PLC报告十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要点.docx

1、PLC报告十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要点 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制一、交通信号灯控制系统的硬件设计1.1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，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、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。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

2、用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各个方向同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，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1.1所示，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，对其控制系统的要求如下。图1.1 交通灯现场示意图 1.1.1、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 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

3、左45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1.2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。控制信号说明见表1.3。1.1.2、信号灯的控制原则 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）

4、。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。1.2 交通信号灯的控制时序交通信号灯的控制时序如图1.2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1.2 十字路口交通灯正常工作时序表1.3 十字路口交通灯控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1交通灯正常工作控制开关H1南北向绿灯指示SA1-2南北向交通灯常绿控制开关H2南北向黄灯指示SA1-3东西向交通灯常绿控制开关H3南北向红灯指示H4东西向绿灯指示H5东西向黄灯指示H6东西向红灯

5、指示H11南北向2位七段数码显示管H12东西向2位七段数码显示管1.3 PLC硬件控制电路的设计1.3.1、PLC的选型 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。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

6、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。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

7、、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。综上所述，我们采用了西门子公司S7-200PLC/CPU224，它有 24输入/16输出。1.3.2、 PLC的地址分配表1ms: T32,T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25地址外部设备I0.0启动/停止按钮Q0.1南北主干道绿灯Q0.2南北主干道黄灯Q0.3南北主干道红灯Q0.4东西主干道绿灯Q0.5东西主干道黄灯Q0.6东西主红灯干道 表1.4 交通灯PLC的输入

8、输出点数分配表表1.5 十字路口交通灯控制信号说明 输入输出文字符号信号地址说明文字符号信号地址说明SA1-1X0交通灯正常工作控制开关H1Y4南北向绿灯指示SA1-2X1南北向交通灯常绿控制开关H2Y5南北向黄灯指示SA1-3X2东西向交通灯常绿控制开关H3Y6南北向红灯指示H4Y0东西向绿灯指示H5Y1东西向黄灯指示H6Y2东西向红灯指示1.3.3、PLC控制电路接线图根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC控制电路线路图，如图1.6。 图1.6中用一个输出点驱动两个信号灯，如果PLC输出点的输出电流不够，可以用一个输出点驱动一个信号灯，也可以在PLC输出端增设中间继电器，由中间继器再去驱动

9、信号灯。 图1.6十字路口交通信号灯PLC外部I/O分配及其接线二、交通信号灯控制系统的程序设计在本设计中以城市十字路口为研究对象，根据十字路口车辆运行情况，调整各红、绿、黄灯亮的时间，利用STEP7软件对其进行程序设计，实现对交通信号灯的实时控制。2.1、STEP7编程软件的概述STEP7编程软件用于SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它们编程、监控和参数设置的标准工具。STEP7具有以下功能:硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。在STEP7中，用项目来管理一个自动化系统的硬件和软件。STEP7用SIMATIC管理器对项目

10、进行集中管理，它可以方便地浏览SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的数据。实现STEP7各种功能所需的SIMATIC软件工具都集成在STEP7中。2.2、交通信号灯程序设计过程2.2.1、 PLC的状态转移在设计较为复杂的程序时，仅仅采用简单的逻辑处理已经很难保证程序的正确性和易读性，所以就需要采用别的方法来编制程序。为了保证程序逻辑的正确以及程序的易读性，我们可以将一个控制过程分为若干个阶段，在每一个阶段均设立一个控制标志，当每一个阶段执行完毕，就启动下一个阶段的控制标志，将本阶段的控制标志清除。所谓“状态”是指特定的功能，因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械

11、的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。这种功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程，各状态的功能、状态转移顺序和条件，它是PLC应用控制程序设计的极好工具。其状态转移图如图1.7所示。 图1.7 十字路口交通信号灯PLC的状态转移图2.2.2、交通信号灯程序设计步骤根据图1.7所示的状态转移过程，其具体的程序设计步骤如下：1、PLC开始运行时，M8002产生一初始脉冲，使初始状态S0置1；2、当SA1手柄指向中间0时，触点X1接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮；3、当SA1手柄指向右45时，触点X2接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮；4

12、、当SA1手柄指向左45时，触点X0接通，状态转移到S20和S30，使S20和S30置1，同时S0在下一扫描周期自动复位，Y0线圈得电东西绿灯亮与此同时Y6线圈得电，南北红灯亮；5、延时25S后，转移条件T0闭合，状态从S20转移到S21，使S21置1，同时驱动T1记时，而S20在下一扫描周期自动复位；6、延时5S后，转移条件T1闭合，状态从S21转移S22，使S22置1产生0.5S接通和断开的时针脉冲信号，从而使东西绿灯闪烁，同时驱动计数器C0记数，若记数次数未到三次，C0的常闭触点接通，状态转移到S21，继续循环共计三次；7、次数到三，C0常开触点闭合，状态由S22转移到S23，使S23置

13、1同时S22在下一扫描周期自动复位，Y1线圈得电东西黄灯亮；8、延时2S后，转移条件T3闭合，一方面状态从S23转移到S24，使S24置1，S23在下一扫描周期自动复位，Y2线圈得电东西红灯亮，计数器C0复位。另一方面状态S30转移到S31，使S31置1同时S30在下一扫描周期自动复位，线圈Y4得电南北绿灯亮；9、延时25S后，转移条件T4闭合，状态从S31转移到S32，使S32置1，同时驱动T5记时，而S31在下一扫描周期自动复位；10、延时5S后转移条件T5闭合，状态从S32转移S33，使S33置1产生0.5S接通和断开的时针脉冲信号，从而使南北绿灯闪烁同时驱动计数器C1记数若记数次数未到

14、三次，C1的常闭触点接通状态转移到S32，继续循环共计三次；11、次数到三，C1常开触点闭合，状态由S33转移到S34，使S34置1同时S33在下一扫描周期自动复位，Y5线圈得电南北黄灯亮，计数器C1复位；12、延时2S后，回到初始状态S0进行循环执行。2.2.3工作过程流程图2.2.4、交通信号灯的PLC程序在本设计中，交通信号灯PLC控制系统的程序采用梯形图语言来设计。具体过程如下： 心得体会 本系统结构简单，操作方便；可现自动控制，具有一定的智能性；对优化城市交通具有一定的意义。本设计将各任务进行细分包装，使各任务保持相对独立；能有效改善程序结构，便于模块化处理，使程序的可读性、可维护性

15、和可移植性都得到进一步的提高。 通过课程设计，不光是知识储备上有了增加，对这门课程也产生了浓厚的兴趣。或许是我们现在接触的还很浅，但我认为PLC设计是一个有趣的过程，从你拿到题目在手，你分析题目，思考其可能实现的方法，包括上网、上图书馆去搜集材料，回头再进行学习，根据手中现有的资料去对应地编写程序。回头上实验台将你编写好的程序进行编译、下载，运行，观察其实现情况。我这次主要是进行了两种类型的调试过程，一个是多次使用同一个输出导致其不识别，因而在实现过程中南北和东西的绿灯均不亮，另一个是在南北红灯定时和工作的过程中未添加启动按钮I0.0，因此启动按钮失去了效用，并且交通灯的实现过程有些混乱。在调

16、试完成后，工作过程如你想象中进行时，心底确实有一种成就感，课程设计增长的是知识，更是对将来实际工作时的锻炼。程序中所用到的数据均可以根据实际情况进行设置，修改灵活方便。通过此次设计，我对于所学的理论基础上也得到了进一步地应用。但由于经验上的不足，有些地方还需要做进一步地改善。在这里非常感谢老师对我指导，谢谢老师。 参考文献1许廖 王淑英 电器控制与PLC控制技术 机械工业出版社，20122 邓兴钟等 机电传动控制（第四版） 华中科技大学出版社，20073 高钦和 可编程控制器应用技术与设计实例 人民邮电出版社，20044 张立科 PLC应用开发技术与工程实践 人民邮电出版社，20055廖常出 可编程序控制器应用技术 重庆大学出版社，20006陈宇 可编程序控制器基础及编程技巧 华南理工大学出版社，20007陈建明 电气控制与PLC应用 电子工业出版社，20108S7-200中文系统手册，1999