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1、酒 泉 职 业 技 术 学 院 毕业设计（论 文） 2013 级 太阳能应用技术 专业题 目： 基于PLC的太阳能交通 信号灯的设计 毕业时间： 二一六年六月 学生姓名： 韩发军 指导教师： 吴红 班 级： 13 太阳能班 2015年7月1日酒泉职业技术学院 2016届各专业毕业设计成绩评定表姓名 班级13太阳能专业太阳能应用技术指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践
2、环节指导委员会审核意见签字（盖章） 年 月 日说明：1、以上各栏必须按要求逐项填写.。2、此表附于毕业论文 (设计)封面之后。目录摘要1关键词1一、引言1（一）太阳能交通灯设计的目的和意义1（二）我国太阳能交通灯的发展状况3（三）PLC简介31.PLC概述32.PLC的硬件组成43.PLC的工作原理5二、太阳能交通信号灯的工作原理及控制要求5（一）太阳能交通信号灯的工作原理5（二）太阳能交通信号灯的控制要求5三、交通灯硬件系统的设计6（一）交通灯信号灯的设计6（二）太阳能电池板6（三）蓄电池7（四）太阳能控制器8四、交通灯控制系统的设计9（一）PLC的选型9（二）控制系统程序设计101.PLC
3、控制I/O分配102.PLC外部接线设计113.PLC程序梯形图114.PLC程序指令表13（三）控制系统的调试131.系统的调试过程142.程序调试中遇到的问题及解决方法14五、结论14参考文献15致谢16基于PLC的太阳能交通信号灯的设计摘要：人类社会生活水平的不断提高，导致人类对能源的需求量也越来越大，能源紧缺问题也表现得越来越明显。而且随着世界各国石油、煤炭等自然资源的匮乏，全国大部分地区为了对付缺电，实行了分地区分时段的拉闸限电措施，而交通信号灯作为重要的指挥工具如果因断电不能正常工作的话，便会造成交通安全隐患。因此，如何利用可再生资源成为当今世界关注的焦点。太阳能是一种取之不尽，用
4、之不竭的天然能源，又是一种可再生的清洁能源，具有无需架线，不受地理位置限制等优点，所以得到越来越广泛的应用，市场上LED灯的光效在快速的提高，而价格却在降低。综合这些情况，利用太阳能对交通灯进行供电，不仅能够节约资源，而且使其在市电断电情况下也能正常工作，以及LED的环保节能，太阳能LED交通灯成为各个交通要道上的一道亮丽的风景线，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。本系统采用太阳能供电，采用PLC控制交通信号灯，介绍了太阳能供电系统，设计了PLC控制系统，并对控制程序进行了调试。关键词：太阳能；PLC；LED；交通信号灯一、引言（一）太阳能交通灯设计的目的和意义交通灯是为了加强道路交通
5、管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具。适用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信号控制机控制，指导车辆和行人安全有序地通行。交通灯产生的交通信号是道路交通安全的重要组成部分，是道路交通的基本语言。交通灯由红灯、绿灯、黄灯组成，分别发出红灯信号，绿灯信号 和黄灯信号，按交通安全法实施条例规定：绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍被放行的直行车辆和行人同行。黄灯亮时，已越过停止线的车辆，可以继续通行，黄灯信号的含义介于绿灯信号和红灯信号之间，既有不准通行的一面，又有准许通行的一面。黄灯亮时，警告驾驶人和行人通行时间已经结束，马上就要转换为红灯，应将车停
6、在停止线后面，行人也不要进入人行横道，但车辆如因距离过近不便停车而越过停止线时，可以继续通行。已在人行横道内的行人要视来车情况，或尽快通过，或原地不动，或退回原处。常规的交通灯是由安装电线和铺设电缆即用常规发电作为动力来源的，这样不仅安装繁琐，耗时耗力，而且浪费能源，不稳定性和可靠性都是很差的，且不能适合中国可持续发展战略。而太阳能交通灯是一种利用太阳能作为能源的交通灯，太阳能是地球上最直接最普遍也是最清洁的能源，随着世界能源危机的加剧，各国都在寻求解决能源危机的办法，一条道路是寻求新能源和可再生能源的利用；另一条是寻求大量的节能技术，降低能源的消耗，提高能源的利用效率。太阳能作为一种巨量可再
7、生能源，每天达到地球表面的辐射能大约等到于2.5 亿万桶石油,可以说是取之不尽、用之不竭。太阳能是太阳内部或者表面的黑子连续不断的核聚变反应过程产生的能量。地球轨道上的平均太阳辐射强度为 1369W/。地球赤道的周长为40000km，从而可计算出，地球获得的能量可达 173000TW。在海平面上的标准峰值强度为 1kw/，地球表面某一点 24h 的年平均辐射强度为 0.20kw/，相当于有 102000TW 的能量，尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的 22 亿分之一， 但已高达 173000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于 500 万吨煤。地球上的风能、水能、海
8、洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳，即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、 光电和光化学的直接转换。人类依赖这些能量维持生存，其中包括所有其他形式的可再生能源（地热能资源除外），因此受到人们的广泛关注，又因其不污染环境，且不受供电影响，不用开沟埋线，不消耗常规电能，只要阳光充足就可以就地安装等特点，而被称为绿色环保产品。太阳能交通灯系统由太阳能电池组件部分、LED 灯头、控制器、蓄电池和灯杆等几部分构成。本系统选用阀控密封式铅酸蓄电池，由于其维护很少，故又
9、被称为“免维护电池”，有利于系统维护费用的降低。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。同时，LED 的光谱几乎全部集中于可见光频段，所以发光效率高，一般人都认为，节能灯可节能 4/5 是伟大的创举，但 LED 比节能灯还要节能 1/4，这是一个历史上更伟大的改革。太阳能 LED 交通灯集成了太阳能与 LED 优点。（二）我国太阳能交通灯的发展状况太阳能交通灯是现代交通的发展趋势，随着国家对低碳生活的提倡，太阳能交通灯将会越来越普及，与普通信号灯相比太阳能交通信号灯更环保、节电，因具有蓄电功能，在安装时不需要铺设信号电缆，可以有效避免施工造成断电等情况的发生。图1是出现在城市道路上的太阳能交通信号
10、灯。图1 城市道路上的太阳能交通信号灯自2008年开始在各大发展中城市崭露头角，开始时使用一种新型的交通警示灯“太阳能黄闪警示灯”，把它树立在人行道上，用来提醒广大过往驾驶人注意行人安全，那时还处于试点阶段，试用效果好的话将全面推广。该系统采用太阳能作为能源，白天有阳光照射到太阳能电池板上时，电池板将太阳能转换为电能，其中的部分电能用于维持交通灯正常工作，确保交通道路的畅通流动；剩余电能被储存在蓄电池内，用于夜晚工作。随着现在技术与科技的不断提升,太阳能交通信号灯的使用越来越普遍、方便，新型的太阳能交通设施也层出不穷。太阳能交通灯作为一种绿色环保的节能信号灯一直是交通道路上的标杆,为交通道路安
11、全做出了贡献！（三）PLC简介1.PLC概述可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLLER，PC），早期主要用于计数、定时以及开关量的逻辑控制，为了和个人计算机（PERSON COMPUTER）相区分，把可编程控制器缩写为PLC（PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER，PC）。PLC是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种小批量生产的需要，生产发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今只有40余年，但由于其具有通用灵活的
12、控制性能简单方便的使用性能，可以适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。2.PLC的硬件组成其他接口电路中央处理单元输出电路输入寄存器用户程序存储器系统程序存储器输出寄存器输入电路输入量如图2所示，PLC基本组成包括中央处理器（CPU）、存储器、输入寄存器、输出寄存器、其他接口等。PLC内部各组成单元之间通过电源总线、控制总线、地址总线和数据总线连接，外部则根据实际控制对象配置相应设备与控制装置构成PLC控制系统。图2 PLC硬件组成图（1）中央处理单元（CPU）可编程控制器的中央处理器常采用通用微处理器。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按PLC中系统程序赋
13、予的功能指挥PLC进行工作。CPU的性能关系到PLC处理控制信号能力与速度，CPU位数越高，运算速度越快。（2）存储器PLC使用的物理存储器与一般计算机相同。有随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM）及可电擦除可编程只读存储器等。（3）输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。（4）输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值，而程序循环执行开始时的输出寄存器的值，表明的是上一时间段的真实输出值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出。（5）其他接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块
14、进行连接通信的物理条件。3.PLC的工作原理可编程控制器执行程序是PLC实现控制的核心工作，这些工作项目大致可以分为以下三部分。第一部分是上电处理。PLC上电后对系统进行一次初始化工作，包括硬件初始化，I/O模块配置检察，停电保持范围设定等。第二部分是扫描过程。一是扫描执行系统程序，二是扫描执行应用程序。每次执行应用程序前先完成输入处理，其次完成与其他外设的通信处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。第三部分是出错处理。PLC每扫描一次，执行一次自诊断检查，确定PLC自身的动作是否正常，检查出异常时，CPU面板上的LED及异常继电器会接通，在特殊寄存器中会存入出错代码。当出现致命错误时，CPU被强制为STOP方式，所有的扫描停止。以上三部分内容中，扫描过程是最主要的、最经常的工作。二、太阳能交通信号灯的工作原理及控制要求（一）太阳能交通信号灯的工作原理太阳能LED交通信号灯由太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池、LED信号灯系统等构成。如图3所示是太阳能交通信号灯的原理框图。图3 太阳能交通信号灯原理框图（二）太阳能交通信号灯的控制要求 信号灯受两个按钮控制，当启动按钮动作时，信号灯
