十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试.docx

目 录

前言………………………………………………………………………1
一、课程设计分析………………………………………………………2
1.1、控制要求分析…………………………………………………2
1.2、控制原理………………………………………………………2
1.3、可编程序控制器简介……………………………………… 3
二、系统I/O分配………………………………………………………3
2.1、I/O地址分配…………………………………………………3
2.2、PLC端子接线图………………………………………………4
三、软件设计……………………………………………………………5
3.1控制流程图……………………………………………………5
3.2控制梯形图…………………………………………………… 7
3.3软件语句………………………………………………………12
四、设计中碰到的问题及其解决办法…………………………………12
五、总结……………………………………………………………… 12

十字路交通信号灯PLC控制系统设计与调试
【摘要】：随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。解决好十字路口交通信号灯控制问题是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。但现有的十字路口交通信号灯控制系统大都采用继电器或单片机实现，且都是单一的固有时序控制，不能够根据实际路面车流量情况进行调节控制，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点。为了弥补原交通信号灯系统存在的种种缺点，本文设计了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。该系统具有一定的智能性，即可以根据路面车流量大小对十字路口的交通信号灯按高峰期、正常期和晚间几个时段进行分时控制。

【关键词】：十字路口 交通信号灯控制 可编程逻辑控制器 分时控制

前言
随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点,越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯系统存在的以上缺点，我们引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。
本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求，形成一个较为成型的产品，则需要作更多、更深入的研究。

一、课程任务分析
1.1控制要求分析：
本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。
高峰期的控制方案为：
（1）南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；
（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。
正常期的控制方案为：
（1）南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；
（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。
晚间的控制方案为：
东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

1.2控制原理：
用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化，用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制，每一方向有红、黄、绿及转弯四种信号灯，分别对应四位数字量输出，两个方向共有8位数定量输出；在高峰和正常时段的一个循环周期里面，系统用了10个定时器顺序工作交替工作，从而实现各种状态的切换以及循环。本文所设计的软件就只有一个主程序，思路比较简明。程序主要任务包括：读取两个开关状态，根据开关的不同状态做出相应的处理，当开关SB0断开时候，系统不工作；当开关SB0闭合时则读取时钟值，并做处理，根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段，并启动相应的时期的中间继电器，对相应的变量进行赋值。

1.3 可编程逻辑控制器简介：
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC) 根据国际电工委员会(IEC)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。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，计数与算术运算等操作的指令，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。可编程控制器及其有关外部设备，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。”可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。

二、 系统I/O分配
2.1、I/O地址分配
分析PLC的输入和输出信号,在满足控制要求的前提下,要尽量减少占用PLC的I/O点。由系统控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。由PLC的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在交通灯布置图中，南北方向的三色灯共六盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭；所以，可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依次设计。再加上东西方向左转的三色灯共八盏，所以其占8个输出点。由此可得系统I/O分配如图所示：

输入点
启动按钮
X000
停止按钮
X001

输出点

东西方向红灯（２个）
Y0
东西方向黄灯（２个）
Y7
东西方向绿灯（２个）
Y6
东西方向左转（２个）
Y5
南北方向红灯（２个）
Y4
南北方向黄灯（２个）
Y3
南北方向绿灯（２个）
Y2
南北方向左转（２个）
Y1

2.2 PLC端子接线图
根据I/O表及PLC的配置图很容易就可以得到PLC端子接线图如图所示：
X000 Y000
Y001
X001 Y002
Y003
Y004
Y005
Y006
Y007

COM COM

三、软件设计
3.1 控制流程图
开始
按启动按钮
东西红灯亮、南北红灯亮、南北左转弯绿灯亮
东西红灯亮、南北红灯亮、南北左转弯绿灯闪烁亮
否

否

否

亮5秒

亮5秒

南北黄灯亮
东西红灯亮、南北绿灯亮
亮30秒
东西红灯亮、南北绿灯闪烁亮
亮5秒
否

否

亮5秒

亮5秒
东西红灯亮、南北红灯亮、南北左转弯绿灯闪烁亮
东西红灯亮、南北红灯亮、南北左转弯绿灯亮
亮5秒

否
否
否

东西绿灯亮、南北红灯亮

否
亮20秒

东西绿灯闪烁亮、南北红灯亮

否

亮5秒

东西黄灯亮

否

亮5秒

3.2、控制梯形图

3.3软件语句

四、设计中碰到的问题及其解决办法
1、在开始阶段按下启动按钮后无法实现黄灯闪烁。
原因：无法实现黄灯闪烁是因为定时器T37、T38计数完后没有复位，所以只计时一次。措施：用计时器T38的常闭触点放在计时器T37前面，实现当T38计时完后常闭触点T38自动断开，实现对T37的复位，这样就可以实现T37的自动置位、复位，达到循环计时的目的。
2、程序进入正常时段后，停留在正常时段循环中，即使C2计数完毕，但下面的计数器无法计数，程序无法前进。
原因：C3及其后面的计数器无法计数，可以判断出每次循环到计数器前时没有脉冲过来，及其一直处于断开或导通，经判断C2计数完毕后C3一直处于导通状态，但没有脉冲过来使其计数。措施：要使C3导通，我们就要在C2计数完毕后使其有个通断过程，产生脉冲使其计数，我们发现前面循环过程前，我们都采用了T44的常闭触头来使下面的计时器复位，及当T44计数完毕后，T44常闭触头断开的瞬时将下面的计时器全部清零，包括T44自己本身。经思考我们也可以用T44的常闭触头来实现计数器没导通时有个瞬时通断过程（时间忽略不计），及只需在C3前面串上一个T44常闭触头。同理下面的计数器前也加上T44常闭触头即可。
五、总 结
通过对本课题的设计编程，我不但进一步巩固和加深我们对自己所学的可编程控制器、电工基础、电子技术、维修电工等基础理论知识、基本技能的掌握，使之更系统化，而且增强我们通过所学的基础理论知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，同时培养自己的自学能力。而另一方面，我们通过对自己的PLC应用能力的训练，使自己能够进行PLC系统设计和实施。并且掌握了一般自动控制系统的工作原理和设计思路。通过对十字路口交通灯的PLC控制系统的设计也使我们对国情和工业生产实际有所认识，并且摆正了自己设计思想，使我们设计出的程序更符合实际生产中的应用（虽然我们只是模拟真正的十字路口交通灯控制系统）。除此之外，我想更重要的是，通过对本课题的设计培养了我们积极进取、思路严谨、认真刻苦、不怕困难、敢于创新的做事态度，和自己与他人的团队合作能力，为我们将来的上岗实习打下坚实的基础。不论课题设计的结果怎样，我想有一点我可以肯定，那就是我们通过对课题的设计，真的是受益匪浅。