畢業(yè)設(shè)計基于plc的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 畢業(yè)論文說明書（機電一體化工程）畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一、 題目 基于PLC的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 二、 本環(huán)節(jié)自2011年 4月5日起至 2011 年 5月 20日止 三、 進(jìn)行地點 三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四、 內(nèi)容要求 層次分明、文理通暢、數(shù)據(jù)可靠、文字簡練、說明透徹、立論正確、推理嚴(yán)謹(jǐn)。 指導(dǎo)教師：王鳳娟 批準(zhǔn)日期：2011年 5月 20日高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師意見書意見指導(dǎo)老師職稱年 月 日高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計評閱意見書意見評閱老師職稱年 月 日高等教育自學(xué)考試畢業(yè)設(shè)計答辯成績評定書評 語：成績總評：答辯委員會主任：答辯小組 組長：答辯小組 成員：年 月 日基于PLC的交通信號

2、燈控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要古老的交通燈控制系統(tǒng)大多是由數(shù)字電路來實現(xiàn)的，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，數(shù)字電路交通燈越來越不能滿足日益增長的交通壓力，因此必須尋求一種新的方法來取代這種復(fù)雜而工作不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)今PLC技術(shù)飛快發(fā)展，應(yīng)用越來越廣，在工業(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(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、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。本論文就是運用PLC原理來實現(xiàn)對十字路口的交通燈的控制，介紹了基于可編程序控制器在交通系統(tǒng)的運用，系統(tǒng)介紹了可編程序控制器的基本原理。我們所設(shè)計出來的交通燈必須美觀、大方、經(jīng)濟適用、有多種變化，為了達(dá)到要求，并考

3、慮到節(jié)省電子元件的成本，以達(dá)到最大經(jīng)濟效益，運用歐姆龍系列的PLC來控制紅綠燈的變化，經(jīng)過對現(xiàn)今交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行實地考察，選擇一種最優(yōu)方案，用以在一定程度上緩解目前交通壓力。關(guān)鍵詞：交通燈；PLC；自動控制Based on PLC traffic light control system designABSTRACTThe most ancient traffical light control unit was designed by digital electric circuit. With the development of science and technology,the t

4、raffic light which designed by electric circuit can not contain the increseing pressure of the traffical day by day,so we must find a new method to replace the control unit which is complex and worked insteady.Nowaday,the technical of programbal logic controller advanced raiply,and use more and more

5、 wide.PLC（Programmable Controller）is one of the most important components of the industry automation. PLC provide automation solution across a broad range of many industries. With the development of science and technology, the function of PLC is more and more perfect, and its get smaller, smarter, m

6、ore interoperable, more reliable.this thesis was designed by PLC to control the traffical light.we design a traffical lightBased on application of PLC in the traffic system, this paper systematically describes the foundational principium,the request of the design must be beautiful, generous, the eco

7、nomy apply, has many varieties. Should request for the sake of attain, and consider the cost of the economical electronics component, to attain the biggest and economic performance,adopt little programbal logic controller to control the change of the traffical light,we have checed the present traffi

8、c control unit,shoose a best plan,in orde to alleviate the present traffic pressure.KEY WORDS: Traffic light；PLC；Tutomatic allies control目 錄 基于PLC的交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計.6摘 要.6目 錄.8前 言.9第一章 概述.10 §1.1 交通燈的發(fā)展史.10 §1.2我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀.10第二章 PLC的基礎(chǔ)知識.11§2.1 PLC簡介. .11§2.2 主要方法.12§2.3重點要解決的問題12

9、 §2.4具體要求.12第三章 系統(tǒng)單元設(shè)計.13 §3.1 I/O連線圖13 §3.2正常時期程序.13 §3.3 程序高峰時期.17 §3.4 指令表.21第四章 設(shè)計說明書25 §4.1 定時器（綠燈閃爍）.25§4.2晚間黃燈閃爍25§4.3 急停.26§4.4 結(jié)束.26 §4.5 順序功能圖.26§4.6 交通燈示意圖. .29第五章 結(jié)論.30參考文獻(xiàn)31致 謝.32前 言在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。因此，紅綠交通信號燈

10、成為交管部門管理交通的重要工具之一。交通信號燈常用與交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通故障，有了交通燈人們的安全出行有了很大保障。自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)不斷的被改進(jìn)，設(shè)計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化、科學(xué)化、簡便化，尤其是近幾年來，隨著電子與計算機的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計方法有了很大改進(jìn)，電子設(shè)計自動化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，這些為交通燈控制電路的設(shè)計提供了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。本設(shè)計通過采用數(shù)字電路對交通信號燈控制電路的設(shè)計，提出使交通燈控制電路用數(shù)字信號自動控制十字路口紅、黃、綠交通燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)化的方法，指

11、揮各種車輛和行人安全通行，實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。因此，在本次課程設(shè)計里，將以傳統(tǒng)的設(shè)計方法為基礎(chǔ)來實現(xiàn)設(shè)計交通控制信號燈。本實驗設(shè)計目的是培養(yǎng)數(shù)字電路的能力，掌握交通信號燈控制電路的設(shè)計方法。本設(shè)計主要有傅敏勇獨立完成。由于所學(xué)知識及經(jīng)驗有限，設(shè)計中難免出現(xiàn)一些錯誤，敬請老師批評指正。第一章 概述§1.1 交通燈的發(fā)展史當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師

12、納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察

13、覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。 隨著中國加入WTO，

14、我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈也應(yīng)具有可靠性。§1.2 我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，交通問題成為制約我國社會經(jīng)濟發(fā)展的一個大問題，我國的人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，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。目前，我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是那些大城市，隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海

15、、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(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高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。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城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。因此選擇一個最優(yōu)的放行時間是解決交通擁堵問題的根本，現(xiàn)在也有很多城市開始考慮用GPS定

16、位系統(tǒng)來檢測路口的車流量從而實現(xiàn)交通燈的智能控制即根據(jù)路口的車流量來控制交通，這種方法雖說能很大程度上緩解交通壓力，但以目前的經(jīng)濟條件還不能完全實現(xiàn)。那么，我覺得最經(jīng)濟最實用的做法就是根據(jù)現(xiàn)今路口的實際車流量來確定好放行時間，本論文就是通過對路口車流量的實際考察然后確定最優(yōu)循環(huán)時間，運用PLC原理來完成多交通燈的最優(yōu)控制。在工業(yè)控制和自動控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC具有很強的抗干擾性， PLC往往是作為一個核心部件來使用。第二章 PLC的基礎(chǔ)知識§2.1 PLC簡介可編程控制器簡稱PLC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

17、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(rèn)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?？删幊炭刂破鳎≒LC）是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設(shè)備，它通過檢測輸入端口，并根據(jù)輸入端口的狀態(tài)，按照程序控制輸出口，可編程控制器的程序一般要使用一定的軟件編寫，使用人員通過輸入預(yù)先編寫的程序，使可編程控制器按預(yù)定的控制方案執(zhí)行控制任務(wù)。目前大多數(shù)城市采用的交通信號燈指揮控制系統(tǒng)，采用電子線路加繼電器構(gòu)成，也有少數(shù)采用單片機構(gòu)成。

18、對信號燈的要求也越來越高，采用電子線路加繼電器的控制方式，則需要加入大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器等器件。而且交通控制智能化需要按實際情況而改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實現(xiàn)。如使用單片機控制，則需要引入大量I/O接口電路、硬件設(shè)計，而且這兩種控制方式的抗干擾能力十分有限。采用可編程控制器對交通信號燈進(jìn)行管理，技能滿足控制要求，又具有高的抗干擾和穩(wěn)定性。PLC是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3C技術(shù)（Computer,Control,Communication）相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控

19、制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴大下面就其在公路交通領(lǐng)域的應(yīng)用做一簡單介紹：PLC型交通燈控制器：將PLC用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實現(xiàn)。目前大多品牌的PLC內(nèi)部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于PLC本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)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。§2.2 主要方法軟件模擬， 設(shè)計PLC端子接線圖，并利用編程器輸入梯形圖控制程序，完成

20、調(diào)試。§2.3重點要解決的問題一、指令的編寫二、PLC端口接線，完成程序調(diào)試三、提出便于修改程序的可行性方案 §2.4具體要求（1）I/O連線圖（2）順序功能圖（3）梯形圖（4）指令表（5）設(shè)計說明書 第三章 系統(tǒng)單元設(shè)計§3.1 I/O連線圖 如圖 3-1 I/O接線圖 I/O分配圖 §3.2正常時期程序要求：正常時段按時序（2）運行，東西信號綠燈亮20S綠燈閃亮5S（先兩后暗）黃燈亮5S紅燈亮30S。南北信號紅燈亮30S綠燈亮20S綠燈閃亮5S（先亮后暗）黃燈亮5S 如表3-2。表3-2正常時期 啟動時按下X1開啟S510, 正常時段開始運行，ZRS

21、T S500 S505則將高峰時期的運行停止。S510開啟后，Y1（東西綠）輸出，Y10（南北紅）輸出，輔助繼電器M1得電，定時器T6開始計時，25S后開啟S511。S511開啟后，Y1（東西綠）輸出，Y10（南北紅）輸出，輔助繼電器M2得電，開始閃爍，定時器T10控制綠燈閃爍，定時器T7開始計時，5S后開啟S505。S512開啟后，Y2（東西黃）輸出，Y10（南北紅）輸出，定時器T8開始計時，5S后開啟S513。S513開啟后，Y0（東西紅）輸出，Y11（南北綠）輸出，定時器T9開始計時，25S后開啟S514。S514開啟后，Y0（東西紅）輸出，Y11（南北綠）輸出，輔助繼電器M3得電，開始

22、閃爍，定時器T10控制綠燈閃爍，定時器T14開始計時，5S后開啟S515。S515開啟后，Y0（東西紅）輸出，Y12（南北黃）輸出，T5計時開始，5S后開啟S500，即回到正常時期的第一步輸出，RET循環(huán)，一直循環(huán)下去，直到選擇其他狀態(tài)或者停止。§3.3 程序高峰時期要求：高峰時段按時序（1）運行，東西信號綠燈亮25S綠燈閃亮3S（先亮后暗）黃燈亮2S紅燈亮30S。南北信號紅燈亮30S綠燈亮25S綠燈閃亮3S（先亮后暗）黃燈亮2S 如表2-3。表3-3 高峰時期啟動當(dāng)按下按鈕X0時，SET S500是開啟步進(jìn)S500，且ZRST S510 S515是將正常時期的程序停止掉。S500開

23、啟后，Y1（東西綠）輸出，Y10（南北紅）輸出，T0計時開始，25S后開啟S501。S501開啟后，Y10（南北紅）輸出，Y1（東西綠）閃爍，輔助繼電器M0得電，開始閃爍的定時器，Y1閃爍由定時器T10控制燈輸出，T1計時開始，5S后開啟S502。S502開啟后，Y2（東西黃）輸出，Y10（南北紅）輸出，T2計時開始，5S后開啟S503。S503開啟后，Y11（南北綠）輸出，Y0（東西紅）輸出，T3計時開始，25S后開啟S504。S504開啟后，Y0（東西紅）輸出，Y11（南北綠）輸出，輔助繼電器M1得電，開始閃爍，定時器T10控制綠燈閃爍，定時器T4開始計時，5S后開啟S505。S505開啟

24、后，Y0（東西紅）輸出，Y12（南北黃）輸出，T5計時開始，5S后開啟S500，即回到高峰期的第一步輸出，RET循環(huán)，一直循環(huán)下去，直到選擇其他狀態(tài)或者停止。§3.4 指令表如圖表3-40LDX003118OUTY0111ZRSTM0M10119MPP6ZRSTT0T15120OUTT4K5011ZRSTS500S515123ANDT416LDM0124SETS50517ORM1126STLS50518ORM2127OUTY00019ORM3128OUTY01220ANIT11129OUTT5K5021OUTT10K5132ANDT524LDT10133SETS50025OUTT11

25、K5135RET28LDX002136LDX00129ORM10137SETS51030ANIX000139LDX00131ANIX001140ZRSTS500S50532OUTM10145STLS51033LDM10146OUTY01034ZRSTS500S505147OUTY00139ZRSTS510S515148OUTT6K25044ANIT13151ANDT645OUTT12K4152SETS51148LDT12154NOP49OUTT13K6155NOP52OUTY002156NOP53OUTY012157NOP54LDX000158NOP55SETS500159NOP57ZRSTS

26、510S515160STLS51162STLS500161OUTM263OUTY010163MPS64OUTY001164ANDT1065OUTT0K250165OUTY00168ANDT0166MPP69SETS501167OUTT7K5071NOP170ANDT772NOP171SETS51273NOP173STLS51274NOP174OUTY01075NOP175OUTY00276MOP176OUTK5077STLS501179ANDT878OUTY010180SETS51379OUTM0182STLS51380MPS183OUTY00081ANDT10184OUTY01182OUTY

27、001185OUTT9K2083MPP188ANDT984OUTT1K50189SETS51487ANDTI191STLS51488SETS502192OUTT00090STLS502193OUTM391OUTY010194MPS92OUTY002195ANDT1093OUTT2K50196OUTY01196ANDT2197MPP97SETS503198OUTT14K5099STLS503201ANDT4100OUTY000202SETS515101OUTY011204STLS515102OUTT3K250205OUTT5S515105ANDT3208OUTY000106SETS504209O

28、UTY012108NOP210ANDT15109NOP211SETS510110NOP213NOP111NOP214NOP112NOP215NOP113STLS504216NOP114OUTY000217NOP115OUTM1218NOP116MP219RET117ANDT10220END221第四章 設(shè)計說明書§4.1 定時器（綠燈閃爍）當(dāng)輔助繼電器M0,M1,M2,M3得電時，常開閉合，定時器T10得電，5S后常開閉合，定時器T11開始計時，5S后定時器T11常閉斷開，T10 失電，如此循環(huán)。§4.2晚間黃燈閃爍要求：晚上時段按提示警告方式運行，規(guī)律為： 東、南、西、北

29、四個黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復(fù)循環(huán)。按下按鈕X2后，輔助繼電器M10得電，M10自鎖，由M10開啟定時器T12,T12計時0.4S后，定時器T12常閉觸電閉合，開啟定時器T13，定時器T13常閉開關(guān)斷開T12清零，T13計時0.6S后，常閉閉合，常開斷開，輸出Y2,Y12東西南北黃燈滅，如此循環(huán)直到選擇其他狀態(tài)或者停止。§4.3 急停按下按鈕X3，ZRST M0 M10;ZRST T0 T15;ZRST S500 S515將所有輔助繼電器，定時器，序列順序全部復(fù)位。§4.4 結(jié)束程序結(jié)束§4.5 順序功能圖圖4

30、-1 正常時期 圖 4-2高峰時期4.6 交通燈示意圖圖4-3 通燈示意圖第五章 結(jié)論通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅把知識融會貫通，而且豐富了大腦，同時在查找資料的過程中也了解了許多課外知識，開拓了視野，認(rèn)識了將來電子的發(fā)展方向，使自己在專業(yè)知識方面和動手能力方面有了質(zhì)的飛躍。畢業(yè)設(shè)計是我作為一名學(xué)生即將完成學(xué)業(yè)的最后一次作業(yè)，它既是對學(xué)校所學(xué)知識的全面總結(jié)和綜合應(yīng)用，又為今后走向社會的實際操作應(yīng)用鑄就了一個良好開端，畢業(yè)設(shè)計是我對所學(xué)知識理論的檢驗與總結(jié)，能夠培養(yǎng)和提高設(shè)計者獨立分析和解決問題的能力；是我在校期間向?qū)W校所交的最后一份綜和性作業(yè)，從老師的角度來說，指導(dǎo)做畢業(yè)設(shè)計是老師對學(xué)生所做的最后一次執(zhí)手訓(xùn)練。其次，畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)是老師檢驗其教學(xué)效果，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的絕好機會。畢業(yè)的時間一天一天的臨近，畢業(yè)設(shè)計也接近了尾聲。在不斷的努力下我的畢業(yè)設(shè)計終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計以前覺得畢業(yè)設(shè)計只是對這幾年來