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完整版基于PLC交通灯控制系统毕业设计论文

优秀论文审核通过

未经允许切勿外传

毕业论文

论文题目：

交通灯控制系统

系别：

专业：

机械制造与自动化

班级：

学生姓名（学号）：

xxx

指导教师姓名：

xxx

论文完成日期：

2012年4月25日

摘要

　　随着社会经济的发展

城市交通问题越来越引起人们的关注

人

车

路三者关系的协调

已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测

交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统

它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分

　　随着城市机动车量的不断增加

许多大城市如北京

上海

南京等出现了交通超负荷运行的情况

因此

自80年代后期

这些城市纷纷修建城市高速公路

在高速公路建设完成的初期

它们也曾有效地改善了交通状况

然而

随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制

高速道路没有充分发挥出预期的作用

而城市高速道路在构造上的特点

也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约

所以

如何采用合适的控制方法

最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路

缓解主干道与匝道

城区与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

关键词:

PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高

一、交通灯信号控制系统3

（一）十字路口交通灯控制实际情况3

（二）结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验3

（三）流程图6

二、可编程控制器程序设计8

（一）可编程控制器选择8

（二）十字路口交通灯模拟控制时序图8

（三）可编程控制器IO端口分配11

（四）程序设计12

三、总结15

（一）难点分析15

（二）调试错误与修改方法15

（三）PLC智能化控制交通灯的方法16

（四）收获与感悟16

四、结束语17

参考文献18

致谢19

一、交通灯信号控制系统

（一）十字路口交通灯控制实际情况

　　A．南北主干道：

直行绿27S、直行绿闪3S、左转绿10S、左转绿闪3S、黄2S、红45S；

　B．东西人行道：

红45S、绿27S、绿闪3S、红60S；

　C．东西主干道：

红45S、直行绿27S、直行绿闪3S、左转绿10S、左转绿闪3S、黄2S；

　D．南北人行道：

绿27S、绿闪3S、红60S；

E．循环控制方式；

　　F．交通灯变化顺序表（单循环周期90秒）

　　1、南北向（列）和东西向（行）主干道

　　南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯27S

直行绿灯闪亮3S

左行绿灯10S

左转绿闪3S

黄灯2S和红灯45S

当南北主干道红灯点亮时

东西主干道应依次点亮直行绿灯

直行绿灯闪

左转绿灯

左转绿灯闪亮和黄灯；反之

当东西主干道红灯点亮时

南北主干道依次点亮直行绿灯

直行绿灯闪

左转绿灯

左转绿灯闪亮和黄灯

　　2、南北向和东西向人行道

　　南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯

南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮

当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮

其它时间为红灯

东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮

当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮

其它时间为红灯

（二）结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验

　　在PLC交通灯模拟模块中

主干道东西南北每面都有3个控制灯

分别为：

　　●禁止通行灯（亮时为红色）

　　●准备禁止通行灯（亮时为黄色）

　　●直通灯（亮时为绿色）

　　另外行人道东西南北每面都有2个控制灯

分别为：

　　●禁止通行灯（亮时为红色）

　　●直通灯（亮时为绿色）

　　结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：

　　当交通灯系统启动开关接通时

　　1、南北向（列）和东西向（行）主干道

　　南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯10S

绿灯闪亮2S（亮0.1灭0.1）

黄灯2S和红灯14S

当南北主干道红灯点亮时

东西住干道应依次点亮绿灯

绿灯闪亮

黄灯

反之

当东西主干道红灯点亮时

南北主干道依次点亮绿灯

绿灯闪

黄灯

　　2、南北向和东西向行人道

　　南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯

南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮

当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮

其它时间为红灯

东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮

当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮

其它时间为红灯

　　3、盲人安全通道控制和手动控制车流量

　　除此之外另设两个功能

使用10个脉冲开关

实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量

其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候

按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起

南北向主干道红灯闪亮

延迟10秒恢复原来的控制系统

南北向脉冲开关对应东西向功能相同

另外两个脉冲开可以控制车流量

当东西向主干道等待车量较多的时候

按下东西向控制脉冲开关

东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒

　　东西向行人道绿灯也要对应延长

南北向脉冲开关对应东西向功能相同

图1交通灯示意图

（三）流程图

图2流程图

二、可编程控制器程序设计

（一）可编程控制器选择

　　本次交通灯设计用的是来自OMRON的CPM1A-30CDR-A可编程控制器

　　产品规格：

CPM1ACPU单元CPM1A在编程环境等方面

它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能

尽可能使安装空间最小化

并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成

而且还可连接可编程控制终端

创造了尚无前例的灵活运用

它不仅可以替代继电器控制柜

就是作为小型控制器或在传感器应用中

亦能适应生产现场不同的需求AC电源输入

继电器输出

能加扩展单元

（二）十字路口交通灯模拟控制时序图

（三）可编程控制器IO端口分配

启动开关

0000

停止开关

0001

东西主干道绿灯

1000

东西主干道黄灯

1001

东西主干道红灯

1002

南北主干道绿灯

1003

南北主干道黄灯

1004

南北主干道红灯

1005

东西行人道绿灯

1100

东西行人道红灯

1101

南北行人道绿灯

1102

南北行人道红灯

1103

东西向绿灯延迟控制按钮

0004

南北向绿灯延迟控制按钮

0005

东西盲人脉冲按钮

0003

南北盲人脉冲按钮

0002

图5交通灯控制PLCIO端口

（四）程序设计

0

LD0000

1

OR20300

2

AND-NOT0001

3

AND-NOT20000

4

OUT20300

5

LD20300

6

AND-NOT20001

7

AND-NOT20203

8

OUT20301

9

LD20301

10

ORTIM005

11

ORTIM027

12

OR20000

13

AND-NOTTIM002

14

AND-NOT20103

15

AND-NOT0001

16

OUT20000

17

TIM000#100

18

TIM001#120

19

TIM002#140

20

LDTIM002

21

OR20001

22

ORTIM018

23

AND-NOTTIM005

24

AND-NOT0001

25

AND-NOT20203

26

OUT2001

27

TIM003#100

28

TIM004#120

29

TIM005#140

30

LD0004

31

OR20100

32

AND-NOT0000

33

AND-NOT0005

34

AND-NOT0001

35

OUT20100

36

LD20100

37

AND20105

38

OUT20102

39

LDTIM005

40

ORTIM027

41

OUT20105

42

LD20102

43

OR20103

44

AND-NOT0001

45

AND-NOTTIM018

46

OUT20103

47

TIM016#150

48

TIM017#170

49

TIM018#190

50

LD0005

51

OR20200

52

AND-NOT0001

53

AND-NOT0000

54

AND-NOT0004

55

OUT20200

56

LDTIM002

57

LDTIM018

58

OUT20205

59

LDTIM20200

60

AND20205

61

OUT20202

62

LD20202

63

OR20203

64

AND-NOT0001

65

AND-NOT027

66

OUT20203

67

TIM025#150

68

TIM026#170

69

TIM027#190

70

LD20000

71

AND-NOTTIM000

72

LD20103

73

AND-NOTTIM016

74

ORLD

75

AND-NOT0001

76

OUT20002

77

LDTIM000

78

AND-NOTTIM001

79

LDTIM016

80

AND-NOTTIM017

81

ORLD

82

AND-NOT20004

83

AND-NOT0001

84

OUT20003

85

TIM006#002

86

LDTIM006

87

ORTIM008

88

ORTIM010

89

ORTIM009

90

OR20004

91

AND-NOTTIM007

92

AND-NOT0001

93

OUT20004

94

TIM007#002

95

LD20002

96

OR20003

97

AND-NOT0001

98

AND-NOT20009

99

OUT1000

100

LDTIM001

101

AND-NOTTIM002

102

LDTIM017

103

AND-NOTTIM018

104

ORLD

105

AND-NOT20009

106

AND-NOT0001

107

OUT1001

108

LD20000

109

AND-NOTTIM002

110

LD20103

111

AND-NOTTIM018

112

ORLD

113

AND-NOT20009

114

AND-NOT0001

115

OUT1103

116

LD20000

117

AND-NOTTIM002

118

LD20103

119

AND-NOTTIM018

120

ORLD

121

AND-NOT20103

122

AND-NOT0001

123

OUT20015

124

LD20015

125

OR20014

126

AND-NOT0001

127

OUT1005

128

LD20001

129

AND-NOTTIM003

130

LD20203

131

AND-NOTTIM025

132

ORLD

133

AND-NOT0001

134

OUT20005

135

LDTIM003

136

AND-NOTTIM004

137

LDTIM025

138

AND-NOTTIM026

139

ORLD

140

AND-NOT20004

141

AND-NOT0001

142

OUT20006

143

TIM008#002

144

LD20005

145

OR20006

146

AND-NOT20013

147

AND-NOT0001

148

OUT1003

149

LDTIM004

150

AND-NOTTIM005

151

LDTIM026

152

AND-NOTTIM027

153

ORLD

154

AND-NOT0001

155

AND-NOT20013

156

OUT1101

157

LD20001

158

AND-NOTTIM005

159

LD20203

160

AND-NOTTIM027

161

ORLD

162

AND-NOT20013

163

AND-NOT0001

164

OUT1101

165

LD20001

166

AND-NOTTIM005

167

LD20203

168

AND-NOTTIM027

169

ORLD

170

AND-NOT0001

171

AND-NOT20009

172

OUT21000

173

LD21000

174

OR20011

175

AND-NOT0001

176

OUT1002

177

LDTIM001

178

AND-NOTTIM002

179

LDTIM017

180

AND-NOTTIM018

181

ORLD

182

AND-NOT20004

183

AND-NOT0001

184

OUT20007

185

TIM009#002

186

LDTIM004

187

AND-NOTTIM005

188

LDTIM026

189

AND-NOTTIM027

190

ORLD

191

AND-NOT20004

192

AND-NOT0001

193

OUT20008

194

TIM010#2

195

LD20007

196

OR20003

197

OR20002

198

OR20013

199

AND-NOT0001

200

OUT1100

201

LD20008

202

OR20005

203

OR20006

204

OR20009

205

AND-NOT0001

206

OUT1102

207

LD0002

208

OR20009

209

AND-NOTTIM011

210

OUT20009

211

TIM011#100

212

LD20009

213

AND-NOT20010

214

OUT20011

215

TIM012#010

216

LDTIM012

217

ORTIM015

218

OR20010

219

AND-NOTTIM013

220

OUT20010

221

TIM013#010

222

LD0003

223

OR20013

224

AND-NOTTIM014

225

OUT20013

226

TIM014#100

227

LD20013

228

AND-NOT20010

229

OUT20014

230

TIM015#010

231

END

215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

三、总结

（一）难点分析

　　本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题

　　1、行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系

　　因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的

所以在编程前一定要理清它们

这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算

　　2、盲人脉冲按键

　　盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现

可以说是非少的

如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况

要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开

　　3、手动车流控制按键的控制方式

　　手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制

但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况

如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯

这就涉及到了一个请求和响应的关系

　　4、交通灯的闪亮

　　交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的

所以在设计程序中也要加入这个功能

参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器

这是一种硬件实现功能的方法

虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制

由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条~第94条指令之间）

此方法可以说是软件实现功能的方法

虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活

（二）调试错误与修改方法

　　经过设计

想一次性把程序完成是非常难的

在调试中就出现了不少的错误

　　刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了

那时真的不知道从哪里入手

只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了

灯虽然是亮了但仍然循环不起来

从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来

突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控

于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了

包括里面的辅助继电器

最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号

后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了

虽然找错误是一个枯燥无味的工作

但只要你耐心的去做的话

你肯定能学到有用的动西

（三）PLC智能化控制交通灯的方法

　　传统的十字路口交通控制灯

通常是事先经过交通流量的调查

运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好

然而实际上交通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、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

需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯

而模糊控制恰恰具有这方面的优势

此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模糊控制传统的十字路口交通控制灯

通常是事先经过交通流量的调查

运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好

然而实际上交通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、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

需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯

而模糊控制恰恰具有这方面的优势

　　此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模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量

具体由传感器采集后送入可编程序控制器

在十字路口的四个方向（E、S、W、N）的近端J（斑马线附近）和远端Y（距斑马线约100米处）各设置一个传感器

分别统计通过该处的车辆数

为了实现模糊控制

需要将绿灯时间分为两部分：

其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2

然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2

最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制

（四）收获与感悟

　　经过半个多月的艰苦奋斗

设计成果终于出来了

我才松了一口气

我通过采集资料、进行实际考察后

做出以上设计的方法

　　查找资料也是一件繁琐的事情

虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事

需要耐心查找

　　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

四、结束语

　　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

我和同学之间互相帮助

请教工厂师傅

有什么不懂的大家在一起商量

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同学和师傅的帮助

　　在此要感谢我的指导尹璐老师

感谢老师给我这样的机会锻炼

在整个毕业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毕业设计的最大收获和财富

使我终身受益

参考文献

　　[1].廖常初编.SPLC应用技术[M].北京：

机械工业出版社

2005.

　　[2]．三菱电机.FX3U

FX3UC微型可编程控制器编程手册.2005.

　　[3].三菱电机.FX1S

FX1N

FX2N

FX2NC编程手册.2002.

致谢

　　本课题在选题及研究过程中得到尹老师的亲切关怀和悉心指导下完成的

她严