交通灯PLC课程设计

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1、- 1 -摘 要当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用 PLC 把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率.PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益

2、更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。由于 PLC 具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将 PLC 应用于交通灯系统中。同时，PLC 本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的 PLC 应用系统中，PLC 往往是作为一个核心部件来使用。第一章 绪 论1.1 PLC 及 MCGS 介绍1.1.1 PLC 简单概述（一）什么是 PLC

3、可编程序控制器，英文称 Programmable Controller，简称 PC。但由于 PC 容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用 PLC 作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠- 2 -性低、功耗高、通用性和灵活性

4、差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是 PLC 的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的 PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将 PLC 应用于生产实践。（ 二 ） PLC 的 结 构 及 各 部 分PLC 的 类 型 繁 多 ， 功 能 和 指 令 系 统 也 不 尽 相 同 ， 但 结 构 与 工 作 原 理 则 大 同 小 异 ，通 常 由 主 机 、 输 入 /输 出

5、 接 口 、 电 源 、 编 程 器 扩 展 器 接 口 和 外 部 设 备 接 口 等 几 个 主 要部 分 组 成 。 PLC 的 硬 件 系 统 结 构 如 下 图 所 示 ：（ 三 ） PLC 的 工 作 原 理PLC 是 采 用 “顺 序 扫 描 ， 不 断 循 环 ”的 方 式 进 行 工 作 的 。 即 在 PLC 运 行 时 ， CPU根 据 用 户 按 控 制 要 求 编 制 好 并 存 于 用 户 存 储 器 中 的 程 序 ， 按 指 令 步 序 号 （ 或 地 址 号 ）作 周 期 性 循 环 扫 描 ， 如 无 跳 转 指 令 ， 则 从 第 一 条 指 令 开 始

6、逐 条 顺 序 执 行 用 户 程 序 ，直 至 程 序 结 束 。 然 后 重 新 返 回 第 一 条 指 令 ， 开 始 下 一 轮 新 的 扫 描 。 在 每 次 扫 描 过 程中 ， 还 要 完 成 对 输 入 信 号 的 采 样 和 对 输 出 状 态 的 刷 新 等 工 作 。PLC 的 扫 描 一 个 周 期 必 经 输 入 采 样 、 程 序 执 行 和 输 出 刷 新 三 个 阶 段 。PLC 在 输 入 采 样 阶 段 ： 首 先 以 扫 描 方 式 按 顺 序 将 所 有 暂 存 在 输 入 锁 存 器 中 的 输 入端 子 的 通 断 状 态 或 输 入 数 据 读 入

7、 ， 并 将 其 写 入 各 对 应 的 输 入 状 态 寄 存 器 中 ， 即 刷 新输 入 。 随 即 关 闭 输 入 端 口 ， 进 入 程 序 执 行 阶 段 。PLC 在 程 序 执 行 阶 段 ： 按 用 户 程 序 指 令 存 放 的 先 后 顺 序 扫 描 执 行 每 条 指 令 ， 执 行的 结 果 再 写 入 输 出 状 态 寄 存 器 中 ， 输 出 状 态 寄 存 器 中 所 有 的 内 容 随 着 程 序 的 执 行 而输入模块 CPU模 块输出模块可 编 程 序 控 制 器编 程 装 置接 触 器电 磁 阀指 示 灯电 源 电 源 限 位 开 关选 择 开 关按 钮

8、 - 3 -改 变 。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。1.1.2 MCGS 系 统 介 绍（ 一 ） 什 么 是 MCGSMCGS (Monitor and Control Generated System， 通 用 监 控 系 统 )是 一 套 用 于 快 速 构造 和 生 成 计 算 机 监 控 系 统 的 组 态 软 件 ， 它 能 够 在 基 于 Microsoft 的 各 种 32 位 Windows平 台 上 运 行 ， 通 过 对 现 场 数 据 的 采

9、 集 处 理 ， 以 动 画 显 示 、 报 警 处 理 、 流 程 控 制 和 报 表输 出 等 多 种 方 式 向 用 户 提 供 解 决 实 际 工 程 问 题 的 方 案 ， 在 工 业 控 制 领 域 有 着 广 泛 的应 用 。MCGS 组 态 软 件 功 能 强 大 ， 操 作 简 单 ， 易 学 易 用 ， 普 通 工 程 人 员 经 过 短 时 间 的培 训 就 能 迅 速 掌 握 多 数 工 程 项 目 的 设 计 和 运 行 操 作 。 同 时 使 用 MCGS 组 态 软 件 能 够避 开 复 杂 的 计 算 机 软 、 硬 件 问 题 ， 集 中 精 力 去 解 决

10、工 程 问 题 本 身 ， 根 据 工 程 作 业 的需 要 和 特 点 ， 组 态 配 置 出 高 性 能 、 高 可 靠 性 和 高 度 专 业 化 的 工 业 控 制 监 控 系 统 。（ 二 ） MCGS 的 构 成MCGS 系 统 包 括 组 态 环 境 和 运 行 环 境 两 个 部 分 。用 户 的 所 有 组 态 配 置 过 程 都 在 组 态 环 境 中 进 行 ， 它 相 当 于 一 套 完 整 的 工 具 软 件 ，帮 助 用 户 设 计 和 构 造 自 己 的 应 用 系 统 。 用 户 组 态 生 成 的 结 果 是 一 个 数 据 库 文 件 ， 称为 组 态 结

11、果 数 据 库 。运 行 环 境 是 一 个 独 立 的 运 行 系 统 ， 它 按 照 组 态 结 果 数 据 库 中 用 户 指 定 的 方 式 进行 各 种 处 理 ， 完 成 用 户 组 态 设 计 的 目 标 和 功 能 。 运 行 环 境 本 身 没 有 任 何 意 义 ， 必 须与 组 态 结 果 数 据 库 一 起 作 为 一 个 整 体 ， 才 能 构 成 用 户 应 用 系 统 。 一 旦 组 态 工 作 完 成 ，运 行 环 境 和 组 态 结 果 数 据 库 就 可 以 离 开 组 态 环 境 而 独 立 运 行 在 监 控 计 算 机 上 。支持软件不仅编制 PLC

12、程序需要，监控 PLC 运行，特别是监视 PLC 所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视 PLC 工作的功能。 此外，也有专用于监控 PLC 工作的软件，它多与 PLC 的监视终端连用。 1.2 十字路口交通灯控制任务信 号 灯 受 一 个 启 动 开 关 控 制 ， 当 启 动 开 关 接 通 时 ， 信 号 灯 系 统 开 始 工 作 ， 且 先- 4 -南 北 红 灯 亮 ， 东 西 绿 灯 亮 。 当 启 动 开 关 断 开 时 ， 所 有 信 号 灯 都 熄 灭 。南 北 红 灯 亮 维 持 25 秒 ， 在 南 北 红 灯 亮 的 同 时 东 西 绿 灯

13、 也 亮 ， 并 维 持 20 秒 。 到 20秒 时 ， 东 西 绿 灯 闪 亮 ， 闪 亮 3 秒 后 熄 灭 。 在 东 西 绿 灯 熄 灭 时 ， 东 西 黄 灯 亮 ， 并 维 持 2秒 。 到 2 秒 时 ， 东 西 黄 灯 熄 灭 ， 东 西 红 灯 亮 ， 同 时 ， 南 北 红 灯 熄 灭 ， 绿 灯 亮 。东 西 红 灯 亮 维 持 30 秒 。 南 北 绿 灯 亮 维 持 20 秒 ， 然 后 闪 亮 3 秒 后 熄 灭 。 同 时 南 北黄 灯 亮 ， 维 持 2 秒 后 熄 灭 ， 这 时 南 北 红 灯 亮 ， 东 西 绿 灯 亮 ， 周 而 复 始 。1.3 研究

14、目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，

15、统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中

16、控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必要的。- 5 -1.4 方案比较1.4.1 采用数字逻辑电路设计工作原理:选用十六进制计数器 74161 和 3 线-8 线译码器 74LS138。经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。基本组成:主要由控制器部分和数字显示部分,秒脉冲发生器等组成。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减 1，直到计数器为“0”停止。译码显示可用 74LS47 驱动 BCD 码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如 74LS168、74LS190、74LS193 等 数字电路的特点:数字电路的信号是不连续变化的数字信