PLC十字路口带倒计时显示的交通红绿灯控制系统设计Word格式.doc

1、5 系统调试 15设计心得16 参考文献171 系统概述当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现代科技发展的主流方向。本文介绍了一个智能交通灯系统的设计。该智能交通灯控制系统可以实现的功能有：对某市区的四个主要交通路口进行监控；各路口有固定的工作周期，并且在道路拥挤时中控中心能改变其周期；对路口违章的机动车能够即时拍照，并提取车牌号。在世界范围内，一个以微电子技术，计算机和通信技术为先

2、导的，以信息技术和信息产业为中心的信息革命方兴未艾。而计算机技术怎样与实际应用更有效的结合并有效的发挥其作用是科学界最热门的话题，也是当今计算机应用中空前活跃的领域。本文主要从单片机的应用上来实现十字路口交通灯智能化的管理，用以控制过往车辆的正常运作。本文将利用PLC来设计一个十字路口带倒计时显示的交通红绿灯控制系统设计. 本次课设将要实现的目标是：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一个3位转换开关SA控制。SA手柄指向左45时，交通灯正常工作。正常运行时，南北及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯剩余时间值。当SA打

3、向中间位置时，南北绿灯常亮，显示时间为99并保持不变，当SA打向右边位置时，东西绿灯常亮，显示时间为99并保持不变。2 方案论证2.1系统总体方案设计 交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图2.4所示。正常控制时：它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SA1手柄指向左45时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，南北向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化

4、规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。非正常控制时：SA1手柄指向中间0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45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。2.2 采用 PLC构成十字路口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SA控制。SA手柄指向左45时，接点SA-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

5、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，SA手柄指向中间0时。接点SA-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。SA手柄指向右45时，接点SA-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。转换开关示意图如图2.1所示：图2.1 转换开关2.3交通信号灯的控制要求 随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。因此，

6、在实际设计时要遵循一定的原则和要求交通信号灯由红灯，黄灯，绿灯组成。交通信号灯分为机动车信号灯，非机动车信号灯，人行横道信号灯，车道信号灯，方向指示信号灯，闪光警告信号灯，道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉道口，通过对车辆行人发出行进或停止的指令，使各个同时到达的人，车交通流尽可能减少相关干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。 在本设计中，我们仅以机动车信号灯为例，来说明它的控制要求。一般的十字路口交通信号灯现场示意图如图2.2所示：图2.2 十字路口交通信号灯现场示意图2.4 交通信号灯的控制原则 其南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全

7、，对其控制系统的要求如下。 1） 当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯）；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯）。2） 在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁。3） 信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。2.5 交通信号灯的控制时序 交通信号灯的控制时序如图2.3所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮，置0表示信号灯点灭.图2.3 交通信号灯的控制时序图3 硬件设计3.1系统的原理方框图 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式

8、和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU主板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU 模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合装配。采用 PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制的系统的原理方框图如图3.1所示：图3.1 系统原理方框图3.2 I/O分配 根据信号灯控制要求，I/O分配图如表3.2所示输入文字符号说明SA-1交通灯正常工作控制开关Y0（HL1）南北向绿灯指示SA-2南北向交通灯常绿控制开关Y1（HL2）南北向黄灯指示SA-3东西向交通灯常绿控制开关Y2（HL3）南北向红灯

9、指示Y3（HL4）东西向绿灯指示Y4（HL5）东西向黄灯指示Y5（HL6）东西向红灯指示H11 H12南北向2位七段数码显示管H13 H14东西向2位七段数码显示管表3.2 电路I/O分配图3.3 I/O接线 端子上，另一端接至驱动电源；驱动电源一端与负载相连，另一端则与COM接线方法：各个外部输入元件的一端接X输入接口端子，另一端接至PLC的COM端。FX2N2系列PLC输入电流为DC24V（7mA），X010以后是24V（5mA），即当接入信号为“ON”时，输入接口通入电流需在4.5mA以上，输入信号为“OFF”时，通入电流需小于1.5mA。PLC内部输出继电器线圈和接口端子之间、PLC内

10、部电路与外部负载电路之间均有电隔离。负载接线时一端接在Y输出接口接口端子相连。由于PLC内部输出电路中无保护环节，所以驱动电源与COM接口端子间应设熔断器。 如图3.3所示图3.3电路的 I/O接线图3.4 元器件选型 在对PLC控制系统进行硬件结构设计时，首先，要了解各个控制对象的驱动要求，如：驱动电压的等级、负载的性质等；其次，要分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；再次，要确定所控制参数的精度及类型，如：对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等。根据上述原则，我们要选择适合的PLC机型及外设，完成相应的PLC硬件结构配置。因此，PLC的选型是设计中至关重要的一步

11、。 目前，国内外PLC生产厂家生产的PLC品种可达数百个，其性能各有特点。所以，在设计时首先要尽可能考虑采用便于学习、掌握、维护方便、备品配件通用性强的PLC。 我国市场上流行的PLC产品有以下几家： 1） 德国西门子（Siemens）公司的产品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列产品； 2） 美国罗克韦尔（Rockwell）公司所属的AB（Allen&Bradly）公司的产品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等产品； 3） GE-Fanuc公司的产品； 4） 法国施耐德（Schneider）公司的产品； 5） 日本三菱、欧姆龙等公司产品。

12、本次设计的交通信号灯控制系统的主要任务和内容集中在程序编写和梯形图的绘制，由于在本设计中用到了大量的开关量、继电器、计数器以及计时器等。而德国西门子出产的PLC功能全，性价比高，有统一的地址分配，完全可以满足本设计的要求。并且，在目前相关领域的控制设计中，西门子产品的应用比较广泛。4 软件设计4.1主流程系统主流程图如图4.1所示：图4.1 系统主流程图4.2 梯形图 根据设计要求可知，南北向的指示灯与数码管显示完全相同，东西向亦是如此，为了设计简单明了，本设计中只设计南北向中的一向以及东西向中的一向，实际应用中只要相应的在指示灯与数码管处并联相同的装置，即可完成全部四个方向的显示与指示可以设置五个输入X000,X001，X002，X003，X004分别作为系统总启动、总停止、交通灯正常工作控制开关、南北向交通灯常绿控制开关、东西向交通灯常绿控制开关。用其他开关的常闭触点设置互锁，使三个状态不可能同时接通。进入正常工作状态后，东西方向红灯亮30秒，由定时器T5实现，南北方向绿灯常亮25秒，由定时器T0实现，然后绿灯闪烁3秒，由定时器T1、T2来实现0.5秒振荡，计数器C0计数3次。计数到后，C0的常开触点闭合，可以用来控制使南北方向的黄灯亮，并用T3计时2秒。T3计时到后南北红灯