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1、长 春 大 学 课程设计纸i十字路口交通信号灯 PLC 控制系统摘要：随着近年来科技和交通工具的发展与人民生活水平不断提高，私家车拥有量越来越多，与之而来的就是日益严重的交通问题。特别是驾驶员违章严重、交通事故频发等问题。于是集计算机、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开始发挥巨大的作用。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。 于是我分析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交通灯控制系统的工作原理，自行设计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
2、词：交通控制；交通灯；PLC 控制机ii长 春 大 学 课程设计纸Intersection Traffic Lights PLC Control SystemAbstract: With the development of science and technology and transportation tools in recent years and the continuous improvement of peoples living standards, the number of private cars has become more and more, which is t
3、he increasing traffic problem. In particular, the drivers are serious, traffic accidents and vehicle exhaust pollution. Therefore, the intelligent traffic command center control system integrating computer, information, electronics and communication is playing a huge role. The installation and use o
4、f the system has greatly alleviated the congestion of urban roads and improved the road capacity. The reduction of the number of drivers violation of the regulations has restrained the occurrence of traffic accidents.Then I analyze the present situation of the modern urban traffic control and manage
5、ment problems, combined with the actual situation of the urban and rural traffic light control system working principle, design a kind of simple and practical urban traffic light control system hardware circuit design.Keywords: Traffic Control, The Traffic Light, PLC Control Machine长 春 大 学 课程设计纸I目目
6、录录第 1 章 前言.11.1 设计目的 11.2 设计要求 1第 2 章 总体方案设计.22.1 设计的整体思路 22.1.1 十字路口交通灯的原理及示意图.22.2 总体方案 32.2.1 CPU 选择 .32.2.2 输出连接方式选择.32.2.3 程序方案 .3第 3 章 系统 PLC 部分设计.43.1 PLC 的选择.43.1.1 CPU224 型 PLC 端子介绍 43.2 输入输出点分配表 53.3 十字路口交通灯的接线图 63.3.1 PLC 控制系统 I/O 接线图 .63.3.2 十字路口交通灯的接线图.73.4 十字路口交通灯的控制时序图 73.5 十字路口交通灯的控制
7、梯形图 8第 4 章 系统 MCGS 组态部分设计94.1 监控界面设计 94.2 PLC 与组态的通讯连接10第 5 章 模拟调试115.1 编程思想 .115.2 控制系统的程序调试步骤 .115.3 调试过程遇到的问题及解决方法 .11总 结.12参考文献.13附 录.14长 春 大 学 课程设计纸共 26 页第 1 页第第 1 1 章章 前言前言1.11.1 设计目的设计目的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
8、代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 城市与城市之间共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键。同时随着我国经济的稳步发展，城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，大量汽车进入寻常老百姓的家庭。据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资
9、源也是一种浪费。 于是，我想设计一个十字路口交通信号灯 PLC 控制系统，可以区别正常时段、高峰时段和晚间时段，来利用道路上的每一个要素，因此完成对人力和物力资源的充分利用。1.21.2 设计要求设计要求（1） 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括 PLC 硬件配置电路。（2）根据控制要求，编制交通信号灯 PLC 控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。（3）编写设计过程和有关说明。（4）基于 PLC 的十字路口交通灯电气控制电路图。（5）PLC 控制程序（梯形图和指令表） 。长 春 大 学 课程设计纸共 26 页第 2 页第第 2 2 章章 总体方案设计
10、总体方案设计2.12.1 设计的整体思路设计的整体思路2.1.12.1.1 十字路口交通灯的原理及示意图十字路口交通灯的原理及示意图如图 2.1 是十字路口交通信号灯示意图, 本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯两个，南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。 正常时段(6:307:00、8:1516:30、19
11、:3022:00)：南北绿灯亮维持 25 秒，闪烁 5 秒后南北黄灯亮 5 秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮 5 秒闪烁 5 秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，25秒后东西方向绿灯闪烁 5 秒后熄灭，东西黄灯亮 5 秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮 5 秒后熄灭。然后如此循环往复。高峰时段（7:008:15、16:3019:30）：南北绿灯亮维持 30 秒，闪烁 5 秒后南北黄灯亮 5 秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮 5 秒闪烁 5 秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，20 秒后东西方向绿灯闪
12、烁 5 秒后熄灭，东西黄灯亮 5 秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮 5 秒闪烁 5 秒后熄灭，同时南北绿亮。然后如此循环往复。晚间时段（22:00-6:30）：东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。图 2.1 十字路口交通信号灯的示意图长 春 大 学 课程设计纸共 26 页第 3 页2.22.2 总体方案总体方案 2.2.12.2.1 CPUCPU 选择选择 方案一：CPU222。集成8输入/输出共14个数字量I/O点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立
13、的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。方案二：CPU224。集成14输入/10输出共24个数字量I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。由于CPU222的I/O端子排可很容易地整体拆卸，具有很强控制能力的控制器，最终选择了方案二。2.2.22.2.2 输
14、出连接方式选择输出连接方式选择输出端的交通灯可以选择并联或串联的连接方式。采用串联可以可以节省输出点数；但为保证相同方向同种颜色的指示灯同时工作，采用并联输出。2.2.32.2.3 程序方案程序方案使用比较指令的编程设计：用定时器产生每隔 90s 的脉冲序列，用来控制东西南北方向红绿黄灯的循环工作周期时间为 90s，再用比较指令来设置不同方向上红、绿、黄灯点亮的时间。长 春 大 学 课程设计纸共 26 页第 4 页第第 3 3 章章 系统系统 PLCPLC 部分设计部分设计3.13.1 PLCPLC 的选择的选择3.1.13.1.1 CPU224CPU224 型型 PLCPLC 端子介绍端子介
15、绍（1）基本输入端子CPU224 的主机共有 14 个输入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和 10 个输出点（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1） ，在编写端子代码时采用八进制，没有 0.8 和0.9。CPU224 输入电路参见图 2-2，它采用了双向光电耦合器，24V 直流极性可任意选择，系统设置 1M 为输入端子（I0.0I0.7）的公共端，2M 为（I1.0I1.5）输入端子的公共端。（2）基本输出端子CPU224 的 10 个输出端。共用 1M 和 1L 公共端，Q0.5Q1.1 共用 2M 和 2L 公共端，在公共端上需要用户连接适当的电源，为 PLC 的负载服务。CPU224 的输出电路有晶体管输出电路和继电器输出两种供用户选用。在晶体管输出电路中（型号为 6ES7 214-1AD21-0XB0）中，PLC 由 24V 直流供电，负载采用了MOSFET 功率驱动器件，所以只能用直流为负载供电。输出端将数字量输出分为两组，每组有一个公共端，共有 1L，2L 两个公共端，可接入不同电压等级的负载电源。在继电器输出电路中（
