基于plc交通燈控制畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

中華人民共和國(guó)教育部東北林業(yè)大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 論文題目： 基于交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 丙常亮 指導(dǎo)教師： 學(xué) 院： 東北林業(yè)大學(xué) 專(zhuān)業(yè)年級(jí)： 電氣工程及其自動(dòng)化 2013年12月基于交通燈畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出關(guān)鍵詞:plc可編程控制器、交通型號(hào)燈、可靠性高。目 錄摘要 緒論 011.交通信號(hào)控制系統(tǒng) 011.1十字路口交通燈控制實(shí)際情況 011.1.1南北向（列）和東西向（行）主干道 041.1.2南北向和東西向人行道 041.2結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn) 041.2.1南北向（列）和東西向（行）主干道 041.2.2南北向和東西向行人道 041.2.3盲人安全通道控制和手動(dòng)控制車(chē)流量 041.3流程圖 052.可編程控制器程序設(shè)計(jì) 052.1可編程控制器選擇 052.2十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖 052.3可編程控制器io端口分配 082.4程序設(shè)計(jì) 103.總結(jié) 113.1難點(diǎn)分析 113.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系 113.1.2盲人脈沖按鍵 113.1.3手動(dòng)車(chē)流控制按鍵的控制方式 113.1.4交通燈閃亮問(wèn)題 113.1.5調(diào)試錯(cuò)誤與修改方法 113.1.6plc智能化控制交通燈的方法124.結(jié)論 12參考文獻(xiàn)致謝 東北林業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 交通燈信號(hào)控制系統(tǒng)1緒論 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出11 十字路口交通燈控制實(shí)際情況a南北主干道：直行綠 27s、直行綠閃3s、左轉(zhuǎn)綠 10s 、左轉(zhuǎn)綠閃 3s、 黃2s 、紅 45s； b東西人行道：紅 45s、綠 27s、綠閃3s 、紅 60s； c東西主干道：紅 45s、直行綠 27s、 直行綠閃3s、左轉(zhuǎn)綠 10s 、左轉(zhuǎn)綠閃 3s、黃2s； d南北人行道：綠27s 、綠閃3s、紅 60s； e循環(huán)控制方式；f交通燈變化順序表（單循環(huán)周期90秒）。1.1.1 南北向（列）和東西向（行）主干道南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有直行綠燈27s，直行綠燈閃亮3s，左行綠燈10s，左轉(zhuǎn)綠閃3s，黃燈2s和紅燈45s。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮和黃燈；反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮和黃燈。1.1.2南北向和東西向人行道南北向和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道直行綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)南北主干道直行綠燈閃亮?xí)r南北行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。東西人行道通行綠燈于東西主干道直行綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道直行綠燈閃亮是東西行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。1.1.3結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn) 在plc交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有3個(gè)控制燈，分別為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 準(zhǔn)備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色）另外行人道東西南北每面都有2個(gè)控制燈,分別為： 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色） 直通燈 （亮?xí)r為綠色） 1.1.4結(jié)合十字路口交通燈實(shí)際情況設(shè)計(jì)交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)。南北向（列）和東西向（行）主干道 南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有綠燈 10s，綠燈閃亮2s（亮0.1 滅0.1）,黃燈2s和紅燈14s。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西住干道應(yīng)依次點(diǎn)亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮綠燈，綠燈閃，黃燈。1.1.5南北向和東西向行人道 南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)南北主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r南北行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點(diǎn)亮是點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r東西行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。1.1.6盲人安全通道控制和手動(dòng)控制車(chē)流量除此之外另設(shè)兩個(gè)功能，使用10個(gè)脈沖開(kāi)關(guān)。實(shí)現(xiàn)讓盲人可以方便通過(guò)十字路口和手動(dòng)控制車(chē)流量。其中8個(gè)安裝在人行道的兩邊當(dāng)東西方向行走的盲人要過(guò)馬路的時(shí)候，按下脈沖開(kāi)關(guān)東西向行人道綠燈亮起，南北向主干道紅燈閃亮，延遲10秒恢復(fù)原來(lái)的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同，另外兩個(gè)脈沖開(kāi)可以控制車(chē)流量，當(dāng)東西向主干道等待車(chē)量較多的時(shí)候，按下東西向控制脈沖開(kāi)關(guān)，東西向主干道延長(zhǎng)綠燈點(diǎn)亮?xí)r間到15秒。東西向行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)延長(zhǎng)。南北向脈沖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同。1.2流程圖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)東西綠燈亮東西綠燈閃東西黃燈亮東西紅燈亮東西主干道10s2s2s14s南北紅燈亮南北綠燈亮南北綠燈閃南北黃燈亮南北主干道14s10s2s2s啟動(dòng)開(kāi)關(guān)南北紅燈亮南北綠燈南北綠燈閃14s10s4s東西綠燈亮東西綠燈閃東西紅燈亮10s4s14s東西行人道南北行人道結(jié)束結(jié)束交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)按下脈沖開(kāi)關(guān)原來(lái)控制循環(huán)系統(tǒng)行人道綠燈點(diǎn)亮，主干道紅燈閃亮結(jié)束yn啟動(dòng)開(kāi)關(guān)盲人脈沖按鍵控制流程圖按下脈沖開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)方向綠燈點(diǎn)亮?xí)r間延長(zhǎng)到15秒，另一方向紅燈點(diǎn)亮延長(zhǎng)到15秒再次按下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)按此次控制方式進(jìn)行循環(huán)原來(lái)方式控制系統(tǒng)結(jié)束ynyn手動(dòng)控制車(chē)流量流程圖第2章 可編程控制器程序設(shè)計(jì)2.1 可編程控制器選擇本次交通燈設(shè)計(jì)用的是來(lái)自omron的cpm1a-30cdr-a可編程控制器。 產(chǎn)品規(guī)格：cpm1a cpu單元cpm1a在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型plc所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有10點(diǎn)-100點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成。而且還可 連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無(wú)前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不同的需求ac電源輸入，繼電器輸出，能加擴(kuò)展單元。2.2 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖和此行人道相交叉的主干道紅燈啟動(dòng)行人道綠燈2s10s盲人脈沖按鍵控制時(shí)序圖4s十字路口行人道交通燈模擬控制時(shí)序圖14s10s南北綠東西紅東西綠南北紅啟動(dòng)啟動(dòng)南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃10s2s2s10s2s2s14s10s2s2sonoff十字路口主干道交通燈模擬控制時(shí)序圖南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃152s2s10s2s2s14s152s2s東西向綠燈延時(shí)時(shí)序圖啟動(dòng)offon2.3 可編程控制器i/o端口分配啟動(dòng)開(kāi)關(guān)0000停止開(kāi)關(guān)0001東西主干道綠燈1000東西主干道黃燈1001東西主干道紅燈1002南北主干道綠燈1003南北主干道黃燈1004南北主干道紅燈1005東西行人道綠燈1100東西行人道紅燈1101南北行人道綠燈1102南北行人道紅燈1103東西向綠燈延遲控制按鈕0004南北向綠燈延遲控制按鈕0005東西盲人脈沖按鈕0003南北盲人脈沖按鈕0002 plc000000011000100110021003100410051100110111021103交通燈控制plc i/o端口00020003000400052.4程序設(shè)計(jì)0ld 00001or 203002and-not 00013and-not 200004out 203005ld 203006and-not 200017and-not 202038out 203019ld 2030110or tim 00511or tim 02712or 2000013and-not tim 00214and-not 2010315and-not 000116out 2000017tim 000 #10018tim 001 #12019tim 002 #14020ld tim 00221or 2000122or tim 01823and-not tim 00524and-not 000125and-not 2020326out 200127tim 003 #10028tim 004 #12029tim 005 #14030ld 000431or 2010032and-not 000033and-not 000534and-not 000135out 2010036ld 2010037and 2010538out 2010239ld tim 00540or tim 02741out 2010542ld 2010243or 2010344and-not 000145and-not tim 01846out 2010347tim 016 #15048tim 017 #17049tim 018 #19050ld 000551or 2020052and-not 000153and-not 000054and-not 000455out 2020056ld tim 00257ld tim 01858out 2020559ld tim 2020060and 2020561out 2020262ld 2020263or 2020364and-not 000165and-not 02766out 2020367tim 025 #150 68tim 026 #17069tim 027 #19070ld 2000071and-not tim 00072ld 2010373and-not tim 01674or ld75and-not 000176out 2000277ld tim 00078and-not tim 00179ld tim 01680and-not tim 01781or ld 82and-not 2000483and-not 000184out 2000385tim 006 #00286ld tim 00687or tim 00888or tim 01089or tim 00990or 2000491and-not tim 00792and-not 000193out 2000494tim 007 #00295ld 2000296or 2000397and-not 000198and-not 2000999out 1000100ld tim 001101and-not tim 002102ld tim 017103and-not tim 018104or ld105and-not 20009106and-not 0001107out 1001108ld 20000109and-not tim 002110ld 20103111and-not tim 018112or ld113and-not 20009114and-not 0001115out 1103116ld20000117and-not tim 002118ld 20103119and-not tim 018120or ld121and-not 20103122and-not 0001123out 20015124ld 20015125or 20014126and-not 0001127out 1005128ld 20001129and-not tim 003130ld 20203131and-not tim 025132or ld133and-not 0001134out 20005135ld tim 003136and-not tim 004137ld tim025138and-not tim 026139or ld140and-not 20004141and-not 0001142out 20006143tim 008 #002144ld 20005145or 20006146and-not 20013147and-not 0001148out 1003149ld tim 004150and-not tim 005151ld tim 026152and-not tim 027153or ld154and-not 0001155and-not 20013156out 1101157ld 20001158and-not tim 005159ld 20203160and-not tim 027161or ld162and-not 20013163and-not 0001164out 1101165ld 20001166and-not tim 005167ld 20203168and-not tim 027169or ld170and-not 0001171and-not 20009172out21000173ld 21000174or 20011175and-not 0001176out 1002177ld tim 001178and-not tim 002179ld tim 017180and-not tim 018181or ld 182and-not 20004183and-not 0001184out 20007185tim 009 #002186ld tim 004187and-not tim 005188ld tim 026189and-not tim 027190or ld191and-not 20004192and-not 0001193out 20008194tim 010 #2195ld 20007196or 20003197or 20002198or 20013199and-not 0001200out 1100201ld 20008202or 20005203or 20006204or 20009205and-not 0001206out 1102207ld 0002208or 20009209and-not tim 011210out 20009211tim 011 #100212ld 20009213and-not 20010214out 20011215tim 012 #010216ld tim 012217or tim 015218or 20010219and-not tim 013220out 20010221tim 013 #010222ld 0003223or 20013224and-not tim 014225out 20013226tim 014 #100227ld 20013228and-not 20010229out 20014230tim 015 #010231end215216217218219220221222223224225第3章 總結(jié)3.1 難點(diǎn)分析 本程序在設(shè)計(jì)過(guò)程遇到了一些難點(diǎn)我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)問(wèn)題。3.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系 因?yàn)閷?shí)際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時(shí)簡(jiǎn)化程序、減少plc不必要的運(yùn)算。3.1.2盲人脈沖按鍵 盲人在東西南北的行人道同時(shí)通過(guò)十字路口的情況不會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)，可以說(shuō)是非少的，如果我們要把盲人脈沖分開(kāi)東西控制和南北控制使他不影響和它沒(méi)關(guān)系的主干道就可以使車(chē)輛行走更加通順減少車(chē)輛堵塞的情況。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能就要在脈沖按鍵按下時(shí)不影響他們的計(jì)時(shí)程序只在對(duì)應(yīng)的主干道紅綠燈輸出程序上進(jìn)行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開(kāi)。3.1.3手動(dòng)車(chē)流控制按鍵的控制方式 手動(dòng)車(chē)流控制按鍵是對(duì)相應(yīng)的主干道綠燈延長(zhǎng)的進(jìn)行控制，但不能使它在按下時(shí)使改變當(dāng)時(shí)的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時(shí)按下南北綠燈延長(zhǎng)按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個(gè)請(qǐng)求和響應(yīng)的關(guān)系。3.1.4交通燈的閃亮 交通燈綠燈在實(shí)際運(yùn)行中是要經(jīng)過(guò)閃爍的，所以在設(shè)計(jì)程序中也要加入這個(gè)功能，參考了一些plc的交通燈程序介紹時(shí)發(fā)現(xiàn)plc中有一些繼電器可以實(shí)現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是plc內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實(shí)現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。由于對(duì)plc內(nèi)部的功能繼電器不太熟悉（不同型號(hào)的plc內(nèi)部功能繼電器編號(hào)也不一樣）我想了一個(gè)用程序?qū)崿F(xiàn)的方法（程序段在第86條第94條指令之間），此方法可以說(shuō)是軟件實(shí)現(xiàn)功能的方法，雖然程序加長(zhǎng)了但閃爍頻率可以控制比較靈活。3.1.5調(diào)試錯(cuò)誤與修改方法 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤。剛開(kāi)始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來(lái)而且在完成了一個(gè)周期后就循環(huán)不起來(lái)了。那時(shí)真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫(xiě)成了輸出真正的輸出口就沒(méi)有收到信號(hào)了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來(lái)。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問(wèn)題出來(lái)。突然想起來(lái)編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時(shí)候第二周期就再?zèng)]有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)是程序前面沒(méi)有并上完成這個(gè)循環(huán)的繼電器號(hào)。后來(lái)就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯(cuò)誤也找出來(lái)了。雖然找錯(cuò)誤是一個(gè)枯燥無(wú)味的工作，但只要你耐心的去做的話(huà)，你肯定能學(xué)到有用的動(dòng)西。3.1.6plc智能化控制交通燈的方法 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過(guò)交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢(shì)。此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(plc)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過(guò)交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠 燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、適用的方案，仍然會(huì)發(fā) 生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢(shì)。 此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(plc)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向