十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制.docx
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十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
现代控制技术及PLC控制课程设计
姓名
学号
班级机电
专业机械电子工程
院别机械工程学院
指导教师
2013年7月5日
目录
第1章绪论2
第2章系统设计3
2.1控制要求3
2.2工作原理图4
2.3系统输入输出地址分配表5
2.4PLC外部接线图6
2.5工作流程图7
第3章编程设计8
3.1信号灯控制编程元件选择8
3.2梯形图9
3.3语句表12
3.3程序说明13
小结14
参考文献15
第1章绪论
在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。
但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。
如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。
传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：
事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。
为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。
另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。
随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。
可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
可编程控制器交通灯控制系统的特点：
①脱机手动工作；
②联机自动就地工作；
③上机控制的单周期运行方式；
④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；
⑤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。
本系统采用PLC是基于以下四个原因：
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可靠稳定，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根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。
西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。
西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。
本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控制。
第2章系统设计
2.1控制要求
采用PLC构成十字路口带倒计时显示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45º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2-1所示工作时序周而复始，循环往复工作。
正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。
SA1手柄指向中间0º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，数码管显示99不变。
SA1手柄指向右45º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，数码管显示99不变。
控制信号说明见表。
图2-1十字路口交通灯正常工作时序
表2-2十字路口交通灯控制信号说明
2.2十字路口的系统框图
为了确保车辆在十字路口顺利通过，往往采用自动控制的信号灯来指挥。
其中红灯（Ｒ）辆，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示警告；绿灯（G）亮表示允许
为了确保车辆在十字路口顺利通过，往往采用自动控制的信号灯来指挥。
其中红灯（Ｒ）辆，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示警告；绿灯（G）亮表示允许通行。
交通控制器的系统框图如图2-3所示。
图2-3交通等控制器系统框
2.3工作原理图
工作方式满足图2-4所示顺序工作流程。
图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。
两个方向的工作时序：
东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等东西方向亮黄、绿灯时间之和。
假设每个时间单位为5S，则南北、东西方向绿、黄、红左行道灯亮时间分别为
30S、25S、2S，一次循环为60秒。
其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，绿灯是间歇闪烁。
表4.1I/O地址分配表
输入信号
输出信号
文字符
说明
文字符
说明
I0.0
正常启动
Q0.0
东西绿灯
I0.1
停止
Q0.1
东西黄灯
I0.2
SA1-2接通
Q0.2
东西红灯
I0.3
SA1-3接通
Q0.3
报警灯
Q0.4
南北绿灯
Q0.5
南北黄灯
Q0.6
南北红灯
Q1.0
数码管显示个位计数
Q1.1
Q1.2
Q1.3
Q1.4
Q1.5
Q1.6
Q2.0
数码管显示十位计数
Q2.1
Q2.2
Q2.3
Q2.4
Q2.5
Q2.6
信号
绿灯亮
绿灯闪
黄灯亮
红灯亮
时间
25S
3S
2S
30S
南北
信号
红灯亮
绿30S灯亮
绿灯闪
黄灯亮
时间
30S
25S
3S
2S
其中,S7-200CPU222系统有8个输入信号和6个输出信号.1个模拟量电位器，最多可扩展10AI/AO点。
4KB用户程序区和2KB数据存储区。
有4路高速计数器（30KHZ），2路高速脉冲输出，1个RS485通信/编程口，2个独立的输入端可同时作加、减计数，可连接2个相位差为90度的A/B相增量编码器。
可以进行一定模拟量的控制和2个模块的扩展，对于比较适合小型的控制系统。
所以在这个设计中选用了S7-200CPU222[4]。
在硬件接线图中，输入口I0.0接收启动按钮SB1的输入，输入口I0.1接收停止按钮SB2的输入；输出口Q0.0接收东绿灯和西绿灯，输出口Q0.1接收东黄灯和西黄灯，输出口Q0.2接收东红灯和西红灯，输出口Q0.3接收报警灯，输出口Q0.4接收南绿灯和北绿灯，输出口Q0.5接收南黄灯和北黄灯，输出口Q0.6接收南红灯和北红灯。
设计交通信号灯PLC控制梯形图和指令语句。
交通信号灯PLC控制梯形图
PLC控制的指令表
LDI0.0
OM0.0
ANI0.1
=M0.0
LDM0.0
LPS
ANQ0.3
ANT41
TONT37,300
LRD
AT37
TONT38,250
LRD
AT38
TONT39,30
LRD
AT39
TONT40,20
LRD
AT37
TONT41,300
LRD
AT44
TONT42,20
LRD
ANQ0.3
ANT37
TONT43,250
LRD
AT43
TONT44,30
LRD
ANT46
TONT45,5
LRD
AT45
TONT46,5
LRD
ANT37
ANQ0.3
=Q0.2
LRD
LDQ0.6
ANT38
LDT38
ANT39
AT45
OLD
ALD
=Q0.0
LRD
AT39
ANT40
=Q0.1
LRD
LDQ0.2
ANT43
LDT43
ANT44
AT45
OLD
ALD
=Q0.4
LRD
AT44
ANT42
=Q0.5
LRD
AT37
=Q0.6
LPP
AQ0.0
AQ0.4
=Q0.3
程序说明
（1）按下启动按钮SB1，I0.0闭合，M0接通闭合并自锁。
第3逻辑行中的M0.0常开触点闭合，计时器T37接通并计时；第9逻辑行中的T43接通并计时，第11、12逻辑行中的T45，T46组成1S的时钟脉冲；第13逻辑行中的Q0.2接通，东、西向红灯工作；由于Q0.2的接通，第17逻辑行中Q0.4接通，南、北向绿灯亮。
（2）经过25S后，第9逻辑行行中的T43动作，第17逻辑行中的计时器T43的常闭触点断开，Q0.4断电；第18逻辑行中的T43的常开触点闭合，使得当T45常开触点闭合时Q0.4接通，T45的常开触点断开时Q0.4断开，此时南、北绿灯闪烁。
（3）由于第9逻辑行中的T43动作，第10逻辑行中的T43的常开触点闭合，同而计时器T44接通，经过3S后，T44动作；T44在第18逻辑行中的常闭触点断开，南、北绿灯闪烁结束；同时第19逻辑行中的T44的常开触点闭合，Q0.5接通，南、北黄灯工作；第8逻辑行中的T44的常开触点闭合，计时器T42接通并计时；经过2S后，T42动作，第19逻辑行中的T42的常闭触点断开，Q0.5失电，南、北黄灯停止工作。
（4）当南、北黄灯停止工作时，第3逻辑中的计时器T37正好经过30S计时动作，第13逻辑行中的T37的常闭触点断开，东、西红灯熄灭；第20逻辑行中的T37的常开触点闭合，Q0.6接通，南、北红灯工作；由于Q0.6的接通，因而第14逻辑行中的Q0.0的常开触点闭合，东、西绿灯工作。
（5）T37动作后，第4逻辑行中的T37的常开触点闭合，T38接通并计时，第7逻辑行中的T37的常开触点闭合，T41接通并计时。
（6）经过25S后，第4逻辑行中的T38动作，第14逻辑行中的计时器T38的常闭触点断开，Q0.0断电；第15逻辑行中的T38的常开触点闭合，使得当T45的常开触点闭合时Q0.0接通，T45常开触点断开时Q0.4断开，此时东、西绿灯闪烁。
（7）由于第4逻辑行中的T38动作，因而第5逻辑行中的T38的常开触点闭合，计时器T39接通，经过3S后，T39动作；T39在第15逻辑行中的常闭触点断开，东、西绿灯闪烁结束；同时第16逻辑行中的T39的常开触点闭合，Q0.1接通，东、西黄灯工作第6逻辑行中的T39的常开触点闭合，计时器T40接通并计时；经过2S后，T40动作，第16逻辑行中的T40的常闭触点断开，Q0.1失电，东、西黄灯停止工作。
（8）当东、西向黄灯停止工作时，正好南、北向红灯工作了30S，即第7逻辑行中的T41计时30S，此时T41动作，第3逻辑行中的T37复位，且使得第4、7、13、20逻辑行中的常开触点复位，进入下一次循环。
小结
当我知道我的课题是：
交通信号灯控制系统的设计,我想这个课题是很容易的，这样我更应该做的更好。
当真正做起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西以前学了，但现在用起来可能又有点疑问。
就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。
而你要画出来的话，你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是怎样，以及怎么划分区域等。
遇到这些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。
我认为这是一种最好的学习方法——通过实践去检验自己的知识。
这个只有你自己投入进去你才能发现自己知识点的欠缺。
作为一名机械电子工程专业的学生对电器原理图的了解更应该有深刻的认识，知道它的重要性。
要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。
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，而且需要耐心查找。
在程序设计过程中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。
现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。
特别对多顺序控制设计有了一定的了解。
这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。
只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程对你来说将变的非常容易。
一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。
当然对于简单的流程也可以用顺序设计。
这种方法也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂，条理清晰。
但结构多。
对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。
通过本系统的设计，对于西门子S7-200系列PLC的特点有了更深的了解。
十字路口交通灯控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关、交通等输入/输出点进行控制，实现了十字路口交通灯控制中的自动化。
这只是一个简单的控制系统，并不能十分有效的改变交通的现状，不过可以根据现实中某一方向车流量的大小来对程序进行改变，使之更适合交通的现实状况。
参考文献
廖常初《可编程序控制器的编程方法与工程应用》[M]重庆大学出版社
钟肇新彭侃《可编程序控制器原理及应用》[M]华南理工大学出版社
戴仙金《西门子S7-200系列PLC应用与开发》[M]中国水利水电出版社
罗宇航《流行PLC实用程序及设计》[M]西安电子科技大学出版社
张立科《PLC应用开发技术与工程实践》[M]人民邮电出版社
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