基于plc的交通灯设计毕业论文

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1、基于基于 PLCPLC 的交通灯设计的交通灯设计姓 名： 学 号： 指导教师： 摘要摘要 为了解决十字路口的交通拥挤状况，本文提出了一种基于 PLC、车流量检测系统和 数值比较器的十字路口交通灯实时控制方案。该设计系统地介绍了交通灯控制系统的 组成和设计方案，并进行了程序设计。通过车流量检测系统实现了对十字路口车流量 的智能检测，并根据车流量的变化，实时地对红绿灯时间进行合理调配，从而提高了 十字路口的通行能力。 关键词：关键词：PLCPLC 车流量车流量 检测检测1第一章第一章 绪论绪论1.11.1 交通信号灯的研究意义交通信号灯的研究意义 在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为

2、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，统计的方法已不 能适应迅猛发展的交通现状，更为

3、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仍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根据车流量控制的方法设计交通灯控制器，能较好 地解决这个问题。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。 1.21.2 PLCPLC 发展的现状发展的现状可

4、编程控制器(Programmable Logical Controller)简称 PC 或 PLC，是 60 年代末发明 的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于 汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。PLC 早期主要应用于工业控制，但随着技术 的发展，其应用领域正在不断扩大。随着计算机技术的飞速发展，PLC 软硬件水平与 规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先 进制造技术的相应发展，现代 PLC 已经成为真正的工业控制设备。第二章第二章 系统的方案设计系统的方案设计2.12.1 系统的方案设计系统的方案设计 目前的

5、智能交通灯控制系统有以红外感应车流量的、有按预定时间段改变通行时 间的，有以电视监控信息来干预的等多种方法与手段，各有特点。本设计是一个以车 流量为核心的智能交通灯自动控制系统，通过使用一种车流量检测系统检测车量，实 现了十字路口交通灯的智能控制。2根据车流量检测系统测出的车流量，利用数值比较器进行比较，将南北和东西两 个方向车流量的比较结果送入 PLC 进行控制，从而调节两个方向红绿灯时间的长短。 2.22.2 十字路口交通灯布置图十字路口交通灯布置图 根据系统的方案设计可分析得出，本系统需要合理配置车流量线圈检测系统、数 值比较器、PLC 和红绿灯。其布置图如图 2-1 所示：图 2-1

6、十字路口布置图 2.32.3 系统的控制要求系统的控制要求 如果十字路口实行交通灯智能控制系统，则相当于一个有经验的交警对各方向的 车辆进行统计，根据车流量的不同分配以不同的绿灯时间，从而进行合理的调配，防 止车辆的堵塞，较好地解决了上述问题，这是代替模拟控制的有效办法。 交通灯控制系统的控制要求如下： 1.信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，检测系统检测到的信号经数值比较器，将结果送给 PLC。系统开始工作，且先南北绿灯亮，东西红灯亮。当起动开 关断开时，所有信号灯都熄灭。 2.南北绿灯亮维持一段时间后南北黄灯闪烁，同时东西红灯亮相同时间后红灯闪 烁。 3.南北黄灯闪烁 5 秒。南北

7、红灯亮一段时间，同时东西红灯闪烁 5 秒，东西绿灯 亮与南北方向相同时间。4.南北红灯亮维持一段时间后南北红灯闪烁 5 秒，熄灭。同时东西绿灯维持相同 时间后，东西黄灯闪烁 5 秒，熄灭。 5.周而复始。 3第三章第三章 系统的资源配置系统的资源配置3.1I/O3.1I/O 地址分配地址分配 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。在 本系统中要用到接通延时定时器，接通延时型定时器是各种 PLC 中最常见最基本的定 时器，这种定时器在 SIEMENS 的 PLC 中，称为

8、 SD 型定时器。 其定时时间 T=PTS，即定时时间=设定值精度。 1ms: T32, T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25 根据系统的控制要求可分析得出 PLC 的输入/输出点分配表见表 3-1。表 3-1 PLC 的输入/输出点分配表输入信号定时元件输出信号名称代号输入点编号T37，T38，T39，T40 ，T41，T42，T43，T 44，T45，T46，T47 ，T48名称代号输出点编 号工作 开关SB1I0.0T37，T41，T45 分别 代表南北绿灯亮 30 秒， 20 秒，25 秒，东西红 灯亮 30 秒，20 秒，

9、25 秒南北绿灯L0Q0.0比较 结果Y0I0.1T38，T42，T46：南 北黄灯闪烁 5 秒，东 西红灯闪烁 5 秒南北黄灯L1Q0.1比较 结果Y1I0.2T39，T44，T47 分别 代表南北红灯亮 20 秒， 30 秒，25 秒，东西绿 灯亮 20 秒，30 秒， 25 秒南北红灯L2Q0.2比较 结果Y2I0.3T40，T45，T48：南 北红灯闪烁 5 秒，东 西黄灯闪烁 5 秒东西绿灯L3Q0.3东西红灯L4Q0.4东西黄灯L5Q0.543.23.2 交通灯系统的接线形式交通灯系统的接线形式 端口 I0.0 为接入系统开关的传送信号，端口 Q0.0 接南北绿灯，端口 Q0.1

10、接南北 黄灯，端口 Q0.2 接南北红灯，端口 Q0.3 接东西绿灯，端口 Q0.4 接东西黄灯，端口 Q0.5 接东西红灯。I0.0 接线圈 M0.0，I0.1 接线圈 M0.1，I0.2 接线圈 M0.2。第四章第四章 系统程序设计及模拟系统程序设计及模拟4.14.1 系统的程序思想系统的程序思想 设南北方向最大车流量为 A，东西方向最大车流量为 B。其流程图如图 4-1、图 4- 2、图 4-3、图 4-4 所示：开始启动状态S1启动状态S2启动状态S3初始化程序ABABYNYN图 4-1 主程序流程图 图 4-2 状态 S1 流程图5M0.1闭合南北绿灯亮20s，东西红灯亮20s南北红

11、灯闪5s，东西黄灯闪5s南北红灯亮30s，东西绿灯亮30s南北黄灯闪5s，东西红灯闪5s结束M0.2闭合南北绿灯亮25s，东西红灯亮25s南北红灯闪5s，东西黄灯闪5s南北红灯亮25s，东西绿灯亮25s南北黄灯闪5s，东西红灯闪5s结束图 4-3 状态 S2 流程图 图 4-4 状态 S3 流程图4.24.2 系统的程序设计及说明系统的程序设计及说明 系统的主梯形图如下所示：图 4-5 南北方向车流量比东西方向大图 4-6 南北方向车流量比东西方向小图 4-7 两个方向车流量相等6I0.1、I0.2、I0.3 由数字比较器的结果控制，当南北方向车流量比东西方向大时， I0.1 为 1，I0.2

12、、I0.3 为 0，线圈 M0.0 通电，当南北方向车流量比东西方向小时。I0.2 为 1，I0.1、I0.3 为 0，线圈 M0.1 通电当两个方向车流量相等时，I0.3 为 1，I0.1、I0.2 为 0，线圈 M0.2 通电。其梯形图如图 4-5、图 4-6、图 4-7 所示。图 4-8 设定的红绿灯的时间由线圈 M0.0 控制通断当线圈 M0.0 通电时，计时器 T37、T38、T39、T40 开始计时，30 秒后 T37 通电， 35 秒后 T38 通电，55 秒后 T38 通电，60 秒后计时器 T37、T38、T39、T40 均断电。图 4-9 设定的红绿灯的时间由线圈 M0.1

13、 控制通断当线圈 M0.1 通电时，计时器 T41、T42、T43、T44 开始计时，20 秒后 T41 通电， 25 秒后 T42 通电，55 秒后 T43 通电，60 秒后计时器 T41、T42、T43、T44 均断电。7图 4-10 设定的红绿灯的时间由线圈 M0.2 控制通断 当线圈 M0.2 通电时，计时器 T45、T46、T47、T48 开始计时，20 秒后 T45 通电， 25 秒后 T46 通电，55 秒后 T47 通电，60 秒后计时器 T45、T46、T47、T48 均断电。图 4-11 开关控制南北绿灯 启动开关 I0.0 闭合，当线圈 M0.0 通电时，南北绿灯亮 30

14、 秒；当线圈 M0.1 通电 时，南北绿灯亮 20 秒；当线圈 M0.2 通电时，南北绿灯亮 25 秒。图 4-12 表示说明南北黄灯闪烁 5 秒8当 T37 通电时南北黄灯闪烁，5 秒后 T38 通电，常闭开关动作，闪烁结束，其余同 理。图 4-13 南北红灯亮，然后闪烁 5 秒 当 T38 通电时，南北红灯亮，维持到 T39 通电，T39 常闭开关动作；接着南北红灯 闪烁 5 秒，其余同理。图 4-14 东西绿灯亮 当 T38 通电时，东西红灯亮，20 秒后 T39 通电，T39 常闭开关动作，红灯熄灭； 当 T42 通电时，东西红灯亮，30 秒后 T43 通电，T43 常闭开关动作，红灯

15、熄灭；当 T46 通电时，东西红灯亮，25 秒后 T47 通电，T47 常闭开关动作，红灯熄灭。图 4-15 东西黄灯闪烁 5 秒 当 T39 通电时，南北黄灯开始闪烁，5 秒后 T40 通电，T40 常闭开关动作，东西黄 灯熄灭；当 T43 通电时，南北黄灯开始闪烁，5 秒后 T44 通电，T44 常闭开关动作，东9西黄灯熄灭；当 T47 通电时，南北黄灯开始闪烁，5 秒后 T48 通电，T48 常闭开关动作， 东西黄灯熄灭。图 4-16 东西红灯亮然后闪烁 5 秒按下启动按钮 I0.0 时，当线圈 M0.0 得电时，东西红灯开始亮，30 秒后 T37 通电， T37 常闭开关动作，南北红灯

16、开始闪烁，5 秒后 T38 得电，T38 常闭开关动作，南北红 灯熄灭；当线圈 M0.1 得电时，东西红灯开始亮，20 秒后 T41 通电，T41 常闭开关动作， 南北红灯开始闪烁，5 秒后 T42 得电，T42 常闭开关动作，南北红灯熄灭；当线圈 M0.2 得电时，东西红灯开始亮，25 秒后 T45 通电，T45 常闭开关动作，南北红灯开始闪烁， 5 秒后 T46 得电，T46 常闭开关动作，南北红灯熄灭。 4.34.3 设计程序仿真设计程序仿真 本设计基于 IASIMU107B S7200 PLC 仿真软件进行仿真，由于仿真过程大致相同， 以下只对当线圈 M0.0 通电时的仿真进行详细的图文解释。 当开关 SB1 合上时，根据车流量检测系统的测量结果，相应线圈得电。即当南北 车流量比东西方向大时，线圈 M0.0 得电。当线圈 M0.0 得电时，T37 通电待 30 秒后动