交通灯实训.docx
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交通灯实训
摘要
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。
人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。
所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。
PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档.这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率.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。
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。
同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。
在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。
关键词:
PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。
1、实训任务书
《PLC控制技术》实训任务书（九）
题目：
交通信号灯控制系统的设计二
实训学生需要完成2个基础实训项目和1个综合型自主实训项目的训练。
一、基础实训项目一：
变频器对电机的运行控制
一）实训目的
1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；
2、根据实训设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；
3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。
二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、MM440（或MM420）变频器、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三）工艺控制要求
使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。
速度控制有两种方式：
（1）由外接的电位器控制，
（2）由PLC的模拟量输出通道控制。
四）实训步骤
1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。
2、设计由PLC控制的梯形图程序。
3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。
二、基础实训项目二：
模拟量采集与数据处理的综合应用
一）实训目的
1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；
2、掌握数据处理指令的运用方法；
3、熟悉组态王与PLC的连接使用。
二）实训设备
PLC主机单元模块、电位器、万用表、个人计算机PC、PC/PPI编程电缆。
三）实训项目原理与要求
1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0℃时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100℃时，对应电位器输出电压10V。
用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在组态界面上显示出具体温度。
2、用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
四）实训项目的步骤
1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。
2、设计梯形图程序，调试并记录数据。
输入FX2N-2AD
输出FX2N-2DA
电压
CH2
温度值
执行器开度
CH1
电压V
0V
0
4V
40%
6V
60%
8V
80%
10V
100%
三、综合型自主实训项目：
交通信号灯控制系统的设计二
一）实训项目工艺要求：
本课题要求设计一个带左转弯的交通灯控制系统，具体指标是：
1）南北主干道：
左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯闪3S，黄灯2S，红灯45S；
2）东西人行道：
红灯13S，绿灯27S，绿灯闪3S，红灯47S；
3）东西主干道：
红灯45S，左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯闪3S，黄灯2S。
4）南北人行道：
红灯58S，绿灯27S，绿灯闪3S，红灯2S。
说明：
交通灯单循环时间90S。
当南北主干道为红灯（45S）时，东西主干道控制的顺序为：
左转绿灯10S，直行30S，绿灯闪3S，黄灯2S。
直行绿灯亮3S后，南北人行道控制的顺序为：
绿灯27S，绿灯闪3S，其余时间为红灯。
当东西主干道为红灯（45S）时，南北主干道控制的顺序为：
左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯闪3S，黄灯2S。
直行绿灯亮3S后，东西人行道控制的顺序为：
绿灯27S，绿灯闪3S其余时间为红灯。
二）目的
通过本次实训使学生掌握：
1）GXDeveloper编程软件的使用方法和梯形图、SFC图编程语言的运用；2）实际程序的设计及实现方法；3）程序的调试和运行操作技术。
从而提高学生对PLC控制系统的设计和调试能力。
三）内容与要求
1、通过基本简单实验熟悉与本设计相关的实验台模块；
2、交通信号灯控制系统设计；
3、硬件接线图、程序清单；
4、采用状态转移图SFC图进行设计或经验设计法；
5、设计组态王上位机监控画面，对两路交通灯进行倒计时显示（该部分内容为选作项）。
四、实训报告要求
报告应采用统一的报告纸书写，应包括评分表、封面、目录、正文、收获、参考文献（并按此顺序装订）。
报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）实训任务书；
（2）实训内容，三个任务分别写
a、每个实训任务的总体设计方案（应有PLC的选型及依据）
b、I/O分配表，PLC外部接线图，程序中使用的元件及功能表；
c、程序控制的SFC图、梯形图或指令表清单，注释说明；
d、调试、运行及其结果；
3、收获、体会
4、参考文献
（注意实训报告允许打印，但雷同者的零分处理）
五、实训进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置实训任务，查找相关资料，熟悉实验台。
2
完成两个基础实训项目。
3
根据综合型实训任务，完成总体设计方案（硬件选型、分配IO点等）
4
完成硬件接线，编写程序并调试
5
编写程序并调试
第
二
周
1
编写程序并调试
2
编写程序并调试
3
编写程序并调试及准备实训报告
4
完成报告并于下午两点之前上交
5
答辩
本实训共需两周时间
六、实训考核办法本实训满分为100分，其中实训平时表现（含2个基础实训项目完成情况）30%、综合型实训项目答辩50%，实训报告20%。
2.基本实训项目一：
变频器对电机的运行控制
2.1任务一：
由变频器面板控制圆台运行
2.1.1总体设计方案
利用变频器面板直接控制圆台，只需要将变频器输出的U、V、W三相接到圆台的U、V、W即可，然后调节变频器参数，控制圆台的启动、停止、点动、加减速、正反转切换。
2.1.2操作步骤
（1）变频器电源接L、N（220V）
（2）变频器输出U、V、W接到圆台U、V、W
（3）在变频器参数P0003=3、P0004=0时，设定P0725=0
（4）设定参数P0700=1，P1000=1，用基本操作面板（BOP）进行控制
2.1.3变频器运行操作
（1）变频器启动：
在变频器的前操作面板上按运行键
，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。
（2）正反转及加减速运行：
电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键（▲/▼）来改变。
（3）点动运行：
按下变频器前操作面板上的点动键
，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。
当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。
这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。
（4）电动机停车：
在变频器的前操作面板上按停止键
，则变频器将驱动电动机降速至零。
2.2任务二：
由PLC对变频器进行控制
2.2.1总体设计方案
利用PLC控制变频器，编写PLC程序，使得外部按钮控制圆台的正转、反转、点动，圆台的速度还是由变频器面板给定。
2.2.2I/O分配表
表1-1PLCI/O分配表
类别
电气元件
PLC软元件
功能
输入（I）
正转按钮SB1
X0
正转按钮
反转按钮SB2
X1
反转按钮
点动按钮SB3
X2
点动按钮
输出（O）
DIN1
Y0
圆台正转
DIN2
Y1
圆台反转
DIN3
Y2
点动
2.2.3PLC外部接线图
图1-1PLC外部接线图
2.2.4程序与调试
设置变频器参数P0700=2，P0701=1，P0702=2，P0703=10，P1000=1。
按下SB1，圆台正转；再按SB1，使其断开，按下SB2，圆台反转；再按下SB2，使其断开，按住SB3，圆台转动，松开SB3，圆台停止。
2.3任务三：
由外接电位器控制圆台速度
2.3.1总体设计方案
在任务二的基础上，将10K电位器接到变频器模拟式频率设定的AIN1+、AIN1-，通过设置变频器参数，使得电位器能控制圆台速度。
I/O分配表、程序和任务二相同。
设置变频器参数P1000=2。
2.3.2PLC外部接线图
图1-2PLC外部接线图
2.3.3运行结果
按下SB1，圆台正转；再按SB1，使其断开，按下SB2，圆台反转；再按下SB2，使其断开，按住SB3，圆台转动，松开SB3，圆台停止。
在圆台电机正转或者反转运行的过程中，调节10K电位器旋钮，变频器频率可在0~50Hz之间调节，相应的圆台速度也跟着变化。
3.基础实训项目二：
模拟量采集与数据处理的综合应用
3.1任务一：
FX2N-2AD模块
3.1.1总体设计方案
由电位器模拟温度传感器采集过来的电压信号，通过PLC的A/D模块，将其转换为数字量存到数据寄存器D100里面，再通过程序运算可得到所测温度值存放到D107里面。
运用上位机组态王界面监视数据寄存器D100、D107的值，并将其显示在组态王界面上。
3.1.2I/O接线图
图2-1Fx2N-2AD模拟量采集接线图
3.1.3梯形图程序
图3-2A/D梯形图程序
3.1.4调试与结果
表3-1A/D转换记录表
输入FX2N-2AD
电压
CH2
温度值
0V
0
0
4V
1597
39
6V
2402
60
8V
3209
80
10V
3971
99
3.2任务二：
FX2N-2DA模块
3.2.1总体设计方案
用PLC模拟量输出通道控制电动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。
执行器开度控制量的多少采用组态王软件输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。
3.2.2梯形图程序
图3-3D/A梯形图程序
3.2.3调试与结果
表3-2D/A转换记录表
输出FX2N-2DA
执行开度
CH1
电压V
0
0
0
40%
1600
4
60%
2400
6
80%
3200
8
100%
4000
10
4.综合型自主实训项目：
交通信号灯控制系统的设计二
4.1控制任务的分析与设计
a.南北主干道：
左转绿灯10s，直行绿灯30s，绿灯闪3s，黄灯2s，红灯45s；
b.东西人行道：
红灯13s，绿灯27s，绿灯闪3s，红灯47s。
c.东西主干道：
红灯45s，左转绿灯10s，直行绿灯30s，绿灯闪3s，黄灯2s。
d.南北人行道：
红灯58s，绿灯27s，绿灯闪3s，红灯2s。
（1）我们根据上述的要求来进行本次交通信号灯控制系统的实验
（2）系统工作受开关按钮控制，按下启动按钮系统开始工作，并周而复始的循环工作，按钮弹起时系统停止工作，所有信号灯都熄灭。
（3）一共有12盏灯
东西方向（包括人行道）2盏红灯，2盏绿灯，1盏左转向灯，1盏黄灯；
南北方向（包括人行道）2盏红灯，2盏绿灯，1盏左转向灯，1盏黄灯。
4.2总体设计方案
图4-1总的设计框图
4.3I/O表及接线图
根据对控制任务的分析，我们对I/O定义如下表所示：
表4-1I/0分配
启动按钮
X0
停止按钮
X0
南北左转向灯
Y10
东西左转向灯
Y16
南北主干道绿灯
Y11
东西主干道绿灯
Y17
南北主干道红灯
Y12
东西主干道红灯
Y20
南北主干道黄灯
Y13
东西主干道黄灯
Y21
南北人行道绿灯
Y14
东西人行道绿灯
Y22
南北人行道红灯
Y15
东西人行道红灯
Y23
点动按钮连接到继电器X0端；南北左转向灯接入输出继电器Y10端，南北主干道绿灯接入输出继电器Y11端，南北主干道红灯接入输出继电器Y12，南北主干道黄灯接入输出继电器Y13，南北人行道绿灯接入输出继电器Y14，南北人行道红灯接入输出继电器Y15；
东西左转向灯接入输出继电器Y16端，东西主干道绿灯接入输出继电器Y17端，东西主干道红灯接入输出继电器Y20，东西主干道黄灯接入输出继电器Y21，东西人行道绿灯接入输出继电器Y22，东西人行道红灯接入输出继电器Y23。
将输出端的COM4及COM5用导线相连，输出端的电源为交流220V。
如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。
根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：
PLC控制单元，点动按钮PB7，红黄绿信号灯供12只。
输入/输出端口接线如下表所示：
Y10
L10
Y11
L11
Y12
L12
Y13
L13
Y14
L14
Y15
L15
Y16
L16
Y17
L17
Y20
L20
Y21
L21
Y22
L22
Y23
L23
除此对应之外，PLC的COM端与24V直流电压负极相连，另一端也就是正极连接灯的另一端即可。
4.4流程图
图3-2上半周期45s交通灯模拟控制系统流程图
图3-3下半周期45s交通灯模拟控制系统流程图
4.5程序的设计
4.6调试与运行结果
1）.将计算机上用GXDeveloper编程软件编写的程序下载到PLC上。
2）.将PLC与PLC的调试单元、输入、输出和COM连接好，用实验导线插接PLC调试单元的输入输出COM和+24V直流电源端。
3）.按下PLC调试单元上的启动按钮，交通信号灯应按要求工作，按下停止按钮，交通灯全部熄灭。
4）.如果不是按控制要求动作，应检查程序并进行修改，直到调试成功为止。
下图为上位机组态王的数据词典
图3-4数据变量的构建
当没有按下开始按钮时，如下图所示
图3-5交通信号灯开始按钮没按下
当按下开始按钮后，如下图所示
图3-6开始按钮按下后，交通灯的情况
5.收获与体会
两周的PLC实训即将结束了，经过半个多月的艰苦奋斗，我通过搜集资料，做出以上设计的方法。
在这短暂的两周实训时间里，经过老师和自主学习同学的指导，我获益非浅，学习了不少关于自己专业方面的知识。
我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考察内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识
花了整整十几天，终于完成了设计，不过调试的时候却发现结果和想的有所不同，通过监控和修改才得出了需要的设计。
这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。
最后，我们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢？
我把体会用十个字概括：
天下无难事，只怕有心人
一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于领会到成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。
兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。
当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。
通过这次设计，我对PLC设计控制有了深刻的认识，对以前学的PLC又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，我和同学团队之间互相帮助，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢我的团队和同学的帮助。
在此要感谢我的指导刘老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。
在整个课程设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
[1]王蕊：
《PLC在交通信号灯控制上的应用》，2003年第五期
[2]陈胜利,曾谊晖:
《PLC在控制交通信号灯中的应用》，2003年第五期
[3]《基于PLC技术的交通信号灯控制与设计》-商场现代化2005（24）
[4]林涛：
《基于VHDL语言的交通信号控制器的设计与实现》，《交通与计算机》，2006年第四期，第72-75页。
[5]《PLC控制交通信号灯的编程方法讨论》-北京工商大学学报（自然科学版）2008,26（3）
[6]陶涛：
《基于VHDL语言实现十字路口交通灯设计》，《青海交通科技》，2006年第六期，第13-15页。
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