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1、绪论绪论绪论 随着社会经济和城市交通的快速发展，城市规模的不断扩大，交通日益繁忙，红绿灯 已经成为疏导交通最常见和最有效的手段。 红绿灯采用红、黄、绿三种颜色组成。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左 右转弯；红灯是禁止通行信号，面对红灯车辆必须停止前进；黄灯是等待信号，面对黄灯 车辆不能越过停车线，等待信号指示。 城市红绿灯一般采用可编程控制器，其中采用 PLC 程序控制的在实际使用中占有很大 的比例。信号一般采用三种控制形式。第一种为传统红绿灯，即在红绿灯之间转换，绿灯 变红灯时加黄灯来缓冲；第二种是在传统红绿灯基础上加上绿灯闪烁（以下简称绿闪）功 能，即在绿灯将要结束之际加上闪烁，其
2、目的是提醒车辆，并保留黄灯缓冲时间；第三种 是数字显示红绿灯，这是目前大城市所用最多的红绿灯，这种是在第二种红绿灯基础上加 左右转弯和倒计时显示。 另外人行道的红绿灯对行人和车辆起到秩序化的放行和安全交通的交通设备。人行道 上的红绿灯也与马路上的红绿灯大同小异，设计方法也基本相同。丽水职业技术学院第 2 页共 19 页 设计者：蔡晓芳第一章第一章 设计方案设计方案 1.1 设计基础设计基础 此次 PLC 编程方法均与以 S7-200 作为背景机。 1.2 方案选择方案选择 这次给的方案有三种，一种是传统红绿灯，即绿灯切换到红灯之前用黄灯缓冲，而红 灯到绿灯没有黄灯缓冲，这种红绿灯没有人行道上的
3、红绿灯；第二种是普通红绿灯，就是 在传统红绿灯基础上加上人行道红绿灯，人行道上只有红、绿两种灯；第三种是大型红绿 灯，这种红绿灯是在普通红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。下面就来介绍这三种红 绿灯： 方案一方案一 传统红绿灯传统红绿灯 十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组。这种红绿灯控制简单方便。但是缺点是 只适合小型城市或者没有行人过马路和马路两边架设天桥的十字路口。现今已经无法满足 较大城市的交通需求，很容易出现交通堵塞现象。 当启动 PLC 时，南北方向绿灯亮 25s，同时东西方向红灯亮 30s ；25s 后南北方向绿 灯闪烁 3 次（用时 3s）后，改为黄灯，之后南北红灯并维持 3
4、0s；此时东西方向由红灯变 为绿灯亮 25s，然后绿灯闪烁 3 次（用时 3s）后转为黄灯亮 2s，如此一直循环。如图：传统红绿灯平面示意图方案二方案二 普通实用型红绿灯普通实用型红绿灯 十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组；在每个路口加上人行道，人行道左右方 向上各有一组红绿灯，共八组。这种红绿灯以控制简单实用方便，普遍运用在我们生活中。 缺点是此种红绿灯不适合用在大型的交通枢纽上，因为它不能承受大流量的车辆通行。下PLC 编程设计报告第 3 页共 19 页 设计者：蔡晓芳面就来介绍这种红绿灯的设计。 当启动 PLC 时，南北方向绿灯亮 25s，人行道南北方向亮红灯 30s ，同时马路东西
5、方 向红灯亮 30s 人行道东西亮绿灯 27s 后闪烁 3 次（频率 1s/次） ；25s 后马路南北方向绿灯闪 烁 3 次（频率 1s/次）后，改为黄灯亮 2s，之后马路南北红灯亮并维持 30s，这时人行道南 北方向亮绿灯 27s 后闪烁 3 次（频率 1s/次） ；此时马路东西方向由红灯变为绿灯亮 25s，人 行道由绿灯变为红灯亮 30s；然后绿灯闪烁 3 次（频率 1s/次）后转为黄灯亮 2s。如此一直 循环。下面是示意图：普通实用型红绿灯平面示意图方案三方案三 大型红绿灯大型红绿灯 十字路口每个方向各有一组左右转弯直行红绿灯，一共四组；人行道东南西北方向上 各有一组红绿灯，共八组。这种
6、红绿灯是针对现今大城市交通而设计的，车道上设计了左 转、直行、右转三组信号灯。它相对前两种红绿灯有了很大的变化，系统也复杂很多。各 组灯之间的关系也比较复杂；但是这种红绿灯面对大量的行人和车辆也可以进行秩序化的 放行。下面就来介绍这种红绿灯：注：先对各个方向上的灯作序号，记向北左转为 1 点方向、向北直行为 2 点方向以此顺时针计数。最后向东左转为 12 点方向。当启动 PLC 时，系统得电。按下启动按钮，9、5 点方向亮绿灯 27s 后变为黄灯亮 3s 最后变为红灯亮 90s；9、5 变红灯同时 11、3 变为绿灯亮 27s 后变为黄灯亮 3s 最后变为红 灯亮 90s ，11、3 变为红灯
7、同时 2、6 变为绿灯亮 27s 后变为黄灯亮 3s 最后变为红灯亮 90s ，2、6 变为红灯同时 8、12 变为绿灯亮 27s 后变为黄灯亮 3s 最后变为红灯亮 90s。人行道 上开始南北方向绿灯亮 60s 后变为红灯亮 60s，东西方向红灯亮 60s 后变为绿灯亮 60s。马丽水职业技术学院第 4 页共 19 页 设计者：蔡晓芳路东南西北右转方向亮灯与南北人行道一样。完成一个周期后，循环。下面是平面示意图：大型红绿灯平面示意图1.3 方案比较方案比较下面把三种方案列出比较：方案材料选择优点缺点方案比较方案一 传统红 绿灯12 盏 220v 50 Hz 指示灯，四 杆四米灯架结构简单，安
8、装 方便，有基本功 能只有基本马路红 绿灯功能，不具 实用性方案二 普通实 用型红绿灯28 盏 220v 50 Hz 指示灯，四 杆四米灯架，八 杆两米灯架控制简单实用， 安装方便，拥有 马路和人行道功 能在一些大型城市 或交通繁忙路段 无法正常疏导交 通方案三 大型红 绿灯52 盏 220v 50 Hz 指示灯，四 杆四米灯架，八 杆两米灯架能胜任各个交通 路口，指示灯全 面，功能齐全。控制系统设计和 结构都很复杂， 安装线路繁多经三种方案优缺 点的对比（以丽 水城市为例） ， 选择方案二比较 适合，她适用现 在的中小城市， 控制结构简单， 功能相对齐全， 从经济方面考虑 也是相对节约的。P
9、LC 编程设计报告第 5 页共 19 页 设计者：蔡晓芳第二章第二章 红绿灯控制系统设计红绿灯控制系统设计 2.1 PLC 型号选用型号选用 根据设计要求得出，只需要一个启动按钮 SB1 和一个停止按钮 SB2 两个输入信号，而 马路上有六组信号灯，人行道上有四组信号灯，共十组输出信号。为避免大材小用，秉承 经济节约方针，我们应尽量选择最经济的方案。这次设计我们选用了 S7-200 CPU224 型号 PLC，外加 CPU221 作为外加的模块。 2.2 硬件设备选用及硬件设备选用及 I/O 地址分配地址分配 2.2.1 硬件设备选用硬件设备选用名称型号及要求备注PLC 主机S7-200 CP
10、U224可另加模块主开关SB1、SB2变压器方正 EI 行变压器220v 变 24v交通信号指示灯人行道信号指示灯超高强度 LED 灯光强度：红 928cd 黄 714cd 绿 989cd；功 率（w）：红、黄=500m,工作电压 AC220v15%电线BVR2.5 平方铜芯硬线长度自选其他附件S7-200 CPU221外加 PLC 模块2.2.2 I/O 地址分配地址分配序号功能外部元件内部地址 I/O备注1停止停止按钮 SB1I0.2红色按钮2启动启动按钮 SB2I0.3绿色按钮3连接作用M0.0、M0.1中间继电器4计时T37、T47、T51计时 30s5计时T48、T53计时 27s6
11、计时T38、T43计时 25s7计时T42、T46计时 2s8计时T39、T40、T44、T45、T49 、T50、T54、T55计时 0.59计数C20-C23计数 3 次10停止指示马路南北红灯Q0.0亮 30s11通行指示马路南北绿灯Q0.1亮 25s，闪 3s12等待指示马路南北黄灯Q0.2亮 2s13停止指示马路东西红灯Q0.3亮 30s14停止指示马路东西绿灯Q0.4亮 25s，闪 3s15等待指示马路东西黄灯Q0.5亮 2s16通行指示人行道南北绿灯Q0.6亮 27s，闪 3s17停止指示人行道南北红灯Q0.7亮 30s18通行指示人行道东西绿灯Q1.0亮 27s，闪 3s19停
12、止指示人行道东西红灯Q1.1亮 30s丽水职业技术学院第 6 页共 19 页 设计者：蔡晓芳地址分配表2.2.2 硬件电路接线（实验用电路）硬件电路接线（实验用电路）PLC 调试接线图 注：实验选用的指示灯为工作电压为 24v 50Hz。变压器为方正 EI 行变压器。进行模拟实 验时，接线每个端口输出都只接一盏灯作为指示。PLC 编程设计报告第 7 页共 19 页 设计者：蔡晓芳2.2.3 硬件电路接线（实验线路接线）硬件电路接线（实验线路接线）实际电路接线图丽水职业技术学院第 8 页共 19 页 设计者：蔡晓芳2.2.4 红绿灯控制系统要求红绿灯控制系统要求A 图 从图中的方向箭头可以看出，
13、南北马路亮的是绿灯指示可以通行，东西人行道上亮的绿灯 也是可以通行的。而马路东西方向上两的是红灯车辆停止通行，南北人行道上亮的也是红 灯禁止通行。B 图 在 A 图中马路南北是绿灯通行的，经过一段时间马路南北由绿灯变为黄灯，而东西人行道PLC 编程设计报告第 9 页共 19 页 设计者：蔡晓芳上海是绿灯通行状态，而南北人行道和东西马路没有变化。C 图 紧接 B 图之后，黄灯计时到马路南北变为红灯禁止通行。而东西马路和南北人行道红灯变 为绿灯通行状态。此时东西人行道就马上变为红灯让道给马路上的车辆。D 图 D 图 效果与 B 图相类似，它是记绿灯之后的黄灯缓冲阶段，马路东西方向原本是绿灯通 行状
14、态，现变为黄灯缓冲阶段，车辆等待下一步指示。而东西人行道和南北马路红灯因计 时没到没有变化。紧接 D 图之后是 A 图。ABCD 四张图纸依次循环组成十字路口红绿灯。丽水职业技术学院第 10 页共 19 页 设计者：蔡晓 芳2.3 红绿灯设计系统功能图红绿灯设计系统功能图顺序流程图 当按下启动按钮后，系统如图所示的循环工作。2.4 红绿灯控制系统时序图红绿灯控制系统时序图 红绿灯工作时都按系统控制要求的顺序进行，如图时序图 当系统启动时，其作情况如上时序图。马路东西红灯亮 30s，同时马路南北绿灯亮 25s，之 后由 3s 的闪烁，紧接着为黄灯亮 2s。马路东西红灯 30s 结束后绿灯接上，绿灯亮 25s 后变 为黄灯亮 2s 之后变为红灯，如此循环。系统启动同时，人行道南北红灯亮 30s，东西绿灯 亮 25s 之后闪烁 3s 在变为黄灯亮 2s 。人行道东西绿灯亮 25s 后闪烁 3s 变为黄灯亮 2s 在 变为红灯亮 30s 又变为绿灯如此循环。PLC 编程设计报告第 11 页共 19 页 设
