基于PLC的交通指挥信号灯控制系统设计

分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计 论文 题 目基于PLC的交通指挥信号 灯控制系统设计 作 者萧烨 院 系 能源工程学院 专 业电气工程及其自动化 指导教师 答辩日期年 月 日 榆 林 学 院 毕业设计 论文 诚信责任书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 是本人在导师的指导 是本人在导师的指导 下独立进行研究所取得的成果 毕业设计 论文 中凡引用他人已经发下独立进行研究所取得的成果 毕业设计 论文 中凡引用他人已经发 表或未发表的成果 数据 观点等 均已明确注明出处 尽我所知 除表或未发表的成果 数据 观点等 均已明确注明出处 尽我所知 除 文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经公文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经公 开发表或开发表或撰撰写写过过的的研研究究成成果果 对本文的研究做出重要贡献的个人和 对本文的研究做出重要贡献的个人和 集体 均已在文中以明确方式标明 集体 均已在文中以明确方式标明 本人毕业设计 论文 与资料若有不实 愿意承担一切相关的法律本人毕业设计 论文 与资料若有不实 愿意承担一切相关的法律 责任 责任 论论文文作作者者签签名名 年年 月月 日日 榆林学院本科毕业设计 论文 II 摘 要 本文采用 PLC 对交通指挥信号灯控制系统进行了设计 期望能够疏导交通 控制车流 首先对设计的国内外现状进行了介绍 并对 PLC 的原理与结构进行 了简述 其次对交通指挥信号灯控制系统进行了设计 并完成了硬件连接电路 再次通过编程软件 PowerPre Codesys 进行了梯形图语言编写 并写出其指令 最后对梯形图及现场运行图进行了仿真 通过仿真 设计切实可行 关键词关键词 交通灯交通灯 PLC 控制系统控制系统 仿真仿真 榆林学院本科毕业设计 论文 III ABSTRACT In this paper the traffic signal lights control system is designed by the PLC expect to be able to divert traffic control the traffic Firstly the situation at home and abroad of the design were introduced and the principles and structures of the PLC will be brief Secondly traffic lights control system be designed the hardware connection circuit has be complete Again the ladder language instructions had been wrote by the programming software PowerPre Codesys Finally the ladder diagram and the operation graph are simulated Through the simulation the design is feasible Key words Traffic lights PLC Control system Simulation 榆林学院本科毕业设计 论文 IV 目 录 摘 要 II ABSTRACT III 1 绪论 1 1 1 设计的意义 1 1 2 国内外研究现状 1 1 3 PLC 概述与结构 2 2 交通指挥信号灯控制系统硬件设计 4 2 1 交通信号灯的控制要求 4 2 2 交通信号灯的控制时序 5 2 3 PLC 的选择 5 2 4 输入 输出分配表 7 2 5 硬件电路的连接设计 7 3 PLC 信号灯控制程序设计 9 3 1 PLC 运行流程图 9 3 2 正常时序下信号灯控制程序设计 10 3 3 急行灯的设定 12 3 3 1 东西急行灯的设计 12 3 3 2 南北急行灯的设计 13 3 4 对变量进行声明 14 3 5 整体交通信号灯梯形图 14 3 6 指令表 16 4 仿真及验证 20 4 1 梯形图的仿真 20 4 2 急通车的梯形图仿真运行 23 4 2 1 东西方向急通车 23 4 2 2 南北方向急通车 24 4 2 3 闪烁脉冲信号 24 4 3 现场运行的图形模拟仿真 25 4 3 1 正常运行状态下的图形仿真 25 4 3 2 急行灯状态下的图形仿真 28 总结 30 参考文献 32 榆林学院本科毕业设计 论文 V 致 谢 33 榆林学院本科毕业设计 论文 1 1 1 绪论绪论 1 1 设计的意义设计的意义 随着社会的推动与进步 国内外城市交通堵塞问题越来越突显 城市交通 问题成为制约我国社会经济发展的大问题 现在大多数城市都经常出现交通拥 堵现象 人 车 路三者相互关系的协调 成为交通管理部门必须解决的问题 随着社会的前进与发展 一个城镇的交通是否便捷 是衡量其是否具有发展潜 力的重要指标 如何采用合适的控制方法 如何最大限度利用城市高速道路 如何缓解主干道与匝道 城市同周边地区交通的拥堵状况 现已成为交通运输 管理和城市规划部门需要解决的主要问题 为实现交通道路的有效管理 使交通管理科学化 先进化 合理化 便捷 化 政府对交通灯进行研究和改善 通过 PLC Programmable Logical Controller 技术对交通灯进行逻辑控制 通过控制交通灯的时间和交换频率 以及对交通灯工作时间的控制 从而提高十字路口的通行能力 使交通变的更 加通畅与安全 随着电气工业的发展 PLC 制造价格的不断降低和用户需求量的不断扩大 越来越多的中小设备开始采用 PLC 进行系统控制 随着中国经济的高速发展和 工业自动化水平的不断提高 PLC 的应用在我国越来越广泛 通过对 PLC 知识 的应用和学习 能使本人了解关于可编程控制器的控制原理 以及自动化系统 为人们所带来的便利 熟悉交通信号灯的基本原理 不但增长和拓宽了专业知 识还提高了思维创新能力和动手能力 为今后的工作奠定了扎实的基础 1 2 国内外研究现状国内外研究现状 现如今 红绿灯已安装在各个十字路口上 成为疏导交通车辆最常见并且 也是最有效的方式 这一技术早在 19 世纪就已经出现了 1858 年 在英国伦 敦的主要街头安装了以燃煤气为光源的红 蓝两色的机械扳手式信号灯 用以 指挥马车通行 这是世界上最早的交通信号灯 1868 年 英国机械工程师纳伊 特在伦敦威斯敏斯特区议会大厦前的广场上 安装了世界上最早的煤气红绿灯 他由红绿旋转方形玻璃提灯组成 红色表示 停止 绿色表示 注意 然 而 1869 年煤气灯爆炸 使警察受伤 遂被取消使用 电气启动的红绿灯最早出 现在美国 这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成 1914 年开始安装在纽 约市的一座高塔上 红灯亮表示 停止 绿灯亮表示 通行 1 2 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 2 随着计算机技术和自动控制技术的发展 交通系统理论的不断发展和完善 交通运输组织和优化理论 技术的不断提高 国内外逐渐形成一批有效的城市 道路交通管理系统 目前交通灯设计的方案许许多多 如 澳大利亚的 SCAT 系 统 采取分层递阶式控制结构 其控制中心备有一台监控计算机和一台管理计 算机 通过串行数据通讯线路相连 地区主控制器用于分析路段控制器送来的 车流数据 确定控制策略 并对本区域路口进行实时系统控制 SCATS 系统充 分体现了计算机网络技术的特点 其结构易于修改 控制方案较易更换 英国 的 SCOOT 系统是由英国道路研究所以 TRANSYT 系统为基础 采用自适应控制方 法在 1980 年提出的动态交通控制系统 SCOOT 是为方案生成的控制系统 是通 过安装在交叉路口的每条进口车道上 检测器所采集的车辆信息 然后进行联 机处理 从而形成控制方案 并能连续实时调整系统周期 通信比和相位差来 控制不同的交通流 使得交通的通畅 便捷 2 国内对城市交通控制系统的应用和研究工作起步较晚 国家一方面以改善 城市市中心交通为核心的技术进行研究 另一方面采取引进与开发相结合的方 针 建立了一些城市道路交通控制系统 并取得了较好的效果 但我国的实际 情况决定了需要对这些引进的系统进行相应的改进 例如 需要完善信号的控 制 现有的信号控制系统还存在一定的局限性 需要解决混合的交通流问题 而现有的信号控制系统对自行车流大多是与机动车同时开始 这样容易造成交 通流冲突 1 未来交通灯应该拥有自动调整亮灯时间长短的功能 同时使一个城市的交 通灯互相能够网络通信 譬如 它能自动感应该地区的交通情况 若检测到目 前交通拥堵的话 该交通灯能自动控制红 黄与绿灯的亮灯时间长短 并且根 据实际道路对相邻十字路口的信号灯发出拥堵信号 相互控制 调节 利用模 糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交叉口信号灯控制和网络通信 今 后的单个交叉口信号灯控制将成为信号灯的主要研究方向 通过模糊控制 神 经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制 将成为今后 交叉口信号灯控制研究的重点 1 3 PLC 概述与结构概述与结构 可编程控制器 PLC 是以微处理器为基础 综合了计算机技术 自动控 制技术和通信技术的一种通用的工业自动化控制装置 具有体积小 功能强 灵活通用与维护方便等特点 3 专为工业环境应用而设计制造的计算机 它具 有丰富的输入 输出接口 并具有较强的驱动能力 4 榆林学院本科毕业设计 论文 3 PLC 采用 顺序扫描 不断循环 的工作方式 每次扫描过程 集中对输 入信号进行采样 集中对输出信号进行刷新 一个扫描周期分为输入采样 程 序执行 输出刷新 2 当 PLC 投入运行后 其工作过程一般分为三个阶段 即 输入采样 用户程序执行和输出刷新三个阶段 5 1 在输入采样阶段 PLC 以扫描方式读入所有的输入状态和数据 并将 它们存入 I O 映像区中的相应的单元内 输入采样结束后 转入用户程序执行 和输出刷新阶段 6 2 在用户执行阶段 PLC 自上而下 从左到右的顺序依次扫描编写的 梯形图程序 并对触点构成的控制线路进行逻辑运算 然后根据运算的结果 刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应的状态 或确定该输出线圈在 I O 映 像区中对应位的状态 或者确定是否要执行该梯形图规定的特殊功能指令 6 3 在输出刷新阶段 CPU 按照 I O 映像区内对应的状态和数据刷新所 有的输出锁存电路 再经输出电路驱动相应的外设 6 PLC 是一种专用于工业控制的计算机 分为固定式和组合式 模块式 两 种 固定式 PLC 包括 CPU 板 I O 板 显示面板 内存块 电源等 模块式 PLC 包括 CPU 模块 I O 模块 内存 电源模块 底板或机架 3 5 PLC 结构主要包括电源 存储器 中央处理单元 CPU 1 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用 一般交流电压波动在 10 15 范围内 可以不采取其他措施而将 PLC 直接连接到交流电网上 去 2 存储器主要包括系统程序存储器 用户程序存储器 系统 RAM 存储 区 5 系统程序存储区中存放系统程序 包括监控程序 管理程序 命令解释 程序 功能子程序 系统诊断子程序 用户程序存储区存放用户编制的用户程 序 系统 RAM 存储区包括 I O 映象区 指对在输入采样阶段读入的输入状态和 数据和 I O 状态进行存放 另外系统软设备存储区包括如逻辑线圈 计时器 计数器 数据寄存器和累加器等的存储区 4 5 3 中央处理单元 CPU 是 PLC 的控制中枢 它按照 PLC 系统程序赋 予的功能接受并存储从编程器键入的用户程序数据 检查电源 存储器 I O 以 及定时器的状态 并诊断用户程序中的语法错误 4 5 CPU 主要由运算器 控制器 寄存器实现它们之间的数据通讯 CPU 单 元还包括外围芯片 总线接口及有关电路 运算器在控制器指挥下用于进行数 字或逻辑运算 寄存器在控制器的指挥下参与运算 并存储运算的中间结果 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数 它决定 PLC 的工作速度 I O 数量及 软件容量等 5 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 4 榆林学院本科毕业设计 论文 5 2 交通指挥信号灯控制系统硬件设计 2 1 交通信号灯的控制要求交通信号灯的控制要求 随着城市和经济的发展 交通信号灯发挥的作用越来越大 正因为有了交 通信号灯 才使的车流 人流有了规范 交通变得通畅 同时 减少了交通事 故发生的概率 然而 交通信号灯不合理的使用或设置 也会影响交通的通畅 因此 在设计中也遵循实际的原则和要求 交通信号灯由红灯 绿灯 黄灯组成 红灯表示禁止通行 绿灯表示准许 通行 黄灯表示警示 交通信号灯分为机动车信号灯 非机动车信号灯 人行 横道信号灯 车道信号灯 方向指示信号灯 闪光警告信号等 道路与铁路平 面交叉道口信号灯 交通信号灯用于道路平面交叉路口 通过对车辆 行人发 出行进或停止的指令 是各个方向同时到达的人 车交通行走减少干扰 从而 提高路口的通行能力 保障路口通畅和安全 在本次设计中 仅以机动车信号灯和人行横道信号灯为例通过仿真软件模 拟其控制要求 其十字路口交通信号灯现场示意图如图 2 1 所示 图 2 1 信号灯现场示意图 采用 PLC 构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制 1 系统上电后 信号灯控制系统有一个常开触点型开关控制 按下 SB1 接 通信号灯系统 开始正常运行 1 南北红灯亮维持 25s 在南北红灯亮的同时东西绿灯亮 维持 20s 后 绿灯闪烁 3 秒熄灭紧接着黄灯亮 2 秒 黄灯熄灭后红灯亮 同时 南北红灯熄 灭 南北绿灯亮 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 6 2 东西红灯亮维持 30s 南北绿灯亮维持 25s 然后闪烁 3 秒熄灭后南 北黄灯亮 2 秒 熄灭后南北红灯亮 东西绿灯亮 如此循环往复 按下 SB2 停止 2 急行灯由键控类开关 东西急行灯 南北急行灯 控制 按下 东西急行灯 按钮 东西急行指示灯亮 然后按下 SB1 启动信号等 系统 东西方向绿灯闪烁 黄灯和红灯熄灭 南北方向红灯闪烁 黄灯和绿灯 熄灭 按下 SB2 系统停止 按下 南北急行灯 按钮 南北急行指示灯亮 然后按下 SB1 启动信号等 系统 东西方向红灯闪烁 黄灯和绿灯熄灭 南北方向绿灯闪烁 黄灯和红灯 熄灭 按下 SB2 系统停止 2 2 交通信号灯的控制时序交通信号灯的控制时序 交通信号灯的控制时序如图 2 2 所示 按照信号灯置 1 与置 0 两种状态绘 制的时序图 置 1 表示信号灯点亮 置 0 表示信号灯熄灭 图 2 2 信号灯时序图 2 3 PLC 的选择的选择 根据物理结构 可以将可编程控制器分为整体式和模块式 整体式每一个 I O 点的平均价格比模块式的便宜 小型控制系统一般使用整体是可编程控制 器 要求较高的系统一般采用模块式可编程控制器 PLC 控制方式可分为独立式 集中式和分布式等 而在本次信号灯设计中 采用的是集中式控制方式 榆林学院本科毕业设计 论文 7 HOLLiAS LEC G3 系列小型一体化 PLC 产品 无论是独立运行 还是相互连 接构成网络 均可实现强大而复杂的控制功能 其只要特点表现如下 1 小巧紧凑额设计 2 功能强大的指令集 3 简单可靠的安装 4 独特的掉电保护 5 丰富的模块种类 6 实用的离线仿真 7 强大的模拟量处理 8 标准的编程语言 由于具有强大的功能和极高的性价比 G3 系列小型一体化 PLC 是单机控制 和小型控制系统的首选 不仅实现简单的逻辑控制 也可以实现复杂的自动化 控制 其应用范围广泛适用于多种领域 1 对 CPU 的要求 可编程控制器的 CPU 能力包括处理器的个数 CPU 的存储器的性能 包括 存储器的最大容量 可扩展性 和存储器的种类 中间标志 计时器和计数器 的能力 其它的性能参数 包括电流消耗 工作环境要求 寿命时间等 总之 CPU 的能力是一种综合的性能指标 需要要根据实际需求进行选择 以满足工 作应用的要求 这里采用 HOLLISA LEC G3 系列小型一体化可编程控制器 其包括了 CPU 模 块和种类丰富的扩展模块 CPU 模块负责执行 读入输入数据 程序执行 处理通讯请求 自诊断 写输出 读入输入数据 的工作循环 处理 同时控制扩展总线来完成对扩展模块的数据读取 数据输出 2 对 I O 点数的要求 CPU 模块本身集成了一定数量的 I O 点 其中一部分 I O 点同时具有高速 计数 高速输出等功能 在机型选择时 首先要考虑是否具有智能 I O 模块的 能力 智能 I O 模块可方便的解决高速计数 闭环控制等特殊的控制要求 其 次 I O 点数的余量 一是系统设计的更改 控制功能的增加 I O 点数的增加 二是手册上的 I O 点数都是在理想情况下获得的参数 一旦满负荷运行 会影 响整个系统的相应速度和可靠性 给系统带来不良的影响 本次选用和利时 PLC 下 G3 系列小型一体化产品 其具有丰富的 PLC 扩展 模块 I O 和扩展专用功能模块 扩展 I O 模块有包括数字量扩展模块和模拟量 扩展模块 专用功能模块包括 Profibus DP 从占模块 以太网模块等 图 2 3 是 G3 LM 系列的 CPU 模块和最大 I O 配置 2 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 8 图 2 3 G3 LM 系列配置 2 4 输入输入 输出分配表输出分配表 分析 PLC 的输入输出信号 在满足十字路口交通信号灯控制的前提下 要 尽量减少占用 PLC 的 I O 点 系统采用自动控制 输入有系统启动 停止按钮 信号 东西急行灯 南北急行灯 输出有东西 南北方向各两组指示信号 由 PLC 的输出信号控制个指示灯的亮 灭 综合有 11 个输出点 依据各信号灯控 制的时间及条件设计程序 由此可得系统 I O 分配表如表 2 1 所示 表 2 1 交通信号灯 I O 分配表 类别元件端子号作用 SB1I 0启动按钮开关 输入SB2I 1停止按钮 Y1Q 0南北向绿灯 Y2Q 1南北向黄灯 南北输入 Y3Q 2南北向红灯 Y4Q 4东西向绿灯 Y5Q 5东西向黄灯 东西输入 Y6Q 6东西向红灯 SA1I 8东西急行开关急行灯 输入SA2I 9南北急行开关 警报Y9Q 8报警灯 2 5 硬件电路连接设计 HOLLiAS LEC G3 系列 LM3109 PLC 采用 220VAC 的供电电压 24VDC 输出 400mA 根据上述硬件参数及工艺要求 及 I O 分配表相关参数 PLC 控制电路接 线图 2 4 所示 榆林学院本科毕业设计 论文 9 图 2 4 PLC 线路接线图 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 10 3 交通指挥信号灯控制系统软件设计交通指挥信号灯控制系统软件设计 3 1 PLC 运行流程图运行流程图 根据对交通信号灯的控制要求及 PLC 控制系统的时序图 可得 PLC 控制 信号灯正常运行流程如图 3 1 所示 急行灯情况下的流程如图 3 2 所示 图 3 1 正常控制流程图 图 3 2 急行灯流程图 本设计采用和利时下 CoDesys 软件进行信号灯控制系统的设计编程 在该 软件中使用 HOLLiAS LES G3 CPU 配置 创建程序类 POU POU 语言为 LD 榆林学院本科毕业设计 论文 11 梯形图语言 3 2 正常时序下信号灯控制程序设计正常时序下信号灯控制程序设计 1 在交通灯运行过程中 绿灯在最后 3S 需要闪烁 所以先编写一个 1S 的脉冲信号 T8 Q 如图 3 3 图 3 3 1S 脉冲信号 2 设置启动自锁程序 要求按下启动开关 I 0 后 S1 线圈通电 自锁 I 0 然后 S1 持续通电 信号灯开始运行 在东西或南北急行灯按下后正常时 序信号灯应该停止 则为正常时序开关启动上添加东西急行灯和南北急行灯的 常闭开关 形成互锁 如图 3 4 所示 图 3 4 启动自锁程序 3 启动后 要使南北红灯工作 25S 设定 25S 定时器 如图 3 5 所示 东西绿灯正常工作 20S 设置 20S 时间定时器 当 S1 通电后 定时器开始计时 如图 3 6 所示 图 3 5 南北红灯工作延时 图 3 6 东西绿灯工作延时 4 东西绿灯 20S 后需要闪烁 3S 所以在设置一个 3S 的定时器 如图 3 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 12 7 所示 用图 3 3 所示的 1S 脉冲信号 T8 Q 使绿灯闪烁 并输出信号到东西绿 灯 q 4 如图 3 8 所示 图 3 7 东西绿灯闪烁延时 图 3 8 东西绿灯工作 5 东西绿灯闪烁 3S 延时开关 T7 Q 接通 则绿灯停止闪烁同时黄灯点亮 持续 2S 设定一个 2S 的延时定时器 t5 如图 3 9 并输出到东西黄灯 q 5 如图 3 10 所示 图 3 9 东西黄灯延时 图 3 10 东西黄灯工作 6 2S 后东西黄灯定时器接通 t5 q 东西黄灯停止工作 T0 q 接通 东西 红灯点亮如图 3 11 所示 持续 25S 设定东西红灯 25S 延时定时器 t4 如图 3 12 图 3 11 东西红灯工作 图 3 12 东西红灯延时 同时南北方向红灯延时接通 T0 Q 接通 触发南北绿灯开始工作 如图 3 13 设定南北绿灯延时定时器 t2 定时 20S 如图 3 14 所示 榆林学院本科毕业设计 论文 13 图 3 13 南北绿灯延时 图 3 14 南北绿灯工作 7 20S 后南北绿灯开始闪烁 3S 设定 3S 闪烁定时器 t2 如图 3 15 并输 出到南北绿灯 q 0 如图 3 14 所示 图 3 15 南北绿灯闪烁延时 8 3S 南北绿灯闪烁完成 变为黄灯 定时 2S 如图 3 16 所示 并输出 到南北黄灯 q 1 如图 3 17 南北黄灯工作 图 3 16 南北黄灯延时 图 3 17 南北黄灯工作 9 2S 后南北黄灯定时器 T3 接通 南北黄灯熄灭 南北红灯点亮 持续 25S 如图 3 5 与此同时东西红灯 25S 延时定时器 T4 接通 东西红灯熄灭 东西绿灯点亮 如图 3 6 所示如此循环往复 10 启动开关 I 0 触发 S1 形成自锁 构成信号灯的启动 给其中间串联 常闭开关 I 1 在按下 I 1 后 信号灯停止工作 3 3 急行灯的设定急行灯的设定 3 3 1 东西急行灯的设计东西急行灯的设计 设定东西急行灯按下后 正常时序信号灯停止 急行灯信号开关 S2 形成自 锁 并且东西急行灯与南北急行灯同时按下后 信号灯停止工作 则为东西急 行启动上加上与南北急行开关的互锁 按下停止按钮 I 1 信号灯停止工作 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 14 如图 3 18 所示 图 3 18 东西急行灯启动自锁 S2 通电后 要使得东西绿灯闪烁 为 S2 串联一个时钟脉冲信号 T8 Q 再与东西 绿灯并联 如图 3 19 所示 图 3 19 东西绿灯工作 S2 通电后 南北红灯闪烁 为 S2 串联一个时钟时钟脉冲信号 T8 Q 再与南北红 灯并联 如图 3 20 所示 图 3 20 南北红灯工作 3 3 2 南北急行灯的设计南北急行灯的设计 设定南北急行灯按下后 正常时序信号灯停止 急行灯信号开关 S3 形成自 锁 并且南北急行灯与东西急行灯同时按下后 信号灯停止工作 则为南北急 行启动上加上与东西急行开关的互锁 按下停止按钮 I 1 信号灯停止工作 如图 3 21 所示 图 3 21 南北急行灯启动自锁 S3 通电后 要使得南北绿灯闪烁 为 S3 串联一个时钟脉冲信号 T8 Q 再与南北 绿灯并联 如图 3 22 所示 图 3 22 南北绿灯工作 S3 通电后 南北红灯闪烁 为 S3 串联一个时钟时钟脉冲信号 T8 Q 再与东西红 榆林学院本科毕业设计 论文 15 灯并联 如图 3 23 所示 图 3 23 东西红灯工工作 3 4 对变量进行声明对变量进行声明 对于中间继电器则使用局部变量如图 3 24 所示 需要进行输出的变量设置 全局变量如图 3 25 所示 图 3 24 局部变量的声明图 3 25 全局变量的声明 3 5 整体交通信号灯梯形图整体交通信号灯梯形图 如图 3 26 所示 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 16 榆林学院本科毕业设计 论文 17 图 3 26 交通指挥信号灯梯形图 3 6 指令表指令表 PLC 的指令是一种与微机的汇编语言中的指令相似的助记符表达式 指令 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 18 表程序较难阅读 在设计是一般使用梯形图语言 在用户存储器中 指令按步 序顺序排列 根据已转化为中心的梯形图可以得其指令如下所示 0 LDI 077 STt2 IN 1 ORs178 CALt2 PT T 3000ms 2 ANDNI 179 南北绿灯闪烁延时 3s 3 ANDNx280 LDt2 Q 4 ANDNI 881 STm2 5 ANDNI 982 南北黄灯工作延时 2s 6 STs183 LDTRUE 7 LDI 084 ANDt2 Q 8 ANDI 885 STt3 IN 9 ORs286 CALt3 PT T 2000ms 10ANDNs187 南北黄灯工作延时 2s 11ANDNI 188 LDt3 Q 12ANDNI 989 STm3 13STx290 南北红灯工作 25s 14STs291 LDNx0 15LDI 092 ANDNt0 Q 16ANDI 993 ANDs1 17ORs394 OR t8 Q 18ANDNs195 ANDs2 19ANDNI 196 STQ 2 20ANDNI 897 东西红灯工作 25s 21STx298 LDt0 Q 22STs399 OR s3 23 南北红灯工作延时 25s 100 ANDt8 Q 24LDTRUE101 STQ 6 25ANDNx0102 东西绿灯工作 20 及闪烁 3s 26ANDNt4 Q103 LDt6 Q 27ANDs1104 ANDNt7 Q 28STt0 IN105 ANDt8 Q 29CALt0 PT T 25000ms 106 OR Q 2 30 南北红灯工作延时 25s 107 ANDNt6 Q 31LDt0 Q108 OR t8 Q 榆林学院本科毕业设计 论文 19 32STm0109 ANDs2 33 东西红灯工作延时 25s 110 STQ 4 34LDTRUE111 东西黄灯工作 2s 35ANDt0 Q112 LDt7 Q 36STt4 IN113 ANDNt5 Q 37CALt4 PT T 25000ms 114 STQ 5 38 东西红灯工作延时 25s 115 南北绿灯工作 20s 及闪烁 3s 39LDt4 Q116 LDt1 Q 40STm4117 ANDNt2 Q 41 东西绿灯工作延时 20s 118 ANDt8 Q 42LDTRUE119 OR Q 6 43ANDNx0120 ANDNt1 Q 44ANDNt0 Q121 45ANDs1122 OR t8 Q 46STt6 IN123 ANDs3 47CALt6 PT T 20000ms 124 48 东西绿灯工作延时 20s 125 STQ 0 49LDt6 Q126 南北黄灯工作 2s 50STm6127 LDt2 Q 51 东西绿灯闪烁延时 3s 128 ANDNt3 Q 52LDTRUE129 STQ 1 53ANDt6 Q130 54STt7 IN131 闪烁 55CALt7 PT T 3000ms 132 LDTRUE 56LDt7 Q133 AND s1 57STm7134 ORs2 58 东西黄灯工作延时 2s 135 ORs3 59LDTRUE136 60ANDt7 Q137 ANDNt9 Q 61STt5 IN138 STt8 IN 62CALt5 PT T 2000ms 139 CALt8 PT T 500ms 63 东西黄灯工作延时 2s 140 闪烁 64LDt5 Q141 LDt8 Q 65STm5142 STm8 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 20 66 南北绿灯工作延时 20s 143 LDTRUE 67LDTRUE144 ANDt8 Q 68ANDt0 Q145 STt9 IN 69STt1 IN146 CALt9 PT T 500ms 70CALt1 PT T 20000ms 147 LDt9 Q 71 南北绿灯工作延时 20s 148 STm9 72LDt1 Q149 保护 73STm1150 LDQ 0 74 南北绿灯闪烁延时 3s 151 ANDQ 4 75LDTRUE152 STx0 76ANDt1 Q153END 榆林学院本科毕业设计 论文 21 4 4 仿真及验证 仿真及验证 对设计好的程序需要进行仿真调试 通过程序调试对系统的功能和稳定性 进行进一步的验证 以完善现场实际运行的要求 本文采用和利时下的仿真软 件 Codesys 对交通信号灯梯形图语言进行仿真验证 4 1 梯形图的仿真梯形图的仿真 1 首先打开 Codesys 软件 在菜单栏点击在线 下拉菜单中选中仿真模 式 然后点击登录 2 给 I 0 强制赋值 1 点击 F5 运行 线圈 S1 接通 构成自锁如图 4 1 所示 3 S1 接通后 触发南北红灯延时计时器如图 4 2 和东西绿灯工作延时 计时器如图 4 3 图 4 1 启动自锁程序 图 4 2 南北红灯工作 图 4 3 东西绿灯工作 4 同时南北红灯工作如图 4 4 东西绿灯工作如图 4 5 图 4 4 南北红灯工作 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 22 图 4 5 东西绿灯工作 5 20S 后 T6 Q 通电 T8 Q 是 1S 的脉冲信号 东西绿灯开始闪亮如图 4 6 东西绿灯闪灭如图 4 7 持续 3S 如图 4 8 图 4 6 东西绿灯闪烁 亮 图 4 7 东西绿灯闪烁 灭 图 4 8 东西绿灯闪烁延时 6 3S 后 T7 Q 接通 东西绿灯停止工作 东西黄灯 2S 延时启动如图 4 9 接通东西黄灯输出 q 5 如图 4 10 持续 2S 图 4 9 东西黄灯延时 2S 图 4 10 东西黄灯工作 7 2S 后东西黄灯停止工作 东西黄灯 25S 延时启动如图 4 11 东西红 灯 q 6 开始工作如图 4 12 图 4 11 东西红灯延时 25S 榆林学院本科毕业设计 论文 23 图 4 12 东西红灯工作 8 同时南北红灯停止工作 南北绿灯 20S 延时启动如图 4 13 南北绿 灯 q 0 开始工作如图 4 14 图 4 13 南北绿灯延时 20S 图 4 14 南北绿灯工作 9 20S 后南北绿灯开始闪烁 南北绿灯闪烁 3S 延时计时如图 4 15 南 北绿灯闪亮如图 4 16 南北绿灯闪灭如图 4 17 图 4 15 南北绿灯闪烁延时 3S 图 4 16 南北绿灯闪烁 亮 图 4 17 南北绿灯闪烁 灭 10 3S 后 T1 Q 接通 南北绿灯熄灭 触发南北黄灯 2S 延时如图 4 18 南北黄灯 q 1 工作如图 4 19 图 4 18 南北黄灯延时 2S 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 24 图 4 19 南北黄灯工作 11 2S 后南北黄灯熄灭 南北红灯点亮持续 25S 如图 4 4 同时东西 红灯熄灭 东西绿灯点亮持续 20S 如图 4 5 如此循环往复 按下 I 1 系统停 止工作 4 2 急通车的梯形图仿真运行急通车的梯形图仿真运行 4 2 1 东西方向急通车东西方向急通车 在线仿真模式登录后 给东西方向急通车 I 8 强制赋值 给启动开关 I 0 强 制赋值后 按 F5 系统开始运行 1 系统运行 线圈 S2 接通 如图 4 20 南北方向红灯闪烁 闪亮如图 4 21 闪灭如图 4 22 图 4 20 东西急行灯启动自锁 图 4 21 南北红灯闪烁 亮 图 4 22 南北红灯闪烁 灭 2 东西方向绿灯闪烁 闪亮如图 4 23 闪灭如图 4 24 图 4 23 东西绿灯闪烁 亮 榆林学院本科毕业设计 论文 25 图 4 24 东西绿灯闪烁 灭 3 为防止东西方向和南北方向的绿灯同时点亮 编写保护报警程序如图 4 25 图 4 25 保护程序 4 向 I 1 强制赋值 信号灯系统停止工作 4 2 2 南北方向急通车南北方向急通车 在线仿真模式登录后 给南北方向急通车 I 9 强制赋值 给启动开关 I 0 强 制赋值后 按 F5 系统开始运行 1 系统运行 线圈 S3 接通如图 4 26 南北方向绿灯闪烁 闪亮如图 4 27 闪灭如图 4 28 图 4 26 南北急行灯启动自锁 图 4 27 南北绿灯闪烁 亮 图 4 28 南北绿灯闪烁 灭 2 东西方向红灯闪烁 闪烁如图 4 29 闪灭如图 4 30 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 26 图 4 29 东西红灯闪烁 亮 图 4 30 东西红灯闪烁 灭 3 向 I 1 强制赋值 系统停止工作 4 2 3 闪烁脉冲信号闪烁脉冲信号 T8 Q 为 1S 时钟脉冲触发信号 构成信号灯的闪烁 如图 4 31 1S 后 T8 Q 信号状态如图 4 32 图 4 31 T8 Q 脉冲信号闪烁 亮 图 4 32 T8 Q 脉冲信号闪烁 灭 经仿真验证 该交通指挥信号灯设计达到预期目的 基本实现对十字路的交通 的自动化控制 4 3 现场运行的图形模拟仿真 4 3 1 正常运行状态下的图形仿真正常运行状态下的图形仿真 1 采用 Hollysys Codesys 中的视图仿真模块 对现场图形进行仿真运行 添加新图形模块并命名为 xinhonglvdeng 如图 4 33 所示 榆林学院本科毕业设计 论文 27 图 4 33 添加图形模块 使用自带的画图工具画出矩形边框和圆形红绿灯 如图 4 34 图 4 34 信号灯模型 然后通过填充报警色 如图 4 44 对信号灯进行附色 图 4 44 填充报警色 使用改变颜色变量改变报警色如图 4 45 来实现交通灯的亮灭 图 4 46 调用程序参数 2 点击在线 仿真模式 登录后 系统开始仿真 按下 F5 系统开始运 行 如图 4 47 所示 3 用鼠标点击启动按钮 信号灯开始工作 指示灯亮 东西绿灯正常运 行 20S 南北红灯运行 25S 如图 4 48 所示 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 28 图 4 47 信号灯现场图图 4 48 东西绿灯 南北红灯 4 东西绿灯正常工作 20S 后闪烁 3S 南北方向红灯工作 东西绿灯亮 如图 4 48 东西绿灯灭 如图 4 49 图 4 48 东西绿灯闪 灭 南北红灯图 4 48 东西绿灯闪 亮 南北红灯 5 东西绿灯闪烁 3S 后熄灭 然后东西黄灯亮 持续 2S 如图 4 49 6 东西黄灯 2S 后熄灭 同时东西红灯点亮 持续 25S 同时南北红灯 熄灭 南北绿灯正常点亮 持续 20S 如图 4 50 如图 4 49 东西黄灯 南北红灯如图 4 50 东西红灯 南北绿灯 7 南北绿灯正常工作 20S 后 然后闪烁 3S 南北绿灯闪烁 灭 如图 4 51 南北绿灯闪烁 亮 如图 4 52 榆林学院本科毕业设计 论文 29 如图 4 51 东西红灯 南北绿灯闪 灭 如图 4 52 东西红灯 南北绿灯闪 亮 8 南北绿灯闪烁 3S 后 南北黄灯点亮 持续 2S 如图 4 53 所示 图 4 53 东西红灯 南北黄灯 9 南北黄灯亮 2S 后熄灭 南北红灯亮 持续 25S 同时东西红灯熄灭 东西绿灯点亮持续 20S 如此循环往复 按下停止键 信号灯停止动作 4 3 2 急行灯状态下的图形仿真急行灯状态下的图形仿真 1 东西急行灯的图形仿真 在仿真登录状态下 按下 东西急行灯 按钮 东西急行指示灯亮 然后按下 启动开关 东西方向绿灯闪烁 南北方向红灯闪烁 如图 4 54 闪烁亮 图 4 55 闪烁灭 基于 PLC 的交通指挥信号灯控制系统设计 30 如图 4 54 东西急行灯闪烁 亮 如图 4 55 东西急行灯闪烁 灭 按下 停止 键 信号灯停止工作 2 南北急行灯的图形仿真 在仿真登录状态下 按下 南北急行灯 按钮 南北急行指示灯亮 然后按下 启动开关 南北方向绿灯闪烁 东西方向红灯闪烁 如图 4 56 闪烁亮 图 4 57 闪烁灭 如图 4 54 南北急行灯闪烁 亮 如图 4 55 南北急行灯闪烁 灭 按下 停止 按钮 信号灯停止工作 经过对交通指挥信号灯梯形图的仿真与调试 该系统能满足现代城市交通 指挥信号灯的基本要求 系统运行后 东西方向绿灯持续 20S 继而闪烁 3S 然后变为黄灯 2S 南北方向红灯持续 25S 然后东西方向变为红灯 南北方向 绿灯持续 20S 继而闪烁 3S 然后变为黄灯 2S 人行道只在其对应主干道为绿 灯时 由红灯变为绿灯 东西急行灯下 东西方向绿灯闪烁 南北方向红灯闪烁 南北急行灯下 东西绿灯闪烁 南北绿灯闪烁 榆林学院本科毕业设计 论文 31 5 结论 在老师和同学们的帮助下 经过多次程序的调试 终于圆满的完成了基于 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制系统的设计 完成了以下方面 1 本设计完成了对 PLC 可编程控制器的选择 对 I O 表的分配 并对基 于 PLC 交通灯的做了硬件连接设计 陈述了该设计的意义及国内外对交通信号 灯的一些研究成果和理念 2 通过和利时下的 codesys 软件 分别设计了正常时序下和急行灯下的 交通指挥信号灯控制系统设计 并给出了其指令表 3 利用 codesys 软件的仿真模式对正常时序和急行灯的交通指挥信号灯 的 PLC 梯形图语言登陆仿真 并给出了交通灯各个状态的相关说明 4 利用 codesys 软件的图形仿真功能画出了城市十字路口交通指挥信号 灯简易图 通过相关参数控制 交通灯 颜色的变换 控制车流 完成交通指 挥信号灯控制系统的设计 得出结论 完成