十字路口交通信号灯PLC控制系统(代大)..doc

东华理工大学 机械与电子工程学院 自动化 plc课程设计 十字路口交通灯 摘 要2一 、应用背景与需求2二、 设计内容4三、 plc的基本知识61. plc产生和定义62. plc的基本组成63.plc的结构及基本工作原理74. plc的特点8四、 十字路口交通灯的原理及示意图8五、 电路中主要元器件的介绍91. 熔断器92. 中间继电器10 六、 应用plc设计十字路口交通灯1.输入输出点分配表102.十字路口交通灯的接线图123.十字路口交通灯的控制时序图124.十字路口交通灯的控制梯形图135.程序指令16七、结论19参考文献20十字路口交通信号灯plc控制系统的设计与调试摘 要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，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。城市交通灯控制采用plc比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点。将plc用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。目前大多品牌的plc内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于plc本身具有通讯联网功能，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。为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的plc是必要的。关键字 plc/交通灯/程序控制一 、应用背景与需求 中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。 从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。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。为此，进行了深入的研究，本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。 实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器plc、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而通过对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终选择了用可编程的控制器plc来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。 plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.plc是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plc将plc用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。目前大多品牌的plc内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于plc本身具有通讯联网功能，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、设计内容 1.控制要求：（1）系统工作受开关控制，起动开关 on 则系统工作；起动开关 off 则系统停止工作。（2）控制对象有八个： 东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个， 东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个， 东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个， 东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。（3）控制规律：1）高峰时段按时序图二（见附图）运行， 正常时段按时序图三（见附图）运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 s，暗 0.6 s的规律反复循环。高峰时段、 正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行(见附图)。2. 编程并调试3. i/o端子接线图 时序图一 高峰时段 7：00 8：15 16：30 正常时段 晚间时段 6：30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 小时 时序图二 00004 r-ew 00001 lsn 00002 gsn 00003 ysn 00008 rsn 00005 lew 00006 gew 00007 yew 10 20 30 40 50 60 70 80 90 sec 时序图三 00004 r-ew 00001 lsn 00002 gsn 00003 ysn 00008 rsn 00005 lew 00006 gew 00007 yew 10 20 30 40 50 60 70 80 90 sec三、 plc的基本知识1. plc产生和定义1968年由美国通用汽车公司（ge）提出，1969年有美国数字设备公司（dec）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为plc（programmable logic controller）。 80年代，由于计算机技术的发展，plc采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，plc运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为pc（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（iec）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计3。” 2. plc的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的plc以及同一家生产的不同型号的plc其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。plc的主机由微处理器（cpu）、存储器（eprom、rom）、输入/输出模块、外设i/o接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍plc各组成部分及作用4。3.plc的结构及基本工作原理plc是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入plc的用户存储器中存储。plc的控制功能就是运用用户程序来实现的。plc运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到end指令，程序运行结束。而plc从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到end指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（run）切换到停止（stop）工作状态。我们把plc这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，plc对输出，输出信号的处理与微型机算机不同 。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而plc对输出、输出信号是集中批处理。plc扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新5。4. plc的特点plc是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使plc具有许多其他控制器所无法相比的优点。1) 可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3) 采用模块化结构，使系统组合灵活方便4) 编程语言简单、易学，便于掌握5) 系统设计周期短6) 对生产工艺改变适应性强7) 安装简单、调试方便、维护工作量小8）体积小、重量轻、功耗低 四、十字路口交通灯的原理及示意图如图2.1是十字路口交通信号灯示意图, 本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯两个，东西方向黄灯两个，东西方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向红灯两个，南北方向黄灯两个，南北方向绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。 正常时段(8时16时、18时6时)：南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒，南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。高峰时段（7时8.15时、16.30时18时）：南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持40秒，南北绿灯亮维持35秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。绿红黄红 黄 绿 y2黄绿红绿黄红北东南西五、 电路中主要元器件的介绍1. 熔断器 作用熔断器是一种简单的保护电器，串接于电路，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断自动断开电路，保护其他电气设备。 型号 8a 符号 fu 工作要求熔体的额定电流要小于或等于熔断器的额定电流熔断器的电压大于或等于被保护的工作电压2. 中间继电器 作用中间继电器作用是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它来控制小容量电动机或其他电气执行元件，它的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 型号 dc24v 符号 线圈 常开触点 常闭触点 工作要求中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大(额定电流510a) 优点体积小，动作灵敏度高，并在10a以下电路中可代替接触器起控制作用。六、应用plc设计十字路口交通灯1.输入输出点分配表 十字路口交通信号灯示意图, i0.0控制启动，i0.1控制停止，i0.2手动调用正常时段子程序，i0.3手动调用高峰时段子程序，本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯q0.0，东西方向黄灯q0.1，东西方向绿灯q0.2，东西方向左转弯绿灯q0.3，南北方向红灯q0.4，南北方向黄灯q0.5，南北方向绿灯q0.6，南北方向左转弯绿灯q0.7。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。1输入启动i0.02停止i0.13手动调用正常时段子程序i0.24手动调用高峰时段子程序i0.35输出东西红灯q0.06东西黄灯q0.17东西绿灯q0.28东西左转弯绿灯q0.39南北红灯q0.410南北黄灯q0.511南北绿灯q0.612南北左转弯绿灯q0.7 地址分配表 根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图3.1所示的plc控制系统i/o接线图。2. 十字路口交通灯的接线图根据十字路口交通灯的实际连线，画出如图3.2所示的十字路口交通灯的接线图3.十字路口交通灯的控制时序图高峰时段 00004 r-ew 00001 lsn 00002 gsn 00003 ysn 00008 rsn 00005 lew 00006 gew 00007 yew 10 20 30 40 50 60 70 80 90 正常时段 00004 r-ew 00001 lsn 00002 gsn 00003 ysn 00008 rsn 00005 lew 00006 gew 00007 yew 10 20 30 40 50 60 十字路口交通灯的控制梯形图21主程序网络1网络二网络三网络四网络五网络六网络7网络8网络9网络10网络11网络12网络13网络14网络15sbr_0网络1网络2网络3网络4网络5网络6网络7网络8网络9网络10网络11sbr_1网络1网络2网络3网络4网络5网络6网络7网络8网络9 网络10网络115.程序指令主程序network 1 / 网络标题/ 网络注释ld i0.0o m0.0an i0.1= m0.0network 2 ld i0.1r m0.0, 1r q0.0, 8network 3 ld m0.0an t37ton t37, 600 /定时60秒network 4 ld t37ld i0.1o sm0.1o c1ctd c0, 390network 5 ld t37ld i0.1o sm0.1o c2ctd c1, 420network 6 ld t37ld i0.1o sm0.1o c3ctd c2, 495network 7 ld t37ld i0.1o sm0.1o c4ctd c3, 990network 8 ld t37ld i0.1o sm0.1o c5ctd c4, 1080network 9 ld t37ld i0.1o sm0.1o c6ctd c5, 1200network 10 ld t37ld i0.1o sm0.1o c0ctd c6, 1440network 11 ldn t51ton t50, 6network 12 ld t50ton t51, 4network 13 ld sm0.0a m0.0an c0ld sm0.0a m0.0a c5oldan t50= q0.1= q0.5network 14 / 调用正常时段的子程序ld c0o c2o c4o c5o i0.2call sbr1network 15 / 调用高峰时段的子程序ld c1o c3o i0.3call sbr0title=高峰时段子程序network 1 / 网络标题/ 网络注释ld m0.0an t38ton t38, 750network 2 ld m0.0an t55ton t54, 4network 3 ld t54ton t55, 6network 4 ldw= t38, 0aw= t38, 50aw= t38, 100aw= t38, 300aw= t38, 350aw= t38, 0aw= t38, 400= q0.4network 8 ldw= t38, 400aw= t38, 450aw= t38, 500aw= t38, 650aw= t38, 700aw= t38, 0aw= t38, 0aw= t38, 50aw= t38, 100aw= t38,