基于mcgs和plc控制的交通灯设计 毕业设计.

鹤壁职业技术学院毕业论文论文题目基于MCGS和PLC控制的交通灯设计学号1203312035_学生姓名孙中华_学院机电工程学院_专业机电一体化技术_班级12机电2班_指导教师姓名周峰_论文完成日期2014年11月3日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公路，在高速公路建设完成的初期，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和普通道路耦合出交通状况的制约。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，城区与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，关键词PLC可编程控制器、交通型号灯、可靠性高。目录一、交通灯信号控制系统3（一）十字路口交通灯控制实际情况3（二）结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验3（三）流程图6二、可编程控制器程序设计8（一）可编程控制器选择8（二）十字路口交通灯模拟控制时序图8（三）可编程控制器I/O端口分配11（四）程序设计12三、总结15（一）难点分析15（二）调试错误与修改方法15（三）PLC智能化控制交通灯的方法16（四）收获与感悟16四、结束语17参考文献18致谢19一、交通灯信号控制系统（一）十字路口交通灯控制实际情况A南北主干道直行绿20S、直行绿闪3S、左转绿10S、左转绿闪3S、黄2S、红45S；B南北人行道绿20S、绿闪3S、红20S；C循环控制方式；D交通灯变化顺序表（单循环周期90秒）。1、南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯20S，直行绿灯闪亮3S，左行绿灯10S，左转绿闪3S，黄灯2S和红灯45S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。2、南北向和东西向人行道南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。（二）结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为禁止通行灯（亮时为红色）准备禁止通行灯（亮时为黄色）直通灯（亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为禁止通行灯（亮时为红色）直通灯（亮时为绿色）结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下当交通灯系统启动开关接通时。1、南北向（列）和东西向（行）主干道南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯10S，绿灯闪亮2S（亮01灭01）,黄灯2S和红灯14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。2、南北向和东西向行人道南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。3、盲人安全通道控制和手动控制车流量除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能相同。图1交通灯示意图（三）流程图启动开关按下脉冲开关原来控制循环系统行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮结束YN启动开关按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到15秒，另一方向红灯点亮延长到15秒再次按下启动开关按此次控制方式进行循环原来方式控制系统结束YNYN手动控制车流量流程图图2流程图二、可编程控制器程序设计（一）可编程控制器选择本次交通灯设计用的是来自OMRON的CPM1A30CDRA可编程控制器。产品规格CPM1ACPU单元CPM1A在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点100点输入输出点数的弹性构成。而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求AC电源输入，继电器输出，能加扩展单元。（二）十字路口交通灯模拟控制时序图启动行人道绿灯2S20S盲人脉冲按键控制时序图和此行人道相交叉的主干道红灯启动南北红东西绿东西红南北绿20S3S20S启动南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄10S2S2S10S2S2S14S10S2S2SONOFF图3十字路口主干道交通灯模拟控制时序图南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄152S2S10S2S2S14S152S2S图4东西向绿灯延时时序图启动OFFON（三）可编程控制器I/O端口分配启动开关0000停止开关0001东西主干道绿灯1000东西主干道黄灯1001东西主干道红灯1002南北主干道绿灯1003南北主干道黄灯1004南北主干道红灯1005东西行人道绿灯1100东西行人道红灯1101南北行人道绿灯1102南北行人道红灯1103东西向绿灯延迟控制按钮0004南北向绿灯延迟控制按钮0005东西盲人脉冲按钮0003南北盲人脉冲按钮0002PLC0000000110001001100210031004100511001101110211030002000300040005图5交通灯控制PLCI/O端口（四）程序设计0LD00001OR203002ANDNOT00013ANDNOT200004OUT203005LD203006ANDNOT200017ANDNOT202038OUT203019LD2030110ORTIM00511ORTIM02712OR2000013ANDNOTTIM00214ANDNOT2010315ANDNOT000116OUT2000017TIM00010018TIM00112019TIM00214020LDTIM00221OR2000122ORTIM01823ANDNOTTIM00524ANDNOT000125ANDNOT2020326OUT200127TIM00310028TIM00412029TIM00514030LD000431OR2010032ANDNOT000033ANDNOT000534ANDNOT000135OUT2010036LD2010037AND2010538OUT2010239LDTIM00540ORTIM02741OUT2010542LD2010243OR2010344ANDNOT000145ANDNOTTIM01846OUT2010347TIM01615048TIM01717049TIM01819050LD000551OR2020052ANDNOT000153ANDNOT000054ANDNOT000455OUT2020056LDTIM00257LDTIM01858OUT2020559LDTIM2020060AND2020561OUT2020262LD2020263OR2020364ANDNOT000165ANDNOT02766OUT2020367TIM02515068TIM02617069TIM02719070LD2000071ANDNOTTIM00072LD2010373ANDNOTTIM01674ORLD75ANDNOT000176OUT2000277LDTIM00078ANDNOTTIM00179LDTIM01680ANDNOTTIM01781ORLD82ANDNOT2000483ANDNOT000184OUT2000385TIM00600286LDTIM00687ORTIM00888ORTIM01089ORTIM00990OR2000491ANDNOTTIM00792ANDNOT000193OUT2000494TIM00700295LD2000296OR2000397ANDNOT000198ANDNOT2000999OUT1000100LDTIM001101ANDNOTTIM002102LDTIM017103ANDNOTTIM018104ORLD105ANDNOT20009106ANDNOT0001107OUT1001108LD20000109ANDNOTTIM002110LD20103111ANDNOTTIM018112ORLD113ANDNOT20009114ANDNOT0001115OUT1103116LD20000117ANDNOTTIM002118LD20103119ANDNOTTIM018120ORLD121ANDNOT20103122ANDNOT0001123OUT20015124LD20015125OR20014126ANDNOT0001127OUT1005128LD20001129ANDNOTTIM003130LD20203131ANDNOTTIM025132ORLD133ANDNOT0001134OUT20005135LDTIM003136ANDNOTTIM004137LDTIM025138ANDNOTTIM026139ORLD140ANDNOT20004141ANDNOT0001142OUT20006143TIM008002144LD20005145OR20006146ANDNOT20013147ANDNOT0001148OUT1003149LDTIM004150ANDNOTTIM005151LDTIM026152ANDNOTTIM027153ORLD154ANDNOT0001155ANDNOT20013156OUT1101157LD20001158ANDNOTTIM005159LD20203160ANDNOTTIM027161ORLD162ANDNOT20013163ANDNOT0001164OUT1101165LD20001166ANDNOTTIM005167LD20203168ANDNOTTIM027169ORLD170ANDNOT0001171ANDNOT20009172OUT21000173LD21000174OR20011175ANDNOT0001176OUT1002177LDTIM001178ANDNOTTIM002179LDTIM017180ANDNOTTIM018181ORLD182ANDNOT20004183ANDNOT0001184OUT20007185TIM009002186LDTIM004187ANDNOTTIM005188LDTIM026189ANDNOTTIM027190ORLD191ANDNOT20004192ANDNOT0001193OUT20008194TIM0102195LD20007196OR20003197OR20002198OR20013199ANDNOT0001200OUT1100201LD20008202OR20005203OR20006204OR20009205ANDNOT0001206OUT1102207LD0002208OR20009209ANDNOTTIM011210OUT20009211TIM011100212LD20009213ANDNOT20010214OUT20011215TIM012010216LDTIM012217ORTIM015218OR20010219ANDNOTTIM013220OUT20010221TIM013010222LD0003223OR20013224ANDNOTTIM014225OUT20013226TIM014100227LD20013228ANDNOT20010229OUT20014230TIM015010231END215216217218219220221222223224225梯形图设计三、总结（一）难点分析本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。1、行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。2、盲人脉冲按键盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。3、手动车流控制按键的控制方式手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。4、交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。（二）调试错误与修改方法经过设计，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，包括里面的辅助继电器，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。（三）PLC智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器PLC对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器PLC对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向E、S、W、N的近端J斑马线附近和远端Y距斑马线约100米处各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间T1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时T2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时T2，最后由T1和T2来实现对十字路口车流量的灵活控制。（四）收获与感悟经过半个多月的艰苦奋斗，设计成果终于出来了，我才松了一口气，我通过采集资料、进行实际考察后，做出以上设计的方法。查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。花了整整十几天，终于完成了设计，不过调试的时候却发现结果和想的有所不同，通过监控和修改才得出了需要的设计。这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。最后，我们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢我把体会用十个字概括天下无难事，只怕有心人一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究