毕业设计PLC在城市道路交通信控制系统中的应用

1、烟台大学文经学院毕业论文（设计）PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用申请学位：院 系：专 业：姓 名：月 班 级：学 号：指导老师：2016年5月1日烟台大学文经学院PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用姓名：滕耀埔导师：韩旭艳2016 年5月1日烟台大学文经学院烟台大学文经学院毕业论文（设计）任务书院（系）：机电工程系姓名滕耀埔学号毕业届别 2016 专业机电一体化毕业论文（设计）题目PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用指导教师职称所学专业学历具体要求（主要内容、基本要求、主要参考资料等）: 进度安排:指导教师（签字）：年 月 日教学院长（主任）（签字）：年 月 日 备注： 摘 要

2、 随着我国城市和交通的迅速发展，交通管制日趋重要。原有的信号灯控制器已不 能满足现实需要。城市道路交通信号 PLC空制系统运行可靠，可实现交通信号管制的自动 开停，控制方案的调整及优化简单易行，使用范围广、寿命长。文章对该控制系统的设计 过程设计思路、编程方法做了详尽的介绍，具有一定的参考价值和实用价值。关键词城市交通信号灯；PLC空制；周期信号交通表；目录一、设计任务分析、综合 1（一）控制流程的化简 11. 对红绿灯设计图的分析 12. 对交通流向管循环图分析 13. 进一步对循环图各步流信号流向分析 1（ 二）灯路控制的设计 21. 设计思想和工作原理 32. 路灯的亮度检测电路 33.

3、 温度和电流检测 3二、系统组成 4三、路灯控制 I/O 分配表 5四、控制梯形图 5五、应用程序的设计 6（一）周期循环定时器的设定 6（二）带参数子程序的使用 6（三）实时时钟读写指令的使用 7（四）TD-200文本显示器组态 7六、结语 8参考文献 9随着我国城市道路和交通运输的迅速发展，交通管制显得越来越重要。不仅要依据实际 车流、人流量来设计具体路口的交通红绿灯信号控制方案，而且还要根据当期流量统计， 及时进行方案的调整及优化，保证道路畅通和单位时间流量最大化。采用逻辑集成电路组 成的信号灯控制器，已经不能满足现实需要。计算机技术的迅猛发展，使小型PLC可编程控制器的指令功能日趋强大

4、。用 PIE 控制城市交通信号灯，不仅可以完全满足现实需要， 而且投资少，周期短，人机对话界面良好，控制方案更简单，适合于各种情况。一、 设计任务分析、综合（一）控制流程的化简1. 对图1红绿灯设置图的分析（1）主支干道上下两侧， 每一侧有车流方向信号灯装置 3套，分别为右转弯、 左转弯、直行； 人流（人行横道）信号灯装置 2套，每侧计5套，总共20套。（2）信号灯装置上有红、黄、绿灯各 1个。（3）以上共计有 20套信号灯装置， 60个信号灯。2. 对图 2交通流向管制循环图分析（1）主、支干道上下两侧信号灯控制是中心对称的，即无论主干道还是支干道上下两侧同 方向的信号灯控制是同步的。（2）

5、人流（人行横道 ）信号灯无论主支干道，两侧 4个信号灯装置控制是同步动作的，因而只 需主干道、支干道 2个控制输出点。（3）据以上分析，总共需要控制输出点组：车流信号灯装置 12套用 6个输出点组，人流 （ 人行横道）信号灯装置8套用2个输出点组。若用M表示主干道，S表示支干道，H表示人行横道； R表示右转弯，L表示左转弯、D表示直行。这8个信号灯控制输出点组可表示为 MR ML MD SR SL、SD MH SH而每个输出点组中有r（红灯）、Y（黄灯）、g（绿灯）3个输出点。3. 进一步对循环图各步信号流向分析如图2(a)中，车流主干道右转弯(MR)和支干道左转弯(sL)又是同步的，同样，在

6、其他各 图中均可以找出类似的规律。因此，上述 8套信号灯控制输出点组又可以合并为 4个控制信 号输出点组，即 M RSL、 M LSR、 M DSH、 MI-I SD 4大组，每大组中仍包括 r、Y、g 3 个控制信号输出点。经过上述分析、综合，逐步简化，就从原来直观观察需60个控制信号输出点变成只需4X 3=12个控制信号输出点，每个控制信号输出点可再用功率器件控制4个同步变化的相关信号灯。周期交通信号状态表的绘制交通流向管制是一个循环控制过程，只需编出一个循环内的分步执行程序即可。该循环分 为4步，每一步又有3个时段：(1) 对应放行方向的绿灯亮。 (2) 绿灯灭之前闪烁最后 3s(3)

7、绿灯灭后黄灯亮3s可画出一个循环的时序控制图如图3所示。(二) 灯路控制的设计1. 设计思想和工作原理港城东大街与港城西大街带有十字路口交通灯的路灯控制系统。白天路灯自动关闭， 当光线较暗且处于交通高峰期时，路灯全部开启。交通高峰期后，进入按比例开启， 午夜后按 60开启，凌晨之间时段，路灯开启比例降为 40。任意一路路灯的工作电 流和温度可随时查询，当路灯发生漏电或损坏时可实现报警。对港城东大街与港城西 大街路段的路灯进行以下编号：1A、1B 2A 2B、3A,共5路。2. 路灯的亮度检测电路为了让路灯能在白天自动关闭,而光线较暗的时刻开启需有一个亮度检测装置,图1为路灯的亮度检测电路。图中

8、4个电阻构成一个电桥，J为继电器。Reds为光敏 电阻，作为电桥一臂。检测灵敏度由Rb/Re决定，Rb=Re时灵敏度最高，即为桥的最高灵敏度。当有光照在光敏电阻上时，Reds的电阻值为100k0, Ra=50mr2 Rb=1. 18mQ 经过计算，当光线较强时 a、b两端的电压为+5V,继电器会动作，路灯停止工作。当 光线较暗时，Reds电阻值在50mC左右，为平衡电桥，a、b问的电压为0V,继电器不 会动作，路灯开始工作。3. 温度和电流检测对路灯的温度和电流进行检测，采用 ADC0809来实现，每块ADC0809负责对其中一 路4个路灯的温度和电流进行检测。ADC0809勺工作流程图如图2

9、所示。不同时刻关闭 相应的AD转换器，否则在路灯关闭后，其温度、电流会快速降低；检测电路还在工作， 将产生误报；可通过PLC内部寄存器D1和8选1数据选择器74LSI5 1来实现，其DO-D4 端分别接每块ADC0809勺片选端，而D1中的数作为地址，通过改变D1的值，使74LSl51 相应的输出端输出高电平，即可使相应的ADC0809工作。任意一路路灯的工作电流和温度随时可查，采用 ADC0809对2A, 2B, 3A，1A, 1B路进行检测，ADC0809可检测8 个状态。在连接时，将表示ADC080验测地址的地址线与1块74LSl38的地址端相连， 而74LSl38的Y0 Y7 口则与8

10、路显示译码器CD4511的 LE端相连。在实际工作中， 在显示数据送至数码管显示后，随即会在LE端产生一个低电乎，将数据锁存在CD451l内部，由此形成了 8 路的动态显示。为保证 2A，2B，3A，1A，1B 每一路的数据都可查 询，用一个数字拨码盘，由该开关向 PLC内部输入数字，例如当输入数字是 0时，表 示第 2A 路检测时的显示，以此类推。二、 系统组成(1) PIE选用西门子s7224 CPU基本单元，输出点不够时，选用 EM222(8各数字量输出)扩 展模块。(2) 选用西门子为人机对话界面，可实现以下功能：用于CPU22时钟系统的校正。由于CPU224的时钟精度为2min/月，

11、实际使用时，需要定期校正时钟及 Et历。信号灯控制方案的参 数修改。利用T»200文本显示器面板上的附加按键，作为手动“开、关”交通信号灯管制的主 令按钮。无需另配开关。(3) 数字量输出口与功率器件 固态继电器连接，由其控制信号灯 (发光二极管点阵模 块) 。负载能力可以不考虑 (即可通过选用不同功率的固态继电器来增加控制信号灯的数 量)。具体输出点所控制的信号灯组名称见表 1所示。、路灯控制I/O分配表路灯控制I/O分配表如表2所示二、控制梯形图路灯控制部分梯形图如图3所示。电流和温度检测控制部分梯形图如图 4所示。用PLC设计的路灯自控系统，具有调试简单、操作方便、使用安全、运

12、行可靠、效率高、故障率低等特点并降低了管理人员的劳动强度。由于软硬件采用模块化结构，方便安装、 调试和维修等。四、应用程序的设计(一) 周期循环定时器的设定根据表1可知一个控制周期为77s，分为4步，共12个时间段。因此可用一个循环定时器 来控制周期时间，用各时段时间与该定时器当前值比较即可获得各时段切人点，用以调用 相应子程序。(二) 带参数子程序的使用表1中的12个时间段中，分为 3种情况： (1 ) 每分步的第1个时间段有 4个输出点的状态需 要改变。如 1、4、7、10时间段。 (2) 每分步的第 2个时间段有 1个输出点的状态需要改变为 闪烁状态。 如2、5、8、1 1时间段。 (3

13、) 每分步的第 3个时间段有 2个输出点的状态需要改变。 如3、6、9、 1 2时间段。因此，若采用带参数子程序只需 2个子程序，一个子程序带 4个参 数，使(1) 、(3) 两种情况的时间段共用一个子程序， 另用一个带参数子程序用于 2)情况。 采用带参数子程序，子程序中包含要传递的参数。在西门子s7200可编程控制器的SIMATIC旨令中规定：一个子程序最多可以传递16个参数；要传递的参数在编制子程序时 必须加以定义；参数必须有一个符号名 (最多8个字符)，并确定其变量类型和数据类型， 变量类型共分为 4种： (1) ：输入型，该子程序被调用时，调用处将旨定位置的参数值传 递到子程序的对应

14、该变量类型参数中，参与子程序的运行，该参数运行结果值并不再传回调用处。（2） OUT输入/输出型，调用处将指定位置的参数值传递到对应子程序的对 应该变量类型参数中，参与子程序的运行，该参数运行结果值再返回调用处所指定的同一 地址。常数不可以作为输入/输出型参数。（3）OUT:输出型，该参数不需从调用处取值，而仅需将从子程序来的结果值返回到调用处所指定的参数位置。（4）TEMP暂存型，不能用来传递参数，只能在子程序内部暂时存储数据。当子程序所带的参数均巳定义，其他程 序需要调用该子程序时，必须同时给出同样数量的参数地址或数值。并与子程序中的参数 地址一一对应。上文中 （1） 、（3） 两种情况的

15、时间段共用一个子程序时，对于 （3） 情况，因 其只需传递2个参数，剩余2个参数可作冗余处理，即利用S7 200的Q1. 2_Q1. 7为无效输 出口，任选2个El作为剩余2个参数的传递地址。这样，一个循环的12个时间段只用2个带 参数子程序即可满足设计要求。每个带参数子程序要分别调用8次和4次，只不过每次调用时要根据程序要求传递不同参数地址。由此可见，带参数子程序特别适合同样一个子程序 需多次被调用，且每次调用参数的名称都不相同；或者说，每次调用参数的实际地址都不 相同。充分利用带参数子程序的特点，就可以大大简化程序，起到事半功倍的效果。而不 带参数的子程序使用也很广泛，通常用于精干主程序，

16、将部分程序用子程序形式表示，使 用时再调用该子程序；也用于一段程序可能多次重复使用，但该段程序中的参数为全局变 量，无须进行参数值传递，此时即可使用不带参数的子程序。本项目中共有4个子程序，其中:子程序 1、2为带参数的子程序，而子程序 0、3为不带参数的子程序。（三）实时时钟读写指令的应用由于设计任务要求每日6: 00_23 100为交通管制时间，所以必须利用s7200的实时控 制时钟指令进行实时控制。s7_200的实时时钟指令有两条：一条是写指令可用于将系统日 历按当时的实际日期和时间来设置，使其同步；另一条是读指令，随时可以读出系统的日 历和时间，以便程序使用。无论读写实时时钟指令，S7

17、200都是用一块8字节的缓冲区存放时钟信息，设T为该缓冲区的首字节地址，可由编程人员自由决定。其中每个字节必须 用两位BCD码（二一一十进制编码）表示，因此年份只用最低两位表示，如2000年表示为o0。 T+6字节恒为0。星期为010r7,当写为0时，表示禁用星期。要实现每日6: 00开始执行 交通管制，23:。0后取消交通管制，主程序就必须有读实时时钟指令，并要设置一个8字节的数据缓冲区。读出实时时钟后，再将实时时钟的 h、min两字节（由T+3 T+4组成 个 字）与开启时间06: o0及23: o0两个时刻相比较。女口 06: o0< （T+3）<23 : o0时，则开始实

18、行交通管制；反之，则为无交通管制时段，关闭交通管制，所有黄灯呈闪烁状态。PLC每 扫描一次程序，都将执行一次实时时钟读写指令和比较指令。实时时钟指令主要用于实时 控制系统，如无塔供水泵的定时开停、运行及备用设备的定日自动更换、自动润滑站定期 加油等等，用途十分广泛。（四）TD-200文本显示器组态TD 一200文本显示器可用s7200WIN3编程软件中的专门菜单项T»200 Wizard进行组 态，新的TD-200版本支持中文字符。将指示灯控制方案中的调整参数如信号灯管制的起 止时刻、各时段时间等作为可修改的变量编入各屏显示内容中，每次修改控制方案时（包括第1次使用)，只需用TD一200文本显示器对可修改的变量赋新值即可。在使用TD一200Wizard组态软件时，必须设置实时时钟功能为使能。经此设定后，利用TD一200的主菜单项就可以实现实时时钟的校正。在组态时，还设置了 TD一200的密码，其为一个4位十进制 数。设定后，只有授权人员在TD一200中输入该密码，才能进行参数修改及时钟校正。上 述参数修改、时钟校正均可以在程序运行中