泸州职业技术学院李军芝

泸州职业技术学院毕业设计基于PLC的十字路口交通灯控制专业：机电一体化班级：103机电一班姓名：李军芝泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第1页!摘要针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题，介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用，大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放，从而对降低环境污染起到了不可低估的作用。

分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡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硬件电路设计方案。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第2页!绪论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系统中最重要的组成部分。不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。单片机控制系统设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难度较大，所以使用可编程控制器，其主要原因是因为PLC具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第3页!章设计任务分析

1、研究目的通过对plc十字路口交通灯控制系统的设计，使我了解交通灯的结构、特点、工作原理及其应用。设计的重点是利用plc实现对十字路口交通灯的控制，综合大学三年学到的知识完成十字路口交通灯的plc控制系统的设计，锻炼我运用知识和实际动手的能力。复习plc编程及应用的相关知识，把理论应用到实际中去，进一步加深对plc编程及应用的理解。本次设计将使我所学的专业知识联系到一起，提高灵活运用知识和分析解决问题的能力。本课题的研究是对plc控制十字路口交通灯系统的有益探索，此类科技成果有助于促进我国十字路口交通灯及plc编程及应用控制领域的发展。2、设计任务利用三菱FX2N系列PLC原理设计出一个虚拟的交通灯系统来模拟实际交通灯的状况，并完成对十字路口交通灯的软硬件设计及调试,合理的实现交通人车流量的控制。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第4页!正常时段(8时~16时、18时~6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。东西红灯亮维持25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。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。

表2-1

十字路口交通灯亮闪高峰时段（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.

东西

信号

绿灯亮

绿灯闪

黄灯亮

红灯亮

时间

20S3S2S40S南北

信号

红灯亮

绿灯亮

绿灯闪

黄灯亮

时间

25S35S3S2S表2-2

十字路口交通灯亮闪表东西

信号

绿灯亮

绿灯闪

黄灯亮

红灯亮

时间

20S3S2S25S南北

信号

红灯亮

绿灯亮

绿灯闪

黄灯亮

时间

25S20S3S2S泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第5页!3.1.2PLC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3.1.1所示的PLC控制系统I/O接线图。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第6页!第四章十字路口交通灯plc控制软件设计

泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第7页!1、十字路口交通灯图交通灯控制系统I/O分配。启动—X0，南北红灯—Y0南北绿灯—Y1，南北黄灯—Y2，东西红灯—Y3，东西绿灯—Y4，东西黄灯—Y5。正常时段(8时~16时、18时~6时)：如图4.5所示为并联分支结构状态转移图,图中当初始脉冲M8002对初始位置S0置1后，接通X0，则状态同时转移到S21和S31。S21置1，南北红灯亮，延时25S，S31置1，东西绿灯亮，延时20S，状态转移到S32，东西绿灯闪烁3S，状态转移到S33，之后东西黄灯亮2S。状态转移到S22、S34，使南北红灯熄灭，南北道绿灯亮，延时20S，东西道红灯亮，延时25S，状态转回到S23，南北绿灯闪烁3S，之后状态转移到S24，南北黄灯亮2S。两并行支路会合，返回状态S0。由于X1已闭合，使之驱动S21、S31。令其置1，开始另一个循环。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第8页!控制时序图泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第9页!泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第10页!对PLC梯形图分析：如图4.9所示当按下开关SB1常开触点X000闭合后，C0开始计数，当计数到60次时（也就是到60S时),C0常开触点闭合,C1开始计数,如果C1计数没有计到第60次时，RST复位到C0再计数直到计数到了60次(即就是一个小时)C1常开触点闭合，C2开始计数，如果C2计数没有计到24次就RST复位到C1继续计数直达计数到24次（即24个小时），如果计数到24次就按下X001转化开关，开始第二天的计数。如图4.10所示当按下开关SB1常开触点X000闭合后，ZCP区间选择自动根据条件判断是否在高峰时段，如果处于高峰时段就接通高峰时段M0、M3辅助继电器执行高峰时段的plc的控制。图4.10图4.9泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第11页!高峰时段（6时~8时、16时~18时）：如图4.12所示当M1、M4常开触电断电时（也就是说明到达高峰时段时），T6定时器开始计时，当计时到20秒时T6常开触电闭合，T7开始计时，当计时到3秒时T7常开触电闭合，T8开始计时，当计时到2秒时T8常开触电闭合，T9开始计时，当计时到35秒时T9常开触电闭合，T10开始计时，当计时到3秒时T10常开触电闭合，T11开始计时，T11定时器计时2秒，如此计时循环。图4.12泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第12页!第五章十字路口交通灯程序的调试和运行1、控制系统的程序调试步骤大体思路流程如下：1、硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等），检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。①静态调试静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。②动态调试动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第13页!图5.2十字路口交通灯PLC控制系统各动作实物显示泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第14页!致

谢能够顺利完成这次PLC控制十字交通灯的毕业设计，首先要感谢我们的指导教师——龚勤慧老师，从接到毕业设计的课题一直到现在的论文写作，龚老师都给了我们莫大的帮助。期间龚老师的课比较多，但是她仍然在百忙之中抽出时间来给我们辅导，由于我们在做设计的过程中遇到好多不懂的问题，但龚老师一直都是很耐心的解释给我们听，直到我们弄懂为止，所以在此十分感谢我的指导老师龚勤慧老师。其次，也要感谢我周围的伙伴们，虽然我们是每人一个设计，但是这项设计还是花了好多同学的时间完成的。在此过程中，常常麻烦到同学，虽有过争执，但所有的人都能够很耐心的给我讲解，每当遇到不懂的问题，其他的同学都会帮忙解决，因为我们互相理解、互相帮助，所以我都学到了很多东西。总之，感谢以上提到的所有老师和同学，在此，向你们表示我衷心的谢意！

泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第15页!第二章

交通灯设计控制要求1、十字路口交通灯的控制要求交通灯系统由启动开关控制，当启动开关接通时，交通灯开始工作，并周而复始地循环工作。当停止开关接通时，所有的灯都熄灭。本交通灯控制系统按东西方向及南北方向车流量相同的情况来设计程序。2、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六个，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。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制。图2.1十字路口交通信号灯的示意图泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第16页!第三章十字路口交通灯plc硬件控制输信号入输出信号输入继电器元件作用输出继电器元件作用X0SB启动开关Y0HL1南北红灯X1SB转换开关Y1HL2南北绿灯Y2HL3南北黄灯Y3HL4东西红灯Y4HL5东西绿灯Y5HL6东西黄灯1、

输入输出点分配表

为了将十字路口交通灯的控制关系用PLC控制器实现，PLC需要2个输入点（启动开、转换开关），6个输出点。为了使用方便，所以选择了FX2N-64MT型的PLC。表3-1

输入输出点分配表泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第17页!3.1.3十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3.1.2所示的十字路口交通灯的接线图。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第18页!泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第19页!高峰时段（6时~8时、16时~18时）：如图4.6所示为并联分支结构状态转移图,图中当初始脉冲M8002对初始位置S0置1后，接通X0，则状态同时转移到S21和S31。S21置1，南北红灯亮，延时25S，S31置1，东西绿灯亮，延时20S，状态转移到S32，东西绿灯闪烁3S，状态转移到S33，之后东西黄灯亮2S。状态转移到S22、S34，使南北红灯熄灭，南北道绿灯亮，延时35S，东西道红灯亮，延时40S，状态转回到S23，南北绿灯闪烁3S，之后状态转移到S24，南北黄灯亮2S。两并行支路会合，返回状态S0。使之驱动S21、S31，令其置1，开始另一个循环。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第20页!泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第21页!在图4.8中，Y0控制南北红灯，Y1控制南北绿灯，Y2控制南北黄灯，Y3控制东西红灯，Y4控制东西绿灯，Y5控制东西黄灯。为了控制各个时间段，选用T0~T5为控制正常时段的定时器，T6~T11为控制高峰时段的定时器。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第22页!正常时段(8时~16时、18时~6时)：如图4.11所示当按下开关SB1常开触点X000闭合后，T5、M1、M4常闭触电通电（也就是进入正常时段时），T0定时器开始计时，当计时到20秒时T0常开触电闭合，T1开始计时，当计时到3秒时T1常开触电闭合，T2开始计时，当计时到2秒时T2常开触电闭合，T3开始计时，当计时到25秒时T3常开触电闭合，T4开始计时，当计时3秒时T4常开触点闭合，T5开始计时，T5定时器计时2秒，如此计时循环。图4.11泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第23页!正常时段(8时~16时、18时~6时)：当按下开关SB1常开触点X000闭合后，南北红灯Y000亮，东西绿灯Y004亮，T0计时20s后T0常开触点闭合，M8013开始工作东西绿灯闪烁3s，然后T1的常闭触点断开常开触点闭合接通东西黄灯Y005同时T2开始计时，计时2s后东西黄灯熄灭，T2的常闭触点断开，常开触点闭合接通东西红灯Y003和南北绿灯Y001同时T3开始计时，计时20s后M8013开始工作南北绿灯闪烁3s，T4常闭触点断开常开触点闭合接通南北黄灯，同时T5开始计时2s黄灯熄灭，同时T3计时结束，东西红灯熄灭。如此循环。高峰时段（6时~8时、16时~18时）：当按下开关SB1常开触点X000闭合后，南北红灯Y000亮，东西绿灯Y004亮，T6计时20s后T0常开触点闭合，M8013开始工作东西绿灯闪烁3s，然后T7的常闭触点断开常开触点闭合接通东西黄灯Y005同时T8开始计时，计时2s后东西黄灯熄灭，T8的常闭触点断开，常开触点闭合接通东西红灯Y003和南北绿灯Y001同时T9开始计时，计时35s后M8013开始工作南北绿灯闪烁3s，T10常闭触点断开常开触点闭合接通南北黄灯，同时T11开始计时2s黄灯熄灭，同时T9计时结束，东西红灯熄灭。如此循环。十字路口交通灯的总开关SB1的常开触点X000闭合后，交通灯系统启动，首先C0、C1、C2计数器设定环境时间，再由ZCP区间选择时段是否为高峰时段（6时~8时、16时~18时）还是正常时段(8时~16时、18时~6时)，然后分别在不同时段执行相对应的plc程序。泸州职业技术学院李军芝共27页，您现在浏览的是第24页!由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若