基于PLC交通灯控制系统毕业设计4.doc

毕 业 设 计

基于plc交通灯毕业设计

学号： 108912
姓名: 王春
班级：108912班 专业: 机电一体化
系部: 机电工程系
指导老师: 李 景 魁

完成时间 2011年03月20日至2011年06月20日

交通灯的控制管理
摘要:
针对近年来城市交通的拥挤现象,特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题,介绍丁集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统.该系统的安装及使用,大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力.减少了驾驶员违章的次数,抑制了交通事故的发生,同时对减轻车辆尾气排放,从而降低环境污染都起到了不可低估的作用.
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，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。

关键词
plc控制系统 交通灯 自动

目录
引言 1
第1章 交通灯信号控制系统 2
1.1 十字路口交通灯控制实际情况 2
1.1.1 南北向（列）和东西向（行）主干道 2
1.1.2 南北向和东西向人行道 2
1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 2
1.2.1 南北向（列）和东西向（行）主干道 3
1.2.2 南北向和东西向行人道 3
1.3 流程图 3
第2章 可编程控制器程序设计 4
2.1 可编程控制器选择 4
2.2 十字路口交通灯模拟控制时序图 4
2.3 可编程控制器I/O端口分配 5
2.4 程序设计 6
第3章 总结 10
3.1 难点分析 10
3.1.1 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 10
3.1.2 交通灯的闪亮 10
3.1.3 手动车流控制按键的控制方式 10
3.1.4 盲人脉冲按键 10
3.2 调试错误与修改方法 10
3.3 PLC智能化控制交通灯的方法 11
3.4 收获与感悟 12
结束语 13
参考文献 14

引言
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
随着城市机动车量的不断增加，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，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速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高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。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城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，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。
交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

第1章 交通灯信号控制系统
1.1 十字路口交通灯控制实际情况
1) 首先车行道亮绿灯45s，同时人行道亮红45s；
2) 45s后，车行道黄灯闪烁3次，亮、灭各1s，此时人行道仍维持红灯；
3) 6s后，转为人行道亮绿灯20s，车行道亮红灯20s；
4) 20s后，再转到第1步，
5) 如此循环往复；

图 1.1人行道

1.1.1 南北向（列）和东西向（行）主干道
南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯27S，直行绿灯闪亮3S，左行绿灯10S，左转绿闪3S，黄灯2S和红灯45S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。
1.1.2 南北向和东西向人行道
南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验
在PLC交通灯模拟模块中，车行道有3个控制灯，分别为：
● 禁止通行灯 （亮时为红色）
● 准备禁止通行灯 （亮时为黄色）
● 直通灯 （亮时为绿色）
另外行人道有2个控制灯,分别为：
● 禁止通行灯 （亮时为红色）
● 直通灯 （亮时为绿色）
结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：
当交通灯系统启动开关接通时。
1.2.1 南北向（列）和东西向（行）主干道
南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10S，绿灯闪亮2S（亮0.1 灭0.1）,黄灯2S和红灯14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。
1.2.2 南北向和东西向行人道
南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
结束
绿灯亮
红灯亮
黄灯闪
1.3 流程图

启动开关

红灯亮
绿灯亮

图 1.3 机动车主干道流程图

第2章 可编程控制器程序设计
2.1 可编程控制器选择
本次交通灯设计用的是来自OMRON的CPM1A-30CDR-A可编程控制器。
产品规格：CPM1A CPU单元CPM1A在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求AC电源输入，继电器输出，能加扩展单元。
2.2 十字路口交通灯模拟控制时序图

启动

车行道红

车行道绿

车行道黄

人行道绿

人行道灯

20S
6S

45S

图 2.2 十字路口交通灯模拟控制时序图

2.3 可编程控制器I/O端口分配
启动开关
0000
停止开关
0001
东西主干道绿灯
1000
东西主干道黄灯
1001
东西主干道红灯
1002
南北主干道绿灯
1003
南北主干道黄灯
1004
南北主干道红灯
1005

东西行人道绿灯
1100
东西行人道红灯
1101
南北行人道绿灯
1102
南北行人道红灯
1103
东西向绿灯延迟控制按钮
0004
南北向绿灯延迟控制按钮
0005
东西盲人脉冲按钮
0003
南北盲人脉冲按钮
0002

PLC

0000
0001
1000
1001
1002
1003
1004
1005
1100
1101
1102
1103
交通灯控制PLC I/O端口

0002
0003
0004
0005

图 2.3交通灯控制PLC I/O端口

2.4 程序设计
0
LD 0000
1
OR 20300
2
AND-NOT 0001
3
AND-NOT 20000
4
OUT 20300
5
LD 20300
6
AND-NOT 20001
7
AND-NOT 20203
8
OUT 20301
9
LD 20301
10
OR TIM 005
11
OR TIM 027
12
OR 20000
13
AND-NOT TIM 002
14
AND-NOT 20103
15
AND-NOT 0001
16
OUT 20000
17
TIM 000 #100
18
TIM 001 #120
19
TIM 002 #140
20
LD TIM 002
21
OR 20001
22
OR TIM 018
23
AND-NOT TIM 005
24
AND-NOT 0001
25
AND-NOT 20203
26
OUT 2001
27
TIM 003 #100
28
TIM 004 #120
29
TIM 005 #140
30
LD 0004
31
OR 20100
32
AND-NOT 0000
33
AND-NOT 0005
34
AND-NOT 0001
35
OUT 20100
36
LD 20100
37
AND 20105
38
OUT 20102
39
LD TIM 005
40
OR TIM 027
41
OUT 20105
42
LD 20102
43
OR 20103
44
AND-NOT 0001
45
AND-NOT TIM 018
46
OUT 20103
47
TIM 016 #150
48
TIM 017 #170
49
TIM 018 #190
50
LD 0005
51
OR 20200
52
AND-NOT 0001
53
AND-NOT 0000
54
AND-NOT 0004
55
OUT 20200
56
LD TIM 002
57
LD TIM 018
58
OUT 20205
59
LD TIM 20200
60
AND 20205
61
OUT 20202
62
LD 20202
63
OR 20203
64
AND-NOT 0001
65
AND-NOT 027
66
OUT 20203
67
TIM 025 #150
68
TIM 026 #170
69
TIM 027 #190
70
LD 20000
71
AND-NOT TIM 000
72
LD 20103
73
AND-NOT TIM 016
74
OR LD
75
AND-NOT 0001
76
OUT 20002
77
LD TIM 000
78
AND-NOT TIM 001
79
LD TIM 016
80
AND-NOT TIM 017
81
OR LD
82
AND-NOT 20004
83
AND-NOT 0001
84
OUT 20003
85
TIM 006 #002
86
LD TIM 006
87
OR TIM 008
88
OR TIM 010
89
OR TIM 009
90
OR 20004
91
AND-NOT TIM 007
92
AND-NOT 0001
93
OUT 20004
94
TIM 007 #002
95
LD 20002
96
OR 20003
97
AND-NOT 0001
98
AND-NOT 20009
99
OUT 1000
100
LD TIM 001
101
AND-NOT TIM 002
102
LD TIM 017
103
AND-NOT TIM 018
104
OR LD
105
AND-NOT 20009
106
AND-NOT 0001
107
OUT 1001
108
LD 20000
109
AND-NOT TIM 002
110
LD 20103
111
AND-NOT TIM 018
112
OR LD
113
AND-NOT 20009
114
AND-NOT 0001
115
OUT 1103
116
LD20000
117
AND-NOT TIM 002
118
LD 20103
119
AND-NOT TIM 018
120
OR LD
121
AND-NOT 20103
122
AND-NOT 0001
123
OUT 20015
124
LD 20015
125
OR 20014
126
AND-NOT 0001
127
OUT 1005
128
LD 20001
129
AND-NOT TIM 003
130
LD 20203
131
AND-NOT TIM 025
132
OR LD
133
AND-NOT 0001
134
OUT 20005
135
LD TIM 003
136
AND-NOT TIM 004
137
LD TIM025
138
AND-NOT TIM 026
139
OR LD
140
AND-NOT 20004
141
AND-NOT 0001
142
OUT 20006
143
TIM 008 #002
144
LD 20005
145
OR 20006
146
AND-NOT 20013
147
AND-NOT 0001
148
OUT 1003
149
LD TIM 004
150
AND-NOT TIM 005
151
LD TIM 026
152
AND-NOT TIM 027
153
OR LD
154
AND-NOT 0001
155
AND-NOT 20013
156
OUT 1101
157
LD 20001
158
AND-NOT TIM 005
159
LD 20203
160
AND-NOT TIM 027
161
OR LD
162
AND-NOT 20013
163
AND-NOT 0001
164
OUT 1101
165
LD 20001
166
AND-NOT TIM 005
167
LD 20203
168
AND-NOT TIM 027
169
OR LD
170
AND-NOT 0001
171
AND-NOT 20009
172
OUT21000
173
LD 21000
174
OR 20011
175
AND-NOT 0001
176
OUT 1002
177
LD TIM 001
178
AND-NOT TIM 002
179
LD TIM 017
180
AND-NOT TIM 018
181
OR LD
182
AND-NOT 20004
183
AND-NOT 0001
184
OUT 20007
185
TIM 009 #002
186
LD TIM 004
187
AND-NOT TIM 005
188
LD TIM 026
189
AND-NOT TIM 027
190
OR LD
191
AND-NOT 20004
192
AND-NOT 0001
193
OUT 20008
194
TIM 010 #2
195
LD 20007
196
OR 20003
197
OR 20002
198
OR 20013
199
AND-NOT 0001
200
OUT 1100
201
LD 20008
202
OR 20005
203
OR 20006
204
OR 20009
205
AND-NOT 0001
206
OUT 1102
207
LD 0002
208
OR 20009
209
AND-NOT TIM 011
210
OUT 20009
211
TIM 011 #100
212
LD 20009
213
AND-NOT 20010
214
OUT 20011
215
TIM 012 #010
216
LD TIM 012
217
OR TIM 015
218
OR 20010
219
AND-NOT TIM 013
220
OUT 20010
221
TIM 013 #010
222
LD 0003
223
OR 20013
224
AND-NOT TIM 014
225
OUT 20013
226
TIM 014 #100
227
LD 20013
228
AND-NOT 20010
229
OUT 20014
230
TIM 015 #010
231
END
215

216

217

218

219

220

221

222

223

224

225

第3章 总结
3.1 难点分析
本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。
3.1.1 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系
因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。
3.1.2 交通灯的闪亮
交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条~第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。
3.1.3 手动车流控制按键的控制方式
手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。
3.1.4 盲人脉冲按键
盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。
3.2 调试错误与修改方法
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。
刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。
3.3 PLC智能化控制交通灯的方法
传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发 生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。而模糊控制恰恰具有这方面的优势。
此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序控制器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。
3.4 收获与感悟
经过一个多月的艰苦奋斗，设计成果终于出来了，我也松了一口气，通过采集资料、进行实际考察后，做出以上设计的方法。
查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。
花了整整30几天的努力，终于完成了设计，不过在调试的时候却发现结果和想的有所不同，通过监控和修改才得出了需要的设计。这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。最后，我们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢？我把体会用十个字概括：天下无难事，只怕有心人
一次又一次的设计修改，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于领会到成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域，博取新的未来。

结束语
通过此次毕业设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。
毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

参考文献
[1]．廖常初著.PLC基础及应用.第2版.北京：机械工业出版社,2007.
[2]. 廖常初编.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：机械工业出版社，2005.
[3]．三菱电机.FX3U,FX3UC微型可编程控制器编程手册.2005.
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