基于plc交通灯控制系统毕业设计

毕毕 业业 设设 计计 题题 目目: : 交通灯毕业论文交通灯毕业论文 系系 别别 ： 机 电 工 程 系 专专 业业 : : 机电一体化专业 班班 级级 ： 一体化 812 姓姓 名名 ： 毛彬彬 指指 导导 教教 师师 ： 王超 【摘要摘要】：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 1.1 交通信号灯的作用和意义 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人，车，路三者关系的 协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通 数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指 挥中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷 运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在 高速公路建设 完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高 速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造 上的特点，也决定了城市高速道路的 交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况 的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路， 缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规 划部门亟待解决的主要问题， 根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司 FX2N_48MR。三菱 PLC 有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出 扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能 够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控 制。本系统采用 PLC 是基于以下四个原因： （1）PLC 具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在 30 万小时以 上； （2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强； （3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重， 为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC； （4）近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。 【关键词关键词】: :PLC 可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。 【目录目录】： 关键词关键词 0101 第第 1 1 章章交通信号控制系统交通信号控制系统0202 1.11.1十字路口交通灯控制实际情况十字路口交通灯控制实际情况0404 1.1.11.1.1南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道0404 1.1.21.1.2南北向和东西向人行道南北向和东西向人行道0404 1.21.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验0404 1.2.11.2.1南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道0404 1.2.21.2.2南北向和东西向行人道南北向和东西向行人道0404 1.2.31.2.3盲人安全通道控制和手动控制车流量盲人安全通道控制和手动控制车流量0404 1.31.3流程图流程图0505 第第 2 2 章章可编程控制器程序设计可编程控制器程序设计0707 2.12.1可编程控制器选择可编程控制器选择0707 2.22.2十字路口交通灯模拟控制时序图十字路口交通灯模拟控制时序图0707 2.32.3可编程控制器可编程控制器 IOIO 端口分配端口分配1010 2.42.4程序设计程序设计1010 第第 3 3 章章总结总结1313 3.13.1难点分析难点分析1313 3.1.13.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系1313 3.1.23.1.2盲人脉冲按键盲人脉冲按键1313 3.1.33.1.3手动车流控制按键的控制方式手动车流控制按键的控制方式1313 3.1.43.1.4交通灯闪亮问题交通灯闪亮问题1313 3.23.2调试错误与修改方法调试错误与修改方法1313 3.33.3PLCPLC 智能化控制交通灯的方法智能化控制交通灯的方法1313 3.43.4收获与感悟收获与感悟1414 致谢致谢1414 参考文献参考文献1414 第第 1 1 章章 交通灯信号控制系统交通灯信号控制系统 1 11 1 十字路口交通灯控制实际情况十字路口交通灯控制实际情况 a南北主干道：直行绿 27S、直行绿闪 3S、左转绿 10S 、左转绿闪 3S、 黄 2S 、红 45S； b东西人行道：红 45S、绿 27S、绿闪 3S 、红 60S； c东西主干道：红 45S、直行绿 27S、 直行绿闪 3S、左转绿 10S 、左 转绿闪 3S、黄 2S； d南北人行道：绿 27S 、绿闪 3S、红 60S； e循环控制方式； f交通灯变化顺序表（单循环周期 90 秒） 。 1.1.1 南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯 27S，直行绿灯闪亮 3S，左行绿 灯 10S，左转绿闪 3S，黄灯 2S 和红灯 45S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次 点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯 点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。 1.1.2南北向和东西向人行道南北向和东西向人行道 南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主 干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮， 其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道 直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。 1 12 2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验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。 1.2.11.2.1南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10S，绿灯闪亮 2S（亮 0.1 灭 0.1）,黄 灯 2S 和红灯 14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄 灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。 1.2.21.2.2南北向和东西向行人道南北向和东西向行人道 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，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点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，当东西主干道绿灯 闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。 1.2.31.2.3盲人安全通道控制和手动控制车流量盲人安全通道控制和手动控制车流量 除此之外另设两个功能，使用 10 个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和 手动控制车流量。其中 8 个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候， 按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟 10 秒恢复原来的控制 系统。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 15 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。 1.31.3 流程图流程图 启动开关 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西黄灯亮 东西红灯亮 东西主干道 10S 2S 2S 14 S 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪 南北黄灯亮 南北主干道 14S 10S 2S 2S 启动开关 南北红灯亮 南北绿灯 南北绿灯闪 14S 10S 4S 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西红灯亮 10S 4S 14S 东西行人道 南北行人道 结束 结束 交通灯模拟控制系统流程图 启动开关 按下脉冲开关 原来控制循环系统 行人道绿灯点亮，主干道 红灯闪亮 结束 Y N 启动开关 按下脉冲开 关 对应方向绿灯点亮时间延 长到 15 秒，另一方向红灯 点亮延长到 15 秒 再次按下启动 开关 按此次控制方式进行循环 原来方式控制系统 结束 Y N Y N 手动控制车流量流程图 第第 2 2 章章 可编程控制器程序设计可编程控制器程序设计 2.12.1 可编程控制器选择可编程控制器选择 本次交通灯设计用的是来自 OMRON 的 CPM1A-30CDR-A 可编程控制器。 产品规格：CPM1A CPU 单元 CPM1A 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。 2.22.2 十字路口交通灯模拟控制时序图十字路口交通灯模拟控制时序图 启 动 行人 道绿 灯 2S 10S 盲人脉冲按键控制时序图 和此行人道相 交叉的主干道 红灯 启动 南北红 东西绿 东西红 南北绿 10S 4S 14S 十字路口行人道交通灯模拟控制时序图 启 动 南北红 东 西 绿 东西黄东西红南北绿 南 北 黄 10S 2 S 2 S 10S2 S 2 S 14S 10S2 S 2 S ON OFF 十字路口主干道交通灯模拟控制时序图 南北红 东 西 绿 东西黄东西红南北绿 南 北 黄 15 2 S 2 S 10S2 S 2 S 14S 152 S 2 S 东西向绿灯延时时序图 启动 OFF ON 2.32.3 可编程控制器可编程控制器 I/OI/O 端口分配端口分配 启动开关0000停止开关0001 东西主干道绿灯1000东西主干道黄灯1001 东西主干道红灯1002南北主干道绿灯1003 南北主干道黄灯1004南北主干道红灯1005 东西行人道绿灯1100东西行人道红灯1101 南北行人道绿灯1102南北行人道红灯1103 东西向绿灯延迟控制按钮0004南北向绿灯延迟控制按钮0005 东西盲人脉冲按钮0003南北盲人脉冲按钮0002 PLC 0000 0001 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1100 1101 1102 1103 交通灯控制 PLC I/O 端口 0002 0003 0004 0005 2.42.4程序设计程序设计 0LD 00001OR 203002AND-NOT 0001 3AND-NOT 200004OUT 203005LD 20300 6AND-NOT 200017AND-NOT 202038OUT 20301 9LD 2030110OR TIM 00511OR TIM 027 12OR 2000013AND-NOT TIM 00214AND-NOT 20103 15AND-NOT 000116OUT 2000017TIM 000 #100 18TIM 001 #12019TIM 002 #14020LD TIM 002 21OR 2000122OR TIM 01823AND-NOT TIM 005 24AND-NOT 000125AND-NOT 2020326OUT 2001 27TIM 003 #10028TIM 004 #12029TIM 005 #140 30LD 000431OR 2010032AND-NOT 0000 33AND-NOT 000534AND-NOT 000135OUT 20100 36LD 2010037AND 2010538OUT 20102 39LD TIM 00540OR TIM 02741OUT 20105 42LD 2010243OR 2010344AND-NOT 0001 45AND-NOT TIM 01846OUT 2010347TIM 016 #150 48TIM 017 #17049TIM 018 #19050LD 0005 51OR 2020052AND-NOT 000153AND-NOT 0000 54AND-NOT 000455OUT 2020056LD TIM 002 57LD TIM 01858OUT 2020559LD TIM 20200 60AND 2020561OUT 2020262LD 20202 63OR 2020364AND-NOT 000165AND-NOT 027 66OUT 2020367TIM 025 #150 68TIM 026 #170 69TIM 027 #19070LD 2000071AND-NOT TIM 000 72LD 2010373AND-NOT TIM 01674OR LD 75AND-NOT 000176OUT 2000277LD TIM 000 78AND-NOT TIM 00179LD TIM 01680AND-NOT TIM 017 81OR LD 82AND-NOT 2000483AND-NOT 0001 84OUT 2000385TIM 006 #00286LD TIM 006 87OR TIM 00888OR TIM 01089OR TIM 009 90OR 2000491AND-NOT TIM 00792AND-NOT 0001 93OUT 2000494TIM 007 #00295LD 20002 96OR 2000397AND-NOT 000198AND-NOT 20009 99OUT 1000100LD TIM 001101AND-NOT TIM 002 102LD TIM 017103AND-NOT TIM 018104OR LD 105AND-NOT 20009106AND-NOT 0001107OUT 1001 108LD 20000109AND-NOT TIM 002110LD 20103 111AND-NOT TIM 018112OR LD113AND-NOT 20009 114AND-NOT 0001115OUT 1103116LD20000 117AND-NOT TIM 002118LD 20103119AND-NOT TIM 018 120OR LD121AND-NOT 20103122AND-NOT 0001 123OUT 20015124LD 20015125OR 20014 126AND-NOT 0001127OUT 1005128LD 20001 129AND-NOT TIM 003130LD 20203131AND-NOT TIM 025 132OR LD133AND-NOT 0001134OUT 20005 135LD TIM 003136AND-NOT TIM 004137LD TIM025 138AND-NOT TIM 026139OR LD140AND-NOT 20004 141AND-NOT 0001142OUT 20006143TIM 008 #002 144LD 20005145OR 20006146AND-NOT 20013 147AND-NOT 0001148OUT 1003149LD TIM 004 150AND-NOT TIM 005151LD TIM 026152AND-NOT TIM 027 153OR LD154AND-NOT 0001155AND-NOT 20013 156OUT 1101157LD 20001158AND-NOT TIM 005 159LD 20203160AND-NOT TIM 027161OR LD 162AND-NOT 20013163AND-NOT 0001164OUT 1101 165LD 20001166AND-NOT TIM 005167LD 20203 168AND-NOT TIM 027169OR LD170AND-NOT 0001 171AND-NOT 20009172OUT21000173LD 21000 174OR 20011175AND-NOT 0001176OUT 1002 177LD TIM 001178AND-NOT TIM 002179LD TIM 017 180AND-NOT TIM 018181OR LD 182AND-NOT 20004 183AND-NOT 0001184OUT 20007185TIM 009 #002 186LD TIM 004187AND-NOT TIM 005188LD TIM 026 189AND-NOT TIM 027190OR LD191AND-NOT 20004 192AND-NOT 0001193OUT 20008194TIM 010 #2 195LD 20007196OR 20003197OR 20002 198OR 20013199AND-NOT 0001200OUT 1100 201LD 20008202OR 20005203OR 20006 204OR 20009205AND-NOT 0001206OUT 1102 207LD 0002208OR 20009209AND-NOT TIM 011 210OUT 20009211TIM 011 #100212LD 20009 213AND-NOT 20010214OUT 20011215TIM 012 #010 216LD TIM 012217OR TIM 015218OR 20010 219AND-NOT TIM 013220OUT 20010221TIM 013 #010 222LD 0003223OR 20013224AND-NOT TIM 014 225OUT 20013226TIM 014 #100227LD 20013 228AND-NOT 20010229OUT 20014230TIM 015 #010 231END215216 217218219 220221222 223224225 第第 3 3 章章 总结总结 3.13.1 难点分析难点分析 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。 3.1.13.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系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。 3.1.23.1.2盲人脉冲按键盲人脉冲按键 盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的， 如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使 车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响 他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序 断开。 3.1.33.1.3手动车流控制按键的控制方式手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。 3.1.43.1.4交通灯的闪亮交通灯的闪亮 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 闪烁频率不能控制。由于对 PLC 内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的 PLC 内部功能继 电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第 86 条第 94 条指令之间） ， 此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。 3.23.2调试错误与修改方法调试错误与修改方法 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。 3.33.3PLCPLC 智能化控制交通灯的方法智能化控制交通灯的方法 传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两 个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口 在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生 这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变 化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有 一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此 系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交 通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预 先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能 产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发 生这样的现象：绿灯方向 几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立 准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种能够根据流量变化 情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。 此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统 的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序 控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端 J(斑马线附近)和远端 Y(距斑马线约 100 米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿 灯时间分为两部分：其一是固定的 10 秒作为路口车辆状态参数的采集时间 t1；其二是根 据两个方向车辆流量变化进