基于PLC交通信号灯控制系统设计 毕业设计.doc

四川职业技术学院 毕业设计开题报告 题目：题目：基于基于 PLCPLC 交通信号灯控制系统设计交通信号灯控制系统设计 系系 别：别：电子电气工程系电子电气工程系 专专 业：业： 机电一体化机电一体化 班班 级：级： 1 1 3 3 机电二班机电二班 姓姓 名：名： 戴戴 伟伟 强强 学学 号：号：13158020102123 指导教师：指导教师： 唐唐 林林 2015 年 4 月 02 日 本课题的现状与发展趋势、主要研究内容、方法及预期目标、课题进度计划、本课题的现状与发展趋势、主要研究内容、方法及预期目标、课题进度计划、 已收集的资料目录等。已收集的资料目录等。 一、本课题的现状与发展趋势一、本课题的现状与发展趋势: PLC 可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制 技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。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/CAM 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。 二、主要研究内容二、主要研究内容: 1、了解交通灯系统原理及过程。 2、选择系统运行方式。 3、确定输入/输出设备，选择 PLC；分析确定系统方案，画出设计合理的 PLC 控制系统。 7、根据设备的控制要求，画出系统的时序图、梯形图、指令表。 9、整理技术资料，完成系统监控调试。 三、方法及预期目标三、方法及预期目标: 1、详细分析交通灯系统的工作原理及工艺流程。 2、了解 PLC 的工作原理 3、设计交通灯系统 5、确定各种输入输出设备及被控制对象与 PLC 的连接方式，设计 PLC 控 制系统的硬件设计 6、根据 PLC 系统的设计要求进行系统的硬件连接，进行软件的整体设 计以及处理子程序。 8、制作后，经不断修改达到动作准确无误后，进行调试，完成设计要求。 四、课题进度计划四、课题进度计划: 2015.04.02-2015.04.10：查找资料，进行初步分析，撰写开题报告； 2015.04.11-2015.04.25：根据设计要求分析基于 PLC 交通灯的程序 设计； 2015.04.26-2011.05.12：根据基于 PLC 交通灯的设计工作原理画出 流程图并编译成 PLC 梯形图； 2015.05.13-2015.05.31：收集基于 PLC 交通灯设计的资料，对软硬 件进行设计； 2015.06.01-2015.06.15：进行上机调试，找出问题，进行修改，并 改进设计； 2015.06.16-2015.06.20：整理修理论文，准备答辩。 五、已收集的资料目录五、已收集的资料目录 1 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用（第二版）.重庆大学出 版社； 2 廖常初. 可编程序控制器应用技术（第三版）.重庆：重庆大学出版社， 1998 3 台方 可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社； 4 常斗南 可编程序控制器原理应用实验北京。 5 徐国林.PLC 应用技术 M.北京：机械工业出版社，2007 指导教师意见指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 所在专业教研室审查意见：所在专业教研室审查意见： 教研室负责人： 年 月 日 四川职业技术学院毕业设计中期检查表四川职业技术学院毕业设计中期检查表 系：电子电气工程系专业：机电一体化 填表日期：2015 年 5 月 15 日 毕业设计题目：基于基于 PLCPLC 的交通信号灯控制系统设计的交通信号灯控制系统设计 学生姓名戴伟强学号 13158020102123 班级13 机电二 班 导师姓名唐 林教研室 校内 寝室，图书 馆 起止时间 2015 年 4 月 2 日至 2015 年 6 月 20 日地点 校外家中 文献、资料检索阅读： 5 篇；是否具备独立查阅文献资料的能力 是 。 开题完成情况： 好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ） 未完成（ ） 学 习 态 度: 好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ） 出勤情况：出勤记载是否详实 ；请假次数： ，缺席次数： 。 毕业设计（论文）的进度（与任务书进度相对照）：正常（ ） 过快（ ） 偏慢（ ） 中期检查综合评价： 存在问题和改进措施： 中期检查结论：好（ ） 较好（ ） 一般（ ） 差（ ） 注：1本表由教师填写，交系保存备查； 2本表仅供参考，各系根据检查需要，可对检查内容进行必要的调整。 教研室主任： 四川职业技术学院 Sichuan Vocational and Technical College 毕业设计鉴定表 题 目 基于 PLC 的交通信号灯控制系统设计 所属系部电子电气工程系所属专业机电一体化 所属班级13 机电 2 班学 号 13158020102123 学生姓名戴伟强指导教师唐 林 起讫日期 2015.04.022015.6.20 四川职业技术学院教务处制 四川职业技术学院 毕业设计任务书 题 目 基于 PLC 交通灯控制系统毕业设计 所属系部电子电气工程系所属专业机电一体化 所属班级13 机电二班指导教师唐林 学生姓名戴伟强学 号 13158020102123 一、毕业设计内容与要求 内容：1、对交通灯控制系统的方式进行分析，定控制要求； 2、PLC 实现自动控制设计； 3、硬件设计； 4、软件设计 5、打印毕业设计。 要求： 1、熟悉交通灯控制要求； 2、制定基于 PLC 交通灯的控制方案； 3、设计控制系统的硬件电路的原理图； 4、调试程序； 5、打印毕业设计。 二、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等） 在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强 有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的的交通灯系统已经不能适应现在日 益繁忙的交通状况，可编程控制器交通灯集成自动控制技术、计量技术、新传感技术、计 算机管理技术于一体的机电一体化产品。充分吸收了分散式控制系统和集中系统的优点， 采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活，组态方便。 三、主要参考文献 1 廖常初.可编程序控制器的编程方法与工程应用（第二版）.重庆大学出版社； 2 廖常初. 可编程序控制器应用技术（第三版）.重庆：重庆大学出版社，1998 3 台方 可编程序控制器应用教程北京：中国水利水电出版社； 4 常斗南 可编程序控制器原理应用实验北京。 5 徐国林.PLC 应用技术 M.北京：机械工业出版社，2007 系部审 核意见 签 名： 年 月 日 注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交所属系部毕业设计（论文）领导小 组审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。 四川职业技术学院 学生毕业设计答辩情况记载表 题 目基于 PLC 的交通信号灯控制系统设计 所属系部电子电气工程系所属专业机电一体化 所属班级13 级机电二班指导教师唐 林 学生姓名戴伟强学 号 13158020102123 姓 名专业技术职务或职称所属单位或部门本人签字 成 员 答辩时间记录人 答 辩 小 组 提 出 的 主 要 问 题 及 学 生 回 答 问 题 情 况 1、 在十字路口交通灯控制中，你选用的灯具是哪种类型，有什么优点？ 发光二极管。优点：价格便宜、经济实惠且耐用 2、PLC 控制系统中要用直流电源，现常用哪种直流电源？有什么优点？ 直流 24v 电源，可以显著的减少来自减少来自交流电源的干扰，在交 流电源消失时，也能保证 PLC 的正常工作。 3、试述 PLC 的定义？ PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装 置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、 顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模 拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程 答辩小组组长签名： (至少三个问题) 年 月 日 四川职业技术学院 毕业设计综合评定表 题 目 基于 PLC 的交通信号灯控制系统设计 所属班级机电二班姓名唐林 学生姓名戴伟强职称副教授 学 号 13158020102123 指导 教师 部门电子电气工程系 指 导 教 师 评 语 指导教师： 年 月 日 答 辩 小 组 评 语 总评成绩： 答辩小组负责人： 年 月 日 四川职业技术学院四川职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目题目：基于基于 PLCPLC 交通信号灯控制系统设计交通信号灯控制系统设计 系系 别别： 电子电气工程系 专专 业业： 机电一体化机电一体化 班班 级级： 13级机电二班 姓姓 名名： 戴伟强戴伟强 学学 号号： 1315802010212313158020102123 指导教师指导教师： 唐 林 完成时间完成时间： 20152015 年年 0606 月月 摘摘 要要 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，路三者的关系的 协调，已经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道路，在高速道路建设完 成的初期，它们也曾有效的改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速公 路的系统的研究和控制，高速道路没有充分的发挥出预期的作用。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。所有，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 主干道和匝道，城区与周边地区的交通拥堵现状，越来越成为交通运输管理和城市规划部门 额待解决的主要问题。 关键词：关键词：可编程控制器，交通信号灯，可靠性高 目目 录录 引引 言言4 1、交通灯信号控制系统、交通灯信号控制系统5 1.1十字路口交通灯控制实际情况.5 1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟实验.5 2、 系统方案论证系统方案论证7 2.1 PLC 的特点7 2.2 PLC 控制交通灯的优点8 3、 系统硬件设计系统硬件设计8 3.1 系统的输入/输出信号及 PLC 选型.8 3.2 十字路口交通灯模拟控制时序图.9 3.3 可编程控制器 I/O 口分配10 3.4 PLC 的外部接线图11 4、 系统软件设计系统软件设计11 4.1 流程图.11 4.2 程序梯形图.12 4.3 指令表.16 5、 结论结论19 参考文献参考文献20 引引 言言 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系统 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道路， 在高速道路建设完成的初期，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与普通道路耦合处 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、城区同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。 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、交通灯信号控制系统、交通灯信号控制系统 1.1 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.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.B. 东西人行道：红 45S、绿 27S、绿闪 3S、红 60S； C.C. 东西主干道：红 45S、直行绿 27S、直行绿闪 3S、左转 10S、左转绿 10S、左转绿闪 3S、黄 2S； D.D. 南北人行道：绿 27S、绿闪 3S、红 60S； E.E. 循环控制方式； F.F. 交通灯变化顺序表（单循环周期 90 秒） 1、 南北向（列）和东西向（列）主干道南北向（列）和东西向（列）主干道 南北向（列）和东西向（列）主干道均设有直行绿灯 27S，直行绿灯闪亮 3S，左行绿 闪 3S，黄灯 2S 和红灯 4S。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。 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人行道绿灯也要应对闪亮， 其他时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时，当东西主干道直 行绿灯闪亮是东西人行道绿灯也要相对闪亮，其他时间为红灯。 1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟实验结合十字路口交通灯的路况模拟实验 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： 禁行通行灯 （亮时为红色） 准备禁行通行灯 （亮时为黄色） 直通行 （亮时为绿色） 另外人行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、南北向（列）和东西向（列）主干道南北向（列）和东西向（列）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 1 灭 1），黄灯 2S 和红灯 14S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依次点亮绿灯，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。 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为绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北在主干道 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人行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绿灯点亮时点亮，当东西主干道绿灯闪亮和 黄灯点亮时东西人行道绿灯也要对应闪亮 ，其他时间为红灯。 图 1 交通灯示意图 2、 系统方案论证系统方案论证 2.1 PLC 的特点的特点 PLC 是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC 与普通微机一样，以通用或专用 CPU 作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储， 另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC 控制一般具有可靠性高、 易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。 (1)可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。 A. PLC 不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系 统的维修简单，维修时间短。 B. PLC 采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故 障诊断和信息保护及恢复等，提高了 MTBF，降低了 MTTR 使可靠性提高。 C. PLC 有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不 易发生操作的错误。 D. PLC 是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更 简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而 为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。 E.在 PLC 的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采 用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存 储器内容的保护等。 F. PLC 的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤 波;软件自诊断;简化编程语言等。 (2)易操作性，PLC 的易操作性表现在下列几个方面: A、操作方便对 PLC 的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数 PLC 采用编程 器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的 PLC，编程 器采用了 CRT 屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根 据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液 晶屏或 CRT 上显示。 B、编程方便 PLC 有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形 图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于 编程人员的编程。 C、维修方便 PLC 具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生 故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。 (3)灵活性，PLC 的灵活性表现在以下几个方面: A.编程的灵活性。PLC 采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模 块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。 B.扩展的灵活性。PLC 的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不 同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。 C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。 2.2 PLC 控制交通灯的优点控制交通灯的优点 PLC 控制交通灯的优点有： (1)在交通灯控制系统中采用 PLC，用软件实现对其运行的自动控制，可靠性大大提 高。 (2)控制系统结构简单，外部线路简化。 (3)PLC 可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。 (4)PLC 可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。 (6)更改控制方案时不需改动硬件接线。 3、 系统硬件设计系统硬件设计 3.1 系统的输入系统的输入/输出信号及输出信号及 PLC 选型选型 根据 I/O 信号数量、类型以及控制要求，选择日本三菱公司的 FX2N-32MR 型 PLC，其 16 个输入端子和 16 个输出端子能够很好的满足控制要求。 FX2N 型机具有以下几方面的优点： (1)专用于开关量控制，其体积小，安装起来节省空间； (2)其功能较强，具有 2kHz 的高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用;在指令方面， 具有编码、译码、数据转换、可逆计数等功能。从结构上看：包括主机单元、I/O 扩展单元、 I/O 链接单元、A/D 转换单元、D/A 转换单元等； (3)采用的是箱体结构，其价格便宜，可靠性高； (4)其任一种 CPU 箱和任一种扩展箱均可配置在一起，因此，用户可根据所需的 I/0 点数进 行选件配置，使用灵活、方便。 3.2 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 南北红 东西绿 东西红 南北绿 10S 4S 14S 启 ON 动 OFF 南 北 红 东 西 绿 东 、 西 黄 东 西 红 南 北 绿 南 北 黄 2S 2S 10S 2S 2S 10S 2S 2S 10S 14S 十字路口主干道交通灯模拟时序图 十字路口行人道交通灯模拟控制时序图 3.3 可编程控制器可编程控制器 I/O 口分配口分配 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 3-1 表示。 输入元件输入地址输出元件输出地址 开启按钮 SB1 X0 南北绿灯 Y4 Y0 停止按钮 SB2 X1 南北黄灯 Y5 Y1 南北红灯 Y6