基于PLC智能交通灯控制系统设计

-.z毕业论文课题名称基于PLC智能交通灯控制系统设计分院/专业机械工程学院/机械制造与自动化班级机自学号学生**指导教师：2015年5月22日-.z摘要随着计算机网络技术的开展，以可编程的程序控制为主体新型控制系统逐渐取代了传统继电器电气控制系统，已广泛使用于各个行业。PLC技术综合计算机技术、自动控制技术、通信技术为一体的新型控制技术。随着社会开展，车辆的增加，城市交通拥挤的现状日益凸显，已经成为我国首要解决的矛盾。近年来，伴随着生活条件的日益提高，汽车已走进千家万户。车辆的增长必然带来交通拥挤，交通事故越发普遍，如何实现交通的畅通以及保障城镇运输的平安成为当下热门的研究话题。解决这一社会矛盾有两种方案，其一是修路，修更多的路可以缓解主干道的压力，其二是限制车辆的增加，车少了问题自然就解决了。然而这两种方案并不适用于当下的开展需求〔需要大量的人力及财力〕，于是对交通灯的改进应运而生。基于PLC的智能交通灯控制系统以计算机技术为核心自动控制装置被广泛应用，可以实时监控道路流量变化做出相应改变，可以有效解决因车流量不确定导致的交通问题。本文所设计的就是基于PLC控制的交通信号灯系统，可较好解决车辆滞留、占道等情况，提高通行率，节约交通资源。因此智能交通灯控制设计有深远的研究意义。关键字：PLC交通灯智能控制AbstractWiththedevelopmentofputernetworktechnology,theprogrammablecontrolsystemisgraduallyreplacedbythenewcontrolsystemofthemainbody.Ithasbeenwidelyusedinvariousindustries..PLCtechnology,automaticcontroltechnology,municationtechnologyasoneofthenewcontroltechnology.Withthedevelopmentofsociety,theincreaseofvehicles,thecitytrafficcongestionstatusisbeingincreasinglyprominent,hasbeeChina'sprimarysolutiontothecontradiction.Inrecentyears,withtheincreasinglivingconditions,thecarhasenteredthehousehold.Theincreaseofthetrafficwillinevitablybringaboutthetrafficcongestion,thetrafficaccidentisbeingmoreandmorepopular,howtorealizethetrafficflowandthesafetyofthetransportationofthecitybeethehotresearchtopics..Therearetwosolutionstothesocialcontradictions,oneistobuildroads,moreroadscaneasethemainroad,thesecondistolimittheincreaseofvehicles,fewervehicleswillnaturallysolvetheproblem.However,thesetwoschemesarenotsuitableforthedevelopmentofthepresentdemand(needalotofmanpowerandfinancialresources),sotheimprovementofthetrafficlightscameintobeing.BasedonthePLCintelligenttrafficlightcontrolsystemwithputertechnologyasthecoreautomaticcontroldeviceiswidelyused,canbereal-timemonitoringoftrafficflowchangesandmaketheappropriatechanges,caneffectivelysolvethetrafficflowbytheuncertaintycausedbytrafficproblems.DesignedinthispaperisbasedonPLCcontroloftrafficsignallampsystem,solvethevehicleretention,laneandotherconditions,improvetrafficefficiency,saveresourcesandtransportation.Therefore,theintelligenttrafficlightcontroldesignhastheprofoundresearchsignificance.Keyword:PLCintelligenttrafficcontrol目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要1Abstract241.1交通灯历史41.2设计内容41.3设计意义5第二章智能交通灯控制系统设计62.1控制类型选取62.2PLC选型及可行性6第三章总体设计73.1设计思路73.2监控系统83.3控制示意图及交通灯8第四章控制系统硬件设计94.1I/O地址符分配94.2西门子S7-200中CPU模块的选择104.3计时显示器的选用11第五章控制系统软件设计145.1控制过程流程图145.2系统工作流程图155.3梯形图设计16第六章系统仿真与分析256.1正常模式仿真256.2夜间模式仿真286.3急停模式仿真296.4报警模式仿真316.5数码管倒计时仿真32设计总结35参考文献36第一章绪论1.1交通灯历史世界最早的交通灯诞生于1868年英国的伦敦，当时交通灯只有红灯和绿灯，1918年纽约使用了新型的交通灯，这种三色控制信号灯一直延续至今。虽然这些制作简单操作繁琐的信号灯不能归入智能交通灯，但这些创作为现代交通控制系统奠定了根底。1952年，美国丹佛市首次将计算机运用到交通检测器，成为“PR〞系统，此系统效果十分好。1964年，在加拿大的多伦多市完成了数字计算机控制信号的实用化，开辟了交通控制系统新时代。1967年，英国道路运输研究实验室成功研制出交通网络研究工具TRANSYT系统，它的广泛应用把交通控制技术推向高潮。红灯停，绿灯行，这是每个人都所熟知的。目前世界上广泛使用的信号灯有澳大利亚的SCATS交通控制系统、英国的TRANSYT系统。SCATS系统采用分层递阶控制系统由一台监控计算机和一台管理计算机组成，通过串行通信线路连接，子计算机将数据输送到管理计算机，监控计算机监控所有道路的工作状况和通信进程。表达了计算机网络技术的优点，构造简单，容易转换。TRANSYT系统通过车检器反应的数据跟踪情况，选择联机的交通模型来优化交通控制器的分配，能连续实时调整周期、相位差来调整交通流。国内交通相比西方兴旺国家起步较晚，1928年，中国在**英租界首次使用了红绿灯。国内交通通过近几年的开展取得了不小的进步，然而并不能解决大城市拥挤的现状例如、**这些开展迅猛的城市首先国内交通规划过于匆忙，当地政府过于追求道路的建立，使得一些城市道路规划不合理，道路质量不达标。其次随着经济开展生活质量的提高，国家全面进展经济建立政策，使得人民购置力大大增强，私家车已是车水马龙。最后，城市的开展使得农村大量劳动力涌入城市打工，造成城市交通拥挤。1.2设计内容采用PLC编程控制器，完成十字路口交通灯的控制，实现信号灯能够自动控制，应急控制，保障各路口畅通。1交通灯控制要求方案确定以及系统的论证2确定I/O设备分配，选择输入、输出设备以及PLC类型，画出硬件连接图3画出整体流程图，控制图，梯形图4进展仿真调试，改善系统1.3设计意义本设计基于传统交通灯的控制方法，结合PLC控制技术和计算机技术，完成对交通的智能化管理，缓解当下交通拥挤的状况，保证车辆的通行和人们财产的平安。智能交通灯控制系统设计2.1控制类型选取目前流行的控制方式有单片机控制系统和PLC单片机的控制系统又称微控制器，有单片的集成电路芯片组成，多数情况下，控制对象主要是开关顺序控制和逻辑控制。然而实现开关顺序控制较为复杂，编制方面困难，出现问题时不容易调试和维修，性价比低，优点在于功能强大资源丰富，节能省电。PLC由中央处理器CPU、储存器、电源、输入模块和输出模块组成。程序储存器类型为ROM，断电等操作不影响程序的内容，系统存储器为RAM,主要用来储存变量和运算结果，方便管理。PLC编程控制系统采用可编程的储存器，PLC梯形图一般采用顺序控制的设计方法，此方法容易理解，易于掌握，梯形图设计时间短。此外PLC用法灵活，体积较小、重量轻、操作简单，设备廉价耐用，并且可以有效控制交通系统。综上所述，选择PLC，可以实现对交通灯控制，是本次设计的首选方案。2.2PLC选型及可行性本设计采用西门子s7-200型PLCS7-200是当下使用最广泛的PLC。它具有实时控制下速度快，联网通信功能强大特点，并且具有操作简单的硬件和软件设备，在经济和操作上非常适用本设计。总体设计3.1设计思路交通路口的交通信号控制是交通控制系统的根底，传统的交通路口控制模式为简单的定时控制。定时控制是根据历史数据设定的方案进展控制，已无法适应现代交通需求的复杂且实时的变化。在现代城市道路交通中，交通路口成为通行能力与交通平安的瓶颈，交通阻塞大局部是由于平面交通路口的通行能力缺乏造成的，而传统的定时控制没有对交通路口信号灯进展最正确配时是造成交通路口拥塞的主要原因。为了满足现代智能交通控制的要求，解决传统交通灯控制系统中流放时间和在紧急情况处理中的缺陷，实现交通信号灯的最优配时，并结合国内交通系统的实际情况，需采用智能交通信号控制模式，现分别对它们进展说明。1一个启动开关控制启动，一个关闭开关控制其停顿，且先南北红灯亮，东西绿灯亮2工作流程本系统分为正常控制模式，夜间模式，急停模式正常模式1〕南北红灯先亮并持续50s，同时东西绿灯亮并持续30s，到30s时，东西绿灯闪烁10s后熄灭，此时东西黄灯亮，并持续10s。到10s时，东西黄灯熄灭同时东西红灯亮。此时南北红灯灭，绿灯亮。2〕东西红灯先亮并持续50s，同时南北绿灯亮并持续30s，到30s时，南北绿灯闪烁10s后熄灭，此时南北黄灯亮，并持续10s。到10s时，南北黄灯熄灭同时南北红灯亮。此时南北红灯灭，绿灯亮。3〕循环夜间模式：仅使用黄灯警示车辆，减少时间等待和能源上的消耗应急模式：南北东西都使用红灯，为紧急车辆开辟空间，只允许紧急车辆通行，当紧急车辆通过〔如急救车，警车〕后，启动正常模式3.2监控系统的选择采用常规的录像和摄像技术对车辆进展实时监控，通过网络将数据传送到监控中心，保存以便查阅。3.3控制示意图及交通灯如下主干道东南西北各安装三个控制灯，人行道安装两个控制灯控制系统硬件4.1I/O地址符分配依据此设计的设计思路，本设计总计需要输入点数为7输出点数为27。具体输入输出点数分配如下表4-1所示。输入/输出点数分配表4-1输入点编号输出点编号文字符代号名称文字符代号名称I0.0SB1正常时序启动按钮Q0.0HL1东西方向绿灯I0.1SB2正常时序关闭按钮Q0.1HL2东西方向黄灯I0.2SB3夜间模式启动按钮Q0.2HL3东西方向红灯I0.3SB4夜间模式关闭按钮Q0.3HL4南北方向红灯I0.4SB5东西紧急启动按钮Q0.4HL5南北方向绿灯I0.5SB6南北紧急启动按钮Q0.5HL6南北方向黄灯I0.6SB7紧急关闭按钮Q0.6HL7报警设置输出点编号Q3.0HL8东西人行绿灯文字符代号名称Q3.1HL9东西人行红灯Q1.6V7数码管gQ3.2HL10南北人行绿灯Q2.0V8数码管aQ3.3HL11南北人行红灯Q2.1V9数码管bQ1.0V1数码管aQ2.2V10数码管cQ1.1V2数码管bQ2.3V11数码管dQ1.2V3数码管cQ2.4V12数码管eQ1.3V4数码管dQ2.5V13数码管fQ1.4V5数码管eQ2.6V14数码管gQ1.5V6数码管f4.2西门子S7-200中CPU模块的选择S7-200中央处理器为32位，西门子公司研制多种类型的处理器，以满足不同的需求，不同CPU具有不同的规格，设计时必须将其考虑在内。S7-200将数据存储在不同的存储单元，每个存储单元独都有唯一的IP地址，用户可以快速的找到这些数据。CPU221-226各有2种类型的CPU，具有大小不一的控制电压和电源电压。CPU221，222，具有180mA输出电流CPU224,224*p输出为280mA，CPU226输出为400mA。可作为负载电压使用CPU型号及其输入、输出点数的分配见表4-2所列。表4-2S7-200系列PLC中的CPU22*型号输入点输出点可带扩展模块数CPU22164—CPU222862个扩展模块，78路数字量I/O点CPU22414107个扩展模块，168路数字量I/O点CPU22624162个扩展模块，248路数字量I/O点于此同时西门子S7-200系列PLC也提供了6种对应型号的扩展模块，为了用于扩展I/O点数，其型号及具体的输入、输出点数的分配见表4-3所述。表4-3S7-200系列PLC扩展单元型号及输入输出点数表类型型号输入点输出点数字量扩展模块EM2218无EM222无8EM2234/8/164/8/16模拟量扩展模块EM2313无EM232无2EM23531结合表4-1对应的I/O地址分配表，本系统中共用到数字量输入点共计7个，输出点共计27个。因此综合表3-2和3-3，本设计选择S7-200CPU226根本单元〔24入/16出〕2台扩*模块EM222〔8出〕。CPU模块应根据输入输出点数的分配来进展选择。应该把I/O点数余量值考虑在内，一般依据需要的输入输出点数，再增加10%~15%的可增值余量后，作为输入输出点数估算数据。根据I/O分配表，交通灯系统有7个输入点，27个输出点，同时考虑到系统的可扩展性，选用2个EM222数字量模块，，加上主机本身的24点输入，16点输出，共有24点输入，32点输出，和7输入/27输出较为接近。经过价格、节能、扩展模块的数量、操作量的比拟，以及设计的要求等多方面的考虑，最终决定选择CPU226作为主机是较合理的。扩展模块上的输入端对应的输入地址为I0.0-I0.6，输出端对应的输出地址为Q0.0-Q0.6，Q1.0-Q1.6，Q2.0-Q2.6，Q3.0-Q3.3。4.3计时显示器的选用本设计系统要求完成显示倒计时的功能。因为只需要显示数字，基于上述原因，我最终决定完全采用数码管显示，四个路口分别采用两个7段数码管即可。7段显示编码如表4-4。表4-47段显示编码7段显示组成用于7段显示的数据7段显示gfedcba0111111000011010110111001111110011011011011111101000011111111111101111第五章系统软件设计5.1控制过程流程图开场，信号输入传送至正常模式、夜间模式、急停模式判断并执行下一步如下列图所示开场开场急停控制系统正常控制系统夜间控制系统夜间模式急停模式正常模式NY急停控制系统正常控制系统夜间控制系统夜间模式急停模式正常模式NYN5.2系统工作流程图正常模式下交通灯运行图夜间模式由于夜间车流量少，为节约资源和保护设备、减少等待时间，故只闪烁黄灯警醒，控制时序如下列图急停模式急停模式控制图如下5.3梯形图设计由于设备欠缺，资金较少，故使用编程软件进展画图。S7-200将集成电路，微处理器和多个I/O点拼凑在一起，形成功能强大的PLC。S7-200编程软件支持3种模式即梯形图、语句表、功能块图。此外还支持在线监控、修改、编辑、通信功能.正常模式控制系统夜间模式系统只闪烁黄灯示警急停模式控制系统应急开关关闭，所有方向灯都亮红灯报警系统第六章系统仿真与分析仿真步骤1在仿真软件中编译程序，单击菜单栏中的“导出〞命令，并将其保存2单击菜单栏选项中的配置-CPU类型，选择CPU226，再单击确定按钮3加载程序4开场仿真6.1正常模式仿真一、南北红灯亮Q0.3亮50s，东西方向绿灯亮Q0.0亮30s，接着Q0.0闪烁十秒。二、南北方向红灯Q0.3继续亮，东西方向黄灯Q0.1闪烁十秒。三、东西方向绿灯Q0.2亮50s，南北方向绿灯Q0.4亮30s，接着Q0.4闪烁十秒四、东西方向红灯Q0.2继续亮，南北方向黄灯Q0.5闪烁10s。6.2夜间模式仿真当按下夜间模式按钮SB3时，南北方向黄灯Q0.5亮，东西方向黄灯Q0.1亮，并维持闪亮状态。6.3急停模式仿真一、南北急停情况仿真当按下南北急停按钮SB5时,东西绿灯Q0.0亮,南北红灯Q0.3亮.东西急停情况仿真当按下南北急停按钮SB6时,南北绿灯Q0.4亮,南北红灯Q0.4亮.6.4报警模式仿真当东西方向和南北方向同时出现绿灯或者同时出现红灯时，Q0.6报警灯亮6.5数码管倒计时仿真仿真调试结果说明：1.按下SB1时，I0.0接通，此时启动正常控制模式，东西方向绿灯Q0.0亮30s接着闪烁10s，继而黄灯Q0.1闪烁10s，红灯Q0.2亮50s依次循环。南北方向所对应的状态为红灯Q0.3亮50s，绿灯Q0.4亮30s，接着闪烁10s，继而黄灯闪烁10s依次循环，数码管50s倒计时依次循环。经运行调试，实现了上述功能。2.正常模式启动后按下SB3，I0.2接通，此时启动夜间模式，东西方向黄灯Q0.1和南北方向黄灯Q0.5出现闪烁状态，数码管和红绿灯不亮，直到按下SB4夜间模式关闭按钮时，恢复正常模式。经运行调试，实现了上述功能。3.当按下SB5时，I0.4接通，东西紧急模式启动，东西方向绿灯Q0.0长亮，南北方向红灯Q0.0.3长亮，数码管保持88不变，直到按下SB7时，恢复正常模式；当按下SB6时，I0.5接通，南北紧急模式启动，东西方向红灯Q0.2长亮，南北方向绿灯Q0.4长亮，数码管保持88不变，直到按下SB7时，恢复正常模式。当按下SB5时，按SB6按钮无效，同理当按下SB6时，按SB5按钮无效，经运行调试，实现了上述功能。4.当南北和东西方向同时出现绿灯或者红灯时，Q0.6长亮，出现报警。交通灯系统停顿运行。经运行调试，实现了上述功能。设计总结时光匆匆