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1、上海中华职业技术学院毕业项目_2011_届项目类别：_毕业设计_ 项目名称：_交通信号灯PLC控制系统设计 专业名称： _ 机电一体化_ _ 姓 名 ： _ 季民先_学 号 ：_ _2007010046_班 级 ： _ 07机电一班_ 指导教师：_李国栋_2010年3月1日7目 录摘 要2Abstract3一、绪论4（一）课题背景4（二）设计目的4（三）设计要求5（四）可编程控制器交通灯控制系统的特点7二PLC可编程控制器8（一）PLC可编程控制器的特点9（二）PLC可编程控制器的一般结构10（三）PLC可编程控制器的应用13四、基于PLC可的交通灯控制的设计14（一）PLC可编程控制器的工作
2、方式14(二)PLC可编程控制器汇编语言14（三）PLC可编程控制器的基本指令15（四）交通信号灯系统设计流程图18（五）交通信号灯系统硬件设计电路连接19（六）交通信号灯系统控制程序设计22总 结24致 谢25参考文献25摘 要就如何应用实现十字路口交通信号灯自动控制的设计展开讨论，通过分析对交通信号灯的控制要求，对控制系统进行了软、硬设计。同时将的逻辑控制、数据运算、数据比较、数据传送通过程序有机的结合起来，既控制交通灯的变化，还有时间显示。关键词：PLC； 信号灯； 控制系统AbstractApplication of PLC on how to achieve the design o
3、f intersection traffic signal control debate and the analysis of the traffic signal control requirements of a PLC control system software and hardware design. While PLC logic control, data operations, data comparison, data transmission through the process of combining organic and not only control th
4、e traffic light changes, as well as the time display.Key Words:PLC ； a signal lantern ； control system一、 绪论（一）课题背景1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气
5、启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路交通和道路标志信
6、号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但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。（二）设计目的本次设计的主要目的是通过某设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设备必须满足生产设备和生产工艺的要求
7、，因此，设计之前必须了解设备的用途，结构，操作要求，工艺流程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念和全局素养。设计应强调能力的锻炼与培养，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几个方面能力的培养与提高，如独立工作与创造力；综合运用专业知识及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料，产品信息使用手册和各种工具的性能；工程绘图的能力；书写技术报告和编程技术资料的能力。（三）设计要求图1某十字路口东西方向和南北方向各装有直行(包括右转弯)控制红、黄、绿交通信号灯和左转弯控制红、绿交通信号灯，另外还有倒计时显示器。显示器用于显示相应方向直行控制当前点亮信号灯还要持续的时间(剩余时间)，
8、由另外的单片机系统构成（这里不予以考虑设计）。图1 交通灯示意图系统中有一个控制开关，接通则进入正常工作状态，关断则停止工作。1. 设计规律：系统启动后，东西直行绿灯亮6秒,与此同时南北红灯全亮15秒；东西左转弯红灯亮； 东西灯亮6秒后开始闪烁，周期为1秒(灭0.5秒，亮0.5秒)，闪亮2秒。东西直行绿灯闪亮2秒后变成黄灯亮，维持2秒；东西直行黄灯亮2秒后变成红灯亮；同时东西左转弯绿灯亮，维持5秒；东西左转弯绿灯亮5秒后变成红灯亮;(至此东西方向全是红灯亮，维持15秒)；同时南北方向直行控制红灯灭，绿灯亮。维持6秒；南北左转弯继续红灯亮；南北直行绿亮6秒后开始闪烁，周期为1秒(灭0.5秒，亮0
9、.5秒)，闪亮2秒；南北直行绿灯闪亮2秒后变成黄灯亮，维持2秒；南北直行黄灯亮2秒后变成红灯亮；同时南北左转弯绿灯亮，维持5秒；南北左转弯绿灯亮5秒后变成红灯亮 (至此东西方向全是红灯亮)；同时东西方向直行控制红灯灭，绿灯亮；东西左转弯继续红灯亮。循环执行上述1到9步，实现对交通信号灯的控制。见图 2交通信号灯PLC控制系统设计图：图 2交通信号灯PLC控制系统设计图（四）可编程控制器交通灯控制系统的特点 脱机手动工作；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式； 由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、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
10、际应用成为可能。在下一章我们结合交通灯的设计对PLC做一个简单介绍。二PLC可编程控制器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，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在 高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速
11、道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的 交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题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
12、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
13、等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制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。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，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、计算机管理技术于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
14、化设计，配置灵活、组态方便。（一）PLC可编程控制器的特点1. 可靠性高，抗干扰能力PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少到继电器控制系统的1/101/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关
15、接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2. 硬件配套齐全，功能完善，适用性强PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品，并且已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可直接驱动一般的电磁阀和交流接触器，可以用于各
