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1、榆林学院本科毕业设计（论文）分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目基于PLC的交通指挥信号灯控制系统设计作 者萧烨院 (系)能源工程学院专 业电气工程及其自动化指导教师答辩日期年 月 日27榆 林 学 院毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人毕业设计（
2、论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要本文采用PLC对交通指挥信号灯控制系统进行了设计，期望能够疏导交通，控制车流。首先对设计的国内外现状进行了介绍，并对PLC的原理与结构进行了简述。其次对交通指挥信号灯控制系统进行了设计，并完成了硬件连接电路。再次通过编程软件PowerPre/Codesys进行了梯形图语言编写，并写出其指令。最后对梯形图及现场运行图进行了仿真。通过仿真，设计切实可行。关键词：交通灯；PLC；控制系统；仿真ABSTRACTIn this paper the traffic signal lights control system
3、is designed by the PLC, expect to be able to divert traffic, control the traffic. Firstly, the situation at home and abroad of the design were introduced and the principles and structures of the PLC will be brief. Secondly,traffic lights control system be designed, the hardware connection circuit ha
4、s be complete. Again the ladder language instructions had been wrote by the programming software PowerPre / Codesys.Finally the ladder diagram and the operation graph are simulated. Through the simulation, the design is feasible.Key words：Traffic lights; PLC; Control system; Simulation目 录摘 要IIABSTRA
5、CTIII1 绪论11.1 设计的意义11.2 国内外研究现状11.3 PLC概述与结构22 交通指挥信号灯控制系统硬件设计42.1交通信号灯的控制要求42.2交通信号灯的控制时序52.3 PLC的选择52.4输入/输出分配表72.5硬件电路的连接设计73PLC信号灯控制程序设计93.1 PLC运行流程图93.2正常时序下信号灯控制程序设计103.3急行灯的设定123.3.1 东西急行灯的设计123.3.2 南北急行灯的设计133.4对变量进行声明143.5整体交通信号灯梯形图143.6指令表164仿真及验证204.1梯形图的仿真204.2急通车的梯形图仿真运行234.2.1 东西方向急通车2
6、34.2.2 南北方向急通车244.2.3 闪烁脉冲信号244.3现场运行的图形模拟仿真254.3.1 正常运行状态下的图形仿真254.3.2 急行灯状态下的图形仿真28总结30参考文献32致 谢33榆林学院本科毕业设计（论文）1 绪论1.1 设计的意义随着社会的推动与进步，国内外城市交通堵塞问题越来越突显，城市交通问题成为制约我国社会经济发展的大问题，现在大多数城市都经常出现交通拥堵现象。人、车、路三者相互关系的协调，成为交通管理部门必须解决的问题。随着社会的前进与发展，一个城镇的交通是否便捷，是衡量其是否具有发展潜力的重要指标。如何采用合适的控制方法，如何最大限度利用城市高速道路，如何缓解
7、主干道与匝道、城市同周边地区交通的拥堵状况，现已成为交通运输管理和城市规划部门需要解决的主要问题。为实现交通道路的有效管理，使交通管理科学化、先进化，合理化，便捷化，政府对交通灯进行研究和改善，通过PLC（Programmable Logical Controller）技术对交通灯进行逻辑控制，通过控制交通灯的时间和交换频率，以及对交通灯工作时间的控制，从而提高十字路口的通行能力，使交通变的更加通畅与安全。随着电气工业的发展，PLC制造价格的不断降低和用户需求量的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行系统控制。随着中国经济的高速发展和工业自动化水平的不断提高，PLC的应用在我国越来越广
8、泛。通过对PLC知识的应用和学习，能使本人了解关于可编程控制器的控制原理。以及自动化系统为人们所带来的便利。熟悉交通信号灯的基本原理，不但增长和拓宽了专业知识还提高了思维创新能力和动手能力。为今后的工作奠定了扎实的基础。1.2 国内外研究现状现如今，红绿灯已安装在各个十字路口上，成为疏导交通车辆最常见并且也是最有效的方式。这一技术早在19世纪就已经出现了。1858年，在英国伦敦的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议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。他由红绿旋转
9、方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。然而1869年煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消使用。电气启动的红绿灯最早出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年开始安装在纽约市的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”12。随着计算机技术和自动控制技术的发展，交通系统理论的不断发展和完善，交通运输组织和优化理论、技术的不断提高，国内外逐渐形成一批有效的城市道路交通管理系统。目前交通灯设计的方案许许多多。如：澳大利亚的SCAT系统，采取分层递阶式控制结构。其控制中心备有一台监控计算机和一台管理计算机，通过串行数据通讯线路相连。地区主控制器用于分析路段控制器送
10、来的车流数据，确定控制策略，并对本区域路口进行实时系统控制。SCATS系统充分体现了计算机网络技术的特点。其结构易于修改，控制方案较易更换。英国的SCOOT系统是由英国道路研究所以TRANSYT系统为基础，采用自适应控制方法在1980年提出的动态交通控制系统。SCOOT是为方案生成的控制系统，是通过安装在交叉路口的每条进口车道上，检测器所采集的车辆信息，然后进行联机处理，从而形成控制方案，并能连续实时调整系统周期、通信比和相位差来控制不同的交通流，使得交通的通畅、便捷2。国内对城市交通控制系统的应用和研究工作起步较晚，国家一方面以改善城市市中心交通为核心的技术进行研究，另一方面采取引进与开发相
11、结合的方针，建立了一些城市道路交通控制系统，并取得了较好的效果。但我国的实际情况决定了需要对这些引进的系统进行相应的改进，例如：需要完善信号的控制，现有的信号控制系统还存在一定的局限性。需要解决混合的交通流问题，而现有的信号控制系统对自行车流大多是与机动车同时开始，这样容易造成交通流冲突。1未来交通灯应该拥有自动调整亮灯时间长短的功能，同时使一个城市的交通灯互相能够网络通信。譬如，它能自动感应该地区的交通情况，若检测到目前交通拥堵的话，该交通灯能自动控制红、黄与绿灯的亮灯时间长短，并且根据实际道路对相邻十字路口的信号灯发出拥堵信号，相互控制，调节。利用模糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交
12、叉口信号灯控制和网络通信，今后的单个交叉口信号灯控制将成为信号灯的主要研究方向。通过模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制，将成为今后交叉口信号灯控制研究的重点。1.3 PLC概述与结构可编程控制器（PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术的一种通用的工业自动化控制装置。具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等特点3。专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并具有较强的驱动能力4。PLC采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式。每次扫描过程，集中对输入信号进行采样，集中对输出信号进行刷新。一个扫描周期分为输入采样，程
13、序执行，输出刷新2。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、用户程序执行和输出刷新三个阶段5。（1）在输入采样阶段，PLC以扫描方式读入所有的输入状态和数据，并将它们存入I/O映像区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段6。（2）在用户执行阶段，PLC自上而下，从左到右的顺序依次扫描编写的梯形图程序，并对触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应的状态；或确定该输出线圈在I/O映像区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图规定的特殊功能指令6。（3）在输出刷新阶段，CPU按照I/O映像区内对应的状态
14、和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设6。PLC是一种专用于工业控制的计算机，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；模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架35。PLC结构主要包括电源、存储器、中央处理单元（CPU）（1）PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。一般交流电压波动在+10%（+15%）范围内，可以不采取其他措施而将PLC直接连接到交流电网上去。（2）存储器主要包括系统程序存储器，用户程序存储器，系统RAM存储区5。系统程序存储区中存放系统程序，包括监控程序、管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序；用户程序存储区存放用户编制的用户程序；系统RAM存储区包括I/O映象区，指对在输入采样阶段读入的输入状态和数据和I/O状态进行存放，另外系统软设备存储区包括如逻辑线圈、计时器、计数器、数据寄存器和累加器等的存储区45。（3）中央处理单元（CPU）是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接受并存储从编程器键入的用户程序数据、检查电源、存储器I/O以及定时器的状态，并诊断用户程序中的语法错误45。CPU主要由运算器、控制器、寄存器实现它们之间的数据通讯。CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有
