毕业设计（论文）-基于PLC控制交通灯系统的设计.doc

成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （基于PLC交通灯控制系统设计）成都电子机械高等专科学校成教院毕 业 设 计（论 文）论文题目： 基于PLC控制交通灯系统的设计教 学 点： 重庆科创职业学院指导老师： 职 称： 讲师 学生姓名： 学 号: 专 业： 机电一体化技术成都电子机械高等专科学校成教院制2011 年 01 月 10 日成都电子机械高等专科学校成教院毕业设计（论文）任务书题目： 基于PLC控制交通灯系统的设计任务与要求：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。时间： 2010 年 11 月 10 日 至 2011 年 1 月15 日 共 9 周教 学 点： 重庆科创职业学院学生姓名： 学 号： 专业： 机电一体化技术指导单位或教研室： 重庆科创职业学院指导教师： 职 称： 讲师成都电子机械高等专科学校成教院制毕业设计(论文)进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字11月10日至11月17日选题良好11月18日至11月25日论文提纲写作良好11月26日至12月21日初稿写作良好12月22日至1月6日二搞写作良好1月7日至1月10日定稿并上交论文的电子文档良好1月11日至1月15日做好论文答辩准备良好教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。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关键词:PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。AbstractTraffic lights appear, make traffic to effectively control for relieves traffic flow, improve traffic capacity, reduce the number of traffic accidents have obvious effect. In order to realize the traffic management, and strive to traffic management advanced and scientific. PLC controlled traffic control system, and the system hardware and software design method, the experiment proved that the system is simple, economic and can be effectively relieves traffic, improve traffic intersection traffic capacity of. Analyzes modern urban traffic control and management problems, based on the status of the traffic to the actual situation of traffic control system is expounded the working principle, this paper presents a simple and practical urban traffic control system of PLC design scheme. Programmable controller in industrial automation the status is very important, widely used in various industries. With the development of science and technology, programmable controller function is increasingly perfect, plus miniaturization, low price, high reliability, the role in modern industry become more prominentkey words ： PLC programmable controller, traffic model lamp, high reliability.目 录第一章 交通灯信号控制系统1第一节 十字路口交通灯控制实际情况1第二节 南北向（列）和东西向（行）主干道1第三节 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验1第四节 南北向（列）和东西向（行）主干道2第五节 盲人安全通道控制和手动控制车流量2第六节 流程图3第二章 可编程控制器程序设计5第一节 可编程控制器选择5第二节 十字路口交通灯模拟控制时序图5第三节 可编程控制器I/O端口分配如表2-5.图2-67第四节 程序设计如表2-78第三章 总结11第一节 难点分析11第二节 调试错误与修改方法11第三节 PLC智能化控制交通灯的方法12第四节 收获与感悟13结束语14谢 辞15参考文献16成都电子机械高等专科学校成教院毕业论文（设计） （基于PLC交通灯控制系统设计）第一章 交通灯信号控制系统第一节 十字路口交通灯控制实际情况（1）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；（2）东西人行道：红 45S、绿 27S、绿闪3S 、红 60S；（3）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；（4）南北人行道：绿27S 、绿闪3S、红 60S；（5）循环控制方式；（6）交通灯变化顺序表（单循环周期90秒）。第二节 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。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。第三节 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：（1） 禁止通行灯 （亮时为红色）（2） 准备禁止通行灯 （亮时为黄色）（3） 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：（1） 禁止通行灯 （亮时为红色）（2） 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。第四节 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。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。第五节 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。16第六节 流程图一、 交通灯模拟控制系统流程图如图1-1所示图1-1交通灯模拟控制系统流程图二、 手动控制车流量流程图如图1-2所示图1-2手动控制车流量流程图第二章 可编程控制器程序设计第一节 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。第二节 十字路口交通灯模拟控制时序图一、 盲人脉冲按键控制时序图如图2-1所示图2-1盲人脉冲按键控制时序图二、十字路口行人道交通灯模拟控制时序图如图2-2所示图2-2十字路口行人道交通灯模拟控制时序图二、 十字路口主干道交通灯模拟控制时序图如图2-3所示图2-3十字路口主干道交通灯模拟控制时序图三、 东西向绿灯延时时序图如图2-4所示图2-4东西向绿灯延时时序图第三节 可编程控制器I/O端口分配如表2-5.图2-6表2-5 端口分配表启动开关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图2-6 端口分配图 第四节 程序设计如表2-7表2-7 程序设计表0LD 00001OR 203002AND-NOT 00013AND-NOT 200004OUT 203005LD 203006AND-NOT 200017AND-NOT 202038OUT 203019LD 2030110OR TIM 00511OR TIM 02712OR 2000013AND-NOT TIM 00214AND-NOT 2010315AND-NOT 000116OUT 2000017TIM 000 #10018TIM 001 #12019TIM 002 #14020LD TIM 00221OR 2000122OR TIM 01823AND-NOT TIM 00524AND-NOT 000125AND-NOT 2020326OUT 200127TIM 003 #10028TIM 004 #12029TIM 005 #14030LD 000431OR 2010032AND-NOT 000033AND-NOT 000534AND-NOT 000135OUT 2010036LD 2010037AND 2010538OUT 2010239LD TIM 00540OR TIM 02741OUT 2010542LD 2010243OR 2010344AND-NOT 000145AND-NOT TIM 01846OUT 2010347TIM 016 #15048TIM 017 #17049TIM 018 #19050LD 000551OR 2020052AND-NOT 000153AND-NOT 000054AND-NOT 000455OUT 2020056LD TIM 00257LD TIM 01858OUT 2020559LD TIM 2020060AND 2020561OUT 2020262LD 2020263OR 2020364AND-NOT 000165AND-NOT 02766OUT 2020367TIM 025 #150 68TIM 026 #17069TIM 027 #19070LD 2000071AND-NOT TIM 00072LD 2010373AND-NOT TIM 01674OR LD75AND-NOT 000176OUT 2000277LD TIM 00078AND-NOT TIM 00179LD TIM 01680AND-NOT TIM 01781OR LD 82AND-NOT 2000483AND-NOT 000184OUT 2000385TIM 006 #00286LD TIM 00687OR TIM 00888OR TIM 01089OR TIM 00990OR 2000491AND-NOT TIM 00792AND-NOT 000193OUT 2000494TIM 007 #00295LD 2000296OR 2000397AND-NOT 000198AND-NOT 2000999OUT 1000100LD TIM 001101AND-NOT TIM 002102LD TIM 017103AND-NOT TIM 018104OR LD105AND-NOT 20009106AND-NOT 0001107OUT 1001108LD 20000109AND-NOT TIM 002110LD 20103111AND-NOT TIM 018112OR LD113AND-NOT 20009114AND-NOT 0001115OUT 1103116LD20000117AND-NOT TIM 002118LD 20103119AND-NOT TIM 018120OR LD121AND-NOT 20103122AND-NOT 0001123OUT 20015124LD 20015125OR 20014126AND-NOT 0001127OUT 1005128LD 20001129AND-NOT TIM 003130LD 20203131AND-NOT TIM 025132OR LD133AND-NOT 0001134OUT 20005135LD TIM 003136AND-NOT TIM 004137LD TIM025138AND-NOT TIM 026139OR LD140AND-NOT 20004141AND-NOT 0001142OUT 20006143TIM 008 #002144LD 20005145OR 20006146AND-NOT 20013147AND-NOT 0001148OUT 1003149LD TIM 004150AND-NOT TIM 005151LD TIM 026152AND-NOT TIM 027153OR LD154AND-NOT 0001155AND-NOT 20013156OUT 1101157LD 20001158AND-NOT TIM 005159LD 20203160AND-NOT TIM 027161OR LD162AND-NOT 20013163AND-NOT 0001164OUT 1101165LD 20001166AND-NOT TIM 005167LD 20203168AND-NOT TIM 027169OR LD170AND-NOT 0001171AND-NOT 20009172OUT21000173LD 21000174OR 20011175AND-NOT 0001176OUT 1002177LD TIM 001178AND-NOT TIM 002179LD TIM 017180AND-NOT TIM 018181OR LD 182AND-NOT 20004183AND-NOT 0001184OUT 20007185TIM 009 #002186LD TIM 004187AND-NOT TIM 005188LD TIM 026189AND-NOT TIM 027190OR LD191AND-NOT 20004192AND-NOT 0001193OUT 20008194TIM 010 #2195LD 20007196OR 20003197OR 20002198OR 20013199AND-NOT 0001200OUT 1100201LD 20008202OR 20005203OR 20006204OR 20009205AND-NOT 0001206OUT 1102207LD 0002208OR 20009209AND-NOT TIM 011210OUT 20009211TIM 011 #100212LD 20009213AND-NOT 20010214OUT 20011215TIM 012 #010216LD TIM 012217OR TIM 015218OR 20010219AND-NOT TIM 013220OUT 20010221TIM 013 #010222LD 0003223OR 20013224AND-NOT TIM 014225OUT 20013226TIM 014 #100227LD 20013228AND-NOT 20010229OUT 20014230TIM 015 #010231END215216217218219220221222223224225第三章 总结第一节 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。一、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。二、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。三、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。四、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。第二节 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。第三节 PLC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t