十字路口交通灯控制的模拟课设报告

沈阳理工大学一、概述当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。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，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率. 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。二、硬件设计1、控制要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 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20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始2、选择PLC型号随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。由于学校实验仪器限制，本课程设计选用西门子S7-200型号PLC。S7-200 CPU22X系列产品有：CPU221模块、CPU222模块、CPU224模块、CPU226模块、CPU226XM模块。由题目可知，共有一个输入，八个输出，我们选用的CPU型号为224。CPU224模块I/O总点数为24点（14/10点），可带7个扩展模块；用户程序存储器容量为4K字；内置高速计数器，具有PID控制的功能；有2个高速脉冲输出端和1个RS-485通讯口；具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。3、系统设计流程示意图图2.1 流程图4、I/O分配表根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和甲乙指示驱动信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，可采用并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为1，输出点数为8，全部是开关量。表2.1 I/O分配表输入信号SB1启动按钮I0.0输出信号南北绿灯Q0.0南北黄灯Q0.1南北红灯Q0.2东西绿灯Q0.3东西黄灯Q0.4东西红灯Q0.5甲Q0.6乙Q0.75、I/O接线图图2.2 I/O接线图三、软件设计1、设计梯形图当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。图3.1 梯形图2、设计指令表网络1LD I0.0AN T41TON T37,250网络2LD T37TON T41,300网络3LD I0.0AN T37TON T43,200网络4LD T43TON T47,220TON T44,30网络5LD T44TON T42,20网络6LD T37TON T38,250网络7LD T38TON T48,270TON T39,30网络8LD T39TON T40,20网络9LDN T37A I0.0= Q0.2网络10LD T37= Q0.5网络11LD Q0.2AN T43LD T43AN T44A T59OLD= Q0.3网络12LD Q0.2AN T42LD T42AN T43OLDTON T49,10网络13LD T49AN T47= Q0.7网络14LD T44AN T52= Q0.4网络15LD Q0.5AN T38LD T38AN T39A T59OLD= Q0.0网络16LD Q0.5AN T38LD T38AN T39OLDTON T50,10网络17LD T50AN T48= Q0.6网络18LD T39AN T40= Q0.1网络19LD I0.0AN T60TON T59,5网络20LD T59TON T60,5四、调试经过设计，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，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。五、结束语通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC电器自动控制技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，例如当我们把自己想出来的程序用到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合.但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。PLC课程设计虽然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门辩思课，给了我很多思考，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深，使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用元件；了解PLC仿真软件的使用方法；也了解了PLC的工作原理。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践。回顾起此课程设计，使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法。这次课程设计带给我们更多的则是我们每个人在设计结束后根据自己的情况去感悟，去反思，勤于动手，有所收获，使这次设计达到了他的真正目的。这次设计给我的体会是：在了解、熟悉和掌握一定的基础知识和操作方法过程中，培养、提高和加强了我们的实践能力、创新意识和创新能力；培养和锻炼了劳动观点、质量和经济观念，提高了我们的整体综合素质。这是每一个大学毕业生必须拥有的一段宝贵经历，让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识，增长了见识，开阔了视野，为我