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1、JIN ZHONG VOCATIONAL & TECHNICAL COLLEGE毕业设计（搖丈）基于PLC的交通灯设计所属系部 机电工程系所学专业 机电一体化班 级 高机电0906学生姓名指导教师职 称2012年7月基于PLC的交通灯设计摘要：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：实时控制；PLC;车流量；
2、检测ABSTRACT：In order to solve traffic congestion situation of the crossroads, a real-time control system of crossroadstraffic lights based on PLC, traffic flow monitoring system and digital comparator is presented in this paper. The design systematically introduced the composition and design program
3、of the control system of traffic lights, and then design a procedure. This system use a method of traffic flow detection system to automatically adjustment the time of the traffic lights according to the traffic flow of the crossroads. So it can improve the traffic capacity at the crossroads.Keyword
4、s： Real-time control; Programmable Logic Controller; Vehicle flow; Detect1绪论11.1交通信号灯的作用与研究意义1 1.1.1交通信号灯的作用 1.1.2研究意义1.2 PLC发展的现状1.3 PLC的特点及应用2PLC的结构及原理42.1 PLC的结构42.2 PLC的工作原理43系统的方案设计63.1系统的方案设计63.2十字路口交通灯布置图63.3系统的控制要求74系统器件选型和资源配置84.1系统器件的选型84.1.1 PLC 的选型84.1.2车流量检测系统的选用84.1.3数字比较器的选用104.3交通灯系统
5、的接线形式124.2 I/O地址分配5系统程序设计135.2系统的程序思想1314215.2系统的程序设计 5.3系统程序分析附录22结束语23参考文献24致谢251绪论1.1交通信号灯的作用与研究意义1交通信号灯的作用随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境 恶化，已经成为引人注冃的城市问题Z-0交通问题不仅在发展中国家，就在发达国家也 是一个令人困扰的严重问题。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网 的通信能力。但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是 土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，不可能通过无限制地修建
6、道路难满足口益 增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而 无法取得满意的结果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆 方而考虑还是从道路方而考虑，都很难从根本上解决问题。在本设计中，采用的是调节交 通信号灯的红绿灯时间来改善交通通行率。 随着交通的不断发展和汽车化进程的加快， 交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，己经成为引人注冃的城市问题Z-O交通 问题不仅在发展中国家，就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。众所周知，缓解交 通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。但无论哪个国家的大城市，不可能 无限制地修建道路，不论是
7、资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此， 不可能通过无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加 削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上，由丁交通系统是 一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根木上 解决问题。在木设计中，采用的是调节交通信号灯的红绿灯时间来改善交通通行率。交通信号灯已有100多年的历史了。过去的信号灯是由人丁控制的，现在发展到口动 控制，并由各个路口的各自为班发展到一条线或一个区域的联动，这样，车辆经过的路口 都可能会一路绿灯，大大提高了道路的交通效率。交通信号灯采用红、黄、绿三种
8、颜色，乂叫红绿灯。红灯表示停止或禁止通行，绿灯 表示通行，黃灯表示马上要出现红灯。车辆不能越过停车线，如果车辆已十分接近停车线 而不能安全停车时，可以进入交叉路口。1.1.2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 口益繁忙的交通状况。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：事先经过车俩流量的调查，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，实际上车俩流量的变化往往是不确定的, 有的路口在不同的时
9、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：绿灯方向儿乎没有什么车辆，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。冃前，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，采用同定时间的控 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
10、 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 耍的。随着科学技术的口新月异，自动化程度耍求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满 足当前高度自动化的需要。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、计算机管理技术丁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。1.2 PLC发展的现状可编程控制器(Programmab
11、le Logical Controller)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早期主耍应用于工业控制，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，具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。1.3 PLC的特点及应用可编程控制器交通灯控制系统的特点：%1 脱机手动工作；%1 联机自动就地工作；%1 上机控制的单周期运行方式；%1 由上
12、位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；%1 口动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。冃前，PLC在 国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、 环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下儿类。1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺 序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及口动化流水线。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都 是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必
13、须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital) Z间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控 制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于闘周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用丁开关 量I/O模块连接位盖传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步 进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品儿乎都有运 动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完
14、成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较 多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，冃前许多小型PLC也具有此功能模块。PID 处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化T、热处理、锅炉控制等场合有 非常广泛的丿应用。5. 数抓处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、 排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在 存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置, 或将它们打卬制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可 用于过程控制系统，如造纸、冶
15、金、食品丁-业中的一些大型控制系统。2 PLC的结构及原理2.1 PLC的结构PLC实质上是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。 从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、 显示面板、内存块、电源等，这些元索组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU 模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC的基本结构框图如图21所示：接受现场信号输入接部件中央处理单元CPU板电源部件接 口 部 件 输 出驱动受控元件图2-1 PLC的基本结构框图2.2 PLC的工作原理PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线 圈被接通或断开，该线圈的所有触点（包括其常开或常闭触点）不会立即动作，必须等扫描 到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小T 100ms,因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式一 扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就 没有什么区别了。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程
