。

点击“工具箱”中的“直线”，在主画面64*321位置绘制一条长200单位的直线，点击直线的“属性”，选择“边线线型”选择从下向上的第3个线型，再在“属性”中选择“边线颜色”，选择黄色。

将画好的黄色粗线复制1份，置于距原有线的上部5个单位的位置处。

在位置637*319处绘制同样属性的两条黄色粗线，过程同上。

在垂直方向较长的矩形上同样绘制4条黄色粗线，过程同上。

点击“工具箱”，选择“标签”，调整好合适位置在标签栏中输入“解放南路”，将“字体”选为黑体，“字号”选为“小二”，颜色选“红色”。

再绘制3个标签，分别在标签中用同样字体输入“解放北路”，“团结东路”，“团结西路”。

并将标签调整到合适位置。

绘制后效果如图：

（4）选择“工具箱”，点击“插入元件”，在“对象元件库”中选择“指示灯7”，共插入4个指示灯，分别置于四个街角处。

在“工具箱”中点击“标签”，将“标签”调整好大小，设置“标签”属性，在属性中点击“填充颜色”，选择“填充效果”在“颜色”中选择“双色”，颜色选择“白色”，颜色2选择“蓝色”，“底纹效果”选择“横向”。

在标签中输入“团结东灯”。

用同样的方法将“团结西灯”，“解放南灯”，“解放北灯”输入标签中，并调整属性。

（5）选择“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，拉出一个83*58矩形。

共绘制同样大小的矩形8个。

将矩形转换成“位图”，将下载的汽车图片载入位图。

（6）选择“工具箱”内的“矩形”按钮，绘制一983*607的矩形，点击矩形的“属性”，选择“填充颜色”，将填充颜色选为“浅蓝”。

点击“编辑条”，选择“置于最后”。

最后制作完成效果如下：

4.2.3调试系统组态制作

（1）在“工具箱”中点击“标签”，将“标签”调整好大小，设置“标签”属性，在属性中点击“填充颜色”，选择“填充效果”在“颜色”中选择“双色”，颜色选择“白色”，颜色2选择“橙色”，“底纹效果”选择“横向”。

在标签中输入“团结东西黄灯”。

用同样的方法将“团结东西红灯”，“团结东西绿灯”，“解放南北黄灯”，“解放北红灯”，“解放南北绿灯”“南北行车”，“东西行车”输入标签中，并调整属性。

（2）选择“工具箱”，点击“插入元件”，在“对象元件库”中选择“指示灯2”，共插入8个指示灯。

（3）选择“工具箱”内的“矩形”按钮，鼠标的光标呈“十字”形，在窗口中拖拽鼠标，拉出一个矩形，点击矩形的“属性”，选择“填充颜色”，选择“填充效果”在“颜色”中选择“双色”，颜色选择“白色”，颜色2选择“蓝色”，“底纹效果”选择“横向”。

点击“编辑条”，选择“置于最后”。

（4）点击“工具箱”，选择“标签”，调整好合适位置在标签栏中输入“调试系统”，将“字体”选为黑体，“字号”选为“小四”，颜色选“红色”。

绘制好的效果如下：

4.3动画连接

4.3.1交通灯的动画连接

（1）交通指示灯的动画连接

（1）双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。

（2）单击“动画连接”选项卡，进入该页。

（3）单击“组合图符”，出现“？

”、“>”按钮。

（4）单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。

单击“属性设置”选项卡，进入该页，选中“填充颜色”选项卡。

在“填充颜色”表达式中输入“y0”，在“填充颜色连接”项中点击“分段点”将值改为0.5，在“对应颜色”中选择灰色，再点击“增加”，将“分段点”将值改为1.5，在“对应颜色”中选择绿色。

单击“确定”按钮。

（5）依次对其他指示灯进行同样设置。

（2）小车的动画连接

（1）双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。

（2）单击“动画连接”选项卡，进入该页。

（3）单击“属性设置”选项卡，进入该页，选中“垂直移动”栏，进入“垂直移动”栏，在表达式中输入“MOVEX1”，在“最大移动偏移量”栏中输入“1500”，在“表达式的值”中输入“1500”。

点击“确定”，一保存属性。

（4）用同样的步骤对“MOVXE2”~“MOVEY4”进行设定。

4.3.2调试系统的动画连接

（1）双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。

（2）单击“动画连接”选项卡，进入该页。

（3）单击“组合图符”，出现“？

”、“>”按钮。

（4）单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。

单击“属性设置”选项卡，进入该页，选中“填充颜色”选项卡。

在“表达式”栏中输入“Y0”

（6）单击“按钮动作”选项卡进入该页进入按钮动作页，将按钮对应功能设为：

数据对象值操作；取反；Y01。

（7）单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连接。

（8）按照以上步骤依次对其他指示灯进行设置。

4.4脚本编辑

（1）打开“交通灯01”窗口，进入“用户窗口属性设置”，选择“循环脚本”，打开脚本程序编辑器，输入以下内容：

'行车信号（Y07Y06）为ON时行（信号由PLC提供）

ify07=1thenmovex3=movex3+10

ify07=1thenmovex4=movex4+10

ify07=1thenmovex1=movex1+10

ify07=1thenmovex2=movex2+10

ify06=1thenmovey4=movey4+6

IFy06=1thenmovey3=movey3+6

ify06=1thenmovey1=movey1+6

ify06=1thenmovey2=movey2+6

'车到路口时减速行

ify07=1and（movex3>160andmovex3<260）thenmovex3=movex3+7

ify07=1and（movex4>161a

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