PLC-课程设计报告-交通灯设计.doc
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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I/O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。
北
南
东
西
绿
黄
红
绿
黄
红
红
黄
绿
绿
红
黄
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
启动/
停止
南北红灯
东西绿灯
东西黄灯
东西红灯
南北绿灯
南北黄灯
交通信号灯时序状态示意图
3.5交通灯控制流程图
3.6可编程控制器I/O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I//O分配用下表表示。
I//O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I/O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
SD
X0
输出
接线
南北G
南北Y
南北R
东西G
东西Y
东西R
甲
乙
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4
Y5
Y7
Y6
3.7.2PLC外部接线原理图
根据上述I/O表可知，I/O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。
COM2@
COM1
南北G
COM0
X0
乙灯
甲灯
东西R
东西Y
东西G
南北R
Y7
Y6
Y5
Y4
Y3
Y2
Y1
Y0
南北Y
SB
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I/O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
0
LD
X000
启动
22
LD
T1
1
ANI
T4
23
OUT
T11
南北向车27秒
2
OUT
T0
南北红灯25秒
24
K270
3
K250
25
OUT
T2
南北绿灯闪烁
4
LD
T0
26
K30
5
OUT
T4
东西红灯30秒
27
LD
T2
6
K300
28
OUT
T3
南北黄灯2秒
7
LD
X000
29
K20
8
ANI
T0
30
LDI
T0
9
OUT
T6
东西绿灯20秒
31
AND
X000
1
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