基于PLC十字路口智能交通灯控制系统-交通灯课程设计

　课程设计(说明书)

　基于 PLC 的十字路口智能交通灯控制系统

　 姓

　名

　院

　部

　专

　业

　 班

　级 0

　学

　号

　组

　员

　 指导老师

　2011

　 年

　6

　月 29 日

　 目

　录

　 摘要. ......................................................

　第一章 绪论. ............................................... 第二章

　PLC 的基础知识 ......................................

　 2.1 PLC 概述.......................................................

　2.2 PLC 的由来.....................................................

　2.3 PLC 的定义.....................................................

　2.4 PLC 的工作原理.................................................

　2.5 PLC 的结构.....................................................

　2.6 PLC 的基本性能指标............................................. 第三章 PLC 网络与可编程控制器.. .............................

　3.1 欧姆龙网络.....................................................

　3.2 可编程控制器通信与网络概述..................................... 3.3 可编程控制器控制网络与可编程控制器通信网络的概念............... 第四章 交通信号控制系统实况 .................................

　 4.1 十字路口交通灯控制实际情况描述..................................

　4.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图.............................. 第五章 可编程控制器程序设计 ..................................

　 5.1 十字路口交通灯模拟控制时序图

　..................................

　5.2 可编程控制器 I/O 端口分配.........................................

　5.3 程序梯形图及语句表............................................... 第六章 总结 ..................................................

　6.1 程序调试......................................................... 6.2 难点分析......................................................... 6.3 PLC 智能化控制交通灯的方法........................................ 6.4 收获与体会....................................................... 结束语................................................................ 致谢...................................................................

　参考文献..............................................................

　 1 摘要

　近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新.它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中.据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备.专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CA 米将成为工业生产的三大支柱.由于PLC 具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现.因此现在越来越多地将 PLC 应用于交通灯系统中. 同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.在实时检测和自动控制的 PLC 应用系统中,PLC 往往是作为一个核心部件来使用,仅 PLC 方面知识是不够的,还应根据具体硬件结构,以及针对具体应用对象特点的软件结合,加以完善.十分形象地显示出了 PLC在交通灯系统中的实际应用.

　关键字:PLC 交通灯 程序 报告 设计

　第一章

　绪论

　当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段.但这一技术在 19 世纪就已出现了. 1858 年,在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红,蓝两色的机械扳手式信号灯,用以指挥马车通行.这是世界上最早的交通信号灯.1868 年,英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上,安装了世界上最早的煤气红绿灯.它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成,红色表示“停止”,绿色表示“注意”.1869 年 1 月2 日,煤气灯爆炸,使警察受伤,遂被取消. 电气启动的红绿灯出现在美国,这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成,1914年始安装于纽约市 5 号大街的一座高塔上.红灯亮表示“停止”,绿灯亮表示“通行”. 1918年,又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯.带控制的红绿灯,一种是把压力探测器安在地下,车辆一接近红灯便变为绿灯;另一种是用扩音器来启动红绿灯,司机遇红灯时按一下嗽叭,就使红灯变为绿灯.红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时,它就能察觉到有人要过马路.红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间,推迟汽车放行,以免发生交通事故. 随着社会的发展,人们的消费水平不断的提高,私人车辆不断的增加.人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了.所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的.PLC 的智能控制原则是控制系统的核心,采用 PLC 把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档,相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的有车放行,减少十字路口的车辆滞流,缓解交通拥挤、实现最优控制,从而提高了交通控制系统的效率.

　 2 交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果.为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化.用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力.分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案.可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业.随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出. 第 二 章

　方案设计

　2 2. .1 1 十字路口交通灯控制实际情况 描述

　(1)南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮;如果同时亮,则应自动立即关闭信号灯系统,并立即发出报警信号.

　(2)系统工作后,首先南北红灯亮并维持 25s;与此同时,东西绿灯亮,并维持 20s 时间,到 20s 时,东西黄灯闪亮,闪亮 5s 后熄灭. (3)在东西黄灯熄灭时,东西红灯亮,同时南北红灯熄灭,南北绿灯亮.

　(4)东西红灯亮并维持 25s;与此同时,南北绿灯亮并维持 2s;然后,南北黄灯闪亮 5s后熄灭.

　(5)南北黄灯熄灭时,同时南北红灯亮,东西绿灯亮.至此,结束一个工作循环. 2 2. .2 2 十字路口交通灯的路况画出模拟图

　 北

　南 东 西 图 6-17

　交通指挥灯示意图 绿

　黄 红

　绿

　黄

　红

　红

　黄

　绿 绿 红 黄

　 3 2 2. .3 3

　结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验

　在PLC交通灯模拟模块中,主干道东西南北每面都有3个控制灯,分别为: 禁止通行灯

　(亮时为红色) 准备禁止通行灯

　(亮时为黄色) 直通灯

　(亮时为绿色)

　另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为: 禁止通行灯

　 (亮时为红色) 直通灯

　 (亮时为绿色)

　结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下: 当交通灯系统启动开关接通时,南北向(列)和东西向(行)主干道均设有绿灯 20S,黄灯闪亮 3S(亮1s 灭1s),红灯25S.当南北主干道红灯点亮时,东西住干道应依次点亮绿灯,黄灯闪亮,反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮绿灯,黄灯闪.南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯.南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮,当南北主干道黄灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮,其它时间为红灯.东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮,当东西主干道黄灯闪亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮,其它时间为红灯.除此之外另设两个功能,使用 2 个脉冲开关.南北向脉冲开关对应东西向功能相同,另外两个脉冲开可以控制车流量,当东西向主干道等待车量较多的时候,按下东西向控制脉冲开关,东西向主干道延长绿灯点亮时间到35秒.东西向行人道绿灯也要对应延长.南北向脉冲开关对应东西向功能相同. 第 三 章

　交通 灯 控制 硬件设计

　3 3. .1 1

　本系统选择的 PLC

　本次交通灯设计用的是来自三菱公司的可编程控制器. 产品规格:CP 米 1A CPU 单元 CP 米 1A 在编程环境等方面,它不仅具备了以往的小型 PLC 所具有的功能,尽可能使安装空间最小化,并实现了具有 10 点-100 点输入输出点数的弹性构成.而且还可 连接可编程控制终端,创造了尚无前例的灵活运用.它不仅可以替代继电器控制柜,就是作为小型控制器或在传感器应用中,亦能适应生产现场不同的需求,AC 电源输入,继电器输出,能加扩展单元. 3 3. .2 2

　本系统选择的 传感器

　 4

　3 3. .3 3

　本系统选择的 脉冲减法计数器

　 所选择的型号为:ADA 米-4080/4080 研华 计数器/频率输入,生产的公司为北京华宇伟业科技有限公司,此计数器带有 LED 显示,所以可以通过 PLC 每一秒送出一个脉冲,通过脉冲计数器设定最大值,接受一个脉冲就减一,减到 0 后又自行跳转到最大值,依次循环. 3 3. .4 4

　可编程控制器 O I/O 端口分配

　根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析,系统采用自动控制方式,输入有系统开启与停止按钮信号;输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号.由于每一个方向的两组指示灯中,同种颜色的指示灯同时工作,为了节省输出点数,可采用并联输出方法.由此可知,该系统所需的输入点数为 2,输出点数为 7,全部是开关量,则可将 I//O 分配用表 3-4 表示. 表 3-4

　交通指挥灯的 I/O 分配表 输入元件 输入地址 输出元件 输出地址 开启按钮 X000 南北绿灯 Y000 停止按钮 X001 南北黄灯 Y001 南北方向传感器控制按钮 X002 南北红灯 Y002 东西方向传感器控制按钮 X003 警灯(故障指示) Y003

　 东西绿灯 Y004

　 东西黄灯 Y005

　 东西红灯 Y006 3 3. .5 5

　C PLC 的外部接线图

　根据上述 I/O 表可知,I/O 所需点数只有 9 点,故选用 CP 米 2AH 微型 PLC 即可.但本书还是以 CS1 为例,则 PLC 外部输入输出的信号接线如图 3-5 所示.其中,每一方向的两组指示灯中,同种颜色的指示灯并联,用 PLC 的同一个输出点.

　 5

　第四章

　交通灯控制系统软件件设计

　4 4. .1 1 十字路口交通灯模拟控制时序图

　 6

　 交通指挥信号灯控制系统工作时,对指挥灯的控制要求按一定时序进行,如图 6-18 所示.

　4 4. .2 2

　流程图

　根据交通灯的实际控制情况,可得出其流程图如下:

　 7

　 4 4. .3 3 程序梯形图

　根据对交通信号灯的控制要求及 PLC 控制系统的 I/O 分配的定义,可对 PLC 进行控制程序的设计,其梯形图如图 6-20 所示,

　启动开关 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北黄灯闪 20S 25S 5S 东西绿灯亮 东西黄灯闪 东西红灯亮 25S 5S 20S 东西行人道 南北行人道 结束 20s2.5S 2.5S 2525S 20S 5S

　南北主干道 启动开关 东西绿灯亮 东西黄灯闪 东西黄灯闪 东西红灯亮 东西主干道 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北黄灯闪 南北黄灯闪 结束 交通灯模拟控制系统流程图

　 8 第 第 5 5 章

　总结

　5 5. .1 1 程序调试

　 经过设计,想一次性把程序完成是非常难的,在调试中就出现了不少的错误.刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了.那时真的不知道从哪里入手,只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了.灯虽然是亮了但仍然循环不起来.从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来.突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控,于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了,包括里面的辅助继电器,最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号.后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了.虽然找错误是一个枯燥无味的工作,但只要你耐心的去做的话,你肯定能学到有用的动西. 5 5. .2 2 难点分析

　其实现场实况车辆的流量是变化的,本设计只是对其路灯起到一个开关的作用,即开关量控制系统.由于所学知识及设备有限,无法对其路灯进行智能化控制,所以在编程时就没把智能控制这一块加上去,再加上编程软件无法下载,在画梯形图方面受到一点阻碍.下面我就对智能化控制路灯作一些原理上的介绍. 本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题. (1)行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的,所以在编程前一定要理清它们,这样有利于在编程时简化程序、减少 PLC 不必要的运算

　.

　(2)自动动车流控制按键的控制方式 手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制,但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况,如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯.这就涉及到了一个请求和响应的关系. 较死板闪烁频率不能控制. (3)交通灯的闪亮 交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的,所以在设计程序中也要加入这个功能,参考了一些PLC 的交通灯程序介绍时发现 PLC 中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是 PLC 内部的功能继电器,这是一种硬件实现功能的方法,虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控.

　 9 5 5. .3 3

　收获和体会

　 通过这次毕业设计,使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼.使我在 PLC 的基本原理、PLC 应用系统开发过程,以及在常用编程设计思路技巧(特别是汇编语言)的掌握方面都能向前迈了一大步,为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础.