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1、摘 要古老的交通灯控制系统大多是由数字电路来实现的，随着社会经济的发展，数字 电路交通灯越来越不能满足日益增长的交通压力，因此必须寻求一种新的方法来取代 这种复杂而工作不稳定的控制系统。现今 PLC 技术飞快发展，应用越来越广，在工业 自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器 的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。 本论文就是运用 PLC 原理来实现对十字路口的交通灯的控制，介绍了基于可编程序控 制器在交通系统的运用，系统介绍了可编程序控制器的基本原理。我们所设计出来的 交通灯必须美观、大方、经济适用、有多种变化，为了达到要
2、求，并考虑到节省电子 元件的成本，以达到最大经济效益，运用欧姆龙系列的 PLC 来控制红绿灯的变化，经 过对现今交通灯控制系统进行实地考察，选择一种最优方案，用以在一定程度上缓解 目前交通压力。关键词：交通灯；PLC；自动控制 关键词目 录第一章 绪 论 11.1 交通灯的发展史 1 1.2 我国城市交通的发展现状 2 第二章 PLC 的基础知识 32.1 PLC 的由来 3 2.2 PLC 的结构 4 2.3 PLC 的特点和功能 5 2.3.1 PLC 的特点 5 2.3.2 PLC 的功能 6 2.4 可编程控制器的分类、应用及发展 6 2.4.1 可编程控制器的分类 6 2.4.2 可
3、编程控制器的应用 7 2.4.3 可编程控制器的发展方向 7 2.5 PLC 的工作原理 8 2.5.1 工作原理 8 2.5.2 PLC 的工作过程 9 2.6 PLC 系统设计的一般步骤 10 2.7 PLC 硬件系统设计方法 12 2.7.1 应用系统总体方案设计 12 2.7.2 系统硬件设计根据 12 2.7.3 可编程序控制器的机型选择 12 2.7.4 输入/输出模板的选择 13 2.7.5 系统硬件设计文件 13 2.7.6 系统供电设计 13 第三章 PLC 编程软件 CX-Programmer 的使用简介 143.1 CX-P 编程软件的主要功能 14 3.2 CX-P 编
4、程软件的使用： 153.2.1 绘制梯形图 15 3.2.2 程序的检查和编译 20 3.2.3 下载程序 21 3.2.4 程序的调试及监控 21 3.2.5 主要按钮图标 22 第四章 倒计时计数功能及其实现 234.1 简述 23 4.2 数码显示管 23 4.2.1 数码管的分类 23 4.2.2 数码管引脚图 24 4.2.3 数码管的驱动方式 24 4.2.4 数码管参数 25 4.2.5 恒流驱动与非恒流驱动对数码管的影响 25 第五章 基于 PLC 的交通灯控制系统设计 275.1 控制要求： 27 5.2 I/O 分配表 27 5.3 交通灯 I/O 分布图 28 5.4 交
5、通灯工作流程图 29 5.5 交通灯工作时序图 30 5.6 梯形图 31 第六章 总结与展望 366.1 总结 36 6.2 展望 36 致谢 37 参考文献 38 附录 A： 39 附录 B： 41第一章1.1 交通灯的发展史绪 论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。 但这一技术在19世纪就已出现了。 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
6、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。 电气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， 1914 年始安装于纽约市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，
7、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。 随着中国加入 WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交 通
8、控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路” ，但路修好了如果在交通控制1方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯 也应具有可靠性。1.2 我国城市交通的发展现状随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注，交通问题成为 制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出 现交通拥堵现象，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。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的 重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是那些大城市，随 着城市机动车量的不断增加
9、，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道路，在高速道路建设 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与普通道路耦 合处交通状况的制约。 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、城区同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。因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问
10、题的根 本，现在也有很多城市开始考虑用 GPS 定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯 的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通压 力，但以目前的经济条件还不能完全实现。 那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今路口的实际车流量来确定好放行 时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用 PLC 原 理来完成多交通灯的最优控制。而且，近年来随着科技的飞速发展，PLC 的应用正在不 断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在工业控制和自动控制的 PLC 应用系统中，PLC 具有很强的抗干扰性， PLC 往往是作为一个核心部件来使用
11、。2第二章2.1 PLC 的由来PLC 的基础知识可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控 制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller） ，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发 展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编 程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆， 所以将可编程控制器简称 PLC。 在 19 世纪 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本
12、上都是由继电器控制装 置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随 着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地 重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这 一现状，美国通用汽车公司在 1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制 装置，并提出了十项招标指标，即： 1编程方便，现场可修改程序； 2维修方便，采用模块化结构； 3可靠性高于继电器控制装置； 4体积小于继电器控制装置； 5数据可直接送入管理计算机； 6成本可与继电器控制装置竞争； 7输入可以是交流 115V； 8输出为交流 115V
13、，2A 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9在扩展时，原系统只要很小变更；310用户程序存储器容量至少能扩展到 4K。 1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配 线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可靠性 高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广 应用。到 1971 年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971 日本从 美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。1973 年，西欧国家也研制出 它们
14、的第一台 PLC。我国从 1974 年开始研制。于 1977 年开始工业应用。 在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： “PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字 运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运 算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输 入和输出， 控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与 工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。 ”2.2 PLC
15、的结构PLC 实质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，这些元素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。2.3 PLC 的特点和功能2.3.1 PLC 的特点 （1）高可靠性 PLC 的高可靠性主要表现在以下几个方面： 1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之 间电气上隔离； 2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 10-20ms； 3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰； 4）采用性能优良的开关电源，对采用的器件进行严格的筛选； 5）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU 立即采用有 效措施，以防止故障扩大； 6）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠 性更进一步提高。 （2）丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应
