基于PLC的交通信号灯控制系统设计.docx
《基于PLC的交通信号灯控制系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于PLC的交通信号灯控制系统设计.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于PLC的交通信号灯控制系统设计
基于PLC的交通信号灯控制系统设计
摘要
古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳定的控制系统。
现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。
本论文就是运用PLC原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于可编程序控制器在交通系统的运用，系统介绍了可编程序控制器的基本原理。
我们所设计出来的交通灯必须美观、大方、经济适用、有多种变化，为了达到要求，并考虑到节省电子元件的成本，以达到最大经济效益，运用欧姆龙系列的PLC来控制红绿灯的变化，经过对现今交通灯控制系统进行实地考察，选择一种最优方案，用以在一定程度上缓解目前交通压力。
关键词：
交通灯；PLC；自动控制
BasedonPLCtrafficlightcontrolsystemdesign
ABSTRACT
Themostancienttrafficallightcontrolunitwasdesignedbydigitalelectriccircuit.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,thetrafficlightwhichdesignedbyelectriccircuitcannotcontaintheincreseingpressureofthetrafficaldaybyday,sowemustfindanewmethodtoreplacethecontrolunitwhichiscomplexandworkedinsteady.Nowaday,thetechnicalofprogramballogiccontrolleradvancedraiply,andusemoreandmorewide.PLC（ProgrammableController）isoneofthemostimportantcomponentsoftheindustryautomation.PLCprovideautomationsolutionacrossabroadrangeofmanyindustries.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,thefunctionofPLCismoreandmoreperfect,anditsgetsmaller,smarter,moreinteroperable,morereliable.thisthesiswasdesignedbyPLCtocontrolthetrafficallight.wedesignatrafficallightBasedonapplicationofPLCinthetrafficsystem,thispapersystematicallydescribesthefoundationalprincipium,therequestofthedesignmustbebeautiful,generous,theeconomyapply,hasmanyvarieties.Shouldrequestforthesakeofattain,andconsiderthecostoftheeconomicalelectronicscomponent,toattainthebiggestandeconomicperformance,adoptlittleprogramballogiccontrollertocontrolthechangeofthetrafficallight,wehavechecedthepresenttrafficcontrolunit,shooseabestplan,inordetoalleviatethepresenttrafficpressure.
KEYWORDS:
Trafficlight；PLC；Tutomaticalliescontrol
目录
基于PLC的交通信号灯控制系统设计.….....………………………………………6
摘要…......…………………….....................…………………………………………………..6
目录….....….....................………………………………………………………………………..8
前言….…….……………………………………………………………………………………..9
第一章概述…….…………………………………………………………………………10
§1.1交通灯的发展史..............................................................................................10
§1.2我国城市交通的发展现状………………………………………………....10
第二章PLC的基础知识…….……………………………………………………......11
§2.1PLC简介.……………………………………………………………………..…..11
§2.2主要方法……………………………………………………………………........12
§2.3重点要解决的问题……………………………………………………………12
§2.4具体要求………………………………………………………………………….12
第三章系统单元设计…………………......……………………………………………13
§3.1I/O连线图………………………………………………………………………13
§3.2正常时期程序…………………………………………………………………...13
§3.3程序高峰时期……………………………………………………………….....17
§3.4指令表…………………………………………………………………………….21
第四章设计说明书………………………………………………………………………25
§4.1定时器（绿灯闪烁）……………………………………………………….25
§4.2晚间黄灯闪烁……………………………………………………………………25
§4.3急停…………………………………………………………………………….......26
§4.4结束…………………………………………………………………………….......26
§4.5顺序功能图………………………………………………………………….......26
§4.6交通灯示意图…………………………………………………………….........29
第五章结论……….....……………………………...………………………………………..30
参考文献…………………………………………………………………………………………31
致谢….....….....................……………………………………………………………………….32
前言
在现代城市中，人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题也日益重要。
因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。
交通信号灯常用与交叉路口，用来控制车的流量，提高交叉口车辆的通行能力，减少交通故障，有了交通灯人们的安全出行有了很大保障。
自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化、科学化、简便化，尤其是近几年来，随着电子与计算机的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，这些为交通灯控制电路的设计提供了一定的技术基础。
本设计通过采用数字电路对交通信号灯控制电路的设计，提出使交通灯控制电路用数字信号自动控制十字路口红、黄、绿交通灯的状态转化的方法，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口交通管理的自动化。
因此，在本次课程设计里，将以传统的设计方法为基础来实现设计交通控制信号灯。
本实验设计目的是培养数字电路的能力，掌握交通信号灯控制电路的设计方法。
本设计主要有傅敏勇独立完成。
由于所学知识及经验有限，设计中难免出现一些错误，敬请老师批评指正。
第一章概述
§1.1交通灯的发展史
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。
但这一技术在19世纪就已出现了。
1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。
这是世界上最早的交通信号灯。
1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。
它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。
1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。
电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。
红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。
1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。
带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。
红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。
红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。
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。
1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。
绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。
左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。
红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。
黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。
随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。
俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。
作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应具有可靠性。
§1.2我国城市交通的发展现状
随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，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。
目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是那些大城市，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道路，在高速道路建设完成的初期，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与普通道路耦合处交通状况的制约。
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、城区同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。
因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问题的根本，现在也有很多城市开始考虑用GPS定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通压力，但以目前的经济条件还不能完全实现。
那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今路口的实际车流量来确定好放行时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用PLC原理来完成多交通灯的最优控制。
在工业控制和自动控制的PLC应用系统中，PLC具有很强的抗干扰性，PLC往往是作为一个核心部件来使用。
第二章PLC的基础知识
§2.1PLC简介
可编程控制器简称——PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
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。
专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
可编程控制器（PLC）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端口，并根据输入端口的状态，按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的软件编写，使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控制器按预定的控制方案执行控制任务。
目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有少数采用单片机构成。
对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则需要加入大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件。
而且交通控制智能化需要按实际情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。
如使用单片机控制，则需要引入大量I/O接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。
采用可编程控制器对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又具有高的抗干扰和稳定性。
PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术（Computer,Control,Communication）相结合，不断发展完善的。
目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大下面就其在公路交通领域的应用做一简单介绍：
PLC型交通灯控制器：
将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。
目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。
由于PLC本身具有通讯联网功能，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。
§2.2主要方法
软件模拟，设计PLC端子接线图，并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。
§2.3重点要解决的问题
一、指令的编写
二、PLC端口接线，完成程序调试
三、提出便于修改程序的可行性方案
§2.4具体要求
（1）I/O连线图
（2）顺序功能图
（3）梯形图
（4）指令表
（5）设计说明书
第三章系统单元设计
§3.1I/O连线图
如图3-1I/O接线图I/O分配图
§3.2正常时期程序
要求：
正常时段按时序
（2）运行，东西信号绿灯亮20S绿灯闪亮5S（先两后暗）黄灯亮5S红灯亮30S。
南北信号红灯亮30S绿灯亮20S绿灯闪亮5S（先亮后暗）黄灯亮5S如表3-2。
表3-2正常时期
启动时
按下X1开启S510,正常时段开始运行，ZRSTS500S505则将高峰时期的运行停止。
S510开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，辅助继电器M1得电，定时器T6开始计时，25S后开启S511。
S511开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，辅助继电器M2得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T7开始计时，5S后开启S505。
S512开启后，Y2（东西黄）输出，Y10（南北红）输出，定时器T8开始计时，5S后开启S513。
S513开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，定时器T9开始计时，25S后开启S514。
S514开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，辅助继电器M3得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T14开始计时，5S后开启S515。
S515开启后，Y0（东西红）输出，Y12（南北黄）输出，T5计时开始，5S后开启S500，即回到正常时期的第一步输出，RET循环，一直循环下去，直到选择其他状态或者停止。
§3.3程序高峰时期
要求：
高峰时段按时序
（1）运行，东西信号绿灯亮25S绿灯闪亮3S（先亮后暗）黄灯亮2S红灯亮30S。
南北信号红灯亮30S绿灯亮25S绿灯闪亮3S（先亮后暗）黄灯亮2S如表2-3。
表3-3高峰时期
启动
当按下按钮X0时，SETS500是开启步进S500，且ZRSTS510S515是将正常时期的程序停止掉。
S500开启后，Y1（东西绿）输出，Y10（南北红）输出，T0计时开始，25S后开启S501。
S501开启后，Y10（南北红）输出，Y1（东西绿）闪烁，辅助继电器M0得电，开始闪烁的定时器，Y1闪烁由定时器T10控制灯输出，T1计时开始，5S后开启S502。
S502开启后，Y2（东西黄）输出，Y10（南北红）输出，T2计时开始，5S后开启S503。
S503开启后，Y11（南北绿）输出，Y0（东西红）输出，T3计时开始，25S后开启S504。
S504开启后，Y0（东西红）输出，Y11（南北绿）输出，辅助继电器M1得电，开始闪烁，定时器T10控制绿灯闪烁，定时器T4开始计时，5S后开启S505。
S505开启后，Y0（东西红）输出，Y12（南北黄）输出，T5计时开始，5S后开启S500，即回到高峰期的第一步输出，RET循环，一直循环下去，直到选择其他状态或者停止。
§3.4指令表
如图表3-4
0
LD
X003
118
OUT
Y011
1
ZRST
M0
M10
119
MPP
6
ZRST
T0
T15
120
OUT
T4
K50
11
ZRST
S500
S515
123
AND
T4
16
LD
M0
124
SET
S505
17
OR
M1
126
STL
S505
18
OR
M2
127
OUT
Y000
19
OR
M3
128
OUT
Y012
20
ANI
T11
129
OUT
T5
K50
21
OUT
T10
K5
132
AND
T5
24
LD
T10
133
SET
S500
25
OUT
T11
K5
135
RET
28
LD
X002
136
LD
X001
29
OR
M10
137
SET
S510
30
ANI
X000
139
LD
X001
31
ANI
X001
140
ZRST
S500
S505
32
OUT
M10
145
STL
S510
33
LD
M10
146
OUT
Y010
34
ZRST
S500
S505
147
OUT
Y001
39
ZRST
S510
S515
148
OUT
T6
K250
44
ANI
T13
151
AND
T6
45
OUT
T12
K4
152
SET
S511
48
LD
T12
154
NOP
49
OUT
T13
K6
155
NOP
52
OUT
Y002
156
NOP
53
OUT
Y012
157
NOP
54
LD
X000
158
NOP
55
SET
S500
159
NOP
57
ZRST
S510
S515
160
STL
S511
62
STL
S500
161
OUT
M2
63
OUT
Y010
163
MPS
64
OUT
Y001
164
AND
T10
65
OUT
T0
K250
165
OUT
Y001
68
AND
T0
166
MPP
69
SET
S501
167
OUT
T7
K50
71
NOP
170
AND
T7
72
NOP
171
SET
S512
73
NOP
173
STL
S512
74
NOP
174
OUT
Y010
75
NOP
175
OUT
Y002
76
MOP
176
OUT
K50
77
STL
S501
179
AND
T8
78
OUT
Y010
180
SET
S513
79
OUT
M0
182
STL
S513
80
MPS
183
OUT
Y000
81
AND
T10
184
OUT
Y011
82
OUT
Y001
185
OUT
T9
K20
83
MPP
188
AND
T9
84
OUT
T1
K50
189
SET
S514
87
AND
TI
191
STL
S514
88
SET
S502
192
OUT
T000
90
STL
S502
193
OUT
M3
91
OUT
Y010
194
MPS
92
OUT
Y002
195
AND
T10
93
OUT
T2
K50
196
OUT
Y011
96
AND
T2
197
MPP
97
SET
S503
198
OUT
T14
K50
99
STL
S503
201
AND
T4
100
OUT
Y000
202
SET
S515
101
OUT
Y011
204
STL
S515
102
OUT
T3
K250
205
OUT
T5
S515
105
AND
T3
208
OUT
Y000
106
SET
S504
209
OUT
Y012
108
NOP
210
AND
T15
109
NOP
211
SET
S510
110
NOP
213
升级会员 