基于PLC的交通灯控制系统设计39060Word文档格式.docx
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关键词：
PLC控制交通灯定时器译码
Abstract
Withthedevelopmentofthesocietyandeconomic,urbantransportproblemsbegantoarousemoreandmoreconcern.ThecoordinationofrelationsbetweenPeople,vehicles,andtheroadhasbecomeoneoftheimportantissuestoberesolvedintrafficmanagementdepartments.Urbantrafficcontrolsystemisakindofcomputermanagementsystem.Itisusedformonitoringtheurbantrafficdata,controllingthetrafficsignalsandeaseingthetrafficsintheintegratedmanagementsystem.ItisthemostimportantcomponentinmodernurbanIthasmanyadvantages,suchassimplestructure,easyprogramming,andhighreliability.Therefore,PLChasbeenwidelyusedinindustrialprocessesandautomaticcontroloftheposition.Becauseithasaverystrongadaptabilitytoenvironment,simultaneouslyanditsinternaltimerresourcesarerich,PLCcancarryontheprecisecontrolofthetrafficlights.Accordingtothedesignrequirements,fromtheconsiderationofeconomicandothervariousaspects,thedesignusesPLCoftheFXseries，itsmodelFX2N-128MR-001.
Inthisdesign,includingatotaloffourmodules,namelyPLCtrafficlightcontrolsystemtoachievethenormalcycleofoperation,theradical-car-control,7ofthedecodingfiguresshowthattimeandtimetoresetcontrol.Thenormalcycleofoperationandurgencytostrong-control。
Thenormalcycleofoperationandurgencytostrong-control,thesetwocontrolpurposesinnormalcircumstances,controls“normalcycleofoperation”andradical-car-control.Theaimistorealizethenon-humanizationmanagementunderthenormalcircumstancesandmayalsorealizethehandcontroltofacilitatethecrowdedevacuationincaseoftrafficcongestion.7decodingfiguresshowthatthedesigntimesothatpedestrianscanbeawareofprevailingconditions,toprepareinadvance.Meanwhile,inordertomakethesystemhavetheversatilitytosuitableforthevariouskindsofstreetintersection,thesystemalsohasthefunctionofresettingtimetoresettheopeningtimeofeachdirection.Thisdesignalreadytacitlyestablishedtheopeningtimeofeachdirection.Thisprocedurealsohasalarmfunction,whenthenorth-southandeast-westgreenlight-greenlightatthesametime,thesystemautomaticallystopsrunning.Thesystemiseconomical,practicalandstrong,easytooperate.
KeyWords：
PLCcontrolTrafficlightstimerDecoding
目 录
摘 要I
AbstractII
1绪论1
1.1交通灯控制的现状1
1.2交通灯PLC控制实际意义2
1.3可编程序控制器的发展历史3
1.4可编程序控制器（PLC）的定义和特点4
1.41可编程序控制器（PLC）的定义4
1.4.2可编程序控制器（PLC）的特点4
1.5PLC的工作原理7
2系统整体方案设计9
2.1十字路口交通的布置图9
2.2PLC可编程序控制器的选型10
2.2.1可编程序控制器物理结构的选择10
2.2.2可编程序控制器指令的选择10
2.2.3可编程序控制器I/O点数的选择11
2.2.4机型的选择11
2.3常用三菱PLC介绍13
2.4十字路口交通灯PLC的选择17
3交通灯PLC的I/O地址分配和硬件接线图18
3.1PLC的I/O地址分配18
3.2PLC的硬件接线图19
4交通灯的控制要求及逻辑图23
4.1交通灯PLC的逻辑图23
4.1.1正常循环运行的逻辑图23
4.1.2急车强通控制的逻辑图26
4.2时序图27
4.21正常循环运行时的时序图27
4.22急车强通控制的时序图28
5软件系统设计30
5.1正常循环运行时序控制程序30
5.2急车强通控制程序36
5.3交通灯的七段译码数字显示39
5.4时间设置程序43
6软件调试46
结论47
参考文献48
致谢49
全套设计联小企鹅：
229780692
1绪论
1.1交通灯控制的现状
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。
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，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。
因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建建城市道路，在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道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。
而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。
于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。
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多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，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。
由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此、有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术，比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。
随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。
对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。
简单介绍分析了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，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、硬件设计，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。
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。
智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号，其中主要运用GPS全球定位系统等。
出于便捷和效果的综合考虑，我们可用如下方案来控制交通路况:
制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。
具体如下:
在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长.比较传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制，可知后者的最大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低。
1.2交通灯PLC控制实际意义
实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。
其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易。
PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。
因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。
同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。
1.3可编程序控制器的发展历史
在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。
这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点:
体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。
1968年，在底特律的美国通用汽车公司（GM公司）为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。
其主要内容如下:
（1）编程简单，可在现场修改程序；
（2）维护方便，采用插件式结构；
（3）可靠性高于继电器控制柜；
（4）体积小于继电器控制柜；
（5）成本可与继电器控制柜竞争;
（6）可将数据直接是送入计算机；
（7）可直接使用115V交流输入电压；
（8）输出采用115V交流电压，能直接驱动电磁阀，交流接触器等负载；
（9）通用性强，扩展方便；
（10）能存储程序，存储器容量可扩展到4KB。
从上述十项指标，可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。
将它们归纳一下，其核心为四点:
（1）用计算机代替继电器控制盘。
（2）用程序代替硬件接线。
（3）输入输出电平可与外部装置直接连接。
（4）结构易于扩展。
美国的数字设备公司（DEC）中标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器（PDP-14）。
其后，美国的MOD工CON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC-8控制器，1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功。
我国在1974年开始研制可编程序控制器。
1.4可编程序控制器（PLC）的定义和特点
1.41可编程序控制器（PLC）的定义
由于PLC在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。
1985年1月，国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee-IEC）的可编程序控制器标准草案第2稿对可编程序控制器作了如下的定义:
“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作命令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”
上述的定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其它顺序控制装置不同的特点[4]。
1.4.2可编程序控制器（PLC）的特点
PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点：
1.可靠性
对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。
PLC的可靠性高，表现在下列几方面：
1）与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：
（1）PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。
与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。
（2）PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。
（3）PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。
2）与通用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：
（1）PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件。
采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。
因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。
（2）在PLC的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。
例如，采用可靠性高的组件:
采用先进的工艺制造流水线生产;
对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其它自诊断措施、便于维修的设计等等。
（3）在PLC的软件设计方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。
例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。
一份用户选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93%。
其次，才是性能和维修方便等原因。
可见，可靠性高是PLC的主要特点。
2.易操作性
PLC的易操作性表现在下列三个方面：
1）操作方便对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。
大多数PLC
采用编程器进行程序输入和更改的操作。
编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。
更改程序的操作也可直接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。
更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。
所以PLC具有操作方便的特点。
2）编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。
对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。
所以有利于程序的编写和学习。
采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。
虽然菜单图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用,并发挥出更有效的功能特点。
3）维修方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低了。
当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。
为便于维修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。
有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。
PLC的面板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。
采用标准化组件和标准化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。
3.灵活性
PLC的灵活性表现在下列三方面：
1）编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、菜单图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。
编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。
由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。
这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。
正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。
在柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）和计算机集成过程控制系统（CIPS）中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。
2）扩展的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。
它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。
它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统（DCS）或其它上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。
这种扩展的灵活性大大地方便了用户。
3）操作的灵活性操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。
在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。
1.5PLC的工作原理
可编程序控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态与停止（STOP）状态。
一次循环扫描过程可分为5个阶段（见图1），可编程控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看，处理过程似乎是同时完成的。
当可编程控制器处于停止（STOP）状态时，只执行内部处理阶段和通信服务阶段，当可编程控制器处于运行（RUN）状态时，PLC的基本工作如下:
（1）输入处理阶段:
在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;
（2）程序执行阶段:
顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算;
（3）输出处理阶段:
根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。
上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。
每执行一遍所需的时间称为扫描周期。
PLC的扫描周期通常为几十毫秒。
在实际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的顺序操作，PLC的工作方式与此相似。
因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。
图1扫描过程
每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障。
此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。
处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。
然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。
PLC就这样不断反复循环，实现对机器的连续控制，直到接收到停机命令，或因停电、出现故障等才停止工作[17]。
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