基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計說明書GRADUATE DESIGN (THESIS)設(shè)計（論文）題目：基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 學(xué) 院：指導(dǎo)教師： 摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。由于PLC具有很強的環(huán)境適應(yīng)性，同時其內(nèi)部定時器資源非常豐富，可對交通燈進行精確控制。因此根據(jù)設(shè)計的要求，從經(jīng)濟性等多方面考慮，本設(shè)計采用FX系列的PLC，其型號為FX2N-128MR-

2、001。在本設(shè)計中，總共包括四大模塊，即PLC交通燈控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的正常循環(huán)運行、急車強通控制、7段譯碼數(shù)字顯示時間和時間重置控制。正常循環(huán)運行和急車強通控制這兩種控制目的是在正常情況時，在交叉路口可實現(xiàn)無人化管理。當發(fā)生交通擁擠時，又可以實現(xiàn)手動控制，以便利于擁擠疏散。7段譯碼數(shù)字顯示時間的設(shè)計能夠使行人知悉通行狀況，提前做好準備。時間重置功能是為了使此系統(tǒng)適用于各種不同的路口，使它具有通用性，能夠重新設(shè)定各個方向通車時間。此外本系統(tǒng)還具有報警功能，當南北綠燈和東西綠燈同時亮?xí)r，報警系統(tǒng)啟動，系統(tǒng)自動停止運行。關(guān)鍵詞：PLC控制 交通燈 定時器 譯碼AbstractWith the dev

3、elopment of the society and economic, urban transport problems began to arouse more and more concern. The coordination of relations between People, vehicles,and the road has become one of the important issues to be resolved in traffic management departments. Urban traffic control system is a kind of

4、 computer management system. It is used for monitoring the urban traffic data , controlling the traffic signals and easeing the traffics in the integrated management system . It is the most important component in modern urban It has many advantages, such as simple structure, easy programming, and hi

5、gh reliability. Therefore, PLC has been widely used in industrial processes and automatic control of the position. Because it has a very strong adaptability to environment, simultaneously and its internal timer resources are rich, PLC can carry on the precise control of the traffic lights. According

6、 to the design requirements, from the consideration of economic and other various aspects, the design uses PLC of the FX series，its model FX2N-128MR-001. In this design, including a total of four modules, namely PLC traffic light control system to achieve the normal cycle of operation, the radical-c

7、ar-control, 7 of the decoding figures show that time and time to reset control. The normal cycle of operation and urgency to strong-control 。The normal cycle of operation and urgency to strong-control, these two control purposes in normal circumstances,controls “normal cycle of operation” and radica

8、l-car-control. The aim is to realize the non-humanization management under the normal circumstances and may also realize the hand control to facilitate the crowded evacuation in case of traffic congestion. 7 decoding figures show that the design time so that pedestrians can be aware of prevailing co

9、nditions, to prepare in advance.Meanwhile, in order to make the system have the versatility to suitable for the various kinds of street intersection, the system also has the function of resetting time to reset the opening time of each direction. This design already tacitly established the opening ti

10、me of each direction. This procedure also has alarm function, when the north-south and east-west green light-green light at the same time, the system automatically stops running. The system is economical, practical and strong, easy to operate.KeyWords：PLC control Traffic lights timer Decoding目錄摘要IAb

11、stractII1 緒論11.1 交通燈控制的現(xiàn)狀11.2交通燈PLC控制實際意義21.3可編程序控制器的發(fā)展歷史31.4可編程序控制器( PLC)的定義和特點41.41可編程序控制器(PLC)的定義41.4.2可編程序控制器(PLC)的特點41.5 PLC的工作原理72 系統(tǒng)整體方案設(shè)計92.1 十字路口交通的布置圖92.2 PLC可編程序控制器的選型102.2.1 可編程序控制器物理結(jié)構(gòu)的選擇102.2.2可編程序控制器指令的選擇102.2.3可編程序控制器I/O點數(shù)的選擇112.2.4機型的選擇112.3 常用三菱PLC介紹132.4十字路口交通燈PLC的選擇173交通燈PLC的I/O地

12、址分配和硬件接線圖183.1 PLC的I/O地址分配183.2 PLC的硬件接線圖194 交通燈的控制要求及邏輯圖234.1 交通燈PLC的邏輯圖234.1.1正常循環(huán)運行的邏輯圖234.1.2急車強通控制的邏輯圖264.2時序圖274.21正常循環(huán)運行時的時序圖274.22急車強通控制的時序圖285 軟件系統(tǒng)設(shè)計305.1 正常循環(huán)運行時序控制程序305.2 急車強通控制程序365.3交通燈的七段譯碼數(shù)字顯示395.4時間設(shè)置程序436軟件調(diào)試46結(jié) 論47參考文獻48致 謝49全套設(shè)計聯(lián)小企鵝：1 緒論1.1 交通燈控制的現(xiàn)狀隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路

13、三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 不同的城市有不同城市的問題，但共性就是混合交通流問題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互影響或彼此的相互影響，就是解決問題的關(guān)鍵！隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，越來越多的新興城市的出現(xiàn)，使得城市的交通成為了一個絕對主要的問題。同時隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，隨著城市機動車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進入尋常老百姓的家庭。 許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，再加上政

14、府大力發(fā)展的道交、出租車，使得車輛越來越多，這不僅要求道路要越來越寬闊，而且要求有新的交通管理模式和交通規(guī)則的出臺。因此，自80年代后期，很多城市紛紛擴建建城市道路，在道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對道路的系統(tǒng)研究和控制，加寬道路并沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特點，也決定了城市道路的交通狀況必然受這種路況的制約。 于是，舊的交通控制系統(tǒng)的弊病和人們越來越高的要求激化了矛盾，使原來不太突出的交通問題被提上了日程。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的多車道城市道路，緩解城區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成

15、為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 由于交通路口的形狀和規(guī)模不一，所采用的信號燈的數(shù)量、控制要求不一，控制的復(fù)雜程度也就不一樣，為此、有關(guān)部門愈來愈多的注重在交通管理中引進自動化、智能化技術(shù)，比如“電子警察”、自適應(yīng)交通信號燈以及耗資巨大的交通指揮控制系統(tǒng)等。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，道路交通已愈來愈成為社會活動的重要組成部分。對交通的管控能力，也就從一個側(cè)面體現(xiàn)了這個國家對整個社會的管理控制能力，因此各國都很重視用各種高科技手段來強化對交通的管控能力。 簡單介紹分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合城鄉(xiāng)交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，本設(shè)計介紹了應(yīng)用PLC

16、實現(xiàn)十字路口交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求分析，對PLC控制系統(tǒng)進行了軟、硬件設(shè)計，并通過實驗證明該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、運行可靠，具有很高的實用價值。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費。 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個先進國家已采用智能

17、方式來控制交通信號，其中主要運用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當汽車經(jīng)過時就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標準脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計數(shù)，按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長.比較傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。1.2交通燈PLC控制實際意義實現(xiàn)路口交通燈

18、系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標準邏輯器件、可編程序控制器PLC、單片機等方案來實現(xiàn)。其中用標準邏輯器件來實現(xiàn)電路在很大程度上要受到邏輯器件如門電路等的影響，調(diào)試工作極為不易。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部

19、定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時，PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學(xué)化管理。1.3可編程序控制器的發(fā)展歷史在可編程序控制器問世以前，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點:體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計，并改變硬件結(jié)構(gòu)，造成了時間和資金的嚴重浪費。1968年，在

20、底特律的美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時能不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標要求，即十項招標技術(shù)指標。其主要內(nèi)容如下:(1)編程簡單，可在現(xiàn)場修改程序；(2)維護方便，采用插件式結(jié)構(gòu)；(3)可靠性高于繼電器控制柜；(4)體積小于繼電器控制柜；(5)成本可與繼電器控制柜競爭;(6)可將數(shù)據(jù)直接是送入計算機；(7)可直接使用115V交流輸入電壓；(8)輸出采用115V交流電壓，能直接驅(qū)動電磁閥，交流接觸器等負載；(9)通用性強，擴展方便；(10)能存儲程序，存儲器容量可擴展到4KB

21、。從上述十項指標，可以看出，它實際上就是當今可編程序控制器的最基本的功能。將它們歸納一下，其核心為四點:(1)用計算機代替繼電器控制盤。(2)用程序代替硬件接線。(3)輸入輸出電平可與外部裝置直接連接。(4)結(jié)構(gòu)易于擴展。美國的數(shù)字設(shè)備公司(DEC)中標，并在1969年研制出了第一臺可編程序控制器(PDP-14)。其后，美國的MOD工CON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC-8控制器，1973年西歐各國的各種可編程序控制器也研制成功。我國在1974年開始研制可編程序控制器。1.4可編程序控制器( PLC)的定義和特點1.41可編程序控制器(PLC)的定義由于PLC在不斷發(fā)展

22、，因此，對它下一個確切的定義是困難的。1985年1月，國際電工委員會(International Electrical Committee-IEC)的可編程序控制器標準草案第2稿對可編程序控制器作了如下的定義:“可編程序控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作命令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。”上述的定義表明，PLC是一種能直接應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境的數(shù)字電子裝置

23、，它有與其它順序控制裝置不同的特點4。1.4.2可編程序控制器(PLC)的特點PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點：1.可靠性 對可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。PLC的可靠性高，表現(xiàn)在下列幾方面：1) 與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因：(1) PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統(tǒng)的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。(2) PLC采用了一系列可靠性設(shè)計的方法進行設(shè)計，例如冗余設(shè)計、掉電保護、故障診斷和信息保護及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。 (3) PLC有較強的易操作性，它具有編

24、程簡單、操作方便、維修容易等特點，因此對操作和維修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。2)與通用的計算機控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因：(1) PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計的控制裝置，它具有比通用計算機控制系統(tǒng)更簡單的編程語言和更可靠的硬件。采用了經(jīng)簡化的編程語言，編程的出錯率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性較通用計算機控制系統(tǒng)的可靠性有較大提高。(2)在PLC的硬件設(shè)計方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的組件:采用先進的工藝制造流水線生產(chǎn);對干擾采用屏蔽、隔離和濾波等，設(shè)有對電

25、源的掉電保護、存儲器內(nèi)容的保護并采用看門狗和其它自診斷措施、便于維修的設(shè)計等等。(3)在PLC的軟件設(shè)計方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波、軟件自診斷、簡化編程語言、信息保護和恢復(fù)、報警和運行信息的顯示等等。一份用戶選用PLC原因的調(diào)查報告指出，在各種選用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用戶達93%。其次，才是性能和維修方便等原因?？梢?，可靠性高是PLC的主要特點。2.易操作性PLC的易操作性表現(xiàn)在下列三個方面：1)操作方便對PLC的操作包括程序輸入的操作和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進行程序輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示

26、，對大中型的PLC，編程器采用CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需的地址編號、繼電器編號或觸點號進行搜索或順序?qū)ふ?，然后進行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上顯示。所以PLC具有操作方便的特點。2)編程方便PLC有多種程序設(shè)計語言可供使用。對電氣技術(shù)人員來說，梯形圖由于與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的編寫和學(xué)習(xí)。采用布爾助記符編程語言時，由于符號是功能的簡單縮寫，十分有利于編程人員的編程。雖然菜單圖、功能模塊圖和高級描述語句的編程方法應(yīng)用尚未普及，但是，由于它們具有功能清晰、易于理解等優(yōu)點，正為廣大技術(shù)人員所接納和采用,并發(fā)揮

27、出更有效的功能特點。3)維修方便PLC所具有的自診斷功能對維修人員維修技能的要求降低了。當系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過硬件和軟件的自診斷，維修人員可根據(jù)有關(guān)故障信號燈的提示和故障代碼的顯示，或通過編程器和CRT屏幕的顯示，很快地找到故障所在的部位，為迅速排除故障和修復(fù)節(jié)省了時間。為便于維修工作的開展，有些PLC的制造企業(yè)提供了維修用的專用儀表或設(shè)備，提供了故障樹等維修用的資料。有些廠商還提供維修用的智能卡件或插件板，使維修工作變得十分方便。PLC的面板和結(jié)構(gòu)的設(shè)計也考慮了維修的方便性，例如，對需維修的部件設(shè)置在便于維修的位置，信號燈設(shè)置在易于觀察的部位，接線端子采用便于接線與更換的類型等，這些設(shè)計使維

28、修工作能方便地進行，從而大大節(jié)省維修時間。采用標準化組件和標準化工藝生產(chǎn)流水線作業(yè)，使維修用的備品備件簡化，也使維修變得方便。3.靈活性PLC的靈活性表現(xiàn)在下列三方面：1)編程的靈活性 PLC采用的編程語言有梯形圖、布爾助記符、菜單圖、功能模塊圖和語句描述編程語言，只要掌握其中一種語言就可以進行編程。編程方法的多樣性使編程方便，應(yīng)用面拓展。由于采用軟連接的方法，在生產(chǎn)工藝流程更改或者生產(chǎn)設(shè)備更換時，可以不必改變PLC的硬設(shè)備，通過程序的編制與更改就能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。這種編程的靈活性是繼電器順序控制系統(tǒng)所不能比擬的。正是由于編程的柔性特點，使PLC能大量地替代繼電器順序控制系統(tǒng)，成為當今工業(yè)控制領(lǐng)域的重要控制設(shè)備。在柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和計算機集成過程控制系統(tǒng)(CIPS)中，PLC正成為主要的控制設(shè)備，得到廣泛的應(yīng)用。 2)擴展的靈活性 PLC的擴展靈活性是它的一個重要的特點。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不斷擴展，即可進行容量的擴展，功能的擴展，應(yīng)用和控制范圍的擴展。它不僅可以通過增加輸入輸出單元來增加點數(shù)，通過擴展單元來擴大容量和功能，也可以通過多臺PLC的通信來擴大容量和功能，甚至