可编程序十字路口交通信号灯课程设计.doc

可编程序十字路口交通信号灯课程设计

专 业： 应用电子技术
班 级： 09应电（5）班
姓 名： 苏标霖
学 号： 0906020141
指导教师：

2011年 6月 14日
目 录

一、课程设计任务..........................................3
二、课程设计设备.........................................3
三、实验步骤.............................................3
四、课程设计内容.........................................4
4.1 设计方案.....................................................4
4.2 PLC原理图...................................................5
4.3 人机界面设计图..............................................12
4.4 三个-程序设计图.............................................14
五、两个IO口的说明表格.................................16
5.1 主要IO端口及元件的功能说明表...............................17
5.2 按键定义表..................................................19
六、控制系统的操作说明..................................20
6.1 安装说明....................................................20
6.2 操作说明....................................................20
七、总结................................................20
7.1 学习过程....................................................20
7.2设计达到/实现的功能..........................................21
7.3遇到的问题，解决的办法.......................................21
八、参考书目............................................23

一、 课程设计任务
使用CX-Programmer软件和EB500软件设计一款十字路口交通灯程序：
1. 十字路口东西、南北方向道路均为双向8车道；
1. 交通信号灯为分道通行指示，直行为2车道，左行和右行各1车道；
2. 道路上设有人行通道；
3. 道路上设有违章道行监控系统，当没有按道行驶的车辆闯红灯时，监视摄像机将连续拍摄3张车辆行车图像；
4. 东西，南北方向车辆通行时间可调；
5. 可人工手动控制东西，南北方向车辆通行。
二、 课程设计设备
电脑一台、试验箱一台、AB接口的USB连线一条、电源线两条。
三、 实验步骤
3.1 把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，即向下拨动，再用AB接口的USB连线把PLC与电脑连接起来，然后给PLC上面。
3.2 启动CX-P软件和EB500软件，分别新建工程并命名为“交通信号灯”进入CX-P软件编程环境和EB500软件编程环境。
3.3 根据设计任务内容，在CX-P软件编程环境里进行编程，然后运行调试并修改CX-P程序。
3.4 根据CX-P程序在EB500软件编程环境里进行相应的编程，然后下载到PLC实验箱在线调试运行, 并修改EB500程序图。
3.5 保存好文件，做好各项记录。
3.6 把实验箱的电源及各个输入端的拨动按钮置于“OFF”位，切断试验箱的电源，盖好试验箱的盖子。
3.7 编写设计报告。

四、课程设计内容
4.1 设计方案
1、采用传统的三色灯方式：车行道上有直行右转绿灯、左转绿灯、黄灯、红灯，黄灯和红灯使用单色灯实现，两个绿灯使用双色灯实现，当绿灯熄灭时将变为红灯。
2、分道通行方式：直行、右行同时执行，左行另行控制（车辆可停留在待转区内）。
3、程序的初始通行模式：东西红灯亮40秒，→南北直行和右行同时通行20秒，→南北黄灯亮5秒，→左行通行10秒，→南北黄灯亮5秒；→南北红灯亮30秒，→东西直行和右行同时通行10秒，→东西黄灯亮5秒，→左行通行10秒，→南北黄灯亮5秒。如下表和图⒂ 交通信号时序图（假设南北车流量是东西车流量的两倍）

方向
南北方向
时间
东西方向
对应定时器
行道
直行
右行
左行
人行道

直行
右行
左行
人行道

工作状态
绿灯
绿灯
红灯
绿灯
20s

红灯
TIM 0000
黄灯闪烁
绿灯闪烁
5s
TIM 0001
红灯
红灯
绿灯
绿灯
10s
TIM 0002
黄灯闪烁
绿灯闪烁
5s
TIM 0003

红灯

10s
绿灯
绿灯
红灯
绿灯
TIM 0004
5s
黄灯闪烁
绿灯闪烁
TIM 0005
10s
红灯
红灯
绿灯
绿灯
TIM 0006
5s
黄灯闪烁
绿灯闪烁
TIM 0007

4.2 PLC梯形图程序原理图
1、 通过传送字指令实现通行时间的可设置：

图⑴ 传送字指令的运用
2、使用一对互锁指令加上一个触点I:1.11，实现总开关功能：

.
.

图⑵ 互锁指令的运用
3、使用8个定时器实现交通信号自动按时循环的功能：

图⑶ 定时器的运用
4、控制车行道信号的梯形图程序：

图⑷ 南北通行信号部分

图⑸ 东西通行信号部分

5、控制人行道信号的梯形图程序：

图⑹ 控制人行道信号的梯形图

6、交通监控系统的梯形图程序：

图⑺ 南北监控部分的梯形图

图⑻ 东西监控部分的梯形图

4.3人机界面设计图
1、简介：

图⑼ 人机界面简介
2、主页面：

图⑽ 人机界面主页面
3、数值显示与设置：

图⑾ 数值显示与设置
4、状态显示：

图⑿ 状态显示
4.4三个-程序设计图：

图⒀ 行车信号灯外部接线图

图⒁ 手动模式功能图

图⒂ 交通信号灯时序图

五、两个IO口的说明表格
5.1 主要IO端口及元件的功能说明表：

主要IO端口及元件的功能表
IO端口或元件
在梯形图中的位置
实现的功能
1. I:1.11常闭
条1（0,0）
接在互锁指令IL上做为程序图总开关
2. I:1.00常闭
条2（1,0）
将自动模式切换为手动模式
各定时器在一个循环中自动控制的功能
1. P_First_Cycle
条0（0,0）
通过传送指令MOV给4个寄存器D0~D3赋上初值
2. TIM 0000
条2（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭南北直行右转绿灯，点亮南北黄灯
3. TIM 0001
条3（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭南北黄灯，点亮南北左转绿灯
4. TIM 0002
条4（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭南北左转绿灯，点亮南北黄灯
5. TIM 0003
条5（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭南北黄灯和东西红灯，点亮东西直行右转绿灯和南北红灯
6. TIM 0004
条6（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭东西直行右转绿灯，点亮东西黄灯
7. TIM 0005
条7（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭东西黄灯，点亮东西左转绿灯
8. TIM 0006
条8（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭东西左转绿灯，点亮东西黄灯
9. TIM 0007
条9（5,0）
分别用常闭和常开触点定时熄灭东西黄灯和南北红灯，点亮南北直行右转绿灯和东西红灯。并通过复位TIM 0000给所有TIM复位进入下一次循环
行车道信号灯
1. Q:100.00
条10（5,0）
南北直行右转绿灯
2. Q:100.01
条11（5,0）
南北黄灯
3. Q:100.02
条12（5,0）
南北左转绿灯
4. Q:100.03
条13（5,0）
南北红灯
5. Q:100.04
条14（5,0）
东西红灯
6. Q:100.05
条15（5,0）
东西直行右转绿灯
7. Q:100.06
条16（5,0）
东西黄灯
8. Q:100.07
条17（5,0）
东西左转绿灯
人行道信号灯
1. Q:101.00
条19（5,0）
南北人行道绿灯
2. Q:101.01
条21（5,0）
东西人行道红灯
3. Q:101.02
条22（5,0）
南北人行道红灯
4. Q:101.03
条23（5,0）
东西人行道绿灯
交通灯手动控制
1. I:1.00常开
在每一条手动指令中
以常开为初始状态作为每条手动指令的第一个触点，防止以自动模式在运行时误将某个手动触点置为ON而影响自动控制。
2. I:1.01置为ON
条10（1,1），条11（1,2）
从南北直行右转绿灯切换到南北黄灯
3. I:1.02置为ON
条11（2,2），条12（1,1）
从南北黄灯切换到南北左转绿灯
4. I:1.02置回OFF
条12（1,1），条11（2,2）
1) 从南北左转绿灯切换回南北黄灯
2) 让南北人行道绿灯同步闪烁
5. I:1.03置为ON
条13（2,0），条15（1,1）
1) 熄灭东西红灯→点亮东西直行右转绿灯→点亮南北红灯→熄灭南北黄灯
2) 熄灭南北人行道绿灯，点亮东西人行道绿灯
6. I:1.03置为OFF
条16（1,2），条14（0,2）
从东西直行右转绿灯切换到东西黄灯，同时保持对南北红灯通电
7. I:1.04置为ON
条17（1,1），条16（2,2）
从东西黄灯切换到东西左转绿灯
8. I:1.04置为OFF
条16（2,2），条17（1,1）
1) 从东西左转绿灯切换回东西黄灯
2) 让东西人行道绿灯同步闪烁
9. I:1.01置回OFF
条14（2,0），条10（1,1）
1) 熄灭南北红灯→点亮南北直行右转绿灯→点亮东西红灯→熄灭东西黄灯
2) 熄灭东西人行道绿灯，点亮南北人行道绿灯
注：人行道红灯与车行道红灯同步，车行道后面一次黄灯闪烁时人行道绿灯同步闪烁，在绿灯闪烁之前绿灯一直被点亮。
由于车辆的右转或左转绿灯和人行道绿灯是一起的，所以在人行道绿灯时，右转和左转的车辆要避让行人。
监控系统
1. I:0.00
条26（1,0）
南部直行通道触发开关
2. I:0.01
条26（1,1）
南部直行通道触发开关
3. I:0.02
条26（1,2）
南部右转通道触发开关
4. I:0.03
条26（1,4）
南部左行通道触发开关
5. I:0.04
条27（1,0）
北部直行通道触发开关
6. I:0.05
条27（1,1）
北部直行通道触发开关
7. I:0.06
条27（1,2）
北部右转通道触发开关
8. I:0.07
条27（1,4）
北部左行通道触发开关
9. I:0.08
条28（1,0）
东部直行通道触发开关
10. I:0.09
条28（1,1）
东部直行通道触发开关
11. I:0.10
条28（1,2）
东部右转通道触发开关
12. I:0.11
条28（1,4）
东部左行通道触发开关
13. I:0.12
条29（1,0）
北部直行通道触发开关
14. I:0.13
条29（1,1）
北部直行通道触发开关
15. I:0.14
条29（1,2）
北部右转通道触发开关
16. I:0.15
条29（1,4）
北部左行通道触发开关
Q:101.4
条26（5,0）
处在工作状态时，每隔0.1秒给南部监视区域拍一张照
W 0.02
条26（5,1）
接收到一个触发脉冲之后锁存监视系统以便相机连续拍照
TIM: 0008
条26（5,2）
在Q:101.4拍完3张照之后给监视设备复位
Q:101.5
条27（5,0）
处在工作状态时，每隔0.1秒给北部监视区域拍一张照
W 0.03
条27（5,1）
接收到一个触发脉冲之后锁存监视系统以便相机连续拍照
TIM: 0009
条27（5,2）
在Q:101.5拍完3张照之后给监视设备复位
Q:101.6
条28（5,0）
处在工作状态时，每隔0.1秒给东部监视区域拍一张照
W 0.04
条28（5,1）
接收到一个触发脉冲之后锁存监视系统以便相机连续拍照
TIM: 0010
条28（5,2）
在Q:101.6拍完3张照之后给监视设备复位
Q:101.7
条29（5,0）
处在工作状态时，每隔0.1秒给西部监视区域拍一张照
W 0.05
条29（5,1）
接收到一个触发脉冲之后锁存监视系统以便相机连续拍照
TIM: 0011
条29（5,2）
在Q:101.7拍完3张照之后给监视设备复位

５.２　按键定义表：
按键定义表
序号
触点
图中位置
对应开关
1.
I:1.11
条1（0,0）
总阀QS1
2.
I:1.00
条2（1,0）
模式切换开关QS2
3.
I:1.01
…………
切换开关QS3
4.
I:1.02
……
切换开关QS4
5.
I:1.03
…………
切换开关QS5
6.
I:1.04
……
切换开关QS6
7.
I:0.00
条26（1,0）
交通违章触发开关SB1
8.
I:0.01
条26（1,1）
交通违章触发开关SB2
9.
I:0.02
条26（1,2）
交通违章触发开关SB3
10.
I:0.03
条26（1,4）
交通违章触发开关SB4
11.
I:0.04
条27（1,0）
交通违章触发开关SB5
12.
I:0.05
条27（1,1）
交通违章触发开关SB6
13.
I:0.06
条27（1,2）
交通违章触发开关SB7
14.
I:0.07
条27（1,4）
交通违章触发开关SB8
15.
I:0.08
条28（1,0）
交通违章触发开关SB9
16.
I:0.09
条28（1,1）
交通违章触发开关SB10
17.
I:0.10
条28（1,2）
交通违章触发开关SB11
18.
I:0.11
条28（1,4）
交通违章触发开关SB12
19.
I:0.12
条29（1,0）
交通违章触发开关SB13
20.
I:0.13
条29（1,1）
交通违章触发开关SB14
21.
I:0.14
条29（1,2）
交通违章触发开关SB15
22.
I:0.15
条29（1,4）
交通违章触发开关SB16

六、控制系统的操作说明
6.1 安装说明：
在这份报告的程序里交通信号灯的总阀开关I:1.11是常闭触点，这是为了调试方便，系统在得电的情况下将自动以自动模式运行的，在实际运用中应该把开关改为常开触点比较合适；如图⑿，在一个十字路口中，南北方向行车道的南部和北部分别安置四盏交通信号灯，东西方向行车道的东部和北部也分别安置四盏交通信号灯。每四盏灯都一字排开，从十字街口中间看向四个方向的灯，每排灯按从左往右的排列顺序都是红灯、左转绿灯、黄灯、直行右转绿灯。在四条人行通道的两端分别安置两盏交通信号灯，一盏红灯和一盏绿灯。因为斑马线上的交通信号灯是垂直树立的，所以可以把红灯安在上面也可以把绿灯安在上面。
6.2 操作说明
系统在得电状态下由总阀开关QS1控制启动和停止；当十字路口遇到交通混乱或交通繁忙时，可由模式切换开关QS2切换到手动操控模式；当交通信号灯遇到故障需要检修时，将总阀门QS1给交通系统切断电源；给寄存器D0~D3赋上不同的值来设定交通灯的亮灭时长。其它具体操作见表主要IO端口及元件的功能说明表。
七、总结
7.1 学习过程
1、可编程是我们应电专业的一门必修课程，这门课我们一周有5节。上课内容是老师在讲台上授课，同学们在下面一边操作和学习CX-Programmer软件和EB500软件，课间老师走访学生为学生解除疑惑。在上课期间老师讲课严谨、细致、认真，当我遇到问题时老师耐心得为我指导。感谢老师授课的细心，我对科任老师的教学过程也很满意。

2、当然想要学好一门科学，仅在课堂上学习是远远不够的。在现代化的今天大学生们几乎已经人人都拥有个人电脑，而且校园网为我们提供了各种上学所需的学习软件。可惜由于我的电脑机型和CX-One的软件没有完全匹配，所以我在自己电脑上编的程序在某些细节上可能会和教室里的电脑编的会有所不同，曾经有发现的不同处有：我的程序里的第一次传送字指令是反过来使用的，我的程序的母线宽度只有6个单位比教室里的少了一个单位。所以在本报告中的表格出现的输出指令的梯形图位置是　条×(5,×)的，也就是指令列单位为5的输出指令的位置在正常软件上应改为　条×( 6,×)。
7.2设计达到/实现的功能：
1．交通灯自动循环指示功能；
2．交通信号绿灯和红灯时间可设置功能；
3.交通信号灯的指示可切换到手动控制模式；
4.设有道路违章监控系统。
7.3遇到的问题，解决的办法
1、在手动操控模式中除了东西红灯与南北红灯互锁之外-的互锁问题：
在所有绿灯和黄灯的程序条上接上相同方向上的红灯继电器Q:100.03和Q:100.04，除了在手动操作南北通行和东西通行之间切换时熄灭自己方向上的黄灯和人行道绿灯之外，还可防止手动操作时，一个方向上的信号灯还在工作时，另一个方向上的信号灯被错误得接通。
2、在手动操控模式中东西与南北两个行车通道相互切换时，如何解除红灯对自身方向上的绿灯和黄灯的锁存：
㈠、当人工ON切换开关QS5时，I:1.03常开-条15（1,1）被闭合，同时通过I:1.03常闭-条13（2,0）来切断东西红灯Q:100.03 条13（5,0），来解除Q100.03 条15（2,1）对东西直行右转绿灯Q:100.05的锁存，从而使Q:100.05得电，进而点亮南北红灯Q:100.04转而由南北红灯对南北通行信号灯进行锁存，以实现南北通行到东西通行的转换。㈡、与㈠类同当人工OFF切换开关QS3时，I:1.01常闭-条10（1,1）被闭合，同时通过I:1.01条（2,0）来切断南北红灯Q:100.04条14（5,0），来解除Q:100.04条10（2,1）对南北直行右转绿灯Q:100.00的锁存，从而使Q:100.00得电，进而点亮东西红灯Q:100.03转而由东西红灯对东西通行信号灯进行锁存，以实现东西通行到南北通行的转换。
（注：定义南北直行右转绿灯、南北左转绿灯、南北黄灯和东西红灯为南北通行信号灯；定义东西直行右转绿灯、东西左转绿灯、东西黄灯和南北红灯为东西通行信号灯。）
3、监控系统在给闯红灯者拍完3张照片之后的复位问题：
当每次TIM0008、TIM0009、TIM0010、TIM0011四个定时器所对应的触发开关被闯红灯者触发时，相应的定时器就会开始0.3S倒计时，每台监视相机在工作状态下每隔0.1秒拍一张照，定时器在相机拍完3张照之后都会给监视设备复位。
4、
如何确保违章监视系统能够连续拍到3张照：
把W0.02~W0.05四个内部继电器的常开触点与监控系统的绿灯常闭触点并联，可防止：摄像机拍照未达到3张时信号灯突然切换到绿灯，导致摄像机电源被切断。参考书目：
⑴ 吴永春，吴文廷，陈金佳，曾喜娟，郑晓斌，赖文德，邱平基，《可编程控制器原理与程序设计》，大连，大连理工大学出版社，2009年
⑵ 吴永春，吴文廷，《可编程控制器原理与程序设计实验指导》，大连，大连理工大学出版社，2009年
第23页 共23页