[畢業(yè)設計精品]基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設計

1、 目錄目錄1 1 緒論緒論.11.1 交通燈的設計背景.11.2 現代城市路口交通燈控制技術現狀.11.3 我們設計的交通的要求和實現的功能.22 2 plcplc 的介紹和使用的介紹和使用.32.1 plc 概述及國內外情況.32.2 plc 的特點.32.3 plc 的發(fā)展、趨勢及未來張望.42.4 plc 的應用領域.53 3 交通燈控制電路的設計交通燈控制電路的設計.73.1 plc 正常時序圖（3.1 圖 1）.73.2 急行的時序圖（東西強通（3.2 圖 2）和南北強通（3.2 圖 3） ）.73.3 i/o 地址分配.83.4 主程序流程圖（3.4 圖 4）.93.5 主程序主要

2、 t 型圖（如下圖）.93.6 正常時序的說明.123.7 強通時序的說明.123.8 運行效果.134 4 綜合調試綜合調試.145 5 總結總結.156 6 參考文獻參考文獻.16附錄附錄.17附錄 1 實物圖.17附錄 2 主控程序流程圖.18附錄 3 硬件連接圖.19附錄 4 t 型圖.201 緒論十字路口的紅綠燈指揮著行人和車輛的安全運行,實現紅綠燈的自動指揮能使交通管理工作得到改善,也是城市交通管理工作自動化的重要標志之一?？删幊绦蚩刂破?plc) 是一種新型的通用的自動控制裝置,它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體,是專能加強、編程簡單、使用方便以及體積小、重量

3、輕、功耗低等一系列優(yōu)點。因此,本文介紹了歐姆龍的 plc 產品來實現交通燈的自動控制。1.1 交通燈的設計背景隨著我國社會經濟的發(fā)展，城市化、城鎮(zhèn)化進程的加快，道路交通堵塞問題日趨嚴重，如何對交通進行合理的管理和調度而盡可能減少堵車現象成為目前我國很多地方尤其是特大城市急需解決的問題，顯然交通燈在其中起著不可或缺的作用。本文就控制交通燈的方法進行了討論，分析了各種方案的性價比，并用軟、硬件加以實現。在車流量較大的地段即便有人行橫道，行人也很難通過馬路。行人自控指示燈系統(tǒng)可以有效的改善這種狀況。特別是像北京這樣的大都市，經濟飛速發(fā)展，車輛繁多，人口密集。緩解交通已成為當務之急。該系統(tǒng)利用紅燈,黃

4、燈,綠燈來指揮車輛和行人，以達到車輛停止，行人通行的目的,減少了交通擁擠現象,為行人節(jié)省了時間,即保證行人過馬路時的安全，也減輕了交管部門的負擔。我們所做的交通燈是根據寬平大橋的紅綠燈而設計的，寬平大橋時具有四個車道的重要交通路口。1.2 現代城市路口交通燈控制技術現狀道路通交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的主要組成部份，這個系統(tǒng)的運行狀況如何，直接反映了一個地區(qū)、一個城市的現代化管理水平。在這一系統(tǒng)中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機性。只有對這一系統(tǒng)的組成及其運行機理進行科學客觀的分析研究，對能制定出科學有效的管理和控制對策，從而保障系統(tǒng)的有效運行。隨著城市機

5、動車量的不斷增加，許多大城市出現了交通超負荷運行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高澎路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路藕合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門待解決的主要問題。1.3 我們設計的交通的要求和實現的功能完成四路口正常時序控制對路面進行

6、控制：南北方向紅燈時，南北方向紅箭頭亮，東西綠燈亮，東西紅箭頭亮 35s，之后，東西綠箭頭亮。東西方向紅燈時同理。具有特殊情況（急救、消防等）時的強制通道開關功能。急車強通時：發(fā)送信號給交通燈讓其對來急車方向的交通燈進行綠燈暢通，另外方向禁止通行，讓急救或者消防的車通過之后再恢復到正常的時序當中。強通信號是有傳感檢測的，但是我們設計的時候不可能把傳感器拿來用，我們就用一個標準值來檢測值來比較，判斷出大于、小于和等于來控制有無急行和那個方向的急行。大于時東西進入強通方式，等于時正常時序，而小于時就切換到南北強通方式。無急車時，信號燈按正常時序控制；有急車來時，一律強制讓急車方向的綠燈亮，使急車放

7、行，直至急車通時為止。時間倒計時功能。將各路口的燈的亮滅時間用 led 倒計時顯示出來。我們主要控制各個燈的亮的最后十秒的時間 ，其他的時間不顯示出來，原因是模擬臺上只有一個 led 顯示，這樣就只能顯示一位，所以只能記每燈亮的最后十秒。2 plc 的介紹和使用2.1 plc 概述及國內外情況plc = programmable logic controller，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產

8、過程。 plc 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。世界上公認的第一臺 plc 是 1969 年美國數字設備公司（ dec）研制的。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc 主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數功能。此時的 plc 為微機技術和繼電器常規(guī)控制概念相結合的產物。 20 世紀 70 年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、 pid 功能及極高的性價比奠定了它在現代工

9、業(yè)中的地位。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。我國可編程控制器的引進、應用、研制、生產是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產設備及產品中不斷擴大了 plc 的應用。目前，我國自己已可以生產中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產的cf 系列、杭州機床電器廠生產的dkk 及 d 系列、大連組合機床研究所生產的s 系列、蘇州電子計算機廠生產的 yz 系列等多種產品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產品中獲得了應用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc

10、生產廠家?？梢灶A期，隨著我國現代化進程的深入，plc 在我國將有更廣闊的應用天地。2.2 plc 的特點可靠性高，抗干擾能力強 plc 用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少到繼電器控制系統(tǒng)的1/101/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 高可靠性是電氣控制設備的關鍵性能。 plc 由于采用現代大規(guī)模集成電路技術，采用嚴格的生產工藝制造，內部電路采取了先進的抗干擾技術，具有很高的可靠性。硬件配套齊全，功能完善，適用性強 plc 發(fā)展到今天，已經形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產品，并且已經標準化、系列化、模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置

11、供用戶選用，用戶能靈活方便地進行系統(tǒng)配置，組成不同功能、不同規(guī)模的系統(tǒng)。 plc 的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 plc 有較強的帶負載能力，可直接驅動一般的電磁閥和交流接觸器，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代plc 大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。 易學易用，深受工程技術人員歡迎 plc 作為通用工業(yè)控制計算機 ，是面向工礦企業(yè)的 工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc 的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂

12、計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量小，維護方便，容易改造 plc 的梯形圖程序一般采用順序控制設計法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。 體積小，重量輕，能耗低 以超小型 plc 為例，新近出產的品種底部尺寸小于 100mm，僅相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積縮小到原來的 1/21/10。它的重量小于 150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。2.3 plc 的發(fā)展、趨勢及未來張望發(fā)展迅速，產品更新?lián)Q代；開發(fā)各

13、種智能化模塊，不斷增強過程功能；plc 與個人計算機（ pc）結合；通信聯(lián)網功能不斷增強；發(fā)展新的編程語言，增強容錯功能。 目前的計算機集散控制系統(tǒng) dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應用。伴隨著計算機網絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網絡和國際通用網絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。21 世紀，plc 會有更大的發(fā)展。從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現；從產品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上

14、看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現少數幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現國際通用的編程語言；從網絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。2.4 plc 的應用領域目前，plc 在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。開關量的邏輯控制 這是 plc 最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，

15、實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。 模擬量控制 在工業(yè)生產過程當中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（ analog）和數字量（ digital）之間的 a/d 轉換及 d/a 轉換。plc 廠家都生產配套的 a/d 和 d/a 轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 運動控制 plc 可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量 i/o 模塊連接位置 傳感器和執(zhí)行機構，現在

16、一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或 伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 plc 廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機， plc 能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid 調節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調節(jié)方法。大中型plc 都有pid 模塊，目前許多小型 plc 也具有此功能模塊。 pid 處理一般是運行專用的 pid 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 數據處理 現代 plc 具有數學運算（含矩陣運算

17、、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 通信及聯(lián)網plc 通信含 plc 間的通信及 plc 與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網絡發(fā)展得很快，各 plc 廠商都十分重視 plc 的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統(tǒng)。新近生產的 plc 都具有通信接口，通信非常方便。3 交通

18、燈控制電路的設計3.1 plc 正常時序圖（3.1 圖 1） 3.13.1 圖圖 1 13.2 急行的時序圖（東西強通（3.2 圖 2）和南北強通（3.2 圖 3） ） 3.23.2 圖圖 2 2 3.23.2 圖圖 3 33.3 i/o 地址分配東西南北的紅綠黃燈都控制東西方向和南北方向的直行情況，而東西南北的紅綠黃箭頭則控制東西方向和南北方向的左轉的情況。當東西方向的紅箭頭亮時禁止東西方向的車輛左轉彎，東西方向的綠箭頭亮時允許東西方向的車輛左轉彎，南北方向亦是如此。下面便是端子的地址分配表（3.3 表 1） 。 輸入0.00 啟動開關0.01 停止開關輸出10.00 南北紅燈11.00 東

19、西黃燈10.01 南北綠燈11.01 東西紅箭頭10.02 南北黃燈11.02 東西綠箭頭10.03 南北紅箭頭11.03 東西黃箭頭10.04 南北綠箭頭11.04 led-a10.05 南北黃箭頭11.05 led-b10.06 東西紅燈11.06 led-c10.07 東西綠燈11.07 led-d12.03 東西人行12.00 led-e12.04 南北人行12.01 led-f12.02 led-g3.33.3 表表 1 1注：有的實驗臺上并沒有 12.00-12.07 輸出端口，為了解決這個問題，在顯示正常工作的情況下，可以將顯示端口 led_a-led_g 接的端口給予控制人行燈

20、的亮滅。3.4 主程序流程圖（3.4 圖 4） 3.43.4 圖圖 4 43.5 主程序主要 t 型圖（如下圖） （3.53.5 圖圖 5 5、3.53.5 圖圖 6 6、3.53.5 圖圖 7 7、3.53.5 圖圖 8 8、3.53.5 圖圖 9 9、3.53.5 圖圖 1010、3.53.5 圖圖 1111） 3.53.5 圖圖 5 5 3.53.5 圖圖 6 6 3.53.5 圖圖 7 7 3.53.5 圖圖 8 8 3.53.5 圖圖 9 93.53.5 圖圖 1010 3.53.5 圖圖 11113.6 正常時序的說明 我們設計的交通燈一個完整的周期有 122 秒。我們設定一個周期

21、內只有 20秒的時間允許車輛進行左轉彎。紅箭頭代表禁止左轉彎，綠箭頭代表允許左轉彎，黃箭頭代表注意。按下 0.01 讓電路處于斷開狀態(tài)，再按下 0.00 電路就開始正常工作，0 到 35 秒南北紅燈、南北紅箭頭（亮的時候代表東西方向的車不能左轉彎） 、東西綠燈和東西紅箭頭（亮的時候代表南北方向的車不能左轉彎）亮，這是東西方向直走，南北方向不通車，這時南北人行綠燈亮，允許人通過，計數到 25 秒時，led 開始顯示 10 秒倒計時，東西方向和南北方向都不允許做轉彎。35 秒到 55 秒之間，南北紅燈、南北紅箭頭、東西綠燈、東西綠箭頭和南北人行綠燈亮，這時東西方向直走，南北方向不通車，這時南北人行

22、綠燈亮，允許人通過，計數到 45 秒的時候 led 開始倒計時，南北方向的車允許左轉彎。55 秒到 57 秒東西方向的黃燈和東西的黃箭頭閃爍，行人和車輛注意。57 秒到95 秒南北方向綠燈、南北紅箭頭東西紅燈和東西紅箭頭、東西方向人行綠燈亮，這時東西方向禁止通車，南北方向允許車輛通過，東西方向和南北方向的車輛不允許左轉彎，東西方向的人可以通過。95 秒到 97 秒南北方向黃燈閃爍。97秒到 115 秒，南北紅燈、南北綠箭頭、東西紅燈、東西綠箭頭、東西人行綠燈亮，這時東西的車輛可以左轉彎，東西南北方向的人可以通過，到 105 秒是led 開始倒計時。115 秒到 117 秒南北紅燈閃爍。117

23、到 122 秒，南北紅燈、南北綠箭頭、東西紅燈、東西紅箭頭、東西南北的人行綠燈亮，這時東西方向的車輛可以左轉彎，東西方向和南北方向的人都可以通過。3.7 強通時序的說明 強通的周期是 15 秒，包括十秒顯示，每個周期都檢測有沒有強通的信號輸入，若有則先執(zhí)行強通，然后恢復到正常時序當中。南北強通時，南北綠燈、東西紅燈亮，這個過程 10 秒，有十秒倒計時，進行南北強通，10 秒到 13 秒時南北黃燈閃爍，讓車輛注意，最后 2 秒南北黃燈亮。東西強通的時候，東西綠燈和南北紅燈同時亮， （10 秒）此時東西的急行車可以通過，之后東西綠燈閃爍（3 秒） ，最后都切換到正常時序中。正常時序是從 15 秒開

24、始到 122 秒結束的過程，描述與 3.7 的描述一樣。3.8 運行效果 我們的 t 型圖能夠實現完成四路口正常時序控制對路面進行控制：南北方向紅燈時，南北方向紅箭亮，東西綠燈亮，東西紅箭頭亮 35s，之后，東西綠箭頭亮。東西方向紅燈時同理。具有特殊情況（急救、消防等）時的強制通道開關功能。急車強通時：發(fā)送信號給交通燈讓其對來急車方向的交通燈進行綠燈暢通。急車強通信號受強通開關控制：無急車時，信號燈按正常時序控制；有急車來時，一律強制讓急車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通時為止。時間倒計時功能。將各路口的燈的亮滅時間用 led 倒計時顯示出來。 plc 輸出點分別控制著兩個信號燈，如果 p

25、lc 輸出點的輸出電流不夠大,可以用一個輸出點驅動一盞信號燈,也可以在 plc 輸出端增設中間繼電器,由中間繼電器再 去驅動信號燈.可以對是否有急通做出判斷，并且采取相應的措施。4 綜合調試調試環(huán)境我們使用的版本是 cx-programerm 5.0。本系統(tǒng)具有可靠性高，抗干擾能力強等優(yōu)點，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。plc 還具有功能強，適應面廣的特點，現代 plc 不僅具有邏輯運算、計時、計數、順控等功能，數值運算和數據處理等功能。今天的 plc 已經開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，它也越來越多地應用到了復雜的分布式控制系統(tǒng)中。從而受到了大家的認可。在調試的過中我們曾遇到這樣一個問題，強通過后時序和正確的時序對不上經仔細檢查發(fā)現強通的定時器和正常時序的定時器不是同時開始計數，才導致了這個錯誤，改了之后就達到了我們預期的效果。還有就是模擬臺上的口不夠，我們在做完顯示之后就在 t 型圖上去了，然后進行其他的的調試，如東西方向的紅綠黃燈和拐彎紅綠黃燈，南北方向的紅綠黃燈和拐彎紅綠黃燈，還有人行通道上的兩個人行燈。5 總結今天的 plc 已經開始用于閉環(huán)控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發(fā)展，不僅在交通燈中控制自如，它也越來越多地應用到了復雜的分布式控制系統(tǒng)中。由 plc 控制十字路口的指示燈,