基于PLC控制的交通信号灯设计

1、 基于PLC的交通信号控制 系 、 部： 学生姓名： 指导教师： 职称 专 业： 班 级： 完成时间： 目 录1 PLC的介绍11.1 PLC的基本组成11.2 PLC的结构及基本工作原理12 十字路口交通灯的介绍22.1 十字路口交通灯的原理及示意图22.2 电路中主要元器件的介绍32.2.1 熔断器32.2.2 中间继电器43 应用PLC设计十字路口交通灯43.1输入输出点分配表43.2 十字路口交通灯的接线图53.2.1 PLC控制系统I/O接线图53.2.2 十字路口交通灯的接线图63.3 十字路口交通灯的控制时序图73.4 十字路口交通灯的控制梯形图93.5 十字路口交通灯的指令表1

2、04 十字路口交通的程序调试104.1 控制系统的程序调试步骤104.2 调试过程遇到的问题及解决方法11结束语12致 谢13参考文献14附录 元件清单15摘 要 城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年来我国的许多学者也都

3、以不同的思路对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用的寥寥无几，本文实现基于PLC的交通信号的模糊控制系统。 根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口4相位交通灯为例，把PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。关键词：交通; 智能控制； PLCAbstract The munipal transportation signal cont

4、rol is through the adjustment，the waning and the induction which flows to the transporation achieved improves the person and the cargo safe transportation, enhancig the operation efficiency. Transport system is a random nature, ambiguity and uncertainty of complex systems, the establishment of mathe

5、matical models very difficult and sometimes impossble to use existing mathematical methods described. the most adaptive signal control is used,it needs mathematical model,without considering traffic delays,And vague control is a mathematical model to control methods, it can imitate experienced polic

6、e directingtraffic,ideas, achieve good control results. In recent years many of our scholars have different ideas of individual junction, traffic control Route vague studied, but the limitations of the theory and research scholars, the few practical applications, based on this achievement traffic si

7、gnals vague PLC control system.According to determine signal distribution and flow of the control system vague theoretical resesrch results, the achievement of individual intersections with traffic lights blur PLC control methods for individual crossroads 4 phase of traffic lights, for example,the P

8、LC as an ambiguous signal controllers using Ladder programming. through experiments that the reliable operation of the system to a vague under different traffic control decision-making, optimize signal distribution, which can effectively solve traffic imbalance,instability brought.Key words：Transpor

9、tation; Intelligent control; PLC1 PLC的介绍1.1 PLC的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍PLC各组成部分及作用4。1.2 PLC的结构及基本工作原理PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入P

10、LC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC对输出，输出信号的处理与微型机算机不同 。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而PLC对输出、输出信

11、号是集中批处理。PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新5。2 十字路口交通灯的介绍2.1 十字路口交通灯的原理及示意图如图2.1是十字路口交通信号灯示意图, 本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯两个，南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。 正常时段(8时16时、18时6时)：南北红灯亮维持25秒

12、，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25秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。高峰时段（6时8时、16时18时）：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

13、灯亮维持40秒，南北绿灯亮维持35秒，然后闪亮3秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。Y0Y1Y2Y0 Y1 Y2Y4Y3Y5Y3Y4Y5北东南西 图2.1 十字路口交通信号灯的示意图2.2 电路中主要元器件的介绍2.2.1 熔断器 作用熔断器是一种简单的保护电器，串接于电路，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断自动断开电路，保护其他电气设备。 型号 8A 符号 FU 工作要求熔体的额定电流要小于或等于熔断器的额定电流熔断器的电压大于或等于被保护的工作电压2.2.2 中间继电器 作用中间继电器作用是用来传递信号或同时控制多个电路，也可直接用它

14、来控制小容量电动机或其他电气执行元件，它的结构和交流接触器基本相同，只是电磁系统小些，触点多些。 型号 DC24V 符号 线圈 常开触点 常闭触点 工作要求中间继电器实质是一种电压继电器，触点对数多，触点容量较大(额定电流510A) 优点体积小，动作灵敏度高，并在10A以下电路中可代替接触器起控制作用。3 应用PLC设计十字路口交通灯3.1输入输出点分配表 根据实验要求，应有一个输入控制变量，八个输出变量。它们分别为控制启停的 变量I0.0，控制南北红灯HL1、HL2的Q0.0,控制南北黄灯HL3、HL4的Q0.3，控制东西黄灯HL9、HL10 的Q0.4，东西绿灯HL11、HL12的Q0.5

15、，控制南北车灯HL14的Q0.6 ， 控制东西车灯HL13的Q0.7。得到I/O分配表如下所示： 3.2 十字路口交通灯的接线图3.2.1 PLC控制系统I/O接线图根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图3.1所示的PLC控制系统I/O接线图。3.2.2 十字路口交通灯的接线图根据十字路口交通灯的实际连线，画出如图3.2所示的十字路口交通灯的接线图3.3 十字路口交通灯的控制时序图根据十字路口交通灯的控制关系画出如图3.3所示的时序图。ONI0.0Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5 10 20 30 40 50 60 t/s正常时段的控制时序图高峰时段的控制时序图I0.0

16、Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3Q0.4Q0.5 10 20 30 40 50 60 70 t/sON图3.3 十字路口交通灯的控制时序图3.4 十字路口交通灯的控制梯形图图3.4 十字路口交通灯的控制梯形图3.5 十字路口交通灯的指令表表3.5 十字路口交通灯指令表4 十字路口交通的程序调试4.1 控制系统的程序调试步骤 （1） 对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序和条件。由于本控制系统简单就可以省略这一步。 （2） 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 （3） 将

17、程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。 （4） 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。4.2 调试过程遇到的问题及解决方法 （1）在起初情况，按下转换开关，根据设计的要求,应该亮的灯有“南北红灯”、“东西绿灯”，由于设计中未考虑周全，当按下转换开关时，不仅“南北红灯”、“东西绿灯”亮，而且“南北绿灯”、“东西红灯”也亮，断电后，对程序进行检查，发现把程序转换到高峰时段后，没有对定时器终止，所以才会出现灯亮混乱的情况。 （2）设计中，当程序处在早上八点之后的正常时段时，程序运行了一个周期后，就不再循环了。断电后对程序进行检查，发现程序执行完一个周期后，定时器没有被复位，检查得知是因

18、为对T37的分段控制不当。对程序进行修改后，调试后都正常。结束语我选择的是交通信号灯PLC控制系统设计与调试，由于这个课题和我们的生活联系很紧密，所以这让我做起来相对简单一点。 俗话说万事开头难，一开始我没有头绪，但是在老师的指导和同学的帮助下，我慢慢的就理解了，然后就开始了设计。首先我们做硬件设计，先画原理图和硬件接线图，然后就是确定元器件的型号，列元器件清单。之后就是设计元器件的位置，使电路看起来整齐美观。接下来就是把元器件按照原理图连接起来，这一步一定要小心，而且一定要细心。下面就是软件的设计了，在编写程序之前，我先对基本的电路进行了分析，在理解之后，我就考虑怎样进行正常时段和高峰时段的跳转，起初我的程序出现了错误，该亮的灯没亮，该灭的等没灭，而且不能