PLC交通灯模拟控制.docx
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PLC交通灯模拟控制
湘潭职业技术学院
毕业设计
题目PLC交通灯模拟控制
学生姓名郭远
专业应用电子
指导教师龙小波
班级电子05301
2007年6月12日
前言…………………………………………………………………………………3
1.功能说明………………………………………………………………………4
2.工作原理………………………………………………………………………7
3.效果图…………………………………………………………………………12
4.梯形图…………………………………………………………………………13
5.难点与调试记录……………………………………………………………19
6.PLC控制交通灯的方法………………………………………………20
7.心得体会………………………………………………………………………21
8.致谢……………………………………………………………………………22
9.参考文献……………………………………………………………………23
10.附录……………………………………………………………………………24
前言
在当今高速发展的社会里，交通问题已成为了大家关注的社会问题。
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。
交通信号灯的出现，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。
为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。
用可编程控制器（PLC）实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行量。
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系统中最重要的组成部分。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
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。
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。
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。
PLC的发展史：
在可编程控制器出现以前，继电器控制在工业控制领域占主导地位，由此构成的控制系统都是按预先设定好的时间或条件顺序地工作，若要改变控制的顺序就必须改变控制系统的硬件接线，因此，其通用性和灵活性较差。
20世纪的六十年代，计算机技术开始应用于工业控制领域，由于价格高、输入输出电路不匹配、编程难度大以及难于适应恶劣工业环境等原因，未能在工业控制领域获得推广。
1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要求寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。
主要内容是：
①编程方便，可现场修改程序；②维修方便，采用插件式结构；③可靠性高于继电器控制装置；④体积小于继电器控制盘；⑤数据可直接送入管理计算机；⑥成本可与继电器控制盘竞争；⑦输入可为市电；⑧输出可为市电，容量要求在2A以上，可直接驱动接触器等；⑨扩展时原系统改变最少；⑩用户存储器大于4KB。
这些条件实际上提出将继电器控制的简单易懂、使用方便、价格低的优点与计算机的功能完善、灵活性、通用性好的优点结合起来，将继电接触器控制的硬接线逻辑转变为计算机的软件逻辑编程的设想。
1969年，美国数字设备公司（DEC公司）研制出了第一台可编程控制器PDP—14，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，并取得了满意的效果，可编程控制器自此诞生。
可编程控制器自问世以来,发展极为迅速。
1971年，日本开始生产可编程控制器。
1973年，欧洲开始生产可编程控制器。
我国从70年代中期开始研制PLC。
到现在，世界各国的一些著名的电气工厂几乎都在生产可编程控制器装置。
可编程控制器已作为一个独立的工业设备被列入生产中，成为当代电控装置的主导。
PLC的发展趋势：
PLC将逐步增加柔性和更大的可视性，更好的远程控制，以及逐渐下降成本。
所有这些需要更好和更容易的通信，从一个计算机制造商（包括PLC制造商）的观点来看，它意味着计算机必须要能够交换数据，他们必须有程序以使它们能够使用其它计算机的数据。
以上所有这些趋势都是PLC和其它计算机的更好的互连性的方向发展的，而且许多趋势是关联的。
PLC制造商已经做了这些改进，因此，PLC并没有处于某种逐渐消亡的危险之中，而是要向开放性方面发展。
PLC将不断吸收新的技术从而变得功能更强和更加开放，但是，在可以预见的将来，PLC是不会消亡的。
新的技术将继续装在PLC的外壳中出现在各类控制现场和设备上。
1.功能说明
1.1十字口交通灯控制实际情况分析
南北方向主干道直行绿灯27S；直行绿灯闪烁3S；左转绿灯10S；左转绿灯闪烁3S；黄灯2S；红灯45S。
东西方向人行道绿灯27S；绿灯闪烁3S；红灯60S。
东西方向主干道红灯45S；直行绿灯27S；直行绿灯闪硕3S；左转绿灯10S；左转绿灯闪硕3S；黄灯2S。
南北方向人行道绿灯27S；绿灯闪烁3S；红灯60S。
实际循环控制方式：
实际交通灯变化单循环周期为90秒。
1、南北方向和东西方向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。
南北方向人行道通行绿灯应在南北方向主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北方向主干道直行绿灯闪亮时南北方向人行道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯；东西方向人行道通行绿灯应在东西方向主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西方向主干道直行绿灯闪亮，东西方向人行道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
2、南北方向（列向）和东西方向（行向）主干道均设有直行绿灯27S，直行绿灯闪亮3S，左行绿灯10S，左转绿灯闪烁3S，黄灯闪烁2S和红灯45S。
当南北方向主干道红灯点亮时，东西方向主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯和黄灯闪亮；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，左转绿灯和黄灯闪亮。
1.2模拟控制系统流程图：
1.3结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验
在PLC交通灯模拟控制模块中，主干道东西南北方向每一方向都有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）
另外人行道东西南北方向每一方向也有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、南北方向（列向）和东西方向（横向）主干道均设有绿灯15S，绿灯闪亮3S（亮1.5S灭1.5S）,黄灯3S和红灯21S。
当南北方向主干道红灯点亮时，东西方向主干道应依次点亮绿灯，绿灯和黄灯闪，反之当东西方向主干道红灯点亮时，南北方向主干道依次点亮绿灯，绿灯和黄灯闪。
2、南北方向和东西方向人行道均设为通行绿灯和禁行红灯。
南北方向人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北方向主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北方向人行道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
东西方向人行道通行绿灯应在东西方向主干道绿灯点亮是点亮，当东西方向主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西方向人行道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
2.工作原理
2.1可编程控制器的选择
PLC程序是由若干条指令组成的，程序的长短取决于控制系统的规模和复杂程度，也与指令的功能有关此交通灯设计用的是来自日本欧姆龙（OMRON）公司生产的小型整体式可编程控制器——CPM1A-30CDR-A，编程工具是应用和检查维护PLC以及监控系统运行不可缺少的外部设备，采用CQM1—PRO01手持式编程器。
产品规格：
CPU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，能组合成100个I/O点，大部分PLC可以用I/O口扩展单元进行I/O点数的扩展，有的还可以使用各种功能模块进行功能扩展等。
而且还可以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。
2.2路口交通灯模拟控制时序图
ON
ON
OFF
2.3可编程控制器I/O端口分配
3.效果图
4.梯形图
备注：
源程序见附录
5.难点与调试及修改方法
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：
5.1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。
5.2盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道
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。
5.3交通灯的闪亮
交通灯的绿灯在实际运行过程中是经常要闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能。
我看了一些关于PLC交通灯程序介绍的书时发现：
PLC中有一些继电器（例如“25502”）可以实现闪烁，这些继电器是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是我觉得比较死板，闪烁频率不能自由的控制。
由于我对PLC内部的功能继电器也不是太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样），我参考了一些资料，用程序的方法（程序段在第64条~第72条指令之间）来实现绿灯闪烁，此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了，但闪烁频率可以比较灵活控制的，还是相当理想的。
5.4手控车流的控制方法
在按下东西手控键时，东西主干道、人行道绿灯，南北主干道、人行道红灯要持续点亮。
在按下南北手控键时，南北主干道、人行道绿灯，东西主干道、人行道红灯要持续点亮。
东西手控与南北手控要能交替转换。
5.5调试错误与修改方法
经过程序设计，想一次性调试成功是非常难的，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，然后运行却发现南北黄灯亮不起来，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，才发现了控制黄灯的继电器我没输进出。
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。
我编的程序最严重的一个问题是手控车流不能实现，我请教了龙老师，龙老师帮我把程序修改了9个地方，是东西手控，他要我照他修改的思路修改南北手控，我也修改了9个地方，后来终于成功了。
原来我没在我设计的东西南北两个手控继电器上“做文章”。
通过这次修改我终于懂得了如何灵活运用继电器。
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，不知道的慢慢查慢慢想，查资料问老师你肯定能学到很多有用的动西的。
6.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。
7.心得体会
我做完了这个毕业设计，收获颇多，感触特深。
有些东西可以说在书本上根本是学不到的，而是要通过实践。
经过了一个多月的努力，毕业设计终于做成了。
俗话说万事开头难，还真没错。
我当初选定这个课题时还是一片茫然，不知从何下手才好，没办法只有采用先到处查找资料的办法，如：
到新华书店和莲城购书中心去看和买PLC方面的书，到图书馆阅读和借书，到机电系电器班借书等，查找资料看起来简单，其实是一件比较麻烦的事情，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简单的事，需要耐心的慢慢去查找。
我也曾多次站在十字路口的交通灯下进行实际考察，反正我每天回家要经过丝绸路口。
我花了整整五几天，才把程序弄出来，调试花了四天的时间，不过调试的时候却发现结果和想的相差有一定距离，通过龙老师的帮助和修改，才得出了想要的设计。
这次设计让我增长了学业知识和实践技能，在PLC方面，使我懂得了PLC硬件的组成、工作原理、梯形图组成的原则、梯形图设计方法、编程器的使用，如输入、添加、删除、查找、监控指令等操作，还增加了我有关交通和现实生活方面的许多知识，在思维上由于编写程序时，每一条指令都要考虑到很多细节的问题，通过不断地思考，使我养成了思考问题的全面性与广泛性。
最主要的是编写和调试程序时要有足够的耐心，要沉着、冷静。
通过这次设计，使我在这方面有了很大的提高。
这些对于我来说真的是受益匪浅。
在实践活动中集动手动脑于一体，由于做交通灯趣味性比较大，在一定程度上吸引了我，使得我对自己所学的东西有了更近一步的了解和认识，也让此使得我的动手能力有了更进一步的提高。
我在实践中慢慢地在体会和感悟，终于领会到将近成功的那一份喜悦，从写开题报告、查找资料、程序设计、到整理和每一次的调试，我学会了细心和耐心，也品尝到了人生五味，及酸、甜、苦、辣、咸的滋味，许多次的成功与失败更加肯定了我的设计成果。
兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。
当今社会科技迅速发展，知识更新换代极快，我们要随时“充电”，并且终身学习，“活到老，学到老”。
我们要努力去探索，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新的领域。
这次设计，增强了我的动手能力，丰富了我的理论水平，提高了我的综合素质，对于我的毕业以及今后人生都是十分重要和意义深远的。
8.致谢
我能顺利地完成这次毕业设计，电子教研室的各位老师功不可没，尤其是我的指导老师——龙老师。
没有龙老师的帮助和指导，我根本不知道PLC是什么东西，更不用说是完成毕业设计PLC交通灯模拟控制了。
在大学期间，虽然PLC学的时间比较短，但它却在我所学的知识当中占了重要的地位，在此感谢龙老师对我的教导，尤其在毕业设计中。
同时还要感谢我的班主任魏老师一直以来的照顾，他的认真负责深深地感染了我。
李老师对我的耐心教导和帮助，使我学会了怎样做人。
蒋老师让我学会了沉着、冷静地处理问题与认真负责的工作。
周老师当过一段我们的班主任，对我十分照顾，在课程的学习上也给过我很大帮助，她让我更加乐观，乐观的面对学习和生活。
在此让我衷心的对你们——电子教研室的老师说声感谢！
千言万语尽在不言之中！
电子05301班郭远
2007-6-12
9.参考文献
《可编程控制器原理及应用》（宫淑贞、王冬青、徐世许）
《可编程控制器原理及应用》（胡学林）
《可编程控制器原理及应用技术》（陈延全）
《电器控制与可编程序控制器的原理及应用》（陈立定）
电器中国WWW.DQ86.COM
自动化网论坛WWW.BBS.ZHIDONGHUA.COM.CN
10.附录
源程序
0
LD0000
42
AND-NOT0004
84
ORLD
1
OR20300
43
AND-NOT0001
85
AND-NOT20009
2
AND-NOT0001
44
OUT20200
86
AND-NOT0001
3
AND-NOT20000
45
LDTIM002
87
ANDNOT20100
4
OUT20300
46
ORTIM018
88
OUT1001
5
LD20300
47
OUT20205
89
LD20000
6
AND-NOT20001
48
LD20000
90
AND-NOTTIM002
7
AND-NOT20203
49
AND-NOTTIM000
91
LD20103
8
OUT20301
50
LD20103
92
AND-NOTTIM018
9
LD20301
51
AND-NOTTIM016
93
ORLD
10
ORTIM005
52
ORLD
94
OR20100
11
ORTIM027
53
AND-NOT0001
95
AND-NOT20009
12
OR20000
54
OUT20002
96
AND-NOT0001
13
AND-NOTTIM002
55
LDTIM000
97
ANDNOT20200
14
AND-NOT20103
56
AND-NOTTIM001
98
OUT1103
15
AND-NOT0001
57
LDTIM016
99
LD20000
16
OUT20000
58
AND-NOTTIM017
100
AND-NOTTIM002
17
TIM000#150
59
ORLD
101
LD20103
18
TIM001#180
60
AND-NOT20004
102
AND-NOTTIM018
19
TIM002#210
61
AND-NOT0001
103
ORLD
20
LDTIM002
62
OUT20003
104
AND-NOT20103
21
OR20001
63
TIM006#004
105
AND-NOT0001
22
ORTIM018
64
LDTIM006
106
OUT20015
23
AND-NOTTIM005
65
ORTIM008
107
LD20015
24
AND-NOT0001
66
ORTIM010
108
OR20014
25
AND-NOT20203
67
ORTIM009
109
OR20100
26
OUT2001
68
OR20004
110
AND-NOT0001
27
TIM003#150
69
AND-NOTTIM007
111
ANDNOT20200
28
TIM004#180
70
AND-NOT0001
112
OUT1005
29
TIM005#210
71
OUT20004
113
LD20001
30
LD0004
72
TIM007#004
114
AND-NOTTIM003
31
OR20100
73
LD20002
115
LD20203
32
AND-NOT0000
74
OR20003
116
AND-NOTTIM025
33
AND-NOT0005
75
OR20100
117
ORLD
34
AND-NOT0010
76
AND-NOT0001
118
AND-NOT0001
35
OUT20100
77
AND-NOT20009
119
OUT20005
36
LDTIM005
78
ANDNOT20200
120
LDTIM003
37
ORTIM027
79
OUT1000
121
AND-NOTTIM004
38
OUT20105
80
LDTIM001
122
LDTIM025
39
LD0005
81
AND-NOTTIM002
123
AND-NOTTIM026
40
OR20200
82
LDTIM017
124
ORLD
41
AND-NOT0000
83
AND-NOTTIM018
125
AND-NOT20004
126
AND-NOT0001
162
OUT21000
198
OR20009
127
OUT20006
163
LD21000
199
OR20200
128
TIM008#004
164
OR20011
200
AND-NOT0001
129
LD20005
165
OR20200
201
ANDNOT20100
130
OR20006
166
AND-NOT0001
202
OUT1102
131
OR20200
167
ANDNOT20100
203
LD0002
132
AND-NOT20013
168
OUT1002
204
OR20009
133
AND-NOT0001
169
LDTIM001
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134
ANDNOT20100
170
AND-NOTTIM002
206
OUT20009
135
OUT1003
1
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