基于PLC交通灯控制系统毕业设计.docx
《基于PLC交通灯控制系统毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC交通灯控制系统毕业设计.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC交通灯控制系统毕业设计
本科生毕业论文（设计）
基于PLC的交通灯控制系统设计
学院：
信息工程
专业：
自动化____
班级：
09自动本
（1）班
学生姓名：
_
指导老师：
__
完成日期：
_____
摘要
城市交通控制系统在交通监控指挥系统中占很大比重，非常重要，它是一个电脑综合管理的系统，它用于疏导交通，检测交通数据，控制交通信号灯。
解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。
但现在有的交通信号灯不能满足现在社会发展的需要，根本不能够根据实际交通状况进行调节控制。
现今PLC（可编程序控制器）在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便、用法简单、通用性强等特点，我将用三菱FX2N系列的可编程控制系统来控制主道和副道组成的十字路口的交通灯，来说明可编程控制器硬件、软件的设计。
关键词：
PLC（可编程控制器）、三菱FX2N、交通灯、功能特点。
Abstract:
Citytrafficcontrolsystemaccountedforalargeproportion,isveryimportantintrafficmonitoringandcommandsystem,itisacomputerintegratedmanagementsystem,itusedtodiverttrafficdetection,trafficdata,controloftrafficsignallamp.Thetrafficlightcontrolsystemisimportantforthetrafficorder,security,fastoperation.Butnowsomeofthetrafficsignallightscannotmeetthecurrentsocialdevelopmentneeds,simplycannotbeadjustedaccordingtoactualtrafficcontrol.ThePLC（programmablelogiccontroller）inindustialautomationpositionisextremelyimportant,widelyusedinvariousindustries.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,thefunctionoftheprogrammablecontrollerisincreasinglyperfect,togetherwiththesmall,lowcost,highreliability,applicationinmodernindustryismoreprominent.CitytrafficlightcontrolsystemusingPLCdevicehastheadvantagesofhighreliability,easymaintenance,theuseofsimple,universal,trafficlights,IwillusetheMitsubishiFX2Nseriesprogrammablecontrolsystemtocontrolthecompositionofthemainandsideroadcrossroads,toillustratethedesignoftheprogrammablecontrollerhardware,software.
Keywords:
PLC（programmablelogiccontroller）,MitsubishiFX2N,trafficlights,functioncharacteristics.
第1章绪论
1.1引言
交通得到有效果的管制，得益于交通信号灯。
它对减少交通事故，提高道路最大车流量，疏导交通有很明显的作用。
为达到交通管理的科学和先进性要求，保证了交通道路的管理。
实验证明，用PLC实现管制交通灯的控制系统，和这个系统的硬件和软件的设计，可以有效的提高道路的通行能力，疏导交通能力也很强，并且能够简洁，经济的实现。
可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
科技在发展，PLC的功能越来越强大，又有诸多优点，所以它在现代工业中的作用非常重要。
1.2前言
随着社会经济的发展，带来了城市的交通拥挤。
因此，现今提高道路通行能力，实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。
在80年代后期，这些城市都开始建设高速公路，在第一批高速路完工的那段时间，那些路也暂时有效的改善了交通压力。
但是，由于路上车越来越多，人们对高速路的系统研究和操作没有很好的认识，所修建的高速路没有达到预期的目的。
高速公路在城市结构上的特点，使得交通情况一定会让普通的路和高速路连接处的限制。
那么，怎样找到适合的方法去控制，充分利用用了很多心血建造的高速路减轻交通堵塞的状态，变成了政府部门急需解决的问题。
道路通交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。
在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，其它组成部分也存在着较大的可变性和随机性。
只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。
此前有很多道路路口都是引用很陈旧的控制系统来控制交通灯，往往不能满足道路通行的需要。
所以我认为交通灯控制系统很有改进的必要，它需要顺应社会生活的需要。
也需要找到功能更强大，应用更方便，性价比更高的控制系统。
我们要从实际应用角度去分析各个地方的交通情况，切合实际去设计控制系统来解决这些潜在的问题。
第2章总体方案设计
2.1设计课题
设计课题：
基于PLC的交通灯控制系统设计。
2.2方案比较
方案一：
十字路口每个方向各一组红绿灯，共四组。
其控制简单方便。
当启动PLC时，南北方向绿灯亮20S，同时东西方向红灯亮27S；然后南北方向绿灯闪3次后，南北方向黄灯亮2s，之后南北方向红灯亮并维持27S；此时东西方向红灯仍然保持亮2S后，东西方向绿灯亮并维持20S，然后东西方向绿灯闪3次后，东西方向黄灯亮2S，如此循环。
如图：
图2.1十字路口交通灯示意图
方案二：
当启动PLC时，前半个循环为东西方向直行左转的红灯亮60S，南北方向人行道绿灯亮60S。
在此时段内：
①前30S内，南北方向左转红灯亮30S，且南北方向直行绿灯亮27S，然后南北方向直行黄灯亮3S。
②后30S内，南北方向直行红灯亮30S，且南北方向左转绿灯亮27秒，然后南北方向左转黄灯亮3S；后半循环为南北方向人行道红灯亮35S。
同时东西方向直行左转绿灯亮32S，且南北方向直行红灯亮35S，南北方向左转红灯亮35S，当东西方向直行左转绿灯32S后，东西方向直行左转黄灯亮3S。
如此循环。
东西方向人行道为过街天桥。
如图：
图2.2十字路口交通灯示意图
2.3方案论证：
第一种方案：
它只适用于一般小型城市且车流量不大的十字路口，现今它已经无法满足较大城市交通的需要，很容易出现交通堵塞，车辆滞留的现象。
这种情况出现太频繁，也是不可能让交警随时都到现场指挥交通的，这样就没有达到红绿灯控制交通的需要。
所以这种系统在大城市已经走向淘汰的边缘。
第二种方案：
它是由主道和副道组成的十字路口，现今的交通状况各式各样，该方案主道（南北方向）设计了左转、直行和右转的三组信号灯。
在副道（东西方向）上设计的则是右转一组信号灯，直行和左转为一组双箭头的信号灯。
因为主道的车流量较大，工作比较繁忙，因此给予它的通行时间就较长，东西红灯亮60S，南北直行左转信号灯在此期间转换两次，来舒通车流。
而东西方向为副道，车流量较小，我给予它的通行时间相对较短，只有35S。
此时南北方向都不通车。
这样设计避免了主道车辆滞留的情况发生，副道35S通行时间也足够车辆通行了，因为它本来车流量就少。
也不用安排紧急情况的控制，即使出现紧急情况的时候，交通灯已经是起不多大作用的了，此时就由交警进行人为的指挥控制。
在人行道方面，南北方向上铺设了人行道，方便人们通行，人行道的绿灯也为60S,红灯为35S。
人行道信号灯的亮灭也是根据东西方向红灯与绿灯的亮灭来决定的。
而东西方向采用了天桥进行人流疏导。
避免堵塞主通道的交通，方便车辆通行。
2.4方案选择
综上所述,方案一在车流量较小的地方很实用，但是一到大城市车流量很大的地方就不能满足该地区的交通疏导的需要。
其优点：
设计简单，使用方便，成本低。
其缺点：
系统过于简单，有些地段不能满足实际情况的需要。
方案二为主通道和副通道的汇合十字路口交通灯设计。
其优点：
简单实用，能满足大部分路口的需要。
由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也不一样，所以我选择的设计思路就是根据车流较大的主道和车流较少的副道相结合的路口，来设计交通灯控制系统，即方案二。
还有，现今出现了各个控制系统，如：
单片机控制系统、PLC可编程控制系统、微机控制系统和继电器控制系统等。
我选择了PLC可编程控制系统来作为交通灯的控制系统。
因为它可靠性高，抗干扰强，结构简单，编程简单、使用、维护方便，功能强大，还有它的体积小，重量轻，功耗低。
这些都是为了设计出简单实用的控制系统，来解决当前交通系统的现状。
第3章交通灯控制系统设计
3.1PLC型号选择
根据设计要求得出，只需一个启动按钮SB1与一个停止按钮SB2两个输入信号，而东西南北的红绿灯共10组信号灯，另外有4组人行道信号灯。
共12个输出信号。
为了避免大材小用，而造的资金浪费，同时要保证现实操作的可行性，则选用三菱型号为FX2N-32MR-001的PLC机型。
PLC种类中最先进的是FX系列中的FX2N，FX2n系列拥有的特点有下面这些：
程式执行更快、最大范围的包容了标准特点，适用世界各地不一样的电源，满足个人需要，和全面补充了通信功能的大量特殊功能模块，它可以把你的工厂的灵活性和控制能力的自动化应用变成最大。
为满足不同需要，它为很多实际应用而开发的特别功能开发了每个范围的特别功能模块用来满足不一样的需要。
模拟高速计数器和I/O，外围设备可以用24V、400mA直流电源，内置式24V直流电源。
因为采用了优良的可维护性快速断开端子块，就算是接了电缆同样可以换单元。
小时表功能以及时钟功能在所有的FX2N的PLC中都有实时时钟标准。
时间设置和比较指令易于操作。
小时表功能对过程跟踪和机器维护提供了有价值的信息。
持续扫描功能为应用所需求的持续扫描时间定义操作周期。
在线程序编辑在线改变程序不会停止运转生产和损失工作时间。
RUN/STOP开关面板上停止/运行开关操作方便。
远程维护较远的编程软件可以用MODEM通信上载，、或卸载程序，监测和数据密码保护使用一个八位数字密码保护您的程序。
FX2N-32MR-001的PLC机型，I/0总点数为32点，输入点数为16点（X000到X017）输出点为16点（Y000到Y017），为继电器输出，交流电源、24V直流输入类型。
它更具有灵活的配置，除了具有满足特殊需求的大量特殊模块外,6个基本单元中的每个单元可扩展至256个I/O。
有高速运算，基本指令:
0.08us/指令，应用指令:
1.52至几百us/指令。
有突出的寄存器容量，FX2N系列包括8K步内置RAM寄存器,用一个寄存器盒可扩展到16RAM或EEPROM。
有丰富的元件资源，3072点辅助继电器,256点计时器,235点计数器,8000数据存储器。
满足我设计的需要。
为了简约整个系统组件及成本，提高工作可靠性，交通灯选用220VAC为宜，选用其它型号的交通灯，只需加装相应等级电压转换装置即可，同时要特别注意单点负载电流不能超过2A，若高于2A则要采取隔离技术手段。
3.2硬件设计及I/O分配
3.2.1硬件选择
表3.1
名称
型号及要求
备注
PLC主机
FX2N-32MR-001
主令器
XB2-BW33B1C绿
XB2-BW33B1C红
SB1
SB2
FU熔断器
10A
交通信号指示灯
220VAC单个灯工作电流不大于1A即可
10套,其中2套为直行左转双箭头型
人行道指示灯
220VAC单个灯工作电流不大于1A即可
4套
电线
BVR-1.5mm/450v
长度实测
其它附件
略
据实测定
3.2.2I/O分配
表3.2
序号
端口
连接器件
输入（I）
1
X000
启动按钮SB1
2
X001
停止按钮SB2
输出（O）
3
Y000
东南西北右转绿灯
4
Y001
南北直行绿灯
5
Y002
南北直行红灯
6
Y003
南北直行黄灯
7
Y004
南北左转红灯
8
Y005
南北左转黄灯
9
Y006
南北左转绿灯
10
Y007
东西直行右转红灯
11
Y010
东西直行右转黄灯
12
Y011
东西直行右转绿灯
12
Y012
南北人行道绿灯
13
Y013
南北人行道红灯
3.2.3硬件接线图
图3.1硬件接线图
3.3十字路口交通信号灯的控制要求
表4.3
东西直行左转
信号
红灯
绿灯亮
黄灯亮
时间
60S
32S
3S
南北直行
信号
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
红灯
时间
27S
3S
\
\
\
30S
35S
南北左转
信号
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
绿灯亮
黄灯亮
红灯亮
35S
时间
\
\
30S
27S
3S
\
南北人行道
信号
绿灯
35S
时间
60S
东南西北右转绿灯
时间
PLC开启后一直亮
南北方向直行左转绿灯和东西方向直行左转绿灯不能同时点亮。
如果同时点亮，则应立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号，立即检修。
系统工作后，首先东西方向直行左转红灯亮并维持60S，且东南西北方向的右转绿灯亮，一直维持点亮的状态。
在东西方向直行左转红灯亮的同时，南北方向人行道绿灯亮并维持60S。
南北方向左转红灯亮并维持30S，且南北方向直行绿灯亮并维持27S，然后熄灭，同时南北方向直行黄灯亮并维持3S，然后熄灭。
南北方向左转红灯亮30S后熄灭时，南北方向直行红灯亮并维持30S，同时南北方向左转绿灯亮并维持27S，熄灭的同时南北方向左转黄灯亮并维持3S，然后熄灭。
东西红灯熄灭时，南北人行道红灯亮并维持35S。
在同时东西方向绿灯亮并维持32S，且南北方向左转红灯亮并维持35S，南北方向直行红灯亮并维持35S。
当东西方向绿灯32S后熄灭时，黄灯亮并维持3S，然后熄灭。
至此，结束一个工作循环。
3.4交通灯控制系统时序图
图3.2系统时序图
3.5交通灯PLC系统梯形图/指令表
3.5.1交通灯PLC系统梯形图·
图3.3交通灯PLC系统梯形图
3.5.2指令表
3.4指令表
LD
X000
72
LD
T8
1
OR
Y000
73
OR
M5
2
ANI
X001
74
ANI
Y007
3
OUT
Y000
75
OUT
M5
4
LD
Y000
76
LD
T7
5
ANI
M1
77
OR
M10
6
OUT
Y001
78
ANI
Y007
7
OUT
T2
K270
79
OUT
M10
10
LD
M1
80
LD
Y011
11
OR
T2
81
OR
T0
12
ANI
M7
82
AND
Y000
13
AND
Y000
83
ANI
M6
14
OUT
M1
84
OUT
Y011
15
LDI
Y001
85
OUT
T7
K320
16
AND
Y000
88
LD
M6
17
OUT
T3
K30
89
OR
T7
20
LD
T3
90
AND
Y000
21
OUT
T4
K300
91
AND
Y011
24
LD
T4
92
OUT
M6
25
OUT
T5
K350
93
LD
T1
28
LD
M7
94
OR
M8
29
OR
T5
95
ANI
T4
30
AND
Y000
96
AND
Y000
31
ANI
YOO1
97
OUT
M8
32
OUT
M7
98
LD
Y000
33
LD
Y000
99
ANI
M8
34
ANI
Y002
100
OUT
Y004
35
OUT
T1
K300
101
LD
Y000
38
LD
T1
102
AND
M9
39
OR
M2
103
OUT
Y005
40
ANI
M7
104
LD
M9
41
AND
Y000
105
OR
T9
42
OUT
M2
106
ANI
T11
43
LD
Y000
107
AND
Y000
44
AND
M2
108
OUT
M9
45
OUT
Y002
109
LD
Y000
46
LD
T3
110
AND
Y007
47
AND
Y000
111
OUT
T9
K570
48
OUT
M3
114
LD
M9
49
LD
T2
115
OUT
T11
K30
50
OR
Y003
118
LD
Y000
51
AND
Y000
119
ANI
Y004
52
ANI
M3
120
ANI
M11
53
OUT
Y003
121
OUT
Y006
54
LD
Y000
122
OUT
T10
K270
55
ANI
M4
125
LD
T10
56
OUT
Y007
126
OR
M11
57
OUT
T0
K600
127
ANI
M7
60
LD
T0
128
AND
Y000
61
OR
M4
129
OUT
M11
62
AND
Y000
130
LD
Y000
63
ANI
M7
131
AND
Y007
64
OUT
M4
132
OUT
Y012
65
LD
Y000
133
LD
Y000
66
AND
M10
134
ANI
Y007
67
ANI
M5
135
OUT
Y013
68
OUT
Y010
136
END
69
OUT
T8
K30
3.6PLC接地
PLC安全可靠运行的重要条件之一就是良好的接地，为了减少干扰，PLC的接地线尽量缩短，让接地点尽量接近PLC，一般情况下，PLC最好单独接地，和其它器械分别使用各自的接地装置。
并且，接地电阻要<一百欧姆，接地线的截面要大于两平方毫米。
还有，可编程控制器的CPU单元必须接地，如果用了I/O扩展单元等，那么CPU单元应需要和它们拥有一样的接地体，并以随便一个单元的保护接地端到地的电阻都不能大于一百欧姆。
3.7程序调试
该程序在PLC的模拟机中做试运行。
我们所选的PLC型号也是FX2N系列。
首先将编写好的程序使用电脑通过PLC编译工具写入PLC，写入时要注意先把PLC原有的程序删除然后在写入操作。
没有进行删除操作则PLC里存的较长程序不能被覆盖，将会干扰本次的程序运行。
其次将各个接点之间的连接线按照硬件接线图正确连接，且连接牢固以免出现因接线问题影响程序运行。
1.做好准备后，监控开始。
按下启动按钮SB1，启动30S后，南北方向直行绿灯Y001不灭，后面循环继续，但是每盏灯亮后都不熄灭。
经过分析为梯形图中没有加辅助继电器，只有时间继电器无法断开线路。
所以线圈一直得电，灯一直不灭。
经过调整后，我加入了11个辅助继电器，由时间继电器来控制辅助继电器，再以辅助继电器来控制线路的导通和断开。
修改完成后继续通电，启动后，到T7运行时它没有计时。
东西绿灯亮后不灭，经过对梯形图检查后得出，梯形图中出现2组T7线圈。
因此不能计时。
经过修改，启动后循环能达到设计要求。
如图：
图3.4错误
在检查的时候发现图3.4为多余的T7，经过修改将其支路去掉，并保留了图3.5。
它经过调整后能保证T7正确计时并动作。
如图：
图3.5正确
3.5就已经能够满足T7计时和动作的需要。
而且也不影响东西直行左转绿灯Y007的亮灭。
2.当程序运行后，按下停止按钮SB2时，经过监控看到部分辅助继电器线圈继续得电，没有断开。
没有达到及时停止的要求。
经过分析得是因为辅助线圈前没有加使其停止的常开触点Y000。
在加上Y000常开触点后，启动程序，能达到设计所需要的要求。
能无限循环下去，且按下停止按钮SB2后，能及时停止。
我以M3支路为例。
如图：
图3.6错误
图3.6为未加Y000常开触点的支路。
图3.7正确
图3.7为加上Y000常开触点的支路，加上过后能满足随时断电的要求。
3.在程序运行的过程中，南北直行红灯Y002不亮，经过检查发现是因为T1计时完成后断电，用T1延时闭合的触点来控制Y002达不到闭合的目的。
经过修改，我将支路中加入了Y000常开触点，另外用M2常开来控制Y002南北直行红灯的亮灭。
而M2用上自锁触点，用T1和M7来控制M2的通断状态。
修改完成后通电，能按要求正常亮灭。
如图：
图3.8为用T1和T5来控制的，不能达到程序正常亮灭的要去。
图4.8错误
图3.9正确
图3.9为修改后用M2来控制Y002的亮灭，能达到程序控制的要求。
前面也提到我所加的辅助继电器，全用时间继电器来控制达不到要求。
这也是属于没加辅助继电器控制出现错误的范畴。
程序运行后，南北人行道绿灯Y012一直亮不熄灭，而南北人行道红灯Y013一直不亮。
经过检查发现T0计时完毕后就断电了，动作后马上又恢复到初始闭合和断开的状态，不能达到此处控制人行道红绿灯的目的。
因为他无法长时间闭合和断开。
如图：
图3.10错误
图3.10为T0计时来控制，无法达到要求控制的目的
升级会员 