城市路口交通灯PLC控制设计.doc

城市路口交通灯城市路口交通灯 PLC 控制设计控制设计 第一章第一章 绪论绪论 1 1 引言引言 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 原先的交通灯控制系统已经不能 适应现在日益繁忙的交通状况 如何改善交通灯控制系统 使其适应现在的交通状况 因此如何设计出一款精确度高 性能可靠 成本低廉 使用广泛 线路结构简单的交 通灯系统 正是本课题的设计重点 1 2 课题背景课题背景 随着交通的不断发展和汽车化进程的加快 交通事故频发 交通环境恶化 已经 成为引人注目的城市问题之一 交通问题不仅在发展中国家 就在发达国家也是一个 令人困扰的严重问题 众所周知 缓解交通拥挤最有效办法是提高路网的通信能力 但无论哪个国家的大城市 不可能无限制地修建道路 不可能通过无限制地修建道路 难满足日益增长的交通需求 与此同时 通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客 观因素的制约无法取得满意的结果 事实上 由于交通系统是一个相当复杂的大系统 无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑 都很难从根本上解决问题 早在 19 世纪 人们就开始研究交通信号 控制车辆进出交叉路口的次序 据文献 记述 在 1868 年 英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上 安装了世界上最早的煤气红绿灯 1914 年 电气启动的红绿灯出现在美国 这种红绿 灯由红绿黄三色圆形的投光器组成 安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上 到 1917 年 美国的盐湖城开始使用由人工控制的红 黄 绿 3 色的信号灯 1925 年 这种由人工 控制的 3 色信号灯也首次出现在英国伦敦的皮克的时路口 次年 英国人研制出了自 己的自动控制信号机 1968 年 联合国 道路交通和道路标志信号协定 对各种信号 灯的含义作了规定 绿灯是通行信号 面对绿灯的车辆可以直行 左转弯和右转弯 除非另一种标志禁止某一种转向 左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车 辆和过人行横道的行人优先通行 红灯是禁行信号 面对红灯的车辆必须在交叉路口 的停车线后停车 黄灯是警告信号 面对黄灯的车辆不能越过停车线 但车辆已十分 接近停车线时可以进入交叉路口 1 道路通交通系统是一个城市的主要组成部份 这个系统的运行状况如何 直接反 映了一个城市的现代化管理水平 在这一系统中 道路不仅仅是易变化的部分 而其 它组成部分则存在着较大的可变性和随机性 只有对这一系统的组成及其运行机理进 行科学客观的分析 才能制定出科学有效的管理和控制对策 从而保障系统的有效运 行 1 3 设计目的和意义设计目的和意义 交通信号灯的出现 对于疏导交通流量 减少交通事故有明显效果 自从交通灯 诞生以来 其内部的电路控制系统就不断的被改进 传统的交通信号灯控制一般采用 电子线路和继电器实现 结构复杂 可靠性低 故障率高 较难实现功能的变更 另 外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用 城市空中各种电磁干扰日益严重 为 保证交通控制的可靠 稳定 必须采用抗扰能力较强的交通指示系统 而可编程控制器 PLC 以微处理器为核心 具有可靠性高 控制功能强 使用灵活 方便等优点 特别是由 PLC 实现的控制系统 普遍采用依据继电接触器控制系统电气 原理图编制的梯形图语言进行程序设计 结构简单 抗干扰能力强 运行稳定可靠 可方便地设置定时时问 编程容易 功能扩展方便 修改灵活等 并且有完善的自诊 断和显示功能 维修工作极为简单 因此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 随着科学技术的日新月异 原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需 要 可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术 计量技术 新传感器技术 计 算机管理技术于一体的机电一体化产品 充分利用计算机技术对生产过程进行集中监 视 控制管理和分散控制 充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点 采用 标准化 模块化 系统化设计 配置灵活 组态方便 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高 使得实际应用成为可能 本系统采用 PLC 是基于以下四个原因 1 可靠性高 抗干扰能力强 目前各个生产厂家生产的 PLC 其平均无故障时 间都大大超过了 IEC 规定的 10 万小时 有得甚至达到了几十万小时 而且 PLC 具有 极高的抗干扰能力 2 配套齐全 适应性强 应用灵活 由于 PLC 产品均成系列化生产 品种齐 全 用户可以根据自己的需要灵活选用 更重要的是 其主要功能是通过程序实现的 在需要改变设备的控制功能时 只要修改程序 修改接线的工作量是很少的 3 编程方便 易于使用 PLC 的编程采用梯形图语言 直观易懂 4 功能强 扩展能力强 性价比高 PLC 中含有数量巨大的供用户使用的编 程元件 可轻松地实现大规模的控制 PLC 配合功能单元能方便地实现 D A A D 转 换及 PID 运算 实现过程控制 数字控制等功能 具有很高的性价比 根据交通信号灯系统的要求与特点 我们采用了德国西门子公司 S7 200 型 PLC 本系统就是应用可编程序控制器 PLC 对交叉路口交通灯实现控制 可通过按键选 择十字路口运行模式或者丁字路口运行模式 本文主要工作 第一章 回顾交通灯的历史 随着社会经济的发展 交通管制的要求越来越高 采用可编程控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机 设计开发了交通灯控制系 统 才会满足稳定可靠的交通控制系统需求 第二章 详细的对交通灯控制系统设计方案进行分析 为接下来的硬件设计和软 件设计做准备 第三章 根据对交通灯控制系统进行硬件设计 主要通过对 PLC 的选型 PLC 的 I O 口分配 PLC 外部硬件接线来完成系统的硬件设计 第四章 根据硬件的设计对交通灯控制系统进行相应的程序分析设计 主要对检 测程序 各方案主程序 丁字路口选择程序进行分析设计 进而完成整个设计的主体 部分 第五章 总结设计过程及仿真调试结果 第二章第二章 控制系统分析控制系统分析 2 12 1 控制要求控制要求 1 设置一个开关控制 用于交通灯控制系统运行前检查各个信号灯是否没有损 坏 损坏则进行维修 没有损坏则运行相对应的方案 2 设置一个运行模式选择开关 通过选择开关选择十字或丁字路口运行模式 而且两种运行模式都能选择以下不同的方案运行 3 当交通灯系统以丁字路口模式运行时 除了北方向的信号灯始终不亮 其他 信号灯运行跟十字路运行模式的运行状态相同 4 通过不同的选择开关可以选择不同的运行方案 各个方案适合不同的交通情 况 假想交通情况如下 针对东西方向的车流量与南北方向的车流量一样的交通情况 设置方案 1 具体 要求详见表 2 1 表表 2 12 1 方案方案 1 1 交通灯设置情况交通灯设置情况 信 号 红灯亮左 转 绿 灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直 右 绿 灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 南 北 方 向 时 间 60S25S3S2S25S3S2S 信 号 左 转 绿 灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直 右 绿 灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 红灯亮东 西 方 向 时 间 25S3S2S25S3S2S60S 针对东西方向车流量大于南北方向车流量的交通情况 设置方案 2 具体控制要 求详见表 2 2 表表 2 2 方案方案 2 交通灯设置情况交通灯设置情况 信 号 红灯亮左 转 绿 灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直 右 绿 灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 南 北 方 向 时 间 70S20S3S2S20S3S2S 信 号 左 转 绿 灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直 右 绿 灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 红灯亮东 西 方 向 时 间 30S3S2S30S3S2S50S 针对东西方向车流量小于南北方向的车流量交通情况 设置方案 2 具体控制要 求详见表 2 3 表表 2 3 方案方案 3 交通灯设置情况交通灯设置情况 信 号 红灯亮 左转 绿灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直右 绿灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 南 北 方 向 时 间 50S30S 3S2S30S 3S2S 信 号 左转 绿灯 亮 左 转 绿 灯 闪 黄 灯 亮 直右 绿灯 亮 直 右 绿 灯 闪 黄 灯 亮 红灯亮 东 西 方 向 时 间 20S 3S2S20S 3S2S70S 针对夜间各个方向车流量都比较小的交通情况 设置方案 4 具体控制要求详见 表 2 4 表表 2 4 方案方案 4 交通灯设置情况交通灯设置情况 信 号 红灯亮 左转 绿灯 亮 左转 绿灯 闪 黄 灯 亮 直右 绿灯 亮 直右 绿灯 闪 黄 灯 亮 南 北 方 向 时 间 40S15S 3S2S15S 3S2S 信 号 左转 绿灯 亮 左转 绿灯 闪 黄 灯 亮 直右 绿灯 亮 直右 绿灯 闪 黄 灯 亮 红灯亮 东 西 方 向 时 间 15S 3S2S15S 3S2S40S 2 2系统设计方案分析系统设计方案分析 按照交通灯系统控制要求下 结合西门子 S7 200 系列可编程控制器的特性 见附 录 选择适合的型号 设计思想分析如下 在交通灯控制系统正常运行前 要检测一 下各个信号灯是否都能亮 所以设置一个开关 S1 用于控制检测信号灯阶段 以下就方案 1 进行具体分析 首先 打开方案一选择开关 南北方向道路处于禁止通行的状态 东西方向道路 处于允许通行的状态 南北方向道路亮红灯状态过程中 南北红灯亮 60S 需计时器设定延时 60S 才会 转入下一状态南北左转绿灯亮 东西红灯亮 同时 东西方向道路也一起亮左转绿灯 25S 需计时器设定延时 25S 才会转下一状态东西绿灯闪烁 东西绿灯闪烁 3S 需振 荡器或脉冲源 秒 次 动作使东西绿灯闪烁 还要需计时器设定延时 3S 才会转下一 状态东西黄灯亮 东西黄灯亮 2S 需计时器设定延时 2S 才会转入下一状态东西直右 绿灯亮 东西直右绿灯亮 25S 需要计时器设定延时 25S 才会转下一状态东西直右绿 灯闪烁 东西直右绿灯闪烁 3S 需要计时器设定延时 3S 才会转下一状态东西黄灯亮 东西黄灯亮 2S 需要设定延时 2S 才会使东西黄灯在 2S 后熄灭 其次 东西方向道路处于禁止通行的状态 南北方向道路处于允许通行的状态 东西方向道路亮红灯状态过程中 东西红灯亮 60S 由以上控制南北红灯亮的计 时器常开延时 60S 才会转入下一状态东西左转绿灯亮 同时 南北方向道路也一起 亮左转绿灯 25S 需计时器设定延时 25S 才会转下一状态南北绿灯闪烁 南北绿灯闪 烁 3S 需振荡器或脉冲源 秒 次 动作使南北绿灯闪烁 还要需计时器设定延时 3S 才会转下一状态南北黄灯亮 南北黄灯亮 2S 需计时器设定延时 2S 才会转下一 状态南北直右灯亮 南北直右绿灯亮 25S 需计时器延时 25S 才会转下一状态南北黄 灯亮 南北黄灯亮 2S 需计时器设定延时 2S 才会转下一状态南北红灯亮 如此循环 下去 其他方案类此分析 综上所述 可编程控制器要满足 6 个信号输入 一个做信号灯检测开关作用 一 个做方案 1 模式选择作用 一个做方案 2 选择作用 一个做方案 3 选择作用 一个做 方案 4 选择作用 一个做丁字路口模式或十字路口模式选择作用 12 个信号输出 十 字路口有 16 个交通信号灯 但东西两个相同信号灯为一组用一个输出信号控制 南北 分别各用 4 个输出控制信号 十字路口交通灯示意图如图 2 1 所示 只有在所在方向 的左转绿灯亮的时候才能左转 左转时往其他方向行驶的车辆必须停车 同样 所在 方向的直右绿灯亮时 只有直走和右转的车辆行驶 其他车辆必须停车 图图 2 1 十字路口交通灯示意图十字路口交通灯示意图 这 16 个交通灯有以下 12 种状态 以十字路口模式分析 1 南北红灯 东西左 转绿灯亮 2 南北绿灯亮 东西左转绿灯闪 3 南北红灯亮 东西黄灯亮 4 南北 红灯亮 东西直右绿灯亮 5 南北红灯亮 东西直右绿灯闪 6 南北红灯亮 东西 黄灯亮 7 南北左转绿灯亮 东西红灯亮 8 南北左转绿灯闪 东西红灯亮 9 南北黄灯亮 东西红灯亮 10 南北直右绿灯亮 东西红灯亮 11 南北直右绿灯 闪 东西红灯亮 12 南北黄灯亮 东西红灯亮 这 12 种状态由时序图 2 2 可以直 观的看出 图中只表示十字路口运行模式各个方案的时序状态 每个状态持续的具体 时间与各方案具体要求一一对应 南北黄灯 南北左转绿灯 东西左转绿灯 东西直右绿灯 南北红灯 东西黄灯 东西红灯 南北直右绿灯 图图 2 2 十字路口交通灯时序图十字路口交通灯时序图 第三章第三章 硬件设计硬件设计 3 3 1 1 PLCPLC 简介简介 3 1 1 PLCPLC 概述概述 可编程控制器 Programmable Controller PC 早期主要用于计数 定时以及开关 量的逻辑控制 为了和个人计算机 Person Computer 相区分 把可编程控制器缩写 为 PLC Programmable Logic Controller PC PLC 是以微处理器为基础 综合计算机 通信 联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置 可编程序控制器是随着 技术的进步与现代社会生产方式的转变 为适应多品种小批量生产的需要 生产发展 起来的一种新型的工业控制装置 PLC 从 1969 年问世以来 虽然至今只有 40 余年 但由于其具有通用灵活的控制性能简单方便的使用性能 可以适应各种工业环境的可 靠性 因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用 2 3 1 2 PLCPLC 的硬件组成的硬件组成 如图 3 1 所示 PLC 基本组成包括中央处理器 CPU 存储器 输入寄存器 输 出寄存器 其他接口等 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 其他接口电路 中央处理单元 输 出 电 路 输 入 寄 存 器 用户程序存储器 系统程序存储器 输 出 寄 存 器 输 入 电 路 输 入 量 图图 3 13 1 PLCPLC 的组成示意图的组成示意图 以下介绍 PLC 各组成部分及其作用 1 中央处理单元 CPU 可编程控制器的中央处理器常采用通用微处理器 与一般计算机一样 CPU 是 PLC 的核心 它按 PLC 中系统程序赋予的功能指挥 PLC 进行工作 CPU 的性能关系 到 PLC 处理控制信号能力与速度 CPU 位数越高 运算速度越快 2 存储器 PLC 使用的物理存储器与一般计算机相同 有随机存取存储器 RAM 只读存 储器 ROM 及可电擦除可编程只读存储器等 系统程序存储单元 用户程序存储单元 中央处理单元 其它接口电路 输 入 寄 存 器 输 入 电 路 输 出 寄 存 器 输 出 电 路 3 输入寄存器 输入寄存器可按位进行寻址 每一位对应一个开关量 CPU 可以读其值 但不可 以写或进行修改 4 输出寄存器 输出寄存器的每一位都表明了 PLC 在下一个时间段的输出值 而程序循环执行开 始时的输出寄存器的值 表明的是上一时间段的真实输出值 只有程序执行到一个循 环的尾部时的值才影响下一时间段的输出 5 其他接口单元 其它接口单元用于提供 PLC 与其它设备和模块进行连接通信的物理条件 3 1 3 PLCPLC 工作原理工作原理 1 可编程控制器的工作原理 可编程控制器必须接入电路 与主令器件 传感器件及执行器件共同构成系统才 能承担控制任务 可编程控制器作为控制装置的工作原理可以描述如下 可编程控制器将工业控制中的各种控制信号存入自己的输入存储单元 也将运算 的结果存入自己的输出存储单元 并且将运算结果作为输出信号去控制执行器件已完 成工业控制 而作为输入存储单元及输出存储单元联系的应用程序则是控制的核心 2 可编程控制器执行程序是 PLC 实现控制的核心工作 这些工作项目大致可 以分为以下三部分 第一部分是上电处理 PLC 上电后对系统进行一次初始化工作 包括硬件初始化 I O 模块配置检察 停电保持范围设定等 第二部分是扫描过程 一是扫描执行系统程序 二是扫描执行应用程序 每次执 行应用程序前先完成输入处理 其次完成与其他外设的通信处理 再次进行时钟 特 殊寄存器更新 第三部分是出错处理 PLC 每扫描一次 执行一次自诊断检查 确定 PLC 自身的 动作是否正常 检查出异常时 CPU 面板上的 LED 及异常继电器会接通 在特殊寄存 器中会存入出错代码 当出现致命错误时 CPU 被强制为 STOP 方式 所有的扫描停 止 以上三部分内容中 扫描过程是最主要的 最经常的工作 2 3 2 PLCPLC 选型选型 通过对系统控制要求的分析可知 系统共需开关量输入点 6 个 开关量输出点 12 个 参照西门子 S7 200 系列特性 见附录 选用主机型号 CPU226 可以满足要求 其外形如图 3 3 CPU226 输入电路采用了双向光电耦合器 24V DC 极性可任意选择 具有 24 个 输入端子 16 个输出端子 1L 为输出端子 Q0 0 Q0 7 的公共端 2L 为输出端子 Q1 0 Q1 7 的公共端 若使用某一输入端子 则要把这一输入端子所在的公共端接至对 应的电源的一端 1M 为输入端子 I0 0 I0 7 I1 0 I1 4 的公共端 2M 为输入端子 I1 5 I1 7 I2 0 I2 7 的公共端 若使用某一输出端子 则要把这一输出端子所在的公共 端接至对应的电源的一端 CPU226 具有 256 个定时器 其中接通 关断延迟时间精度为 1ms 有 T32 T96 其 中接通 关断延迟时间精度为 10ms 有 T33 T36 T97 T100 其中接通 关断延迟时间精 度为 100ms 有 T37 T63 T101 T255 26K 字节程序和数据存储空间 6 个独立的 30kHz 高速计数器 2 路独立的 20kHz 高速脉冲输出 具有 PID 控制器 2 个 RS485 通讯 编程口 具有 PPI 通讯协议 MPI 通讯协议和自由方式通讯能力 I O 端子排可 很容易地整体拆卸 3 图图 3 33 3 CPUCPU 226226 外形图外形图 3 3 I OI O 口分配口分配 由于本设计所需输出口较多 故只能选用输出端口较多的 CPU226 其 I O 分配如表 3 1 表表 3 13 1 I OI O 口分配口分配 输入分配输出分配 I1 0 检测开关Q0 5 东西红灯 I1 1 方案一选择开关Q0 4 东西黄灯 I1 2 方案二选择开关Q0 3 东西左转绿灯 I1 3 方案三选择开关Q0 7 东西直右绿灯 I1 4 方案四选择开关Q0 2 南红灯 I1 5 丁字路口选择开关Q0 1 南黄灯 Q0 0 南左转绿灯 Q0 6 南直右绿灯 Q1 0 北红灯 Q1 1 北黄灯 Q1 2 北左转绿灯 Q1 3 北直右绿灯 3 4 PLCPLC 外部接线设计外部接线设计 根据设计的具体要求 对交通灯 PLC 控制系统进行了外部接线设计 PLC 外部接 线如图 3 4 所示 由于选择丁字路口模式时 北方向的信号灯始终不亮 故南北方向 的信号灯不像东西方向的信号灯那样 相同的信号灯并联在一个输出端口上 南北方 向的信号灯各接一个输出端口 CPU 有交流 220V 供电和直流 24V 供电安排 本设计 采用直流 24V 供电 南红灯 北红灯 南黄灯 北黄灯 南左转绿灯 北左转绿灯 南直右绿灯 北直右绿灯 东西红灯 东西黄灯 东西直右绿灯 东西左转绿灯 24V FU I0 I1 I2 I3 I4 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 COM COM PLC S0 S1 S2 S3 S4 信号灯检测开关 方案 1 选择开关 方案 2 选择开关 方案 3 选择开关 方案 4 选择开关 I5 S5 运行模式选择开关 如图如图 3 43 4 PLCPLC 外部接线图外部接线图 第四章第四章 软件设计软件设计 本设计使用 STEP7 Micro WIN32 编程软件编程 STEP7 Micro WIN32 编程软件是 基 Windows 的应用软件 由西门子公司专门为 SIMATIC S7 200 系列可编程序控制器 设计开发 运行 Windows95 98 NT ME 和 Windows2000 以及 WindowsXP 操作系统的 计算机 内存 8MB 以上 硬盘空间 50MB 以上 VGA 显示器 支持鼠标 具有 RS 232 口或 USB 口 都可以安装 4 本交通灯控制系统是由硬件电路配合软件控制来实现的 系统的程序设计主要包 括检测程序 主程序 绿灯闪烁程序 丁字路口选择程序 系统流程图如图 4 1 所示 故障维修 Y 选择运行方案 开始 检测是 否有信 号灯损 坏 运行模式或者丁字路口运行模式 N 南北红灯亮 东西左转绿灯闪 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 东西红灯亮 南北左转绿灯亮灯 亮 结束 南北红灯亮 东西直右绿灯闪 南北红灯亮 东西左转绿灯亮 南北红灯亮 东西直右绿灯亮 亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 东西红灯亮 南北直右绿灯亮 东西红灯亮 南北直右绿灯闪 东西红灯亮 南北左转绿灯闪亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 图图 4 14 1 主程序流程图主程序流程图 开始 故障维修 选择十字或丁字路口运行模式 选择运 行方式 选择运行方式 南北红灯亮 东西左转绿灯亮 南北红灯亮 东西左转绿灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北红灯亮 东西直右绿灯亮 南北红灯亮 东西直右绿灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 东西红灯亮 南北左转绿灯亮 东西红灯亮 南北左转绿灯闪 东西红灯亮 南北黄灯亮 东西红灯亮 南北直右绿灯亮 东西红灯亮 南北直右绿灯亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 结束 4 14 1 检测程序检测程序 在交通灯开始运行前 对交通灯进行检测是否有交通灯损坏不亮 检测控制体现 在梯形图对各个信号灯同时通电与关的控制 程序如图 4 2 检测时所有灯同时亮 3S 需定时器 T122 设定 3S 然后在各信号灯控制支路上串接通电延时断开常闭开关 T122 这样检测信号灯结束后不会对各个方案造成干扰 具体情况如下 当检测开关 I1 0 闭合时 定时器 T122 通电开始计时 所有信号灯亮 3S 后通电延时断开常闭开关 T122 断开 所有信号灯失电 全部不亮 之后若不再对检测开关进行操作则对以后各 个方案的运行没有影响 图图 4 24 2 检测程序梯形图检测程序梯形图 4 2 各方案主程序各方案主程序 由于本设计程序比较复杂 在编程过程中使用了大量的定时器 梯形网络图也比 较多 为了便于说明分析 现将各个方案所用定时器及其对应设置延时时间归纳为表 4 1 各定时器功能一一对应 对各方案主程序分为 运行控制程序 定时器控制程序 各个方案间的互锁程序 绿灯闪烁程 序循环程序五个模块进行分析设计 表表 4 14 1 四个方案所用定时器及对应设置延时时间四个方案所用定时器及对应设置延时时间 方案一 方案二 方案三方案四 T37 60S T47 70S T108 50ST52 40S T41 60ST48 50ST109 70ST50 40S T43 15ST49 30ST110 20ST123 15S T44 3ST53 3ST111 3ST124 3S T42 2ST54 2ST112 2ST125 2S T61 25ST55 30ST113 20ST126 15S T62 3ST56 3ST114 3ST127 3S T63 2ST57 2ST115 2ST128 2S T38 25ST58 20ST116 30ST129 15S T39 3ST101 3ST117 3ST130 3S T40 2ST102 2ST118 2ST131 2S T45 25ST103 20ST119 30ST132 15S T46 3ST104 3ST120 3ST133 3S T51 2ST105 2ST121 2ST134 2S 定时器 T PT S 定时实际时间 设定值 精度 检测信号灯定时器用 T122 4 2 1 运行控制程序运行控制程序 运行控制程序是控制交通灯系统中各个信号灯运行的直接程序 每个方案有各自 的运行控制程序 由于各个方案的运行控制程序对信号灯控制方式完全一样 只是存 在控制时间上的差异 故下面以方案 1 为例 对方案的运行控制程序进行分析说明 其程序如图 4 3 当开关 I1 1 闭合 南北红灯和东西左转绿灯亮 T37 通电待 60S 后动作 南北红 灯熄灭 东西红灯亮 T38 通电 T41 通电 T43 通电待 25S 后动作 东西左转绿灯 由亮变为闪烁 T44 通电 T44 通电待 3S 后动作 东西左转绿灯熄灭 东西黄灯亮 T42 通电 T42 通电待 2S 后动作 东西黄灯熄灭 东西直右绿灯亮 T61 通电 T61 通电待 25S 后动作 东西直右绿灯由亮变为闪烁 T62 通电 T62 通电待 3S 后动作 东西直右绿灯灭 东西黄灯亮 T63 通电 T63 通电待 2S 后动作 东西黄灯熄灭 东西红灯亮控制南北左转绿灯亮 T38 通电待 25S 后动作 南北左转绿灯由亮变 为闪烁 T39 通电 T39 通电 3S 后动作 南北左转绿灯灭 南北黄灯亮 T40 通电 T40 通电待 2S 后动作 南北黄灯熄灭 南北直右绿灯亮 T45 通电 T45 通电待 25S 后动作 南北直右绿灯由亮变为闪烁 T46 通电 T46 通电待 3S 后动作 南北直右绿 灯灭 南北黄灯亮 T51 通电 T51 通电待 2S 后动作 南北黄灯熄灭 T41 通电 60S 后动作 T37 通电 这样 T37 配合 T41 相互控制 循环运行 周期 为 120S 其他方案的运行程序跟 1 方案一样 不过程序中的延时开关要更改为各方案对应 的延时开关 各方案对应定时器及其延时时间见表 4 1 图图 4 34 3 方案方案 1 1 运行控制程序运行控制程序 4 2 2 定时器控制程序定时器控制程序 定时器控制程序是定时器与定时器之间按顺序控制的程序 由于各个方案的定时 器控制方式完全一样 现以方案 1 为例 对定时器程序进行分析说明 定时器控制梯 形图如图 4 4 当开关 I1 1 闭合时 定时器 T37 和 T43 通电开始计时 T37 计时 60S 后通电延时 断开常闭触点 T37 断开 定时器 T43 断电停止工作 T43 通电 25S 后 通电延时闭合 常开触点 T43 闭合 定时器 T44 通电开始计时 3S 后通电延时闭合常开触点 T44 闭合 定时器 T42 通电开始计时 2S 后通电延时闭合常开触点 T42 闭合 定时器 T61 通电开 始计时 25S 后通电延时闭合常开触点 T61 闭合 定时器 T62 通电开始计时 3S 后通 电延时闭合常开触点 T62 闭合 定时器 T63 开始计时 2S 定时器 T37 通电计时 60S 后通电延时闭合常开触点 T37 闭合 定时器 T38 通电 开始计时 25S 后通电延时闭合常开触点 T38 闭合 定时器 T39 通电开始计时 3S 后 通电延时闭合常开触点 T39 闭合 定时器 T40 通电开始计时 2S 后通电延时闭合常开 触点 T40 闭合 定时器 T45 开始计时 25S 后通电延时闭合常开触点 T45 闭合 定时 器 T46 通电开始计时 2S 后通电延时闭合常开触点 T46 闭合 定时器 T51 通电开始计 时 2S 4 其他方案定时器控制程序类此分析 图图 4 44 4 方案方案 1 1 定时器控制程序定时器控制程序 4 2 3 各个方案之间的互锁程序各个方案之间的互锁程序 各个方案的程序都是控制相同的信号灯运行 往往要在一些程序上在各个方案的 程序间进行互锁 如东西方向的左转绿灯 其梯形图如图 4 5 在东西左转绿灯的控制程序中 如不加入互锁 当运行方案 1 时 由于方案 2 的 常闭开关 T49 方案 3 的常闭开关 T110 方案 4 的常闭开关 T123 不受方案 1 的各个 部件控制 在方案 1 运行开始阶段 东西方向左转绿灯和红灯会一起亮 造成交通秩 序混乱 故在其他方案中串接方案 1 的常闭控制开关 这样在方案 1 运行时 其他方 案的东西左转绿灯导通通道被关断 就不会造成在交通灯运行的初始阶段东西方向的 红绿灯一起亮的情况 同理 也应在南北左转绿灯的控制程序中加入互锁程序 4 图图 4 54 5 互锁程序互锁程序 4 2 4 循环程序循环程序 循环程序是控制交通灯循环运行的程序 每个方案都有各自的循环程序 循环方 式也一样 只是控制循环周期的定时器所设置的时间不同 现以方案 1 十字路口运行 模式进行分析 方案 1 循环程序如图 4 6 当开关 I1 1 闭合时 定时器 T37 开始计时 60S 后通电延时闭合常开触点 T37 导 通 定时器 T41 开始计时 60S 后通电断开常闭触点 T41 断开 此时定时器 T37 断电 通电通电延时闭合常开触点 T37 断开 定时器 T41 断电 定时器 T41 断电时通电断开 常闭触点 T41 又闭合 定时器 T37 重新开始计时 继而循环运行 其他方案循环程序 类此分析 5 图图 4 64 6 方案方案 1 1 循环程序循环程序 4 2 5 绿灯闪烁程序绿灯闪烁程序 在每个方案的每个运行周期内 各个方向的每个绿灯都要闪烁 3S 闪烁时间由一 定时器控制 闪烁则由振荡电路控制 在绿灯闪烁阶段 绿灯每秒通断电各一次 体 现在梯形图上定时器 T59 与定时器 T60 相互配合构成振荡电路 图 4 7 为方案 1 东西左转绿灯闪烁程序 当方案 1 的选择开关闭合时 定时器 T59 通电开始计时 0 5S 后 通电延时闭合常开触点 T59 闭合 此时定时器 T60 通电开始 计时 0 5S 后 通电延时断开常闭触点 T60 断开 定时器 T59 断电 通电延时闭合常 开触点 T59 断开 定时器 T60 也断电 在定时器 T60 断电同时 通电延时断开常闭触 点 T60 又闭合 定时器 T59 又重新开始计时 如此循环运行 构成振荡电路 再将 T59 串接到东西左转绿灯的控制支路 这样在 T43 和 T44 同时导通的时间内 绿灯便 进入闪烁状态 其闪烁时间由 T44 控制 其他方案类此控制 5 图图 4 74 7 方案方案 1 1 东西左转绿灯闪烁程序东西左转绿灯闪烁程序 4 3 运行模式选择程序运行模式选择程序 设计方案要求能通过开关选择十字路口运行模式或者丁字路口运行模式 当以丁 字路口运行模式运行时 要求北方向的信号灯始终不亮 而且其他方向信号灯也能以 相同的四种方案运行 则需在北方向的信号灯支路串接丁字路口选择开关 I1 5 由 I1 5 作为交通灯系统运行模式的选择开关 丁字路口选择程序梯形图如图 4 8 选择丁字路口运行模式时 丁字路口选择开关 I1 5 闭合 则常闭开关 I1 5 断开 不管闭合任一方案选择开关 所有北方向的信号灯输出端无法得电 全部不亮 图图 4 84 8 丁字路口选择程序丁字路口选择程序 第五章第五章 设计总结设计总结 本设计针对现在交通状况对交通灯控制系统进行改善设计 通过结合硬件和软件 的设计 经过仿真验证本设计能准确无误的满足以下控制要求运行 能通过按键选择 十字路口或者丁字路口的运行模式 每种运行模式又能选择四种运行方案 四种方案 分别适合以下四种交通状况 东西方向车流量与南北方向车流量一样 东西方向车流 量大于南北方向车流量 东西方向车流量小于南北方向车流量 夜间模式 各个方向 的车流量都比较小 本次设计具体步骤如下 1 确定设计方案 具体要求 2 查阅相关书籍 针对设计要求完成硬件设计 3 根据设计要求和硬件设计 编写程序 4 到实验室对程序进行查错 修改 仿真验证 进而完成软件设计 5 对整个系统进行调试 使其达到设计要求 由于本人的能力有限 本次设计中还有许多可以改进的地方 能使系统达到更优 的控制效果 例如本设计没有设置针对急车强通交通情况的方案 对方案之间的切换 也未能实现合理过度 而且系统还有很多可以应用的资源没有充分的得到利用 例如 PLC 的 I O 口资源并没有完全利用 还可以继续开发和扩展 这次的毕业设计使我把可编程控制器的理论知识用在实践中 实现了理论和实践 相结合 从中更懂得理论是实践的基础 实践又能检验理论的正确性 让我受益非浅 对我以后工作中遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响 致致 谢谢 本论文自开题以来 已经有几个月的时间了 这次毕业设计中 虽然都没太多的 经验 但是在李伟老师的指导下 同组的同学鼓励 帮助下 相互奋勉 最终圆满的 完成了设计任务 在整个过程当中 有许多人给了我启发和帮助 在毕业论文完成之 际 我要在此表达对他们最诚挚的感谢 首先 最需要感谢的人是我的指导老师李伟 老师 老师平日里工作繁多 但在我做毕业设计的每个阶段 从选题到查阅资料 方 案可行的确定和论文纲领细节的修改 中期检查 后期详细设计等整个过程中都给予 了我悉心的指导 每一次的批评和教育 使我受益非浅 值此论文完成之际 谨向李 伟老师再一次向他致以衷心的谢意 感谢他为学生营造的浓郁学术氛围 以及学习上 的耐心细致帮助 其次 在编程阶段 我多次到实验室进行仿真 验证和修改程序 期间 由于我对编程软件各个功能不是很熟悉 操作上出现很多错误 实验室老师都 不厌其烦的给我讲解和帮助 在此向实验室老师表示感谢 最后我还要感谢我的同学 与朋友 他们也给我很大的帮助 给我提供了不少的建议 让我少走了许多的弯路 参考文献参考文献 1 周名侦 基于 PLC 控制的交通灯系统设计 J 广东交通职业技术学院学报 2005 4 2 61 63 2 张万忠 刘明芹 电器与 PLC 控制技术 M 化学工业出版社 2008 4 4 61 63 3 西门子公司 SIMATI