基于PLC的智能交通灯控制系统的设计毕业论文.doc

基于PLC的智能交通灯控制系统的设计毕业论文目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 交通灯的发展史11.2 研究目的和意义21.3 任务可行性分析2第二章 可编程控制器的基本知识32.1 可编程控制器概述32.1.1 可编程控制器32.1.2 PLC的发展趋势32.2 PLC的发展42.3 PLC的工作原理52.3.1 PLC的特点52.3.2 PLC的工作原理62.3.3 PLC的基本组成62.4 PLC的应用范围9第三章 交通信号灯控制系统113.1 车辆通过的检测113.2 用PLC实现智能交通灯控制123.3 交通灯硬件及外围元器件13第四章 交通灯程序设计154.1 交通灯的控制要求154.2十字路口交通灯模拟控制时序图164.3 十字路口交通信号灯控制系统的资源分配164.4 程序重点部分分析18第五章 总结20参考文献21附录22致谢29Abstract第一章 绪论1.1 交通灯的发展史19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，天津不锈钢岗亭这是城市街道的第一盏信号灯。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，天津不锈钢岗亭当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。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。纵观交通事业的发展历史，以前，人们出门远行或运输东西最常用到的的交通工具是马车，但是随着社会的进步经济的发展，一种新型交通工具汽车随之问世。如1950年英国陆虎公司推出世界上第一台采用燃气涡轮发动机的汽车，1952年美国通用公司推出“别克”牌小轿车，1955年福特“雷鸟”牌两座位汽车问世，1956年中国第一汽车制造厂成立，“解放”牌汽车问世。特别是近几年汽车产业更是日新月异，2006年全世界汽车总已产量已超过6400万辆。在汽车产业蓬勃发展的背后，随之而来交通问题也越来越多，如交通堵塞和交通事故时常发生，这不但给人们的生命和财产造成了威胁，同时还制约着国民经济的发展，特别是发达国家和发展中国家面临的形势更是严峻。为了缓解交通的负荷量，使车辆运行畅通无阻，交通事业整严有序，国家起用了双车道交通灯控制系统。通过红，绿，黄三色灯进行单一的控制，使其遵守红灯停，绿灯行的原则。但是随着社会的发展，天津不锈钢岗亭此系统已经远远不能满足交通控制事业的需求，需要一种全新的控制理念，进而引进了与我国国情相符合的国外先进的控制体系，多车道交通灯控制系统，不但解决以往交通控制系统的局限性，同时还加快车了车流辆速度。并制定了第三十八条明确规定：绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通行， 黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行，红灯亮时，禁止车辆通行。1.2 研究目的和意义随着我国交通事业的迅速发展，各种公交、运输汽车和汽车进入家庭的步伐加快使得城市的汽车数量逐年增加，城市道路交通堵塞、拥挤问题显得越来越突出，交通在许多城市已经成为“瓶颈”问题。在马路上经常会看到这种现象：如果一辆汽车发生故障，则该条线路将陷入瘫痪；一但某个路口的信号灯出现故障，就有可能在此路口塞车。交通发展的状况是衡量一个国家现代化程度的重要标志之一，从经济的发展形式看，我国的经济增长速度比主要工业发达国家年平均增长速度都要高，随着我国现代化发展的进程，经济必将持续增长，其增长的速度继续在世界处于领先地位，高速度的持续经济发展，必然带来严重的运输和交通问题。车如水、人如潮，这是我国城市交通的真实写照。人员和物资的流通量猛烈的增长，使得交通车辆的拥挤问题明显得暴露了出来。要解决交通拥挤的状况，道路的建设、拓宽和增加车行道固然重要，而现代化交通控制系统的建设，却可大幅度的提高现有道路的利用率，其重大的经济效益和社会效益是不可言语的。目前绝大部分的交通的时间都是单一的、固定的，不管是车流高峰还是低谷，红绿灯的时间都是固定不变的；还有一些交通灯只是能够按照固定的时间来划分高峰和低谷，简单地进行时间段的调整，这比起以前的交通灯是有所进步。但是控制起来不够灵活，还不能解决相对拥挤、混乱的交通次序。本文的设计正是针对这个弊端进行了改进，根据实时的车流量对个路口的红绿灯进行调整，大大加强了其灵活性和实时性，真正实现了智能的交通灯控制。1.3 任务可行性分析拒不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制（不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况），这样必然产生如下弊端：当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少的好多的却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS全球定位系统等。出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况：制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下：在入口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的最大优点在于减缓滞留现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低。第二章 可编程控制器的基本知识随着PLC功能的不断完善，性价比的不断提高，其应用面也越来越广。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、汽车、机械制造、轻纺、交通运输、环保和文化等各个行业。2.1 可编程控制器概述2.1.1 可编程控制器可编程控制器（Programmable Logic Controller,简称PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置，涉及到很多自动控制、电器方面的知识。经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。PLC的历史只有30多年，但一直在发展中，所以至今尚未对其下最后的定义。国际电工学会IEC（International Electrical Committee）1987年发布了当时PLC的最新定义：PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数学运算操作的电子装置，它采用可以编制程序的存储器，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，PLC及其相关的外围设备都应按照易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。其要点如下。 PLC是数字运算操作的电子装置，可以进行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作。 PLC是带有可以编制程序的存储器。 PLC是为在工业环境下应用而设计，用于控制各种类型的机械或生产过程。 PLC易于控制系统连成一体，易于扩展。总而言之，PLC是可编写程序的通用工业计算机自动控制设备。只要改变用户程序，便可用于各种工业控制设备或系统。2.1.2 PLC的发展趋势1.向高速度、大容量方向发展为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好地响应速度和更大的存储容量。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。2.向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为816点，以适应单机及小型自动控制的需要，如三菱公司系列PLC。3、 PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的专有联网手段；另一类是PLC与计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DCS）不可缺少的重要组成部分。4、增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占45%，输出设备占30%，线路占5%。前二项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理；而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。5、 编程语言多样化在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。2.2 PLC的发展1.PLC的发展历程在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电器控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller(PC)。个人计算机（简称PC）发展起来后为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）,现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而编程。它采用可编程控制器的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩充其功能的原则编程。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30 40%。在这期间，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中得地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.PLC的未来展望21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。2.3 PLC的工作原理2.3.1 PLC的特点1.可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。2.3.2 PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的一个扫描周期必经输入采样、程序执行、和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，经相应的运算和处理后，其结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。2.3.3 PLC的基本组成PLC基本组成包括中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出接口(缩写为I/O，包括输入接口、输出接口、外部设备接口、扩展接口等)、外部设备编程器及电源模块组成。（见图2.1）PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。外部设备现场用户输出设备微处理器（CPU）运算器控制器输出部件输入部件系统存储器用户存储器I/O扩展接口通讯及编程接口编程设备计算机打印机等传感器按钮、开关现场信号电磁阀中间继电器执行器现场用户输入设备扩展设备扩展单元通讯模块功能模块电源变换器110V/220V市电PLC基本单元图2.1 PLC系统结构示意图1.中央处理器中央处理器(CPU)由控制器、运算器和寄存器组成并集成在一个芯片内。CPU通过数据总线总线、地址总线、控制总线和电源总线与存储器、输入输出接口、编程器和电源相连接。小型PLC的CPU采用8位或16位微处理器或单片机，如8031、M68000等，这类芯片价格很低；中型PLC的CPU采用16位或32位微处理器或单片机，如8086、96系列单片机等，这类芯片主要特点是集成度高、运算速度快且可靠性高；而大型PLC则需采用高速位片式微处理器。CPU按照PLC内系统程序赋予的功能指挥PLC控制系统完成各项工作任务。2.存储器PLC内的存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据等1）系统程序存储器PLC系统程序决定了PLC的基本功能，该部分程序由PLC制造厂家编写并固化在系统程序存储器中，主要有系统管理程序、用户指令解释程序和功能程序与系统程序调用等部分。 系统管理程序主要控制PLC的运行，使PLC按正确的次序工作；用户指令解释程序将PLC的用户指令转换为机器语言指令，传输到CPU内执行；功能程序与系统程序调用则负责调用不同的功能子程序及其管理程序。 系统程序属于需长期保存的重要数据，所以其存储器采用ROM或EPROM。ROM是只读存储器，该存储器只能读出内容，不能写入内容，ROM具有非易失性，即电源断开后仍能保存已存储的内容。 EPEROM为可电擦除只读存储器，须用紫外线照射芯片上的透镜窗口才能擦除已写入内容，可电擦除可编程只读存储器还有E2PROM、FLASH等。 2）用户程序存储器用户程序存储器用于存放用户载入的PLC应用程序，载入初期的用户程序因需修改与调试，所以称为用户调试程序，存放在可以随机读写操作的随机存取存储器RAM内以方便用户修改与调试。通过修改与调试后的程序称为用户执行程序，由于不需要再作修改与调试，所以用户执行程序就被固化到EPROM内长期使用。 3）数据存储器PLC运行过程中需生成或调用中间结果数据(如输入/输出元件的状态数据、定时器、计数器的预置值和当前值等)和组态数据(如输入输出组态、设置输入滤波、脉冲捕捉、输出表配置、定义存储区保持范围、模拟电位器设置、高速计数器配置、高速脉冲输出配置、通信组态等)，这类数据存放在工作数据存储器中，由于工作数据与组态数据不断变化，且不需要长期保存，所以采用随机存取存储器RAM。 RAM是一种高密度、低功耗的半导体存储器，可用锂电池作为备用电源，一旦断电就可通过锂电池供电，保持RAM中的内容。 3.接口输入输出接口是PLC与工业现场控制或检测元件和执行元件连接的接口电路。PLC的输入接口有直流输入、交流输入、交直流输入等类型；输出接口有晶体管输出、晶闸管输出和继电器输出等类型。晶体管和晶闸管输出为无触点输出型电路，晶体管输出型用于高频小功率负载、晶闸管输出型用于高频大功率负载；继电器输出为有触点输出型电路，用于低频负载。 现场控制或检测元件输入给PLC各种控制信号，如限位开关、操作按钮、选择开关以及其他一些传感器输出的开关量或模拟量等，通过输入接口电路将这些信号转换成CPU能够接收和处理的信号。输出接口电路将CPU送出的弱电控制信号转换成现场需要的强电信号输出，以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。1) 输入接口输入接口用于接收和采集两种类型的输入信号，一类是由按钮、转换开关、行程开关、继电器触头等开关量输入信号；另一类是由电位器、测速发电机和各种变换器提供的连续变化的模拟量输入信号。 滤波电路用以消除输入触头的抖动，光电耦合电路可防止现场的强电干扰进入PLC。由于输入电信号与PLC内部电路之间采用光信号耦合，所以两者在电气上完全隔离，使输入接口具有抗干扰能力。现场的输入信号通过光电耦合后转换为5V的TTL送入输入数据寄存器，再经数据总线传送给CPU。 2) 输出接口输出接口电路向被控对象的各种执行元件输出控制信号。常用执行元件有接触器、电磁阀、调节阀(模拟量)、调速装置(模拟量)、指示灯、数字显示装置和报警装置等。输出接口电路一般由微电脑输出接口电路和功率放大电路组成，与输入接口电路类似，内部电路与输出接口电路之间采用光电耦合器进行抗干扰电隔离。 微电脑输出接口电路一般由输出数据寄存器、选通电路和中断请求逻辑电路集成在芯片上，CPU通过数据总线将输出信号送到输出数据寄存器中，功率放大电路是为了适应工业控制要求，将微电脑的输出信号放大。 3) 其它接口若主机单元的I/O数量不够用，可通过I/O扩展接口电缆与I/O扩展单元(不带CPU)相接进行扩充。PLC还常配置连接各种外围设备的接口，可通过电缆实现串行通信、EPROM写入等功能。4.编程器编程器作用是将用户编写的程序下载至PLC的用户程序存储器，并利用编程器检查、修改和调试用户程序，监视用户程序的执行过程，显示PLC状态、内部器件及系统的参数等。 编程器有简易编程器和图形编程器两种。简易编程器体积小，携带方便，但只能用语句形式进行联机编程，适合小型PLC的编程及现场调试。图形编程器既可用语句形式编程，又可用梯形图编程，同时还能进行脱机编程。 目前PLC制造厂家大都开发了计算机辅助PLC编程支持软件，当个人计算机安装了PLC编程支持软件后，可用作图形编程器，进行用户程序的编辑、修改，并通过个人计算机和PLC之间的通信接口实现用户程序的双向传送、监控PLC运行状态等。 5.电源PLC的电源将外部供给的交流电转换成供CPU、存储器等所需的直流电，是整个PLC的能源供给中心。PLC大都采用高质量的工作稳定性好、抗干扰能力强的开关稳压电源，许多PLC电源还可向外部提供直流24V稳压电源，用于向输入接口上的接入电气元件供电，从而简化外围配置。2.4 PLC的应用范围目前，可编程控制器PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。1.开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2.模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3.运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4.过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5.数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6.通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。第三章 交通信号灯控制系统3.1 车辆通过的检测1.感应线圈(电感式传感器)电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成如图3.1（a）中虚线所形成的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 23m，电感约为100 H.这种传感器可检测的电感变化率在0.3以上。电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器最好选用防潮性能好的原材料。2.电路检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的检测器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部分。原理框图如图3.2所示, 输出脉冲波形见图 3.1(b)。3.传感器的铺设图3.1 车辆检测原理图及检测电路电压脉冲输出波形图3.2 车辆存在与检测电路原理框图4.车辆计数车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，方案如图3.3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。图3.3 传感器的铺设3.2 用PLC实现智能交通灯控制1.控制系统的组成车辆的流量记数、交通灯的时长控制可由可编程控制器(PLC)来实现。当然，也可选用其他种类的计算机作为控制器。本例选用PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;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;它采用模块化结构，编程简单，安装简单，维修方便。利用PLC，可使上述描叙的各传感器以及各道口的信号灯与之直接相连，非常方便可靠，如图3.4所示。图3.4 用PLC实现智能交通灯控制原理框图2.车流量的计量每股行车道的车流量通过PLC分别统计。当车辆进入路口经过车辆传感器（见图3.3）时，使统计数加1，东西南北方向依次分别统计车流量。用南北两方向统计的车流量相比教，可得到车流量大的一个方向；用东西两方向统计的车流量相比较，可得到车流量大的一个方向，然后用东西与南北各个车流量大的一方进行比较，大的则绿灯加时，据此作为调整红绿灯时长的依据。3.3 交通灯硬件及外围元器件根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只，输入输出端口接线如图3.5所示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器Xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输出继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端，南北方向红灯接于输出继电器Y3端，南北方向的绿灯接于输出继电器Y4，南北方向黄灯接于输出继电器Y5。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。图3.5 PLC外部I/O设备接线图第四章 交通灯程序设计4.1 交通灯的控制要求按下启动按钮后，交通等控制系统开始工作。先程序初始化，计数器清零并开始计数。4个计数器在一个绿灯的周期内分别记录下东西南北的车流量，若东西与南北大的两个方向都小于20，则按原有的：红灯亮25S，绿灯亮20S闪3S，黄灯亮2S进行循环；若东西与南北的两个方向都大于20，则也按照原有的时间进行循环；若东西与南北大的两个车流量中有一个车流量大于20，而另一方向小于20时，则车流量大的一方绿灯加时20S，车流量小的一方红灯加时20S，依次循环检测改变交通灯时间。如图4.1定时加调整控制流程图所示。图4.1 定时加调整控制流程图4.2十字路口交通灯模拟控制时序图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4.2所示。启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯图4.2 交通信号灯时序状态示意图4.3 十字路口交通信号灯控制系统的资源分配（1） 数字量输入部分：地址分配如表4.1所示。（2） 数字量输出部分：地址分配如表4.2所示。（3） 辅助继电器分配：地址分配如表4.3所示。（4） 数据寄存器分配：地址分配如表4.4所示。（5） 延时开关的分配：地址分配如表4.5所示。表4.1 数字量输入地址分配表输入地址对应的外部设备X0启动按钮X1东路口计数传感器X2南路口计数传感器X3西路口计数传感器X4北路口计数传感器表4.2 数字量输出地址分配表输出地址对应的外部设备Y0东西绿灯Y1东西黄灯Y2东西红灯Y3南北红灯Y4南北绿灯Y5南北黄灯表4.3 辅助继电器地址分配表M8013南北绿灯闪烁辅助继电器M8013东西绿灯闪烁辅助继电器M8002复位按钮M0东车流量西车流量M5南车流量北车流量M10南(北)车流量20辆M15东(西)车流量20辆表4.4 数据寄存器地址分配表D0东路口计数器D1南路口计数器D2西路口计数器D3北路口计数器D4东西两方向大的一方D5南北两方向大的一方D10南北红灯定时时间D11南北绿灯定时时间D20东西红灯定时时间D21东西绿灯定时时间表4.5 延时开关地址分配表T0南北红灯时间T1南北绿灯时间T2南北绿灯闪烁时间T3东西绿灯时间T4东西绿灯闪烁时间T5东西黄灯时间T6东西红灯时间T7南北黄灯时间T10南北车辆计数时间20ST11东西车辆计数时间20S根据程序设计输入、输出端口的个数，该设计选用三菱FX2N-32MR系列PLC，满足编程要求。4.4 程序重点部分分析一、车辆计数功能在南北绿灯亮一个周期的时间内，经过南北路口的两传感器记录下通过各个路口的车辆数，南方向的车辆数放入寄存器D1，北方向的车辆数放入寄存器D3，通过比较指令对南北各个路口的车辆数进行对比，然后记录下路口车辆多的一个方向，将其车辆数放入寄存器D5。东西方向同理即可。如图4.3所示。图4.3 车辆计数二、通行车辆计数将南北两路口车辆数多的一方的车辆数值放入寄存器D5后，通过比较指令对D5和20进行对比。如果D5的数值小于或者等于20，则按照原交通灯的时间进行工作；如果D5的数值大于20，则在原南北方向绿灯时间上延时20S，东西方向红灯时间延时20S。东西方向同理即可。如图4.4所示。图4.4 通行车辆计数第五章 总结三菱系列FX2N PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。今天的PLC已经开始用于闭环控制，不仅如此，随着其扩展能力和通信能力的发展，不仅在交通灯中控制自如，它也越来越多地应用到了复杂的分布式控制系统中。由PLC控制十字路口的指示灯,维护方便,可按需要随意修改指示灯亮的时间,更是体现了城市管理工作的现代化。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，特别对于多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的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，所以将同一条路上的信号灯组成一局域网功进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。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，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。用PLC控制十字路口的指示灯，维护方便，可按需要随意修改指示灯亮的时间，更体现了城市管理工作的现代话。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 参考文献1常建生，检测与转换技术.北京：机械工业出版社.19922张凤珊，电气控制及可编程序控制器（第2版）M.北京：中国轻工业出版社，20033范晶彦，传感器与检测技术应用M.北京：机械工业出版社，20054张万忠，可编程序控制应用技术.第2版.北京：化学工业出版社，20055薛迎成，PLC与触摸屏控制技术M.北京：中国电力出版社，20086胡学林，可编程控制器教程：实训篇.北京：电子工业出版社，20047李国厚，PLC原理与应用M.清华大学出版社，20098马志溪，电气工程设计M.北京：机械工业出版社，20029郁汉琪，电气控制与可编程序控制器应用技术M.南京：东南大学出版社， 200310吴晓军，杨向明，电气控制与可编程控制器应用M.北京：中国建材工业出 版社，200411王阿根，电气可编程控制原理与应用.北京：清华大学出版社，200712王海国，可编程控制器及应用.第2版.北京：中国劳动社会保障出版社，2007附录致谢短暂的毕业设计即将结束，在此，我首先感谢我的母校，在我们即将步入社会，走向工作岗位之际为我提供了这样一个良好的学习知识与动手操作的机会，并为我提供了先进实验设备。通过本次毕业设计我受益匪浅，不仅使我学会了用PLC编写程序的方法，而且对学过的相关知识得到了进一步的巩固和提高，通过阅读相关专业书籍掌握了一些以前未了解的知识；同时也熟悉了很多的硬件设备，更重要的是使我在学习和掌握这些知识的同时，能够在思维上得到提高和升华，在分析问题和解决问题的能力上得到培养和提高。这次毕业设计使我完善了知识结构、拓宽了知识面,开阔了眼界、提高了对各科知识综合应用的能力；同时也锻炼和培养了我的基本素质，它使我更加耐心、谨慎、细致。在这次毕业设计期间，指导老师老师给予了我耐心的辅导和热情的帮助。对于一些疑难问题老师更是很有耐心、不厌其烦的给予解答，并且在百忙之中对本论文进行了仔细的审阅，提出了极为宝贵的修改意见和建议，保证了论文的质量。使我在毕业之际为学校交上了一份满意的答卷。在此对老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。在这次毕业设计期间，指导老师给予了我耐心的辅导和热情的帮助。对于一些疑难问题老师更是很有耐心、不厌其烦的给予解答，并且在百忙之中对本论文进行了仔细的审阅，提出了极为宝贵的修改意见和建议，保证了论文的质量。使我在毕业之际为学校交上了一份满意的答卷。在此对老师说一声谢谢！衷心的感谢！PLC控制交通灯的论文 摘 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。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，而单片机编程复杂不容易掌握，因此，最终我们选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计.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，在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点，本文用三菱FX2N的可编程控制器控制十字路口信号灯来说明可编程控制器硬件、软件的设计。解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。但现在有的交通信号灯控制系统都是单一的固定时序控制，不能够根据实际交通状况进行调节控制。三菱系列的可编程序控制器和传感技术来实现对交通灯的智能信号控制。可用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。关键词： PLC（可编程序控制器）; 三菱FX2N ; 传感器探测 ; 交通灯。 AbstractThe variable procedure controller is in industry automate the position is extremely important, extensive application in each profession. Along with the development of science and technology, the function of the programmable controller is increasingly perfec