可编程控制交通灯系统

1、第1章绪论1.1可编程控制交通灯系统应用的背景及目的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。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

2、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系统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道路，在高速道路建设完成的初期，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与普通道路耦合处交通状况的制约。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

3、路，缓解主干道与匝道、城区同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。近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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

4、猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，有多种对十字路口交通灯的改良设计，有一种用PLC对道路十字路口交通灯作自适应模糊控制的方法，较好地解决了车辆流量不均衡、不稳定的问题。因此，十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。为此，笔者进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。针对实际问题，我们采用西门子S7-200/226型可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，并已成功地应用于实践。根据交通灯工艺控制要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型

5、PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本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控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因：PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

6、近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。1.2可编程控制配料系统的特点及应用随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。(1)可编程控制器交通灯系统的特点：脱机手动工作；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、自

7、动停机控制方式。可编程控制器配料系统应用领域：该系统可运用于对多种散装物料按预定的配比进行自动连续的流量控制的场合，例如石油、化工、冶金、纺织、制药、烟草、机械加工、建材、市政建设等行业的散状物料配料的工艺控制。未来发展趋势：随着科学技术的发展，电子技术不断更新，为使该系统适应未来发展，使该装置更加完善，目前有针对性的研究主要朝人性化的设计思路发展，充分利用软件的功能，将现有的硬件部分用软件所替代，选用更好更新的传输介质，改变固有的传输速率，提高网络的运行速度和可靠性。1.3可编程控制器在我国的发展和应用1.3.1可编程序控制器的发展历程及未来趋势可编程序控制器(ProgrammabieLog

8、icController,缩写PLC)是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工

9、业生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。PLC的发展历程PLC自从产生至今，虽然还不到40年，但它具有使用灵活、编程方便、可靠性高、体积小、性能价格比高等优点，使其在机械、冶金、化工、轻工、纺织等行业得到了广泛的应用。同时，微电子技术、信息技术的高速发展，为PLC的发展提供了技术保证，从而使得PLC的结构、性能等都与传统意义上的不同。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，

10、由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现(如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等)，但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格品种开始系列化，并且形成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱

11、公司本阶段的主要产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品19902000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各种特殊控制的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不

12、断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接传统的编程与通入/输出设备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。PLC的发展趋势（1）从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高两大方面。体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现代PLC

13、无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同，PLC体积被大幅度缩小。以三菱公司60点继电器输出的PLC为例，F1系列（F1-60MR，输入36点/输出24点，输出驱动能力为2A/80VA）与FX3u系列（FX3u-64MR，输入32点/输出32点，输出驱动能力为2A/80VA）的外形尺寸比较如表1-1.1所示。从表可见，与F1-60MR相比，同规格的FX3U-64MR系列PLC，尽管输出比前者增加了8点，但体积不到F1系列的1/3。F1系列与FX3u系列PLC外形比较表主要参数F1-60MRFX3U-64MR宽度（mm）350220高度（mm）14080厚度（mm）

14、10088表1-1.1性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序控制器在我国的发展（1）我国可编程序控制器的发展与国际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所以我国对可编程序控制器的认识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中，当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约200多台可编程序控制器

15、。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生产线上，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控制器在我国的发展。可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期）80年代初期开始,随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序

16、控制器并自己设计组成控制系统,其应用范围也扩大到建材轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。随着应用能力的提高和市场需求的扩大,一些部门和单位本着技贸结合、消化移植的方针,一方面进行二次开发和应用研究,一方面也在引进可编程序控制器的生产线,建立生产可编程序控制器的合资企业,积极开发自己的产品。同时,国内也开始研制可编程序控制器产品,当时在上海、北京、西安、广州、长春等地有约20多家科研单位、大专院校和工厂都在研制和生产可编程序控制器，但由于缺乏资金和后续研究力量、生产技术相对落后，只能停留在实验室阶段，没能投入实际应用和形成工业化生产。可编程序控制器的广泛发展阶段(90

17、年代初期到现在)进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段，主要表现在以下几个方面：政府重视可编程序控制器的发展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于1991年成立了可编程序控制器行业协会。可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于1993年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下了基础。应用更加广泛这一阶段可编程序控制器的应用已经渗透到国民经济的各个部门和工业过程的各个角落，已成为企业提高装备技术水平的重要标志。在宝钢的二期三期工

18、程中使用了国外多个厂家三十几种机型计六百多台套的可编程序控制器，在广西玉柴机器有限公司的柴油机生产线中使用了近二百台罗克韦尔自动化公司的可编程序控制器，像这样大范围使用可编程序控制器的系统已很常见。在这一阶段中，我国的工程技术人员充分显示出了设计应用、软件制作、设备成套的能力。最近，在笔者自行设计成套、软件开发、安装调试的我国西部大开发重点项目青海盐湖100万吨氯化钾项目中，采用可编程序控制器组成了全厂的自动化控制系统，并将可编程序控制器设计在MCC柜中，实现了全厂六百多面MCC柜、覆盖全厂各个工艺流程的综合自动化系统。该应用项目已引起国外各大公司的注意，罗克韦尔自动化公司邀请项目设计人员去美

19、国公司总部进行介绍。研制、开发、生产取得成果随着我国改革开放的不断深入，国外厂商纷纷看好中国的市场，在中国建立他们的办事处，甚至将他们的亚太总部设在中国。国内企业纷纷引进国外技术，从而促进了一批技术引进企业、合资企业的建立，带动了我国可编程序控制器行业的技术发展。可喜的是从90年代初期开始，由于可编程序控制器应用的不断深入，国内又掀起了自主研制开发可编程序控制器的高潮，虽然多为小型可编程序控制器，批量亦不大，但其功能、质量和可靠性已有明显的提高，代表产品如南京嘉华的JH200,I/O为12到120点，有高速计数器和模拟量功能；杭州新箭公司的D20P，其I/O为12/8点，D100的I/O可从4

20、0点扩展到120点；兰州全志的RD100、RD200，前者I/O为9/4点，2点模入，后者I/O为2040点，扩展的功能有编码盘测速，热电偶测温和模拟量I/O，能联网32台RD200以及与PC机进行实时通信。同时，中大规模的可编程序控制器在国内也开始出现，交通部上海船舶运输研究所的STI2000,I/O为256点，多台联网时I/O可达4096点；北京和利时公司研制生产的Hollias-PLC可编程序控制器，其中典型的产品为数字量I/O达1024点，模拟量I/O达256点，内置TCP/IP通信接口，很容易接入管理网，配有PROFIBUS-DP现场总线的主站，从站和远程I/O，并与合作伙伴一起推出

21、了InterControlG3小型可编程序控制器系统。在国外产品强手如林的情况下，这些产品已具有和国外同类产品进行竞争的能力，充分说明国产可编程序控制器发展已进入了一个新的阶段。6.新一代可编程序控制器的技术现状为了适应日益剧烈的市场竞争，新一代的可编程序控制器在技术创新方面有了长足的进展，主要体现在以下方面：(1)执行多任务功能的出现所谓执行多任务，就是在一个可编程序控制器系统中，可同时安装几个CPU模板，每个CPU模板执行各自的任务，控制与其执行任务相关的I/O模板。网络能力的强化网络能力的加强，使可编程序控制器已经突破了原有的使用范围，特别是引入现场总线、工业以太网、无线网络及Inter

22、net等技术后，可编程序控制器的应用已今非昔比。典型的可编程序控制器的网络拓扑结构为设备控制层、过程控制层和信息管理层3个层次。在设备控制层中，引入了现场总线，使得工业生产过程中的现场检测仪表、变频器、MCC控制柜等一切现场设备都可直接与可编程序控制器相连：在过程控制层中，传统意义上的人机界面的功能已经焕然一新，使可编程序控制器能实现跨地区的编程、监控、诊断、管理，实现整个车间及全厂范围的控制；在信息管理层，向工业以太网的扩展，使控制与信息管理融为一体。罗克韦尔自动化公司的全方位自动化系统、西门子公司的全集成自动化系统和施耐德公司的透明工厂都是这类技术发展的代表。高速化处理功能随着网络能力的强

23、化，可编程序控制器实现的控制功能和控制范围都在扩大，这就要求可编程序控制器实现高速运行和实时通信功能。高速化包括运算速度的高速化、与外部设备交换数据的高速化、编程设备服务处理的高速化、外部设备响应的高速化。为了实现高速化，有些可编程序控制器已在其内核中设计有通信功能，借助于无源数据总线，系统的瓶颈得以消除，这种结构允许多个处理器、网络能在一个机架中使用而没有限制，从而提供了高性能的分布式实时控制系统的解决方案。大力发展集成化软件目前，可编程序控制器的生产厂商开发系统硬件费用的比例逐年下降，而开发软件、集成等费用的比例逐年上升。现在的成套软件将可编程序控制器的编程、操作员界面、运动控制、程序调试

24、、故障诊断和处理、通信等集成为一体。人-机界面及监控软件集成了所有开放的标准接口，可直接从生产中获得大量实时数据，并对这些数据进行分析和打包，然后传送到管理层，同时它能将过程优化数据和生产细节的参数迅速地反馈到控制层和现场，从而为集成ERP系统铺平道路。微型可编程序控制器异军突起传统的微型可编程序控制器一般为864点数字量I/O,14点模拟量I/O,体积很小，可直接安装在机器内。但现在的微型可编程序控制器除了上述功能外，在网络功能和人机接口功能上已可与中大型的可编程序控制器相比，这一类微型可编程序控制器是目前发展最快的。西门子公司的LOGO，罗克韦尔自动化公司的PICO都是这类微型可编程序控制

25、器的代表。信息技术渗入可编程序控制器信息技术渗入可编程序控制器是为了适应工厂控制系统和企业信息管理系统日益有机结合的发展趋势，适应在控制层面上让不同品牌的可编程序控制器之间、可编程序控制器与分布式控制系统之间有效交换数据的要求。实际上多任务系统的实现、网络能力的提高、软件集成的发展使得信息技术很容易的就与可编程序控制器系统融为一体。加强安全技术随着可编程序控制器应用领域的扩大，对可编程序控制器系统的可靠性要求也越来越高，加强可编程序控制器的安全技术也成为了一个新的发展方向。具有容错和冗余性能的故障防止型可编程序控制器已经出现，具备在线插拔的双通道的信号模板和电源模板。内藏冗余的CPU系统的过程

26、控制器也已出现，这种过程控制器利用内部测试电路检查、诊断I/O模板的运行状况，而不是采用冗余的I/O模板。GEFanuc公司推出了三合一的可编程序控制器，这种可编程序控制器是目前世界唯一实现全系列兼容、热备和三取二表决的高可靠性安全型可编程序控制器。目前我国的可编程序控制器的发展主要面临着三大问题。一是技术层面上的，在国际上可编程序控制器迅速发展的形势下，我国还没有具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品，原因主要在于我国的整个基础工业还有一定差距，如芯片制造、模具加工等方面限制了我们的发展。二是竞争层面上的，实际上也是一个经济竞争的问题。现在95%的国内市场由外国的可编程序控制

27、器产品所占领，中、大型可编程序控制器中，几乎全部由国外几大公司垄断，随着我国使用可编程序控制器领域的不断扩大，市场越来越大，然而国外几大公司几乎每年都会针对市场推出新的产品，一旦人们使用了新的产品后，他们就会逐渐的提高产品市场价格，没有我国自己的自主知识产权的产品，在经济竞争中就只能处于被动。三是市场秩序层面上的，随着我国改革开放的不断深入，特别是加入WTO后，我国巨大的市场份额极大的吸引了国外的大公司，他们开拓市场的方法都是采用大范围建立代理销售渠道，每个公司的分销商、系统集成商都会有数十家，甚至上百家之多，造成了我国的分销商、系统集成商之间的激烈竞争，而这些无序的竞争为国际大公司分而治之、

28、获取稳定的高额利润创造条件。7面对这些问题，笔者认为我国可编程序控制器的发展应该采取如下对策：面对如此巨大的市场，我国应该集中资金和技术力量，尽快研制生产出具有自主知识产权的可编程序控制器的系列产品，就像以前的家电行业一样。其实随着我国整个民族工业的不断发展，特别是近年来芯片工业的迅速发展，推出具有国际竞争力的可编程序控制器产品已成为可能。继续发挥我国科学技术人员可编程序控制器应用技术的优势，扩大可编程序控制器的应用领域。特别是我国加入WTO后，中国成为“世界制造工厂”的过程正在加速，我国在努力将可编程序控制器应用在国民经济的各个领域同时，还要凭借技术和劳动力优势，进入可编程序控制器在外商投资

29、企业中的应用，并逐渐进入国际上可编程序控制器的应用市场，让我国的应用技术优势形成真正的增值服务，从而带动我国相关成套设备和软件产业的发展。在扩大可编程序控制器应用的同时，要在软件集成化上下功夫。针对不同的工业生产过程，形成具有我国特点的系统集成软件、人机界面软件和系统应用软件，在一些我国领先的工业行业中制造出具有核心技术的系统应用软件。真正形成具有国际标准的、可进行复制的模块化软件。采取上述策略后，我国就能在可编程序控制器的应用上率先实现突破，融入全球一体化经济之中，形成具有自主知识产权的软件产业，进而研制、开发、生产出具有自主知识产权，能够参与国际竞争的可编程序控制器产品。笔者相信，随着我国

30、国民经济的全面发展，随着整个民族工业的提高，这一天会很快到来。期，体积小、功能强和价格便宜的微处理器被用于PLC，使得PLC的功能大大增强。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块和各种特殊功能模块。在软件方面，PLC采用极易为电气人员掌握的梯形图编程语言，除了保持原有的逻辑运算等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片，大大提高了

31、PLC软、硬件功能。在发达工业国家，PLC已经广泛的应用在所有的工业部门。据“美国市场信息”的世界PLC以及软件市场报告称，1995年全球PLC及其软件的市场经济规模约50亿美元。随着电子技术和计算机技术的发展PLC的功能得到大大的增强，具有以下特点：可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它特殊的周期循环扫描工作方式。具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号，有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块。采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要，除了

32、单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。安装简单，维修方便。PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点，

33、使得PLC在我国的配料生产线中得到广泛的应用。PLC在配料系统中的应用主要有配料监控系统、自动控制系统、配料网信息管理系统等。其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以监测等。第2章系统方案设计交通灯控制系统的设计任务书：1设计任务由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉路口的每个入口处设置红、绿、黄三色信号灯。红灯亮禁止通行；绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行使中的车辆有时间停靠到禁行线外。按下列要求设计一交通灯控制系统：（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来或是是否闯红

34、灯的信号。（2）由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行状态，而支干道有车来时才允许通行。当主干道通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。（3）当主、支干道都有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行24秒，支干道每次放行20秒。（4）在每次由亮绿灯转变成亮红灯的转换过程中，要亮4秒的黄灯作过度。（5）设计中需要考虑对擅闯红灯的车辆给出电子照相设备的启用信号。2要求:（1）完成系统电路的设计并用电脑绘制系统电原理图；（2）选择电路所需电子元器件型号并绘制PCB图；（3）完成电路安装调试（如采用单片机控制或PLC控制需完成系统的软、硬件调试）；（4）撰写

35、完整的设计报告。第3章可编程控制交通灯系统工作原理3.1控制要求：（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来或是是否闯红灯的信号。（2）由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行状态，而支干道有车来时才允许通行。当主干道通行亮绿灯时，支干道亮红灯。而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。（3）当主、支干道都有车时，两者交替允许通行，主干道每次放行24秒，支干道每次放行20秒；在每次由亮绿灯转变成亮红灯的转换过程中，要亮4秒的黄灯作过度。（当主、支干道都有车时，两者交替允许通行，主干红灯亮维持24s，在主干红灯亮的同时支干绿灯也亮，并

36、维持20s。到20s时，支干绿灯熄灭，支干黄灯亮，并维持4s。到4s时，支干黄灯熄灭，支干红灯亮，同时，主干红灯熄灭，绿灯亮。支干红灯亮维持20s，主干绿灯亮维持16s。到16s时，主干绿灯熄灭，同时，主干黄灯亮，维持4s后熄灭，这时主干红灯亮，支干绿灯亮。假如支干道路总是有车就周而复始。）（4）设计中需要考虑对擅闯红灯的车辆给出电子照相设备的启用信号。3.2交通灯工作示意图交通信号灯系统操作界面十字路口的东西方向和南北方向分别安装红、绿、黄交通信号灯，设置示意图如图3-1所示，图3-1交通灯工作示意图十字路口交通信号灯系统的操作界面如图3-2所示3-2十字路口交通信号灯系统操作界面3.3工作

37、原理当启动开关SB1合上时，10.0触点接通，Q0.0得电，主干道绿灯HL1点亮,同时支干红灯HL6点亮,若支干道有车辆来时，检测传感器S1闭合,10.1得电,T37得电开始计时，到24S时，主干道绿灯熄灭，同时主干道黄灯HL2点亮,T38通电计时,4S后，启动中间继电器M0.1,主干道黄灯HL2熄灭，支干道红灯HL6熄灭，同时支干道绿灯HL4点亮，主干道红灯点亮也同时启动T39,20S后，启动中间继电器M0.2,支干道绿灯HL4熄灭,支干道黄灯HL5点亮，同时接通T40,4S后，支干道黄灯HL5熄灭，主干道绿灯HL1点亮，连续循环（支干道必须有车）,否则主干道一直通行.当汽车闯红灯时,传感器

38、S2闭合,10.2闭合,Q0.6线圈得电,启动电子照相信号设备。34程序设计3.4.1列出交通信号灯PLC的输入/输出点分配表，见表3-1。输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SB110.0主干道绿灯HL1Q0.0检测传感器S110.1主干道黄灯HL2Q0.2检测汽车闯红灯传感器S210.2主干道红灯HL3Q0.3支干道绿灯HL4Q0.4支干道黄灯HL5Q0.5支干道红灯HL6Q0.1电子照相信号HL7Q0.6表3-1交通信号灯PLC的输入/输出点分配表附注：主干道为东西路段，支干道为南北路段342系统的梯形图Network1TOC o 1-5 h z东西绿灯I0.0T

39、37QO.OTH-pH，IC)Q0.0T40Network4东西苗灯Network5T3SINTONPT100ms343语句表Network1东西绿灯oOnu7-0430QTTQNetwork2南北萤灯O111oooOQQMQLDOANNetwork3O42O1.-?oO3oITNetwork4东西苗灯2127-3000TQMQLDOANNetwork5TOC o 1-5 h zLDQO.2TONT38,40NetworkGLDT380MO.1ANMO.2=MO.1Network7东西红灯LDMO.1Q0.3Network8南北绿灯IDMO.1=Q0.4Network9oo23-Q.-o3QT

40、Network10_y3nu4Network11南北萤灯LDM0.2=Q0.5Network12LDQ0.5TONT40.40Network13启动电子拍照信号3126nununuOQQIQ3.5可编程控制器的选型及控制系统的地址分配1PLC选型从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点2个，开关量输出点9个，如果选用CPU222/PLC,也需要扩展单元PLC,参照西门子S7-200产品目录及市场实际价格,选用主机为CPU224（14输入/10继电器输出）。其外形图如下：24VDCiU源24VDC电源,接地和输出端r24VDC公共端和24VDC输入端f汴：实际元件们吋能有变更：|接受仃诃极性接

41、地j选输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC极性可任意选择，IM、2M为输入端子的公共端。IL、2L为输出公共端。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。第4章设计总结本文在分析和比较用于可编程控制交通灯系统的发展和现状的基础上，结合我国中小城市交通灯系统的现状，设计了一套以自动控制技术、传感器技术为基础的PLC自动控制系统。这次毕业设计中我一直把握好了设计的进度,生活与学习上更加严格要求自己,我深刻知道设计是学生在毕业前的最后学习和综合训练阶段；是学习深化、拓宽、综合教学的重要过程；是学生综合素质与工程实践能力培养效果的全面检验。当我知道我的课题是：可编程序控制器在交通灯

42、系统上应用时,我想这个课题是很容易的，这样我更应该做的更好。当真正做起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西以前学了，但现在用起来可能又有点疑问。就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。而你要画出来的话，你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是怎样，以及怎么划分区域等。遇到这些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。我认为这是一种最好的学习方法通过实践去检验自己的知识。这个只有你自己投入进去你才能发现自己知识点的欠缺。做为一名电气专业的学生对电器原理图的了解更应该有深刻的认识，知道它的重要性。要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。在程序设计过程中

43、，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程土写程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可以用SCR指令的顺序设计。这种方法也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂，条理清晰。但

44、结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。这个课题要求有自动、手动和单周期三种工作方式，这个是一个最好考验设计思想的问题。书上有个机械手的控制理论很经典，很值得去分析它的设计思路。有多种工作方式要求的设计，也可以套用这个设计思想。安装硬件电路的过程，不仅锻炼了我的意志，而且我知道怎样合理布置控制面版，也知道这样安装PLC。我想这些对我以后走向工作岗位是有很大的帮助的。在这么冷的天气我们加班把硬件电路装好，我深刻认识到，只要自己能够用心去做的话，很多你想象中的困难是可以克服的。这次设计自己的欠缺我想就是：没有接触真正的控制系统。在设计的过程像PLC控制系统的可靠性措施、数据归档、自动化通

45、信网络以及在开环运动控制中的应用等问题都没有涉及。我想自己离这个目标还很远，还要付出更多的努力。相信这次毕业设计给自己做了一次最好的锻炼；为自己三年的所学做了较好的归纳；为明天走向工作岗位打下了坚实的基础。附录A材料清单可编程控制交通灯系统设备材料清单如下：序号元件型号规格及型号数量（个）备注1按钮LA19-B12熔断器53热继电器JR362074交流接触器CJ20-10（220V）75可编程控制器S7-200/CPU2261西门子6接线端子47断路器CP4028指示灯79传感器（逻辑开关代替）210发光二极管（代替绿灯、黄灯、红灯、信号灯）711导线2mm12m12控制板2参考文献1郭纯生编

46、著，2006年7月，可编程序控制器编程实战与提高，电子工业出版社西门子（中国）有限公司.SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册，2002,张运波编著，2001年7月，工厂电气控制技术，高等教育出版社龚仲华.史建成.孙毅编著，2006.12年，三菱FX/Q系列PLC的应用，人民邮电出版社王永华编著，2003年9月，现代电气控制及PLC应用技术，北京航空航天大学出版社刘洪涛、黄海编著，2007年1月，PLC应用开发从基础到实践，电子工业出版社7中国工空信息网 HYPERLINK 8西门子（中国）自动化网9中国自动化网 HYPERLINK http:/www.C www.C致谢当我打完毕业论文的最后一个句号，涌上心头的不是长途跋涉后抵达终点的欣喜，而是源自心底的难以言喻的失落。随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。三年的大学生活，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是