基于PLC交通燈控制系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 畢 業(yè) 設 計題 目: 交通燈畢業(yè)論文系 別 ： 機 電 工 程 系專 業(yè) : 機電一體化專業(yè)班 級 ： 一體化812姓 名 ： 毛彬彬 指 導 教 師 ： 王超 【摘要】：交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實

2、用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設計方案。可編程序控制器在工業(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出1.1交通信號燈的作用和意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人，車，路三者關系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城

3、市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設完成的初期，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速道路的系統(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和普通道路耦合出交通狀況的制約。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，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控制器指令豐富，

4、可以接各種輸入，輸出擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程控制器（PLC）對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：（1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；（2）系統(tǒng)設計周期短，維護方便，改造容易，功能完善，實用性強；（3）干擾能力強，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；（4）近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應用成為可能?！娟P鍵詞】

5、:PLC可編程控制器、交通型號燈、可靠性高。【目錄】：關鍵詞 01第1章 交通信號控制系統(tǒng)021.1 十字路口交通燈控制實際情況041.1.1 南北向（列）和東西向（行）主干道041.1.2 南北向和東西向人行道041.2 結合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗041.2.1 南北向（列）和東西向（行）主干道041.2.2 南北向和東西向行人道041.2.3 盲人安全通道控制和手動控制車流量041.3 流程圖05第2章 可編程控制器程序設計072.1 可編程控制器選擇072.2 十字路口交通燈模擬控制時序圖072.3 可編程控制器IO端口分配102.4 程序設計10第3章 總結133.1 難點分

6、析133.1.1 行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系133.1.2 盲人脈沖按鍵133.1.3 手動車流控制按鍵的控制方式133.1.4 交通燈閃亮問題133.2 調(diào)試錯誤與修改方法133.3 PLC智能化控制交通燈的方法133.4 收獲與感悟14致謝14參考文獻14第1章 交通燈信號控制系統(tǒng)11 十字路口交通燈控制實際情況a南北主干道：直行綠 27S、直行綠閃3S、左轉綠 10S 、左轉綠閃 3S、 黃2S 、紅 45S； b東西人行道：紅 45S、綠 27S、綠閃3S 、紅 60S； c東西主干道：紅 45S、直行綠 27S、 直行綠閃3S、左轉綠 10S 、左轉綠閃 3S、黃2S； d

7、南北人行道：綠27S 、綠閃3S、紅 60S； e循環(huán)控制方式；f交通燈變化順序表（單循環(huán)周期90秒）。1.1.1 南北向（列）和東西向（行）主干道南北向（列）和東西向（行）主干道均設有直行綠燈27S，直行綠燈閃亮3S，左行綠燈10S，左轉綠閃3S，黃燈2S和紅燈45S。當南北主干道紅燈點亮時，東西主干道應依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉綠燈，左轉綠燈閃亮和黃燈；反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉綠燈，左轉綠燈閃亮和黃燈。1.1.2 南北向和東西向人行道南北向和東西向人行道均設有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道直行綠燈點亮時點亮，當

8、南北主干道直行綠燈閃亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。東西人行道通行綠燈于東西主干道直行綠燈點亮時點亮，當東西主干道直行綠燈閃亮是東西行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。12 結合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗 在PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有3個控制燈，分別為： 禁止通行燈 （亮時為紅色） 準備禁止通行燈 （亮時為黃色） 直通燈 （亮時為綠色）另外行人道東西南北每面都有2個控制燈,分別為： 禁止通行燈 （亮時為紅色） 直通燈 （亮時為綠色） 結合十字路口交通燈實際情況設計交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：當交通燈系統(tǒng)啟動開關接通時。1.2.1 南北向（列）和東西向（

9、行）主干道 南北向（列）和東西向（行）主干道均設有綠燈 10S，綠燈閃亮2S（亮0.1 滅0.1）,黃燈2S和紅燈14S。當南北主干道紅燈點亮時，東西住干道應依次點亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮綠燈，綠燈閃，黃燈。1.2.2 南北向和東西向行人道 南北向和東西向行人道均設為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道綠燈點亮時點亮，當南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點亮是點亮，當東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時東西行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。1.2.3 盲人安

10、全通道控制和手動控制車流量除此之外另設兩個功能，使用10個脈沖開關。實現(xiàn)讓盲人可以方便通過十字路口和手動控制車流量。其中8個安裝在人行道的兩邊當東西方向行走的盲人要過馬路的時候，按下脈沖開關東西向行人道綠燈亮起，南北向主干道紅燈閃亮，延遲10秒恢復原來的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關對應東西向功能相同，另外兩個脈沖開可以控制車流量，當東西向主干道等待車量較多的時候，按下東西向控制脈沖開關，東西向主干道延長綠燈點亮時間到15秒。東西向行人道綠燈也要對應延長。南北向脈沖開關對應東西向功能相同。1.3 流程圖啟動開關東西綠燈亮東西綠燈閃東西黃燈亮東西紅燈亮東西主干道10S2S2S14S南北紅燈亮南北綠燈亮

11、南北綠燈閃南北黃燈亮南北主干道14S10S2S2S啟動開關南北紅燈亮南北綠燈南北綠燈閃14S10S4S東西綠燈亮東西綠燈閃東西紅燈亮10S4S14S東西行人道南北行人道結束結束交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖啟動開關按下脈沖開關原來控制循環(huán)系統(tǒng)行人道綠燈點亮，主干道紅燈閃亮結束YN啟動開關按下脈沖開關對應方向綠燈點亮時間延長到15秒，另一方向紅燈點亮延長到15秒再次按下啟動開關按此次控制方式進行循環(huán)原來方式控制系統(tǒng)結束YNYN手動控制車流量流程圖第2章 可編程控制器程序設計2.1 可編程控制器選擇本次交通燈設計用的是來自OMRON的CPM1A-30CDR-A可編程控制器。 產(chǎn)品規(guī)格：CPM1A CPU

12、單元CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實現(xiàn)了具有10點-100點輸入輸出點數(shù)的彈性構成。而且還可 連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應用中，亦能適應生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求AC電源輸入，繼電器輸出，能加擴展單元。2.2 十字路口交通燈模擬控制時序圖和此行人道相交叉的主干道紅燈啟動行人道綠燈2S10S盲人脈沖按鍵控制時序圖4S十字路口行人道交通燈模擬控制時序圖14S10S南北綠東西紅東西綠南北紅啟動啟動南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃10S2S2S10S2S2S14S1

13、0S2S2SONOFF十字路口主干道交通燈模擬控制時序圖南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃152S2S10S2S2S14S152S2S東西向綠燈延時時序圖啟動OFFON2.3 可編程控制器I/O端口分配啟動開關0000停止開關0001東西主干道綠燈1000東西主干道黃燈1001東西主干道紅燈1002南北主干道綠燈1003南北主干道黃燈1004南北主干道紅燈1005東西行人道綠燈1100東西行人道紅燈1101南北行人道綠燈1102南北行人道紅燈1103東西向綠燈延遲控制按鈕0004南北向綠燈延遲控制按鈕0005東西盲人脈沖按鈕0003南北盲人脈沖按鈕0002 PLC00000001100010

14、0110021003100410051100110111021103交通燈控制PLC I/O端口00020003000400052.4 程序設計0LD 00001OR 203002AND-NOT 00013AND-NOT 200004OUT 203005LD 203006AND-NOT 200017AND-NOT 202038OUT 203019LD 2030110OR TIM 00511OR TIM 02712OR 2000013AND-NOT TIM 00214AND-NOT 2010315AND-NOT 000116OUT 2000017TIM 000 #10018TIM 001 #12

15、019TIM 002 #14020LD TIM 00221OR 2000122OR TIM 01823AND-NOT TIM 00524AND-NOT 000125AND-NOT 2020326OUT 200127TIM 003 #10028TIM 004 #12029TIM 005 #14030LD 000431OR 2010032AND-NOT 000033AND-NOT 000534AND-NOT 000135OUT 2010036LD 2010037AND 2010538OUT 2010239LD TIM 00540OR TIM 02741OUT 2010542LD 2010243OR

16、 2010344AND-NOT 000145AND-NOT TIM 01846OUT 2010347TIM 016 #15048TIM 017 #17049TIM 018 #19050LD 000551OR 2020052AND-NOT 000153AND-NOT 000054AND-NOT 000455OUT 2020056LD TIM 00257LD TIM 01858OUT 2020559LD TIM 2020060AND 2020561OUT 2020262LD 2020263OR 2020364AND-NOT 000165AND-NOT 02766OUT 2020367TIM 025

17、 #150 68TIM 026 #17069TIM 027 #19070LD 2000071AND-NOT TIM 00072LD 2010373AND-NOT TIM 01674OR LD75AND-NOT 000176OUT 2000277LD TIM 00078AND-NOT TIM 00179LD TIM 01680AND-NOT TIM 01781OR LD 82AND-NOT 2000483AND-NOT 000184OUT 2000385TIM 006 #00286LD TIM 00687OR TIM 00888OR TIM 01089OR TIM 00990OR 2000491

18、AND-NOT TIM 00792AND-NOT 000193OUT 2000494TIM 007 #00295LD 2000296OR 2000397AND-NOT 000198AND-NOT 2000999OUT 1000100LD TIM 001101AND-NOT TIM 002102LD TIM 017103AND-NOT TIM 018104OR LD105AND-NOT 20009106AND-NOT 0001107OUT 1001108LD 20000109AND-NOT TIM 002110LD 20103111AND-NOT TIM 018112OR LD113AND-NO

19、T 20009114AND-NOT 0001115OUT 1103116LD20000117AND-NOT TIM 002118LD 20103119AND-NOT TIM 018120OR LD121AND-NOT 20103122AND-NOT 0001123OUT 20015124LD 20015125OR 20014126AND-NOT 0001127OUT 1005128LD 20001129AND-NOT TIM 003130LD 20203131AND-NOT TIM 025132OR LD133AND-NOT 0001134OUT 20005135LD TIM 003136AN

20、D-NOT TIM 004137LD TIM025138AND-NOT TIM 026139OR LD140AND-NOT 20004141AND-NOT 0001142OUT 20006143TIM 008 #002144LD 20005145OR 20006146AND-NOT 20013147AND-NOT 0001148OUT 1003149LD TIM 004150AND-NOT TIM 005151LD TIM 026152AND-NOT TIM 027153OR LD154AND-NOT 0001155AND-NOT 20013156OUT 1101157LD 20001158A

21、ND-NOT TIM 005159LD 20203160AND-NOT TIM 027161OR LD162AND-NOT 20013163AND-NOT 0001164OUT 1101165LD 20001166AND-NOT TIM 005167LD 20203168AND-NOT TIM 027169OR LD170AND-NOT 0001171AND-NOT 20009172OUT21000173LD 21000174OR 20011175AND-NOT 0001176OUT 1002177LD TIM 001178AND-NOT TIM 002179LD TIM 017180AND-

22、NOT TIM 018181OR LD 182AND-NOT 20004183AND-NOT 0001184OUT 20007185TIM 009 #002186LD TIM 004187AND-NOT TIM 005188LD TIM 026189AND-NOT TIM 027190OR LD191AND-NOT 20004192AND-NOT 0001193OUT 20008194TIM 010 #2195LD 20007196OR 20003197OR 20002198OR 20013199AND-NOT 0001200OUT 1100201LD 20008202OR 20005203O

23、R 20006204OR 20009205AND-NOT 0001206OUT 1102207LD 0002208OR 20009209AND-NOT TIM 011210OUT 20009211TIM 011 #100212LD 20009213AND-NOT 20010214OUT 20011215TIM 012 #010216LD TIM 012217OR TIM 015218OR 20010219AND-NOT TIM 013220OUT 20010221TIM 013 #010222LD 0003223OR 20013224AND-NOT TIM 014225OUT 20013226

24、TIM 014 #100227LD 20013228AND-NOT 20010229OUT 20014230TIM 015 #010231END215216217218219220221222223224225第3章 總結3.1 難點分析 本程序在設計過程遇到了一些難點我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題。3.1.1 行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系 因為實際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應關系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時簡化程序、減少PLC不必要的運算。3.1.2 盲人脈沖按鍵 盲人在東西南北的行人道同時通過十字路口的情況不會經(jīng)常出現(xiàn)，可以

25、說是非少的，如果我們要把盲人脈沖分開東西控制和南北控制使他不影響和它沒關系的主干道就可以使車輛行走更加通順減少車輛堵塞的情況。要實現(xiàn)這樣的功能就要在脈沖按鍵按下時不影響他們的計時程序只在對應的主干道紅綠燈輸出程序上進行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開。3.1.3 手動車流控制按鍵的控制方式 手動車流控制按鍵是對相應的主干道綠燈延長的進行控制，但不能使它在按下時使改變當時的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個請求和響應的關系。3.1.4 交通燈的閃亮 交通燈綠燈在實際運行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設計程序中也要加入這個功能，

26、參考了一些PLC的交通燈程序介紹時發(fā)現(xiàn)PLC中有一些繼電器可以實現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是PLC內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。由于對PLC內(nèi)部的功能繼電器不太熟悉（不同型號的PLC內(nèi)部功能繼電器編號也不一樣）我想了一個用程序實現(xiàn)的方法（程序段在第86條第94條指令之間），此方法可以說是軟件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序加長了但閃爍頻率可以控制比較靈活。3.2 調(diào)試錯誤與修改方法 經(jīng)過設計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。剛開始的時候把程序寫進去然后運行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不

27、知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進行監(jiān)控于是再在運行的同時進行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運行正常但再運行下去的時候第二周期就再沒有反應了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學到有用的動西。3.3 PLC智能化控制交通燈的方法 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量

28、的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠 燈的延時預先設置好。然而實際上

29、交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、適用的方案，仍然會發(fā) 生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動態(tài)變化量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器。在十字路口的四個方向(E、S、W、N)的近端J(斑馬線附近)和遠端Y(距斑馬線約100米處)各設置一個傳感器，分別統(tǒng)計通過該處的車輛數(shù)。為了實現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分：其一是固定的10秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時間t1；其二是根據(jù)兩個方向車輛流量變化進行模糊決策的延時t2。然后通過傳感器采集后的排隊等候的車輛數(shù)送往PLC進行模糊推理運算得出延遲時t2，最后由t1和t2來實現(xiàn)對十字