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1、青岛求实职业技术学院毕 业 设 计设计课题 PLC 交通灯设计 院 系 机电工程学院专 业 机 电 一 体 化班 级 _学生姓名 _指导教师 _完成日期 2011 年 3 月 1 日目 录摘要第一章 引言.第二章 PLC 常用的编程语言.第三章 PLC 基本指令系统特点.第二章 十字路口交通灯控制.2.1 交通信号控制系统分析.2.1.1 十字路口交通灯控制实际情况描述.2.1.2 十字路口交通灯的路况画出模拟图.2.1.3 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验.（一） 交通灯控制系统硬件设计.3.2.1 PLC 选择.3.2.2 可编程控制器 I/O 端口分配.3.2.3 PLC 的外部接线
2、图.（二） 交通灯控制系统软件设计.3.3.1 十字路口交通灯模拟控制时序图.3.3.2 流程图.3.3.3 程序梯形图.第四章 毕业设计总结.第五章 致谢.第六章 参考文献.摘要城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。所以经典控制法很难得到满意的效果。而模糊控制是一种无须建立数学模型的控制方法，它能模仿有经验的交警指挥交通时的思路，达到很好的控制效果。近些年来我
3、国的许多学者也都以不同的思路对单个交叉口、交通干线的模糊控制进行了研究，但因研究的局限性，实际中得到应用的寥寥无几，本文实现基于 PLC 的交通信号的模糊控制系统。根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用 PLC 实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口 4 相位交通灯为例，把 PLC 作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。关键词：交通; 智能控制; PLC 第一章引言交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流
4、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。第二章 十字路口交通灯控制2.1 交通信号
5、控制系统分析2.1.1 十字路口交通灯控制实际情况描述（1）南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；如果同时亮，则应自动立即关闭信号灯系统，并立即发出报警信号。（2）系统工作后，首先南北红灯亮并维持 25s；与此同时，东西绿灯亮，并维持 20s 时间，到 20s 时，东西绿灯闪亮，闪亮 3s 后熄灭。（3）在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持 2s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。（4）东西红灯亮并维持 30s；与此同时，南北绿灯亮并维持 25s；然后，南北绿灯闪亮 3s 后熄灭。（5）南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持 2s 后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，结
6、束一个工作循环。2.1.2 十字路口交通灯的路况画出模拟图2-1 交通灯示意图2.1.3 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，主干道东西南北每面都有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）另外行人道东西南北每面都有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：当南北主干道红灯点亮时，东西主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。南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯
7、。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西 北东南亮，其它时间为红灯。除此之外还可以拥有其它功能，如使用 10 个脉冲开关，实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中 8 个安装在人行道的两边。当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟 10 秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待
8、车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到 15 秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能相同。本系统增加了急车强通的功能。急车强通信号受急车强通开关的控制。有急车来时，将该方向急车强通开关接通，无论原来信号灯的状态如何，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪 3 次，随后按正常时序控制。急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。第三章 交通灯控制设计（一） 交通灯控制系统硬件设计3.2.1 PLC 选
9、择 一、PLC 机型和容量的选择步骤与原则随着 PLC 技术的发展，PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：1、合理的结构型式PLC 主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式 PLC 的每一个
10、 IO 点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵活方便在 IO 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。2、安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 IO 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件，系统反应快、成本低；远程 IO式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 IO 可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程 IO 电源；多台 PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联
11、系的场合，可以选用小型 PLC，但必须要附加通讯模块。3、相应的功能要求一般小型(低档)PLC 具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带 AD 和DA 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档 PLC。对于控制较复杂，要求实现 PID 运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。4、响应速度要求PLC 是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能满足其应用范围内
12、的需要。如果要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑 PLC 的响应速度，可选用具有高速 IO 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。5、系统可靠性的要求对于一般系统 PLC 的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。6、机型尽量统一主要考虑到以下三方面问题：1)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。2)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。3)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。二
13、、PLC 容量的选择步骤与原则PLC 的容量包括 IO 点数和用户存储容量两个方面。1、IO 点数的选择PLC 平均的 IO 点的价格还比较高，因此应该合理选用 PLC 的 IO 点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的 IO 点最少，但必须留有一定的裕量。通常 IO 点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%15%的裕量来确定。2、存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。PLC
14、 的 IO 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 IO 点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20%30%的裕量。存储容量(字节)开关量 IO 点数10模拟量 IO 通道数100三、本系统选择的 PLC本次交通灯设计采用的是来自 OMRON 的 CPM1A-30CDR-A 可编程控制器。产品规格：CPM1A CPU 单元在编程环境等方面，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
