十字路口交通指挥信号灯控制系统设计

《电气控制技术》课程设计
设计报告
十字路口交通指挥信号灯控制系统设计
姓名
学号------------
年级2009级本科1班
专业自动化
系（院）汽车学院
指导教师王君普
2011年12月30日
目录
1《电气控制技术课程设计》任务书 (1)
2 前言 (3)
3.PLC的概述 (3)
3.1 PLC的产生及发展 (3)
3.2 PLC的结构 (4)
3.3 plc的定义 (4)
3.4 Plc的工作原理 (4)
3.5 PLC的应用 (4)
4．课程设计交通信号灯控制的实现 (6)
4.1 控制要求 (6)
4.2、动作要求如时序图所示。

(6)
4.3、信号分配 (7)
4.4设备的选择及设备清单表 (7)
4.5 输入输出分配表 (7)
4.6、硬件结构框图 (8)
4.7 接线图 (8)
4.8 流程图 (9)
4.9 十字路口交通灯控制系统梯形图 (10)
4.10指令图 (11)
5、设计心得 (12)
参考文献 (13)
1《电气控制技术课程设计》任务书
系（院）：汽车学院专业：自动化年级：2009级
2 前言
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系统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。

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。

交通信号灯的出现，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。

为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。

用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。

分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。

可编程序控制器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。

3.PLC的概述
3.1 PLC的产生及发展
在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称
Programmable Controller（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。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，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的第一台PLC。

我国从1974年开始研制。

于1977年开始工业应用。

3.2 PLC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。

3.3 plc的定义
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。

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。

”
3.4 Plc的工作原理
1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。

2）程序执行阶段：plc对用户程序扫描。

3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。

3.5 PLC的应用
目前，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几类。

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自动化流水线。

如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。

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，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的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可以用于圆周运动或直线运动的控制。

从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，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厂家的产品几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，目前许多小型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、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。

5 数据处理
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，或将它们打印制表。

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、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。

6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。

随着计算机控制的发展，
工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。

新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。

4．课程设计交通信号灯控制的实现
4.1 控制要求
信号灯受启动/停止开关控制。

当启动/停止开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（1）南.北红灯亮，东西绿灯亮。

（2）南.北红灯亮维持20s，在南.北红灯亮的同时东.西绿灯也亮，并维持15s，到15s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。

在东.西绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。

到2s时，东.西黄灯熄灭，东.西红灯亮。

同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。

（3）东.西红灯亮维持20s，在东.西红灯亮的同时南.北绿灯也亮，并维持15s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。

（4）上述动作循环进行（5）启动/停止开关断开时，所有灯全部熄灭。

4.2、动作要求如时序图所示。

图-1
4.3、信号分配
表-1 控制要求
4.4设备的选择及设备清单表
可编程序控制器选用继电器输出，由于用到1个输入点、6个输出点，在满足控制要求的前提下力争使用的I／O点最少，但必须留有一定的裕量（10％~15％），所以选用FX2-16MR。

按钮只需要1个，可选择普通型、非自动复位的按钮即可。

信号灯选用球形、交流、220V的，需要3个红色的，3个绿色的，3个黄色的。

4.5 输入输出分配表
根据控制要求,在十字路口交通信号灯控制系统中,只有两个输入控制元件:启动按钮SB1和停止按钮SB2;有六个输出元件:东西红黄绿信号灯和南北红黄绿信号灯.编程元件的地址分配如表-2.
表-2 I/O分配
4.6、硬件结构框图
图2 硬件结构框图
4.7 接线图
根据控制要求,作出系统接线如图-3.图中用一个输出点驱动两个信号灯，如果PLC 输出点的输出电流不够，可以用一个输出点驱动一个信号灯，也可以在PLC输出端增设中间继电器，再通过中间继电器去驱动信号灯。

东西绿灯
东西黄灯
东西红灯
南北绿灯
南北黄灯
南北红灯
图-3 系统接线图
由下图可见：启动/停止按钮SB1接于输入继电器X0端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输出继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端，南北方向的绿灯接于输出继电器Y4端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y5，南北方向红灯接于输出继电器Y6。

将输出端的COM及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220v。

4.8 流程图
根据控制要求,画出流程图,如图-4.
图-4流程图
4.9 十字路口交通灯控制系统梯形图
图-5系统梯形图
4.10指令图
图-6 指令图
5、设计心得
在学完PLC理论课程后我们做了课程设计，我做的是十字路口双向交通灯自动控制系统。

由于平时都是学理论，没有实际开发设计的经验。

最开始一头雾水，但通过查资料并学习。

我基本掌握了PLC设计步骤和基本方法。

经过本次课程设计，让我掌握了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法有了更加深刻的理解。

也让我更加了解PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了进一步的了解。

不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中拓宽了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强。

在这次课程设计中遇到了很多问题，也获得了很多意想不到的知识。

在每次解决问题后都有种满足感，甚至对每发现一个问题都有种一种的兴奋。

虽然这次的课程设计整整花了我一个星期的时间，遇到问题后有点心烦、焦急，但是问题解决了就会有一种成就感，这是自主的去思考突破，是自身的能动力起了作用。

因此，这次的课程设计很有意义，感谢老师为我们精心安排了这次课程设计，让我们在短时间内掌握了很多知识，远离了枯燥的课本理论。

并学到了书本以外的许多东西，比如吃苦耐劳的精神、钻研问题的毅力等等。

还要感谢老师长期以来的谆谆教诲。

参考文献
[1]方承远，王炳勋电气控制原理与设计[M].银川：宁夏人民出版社，1989.
[2]田瑞庭，可编程序控制器应用技术[M]。

北京：机械工业出版社，1994
[3]陈立定，电气控制与可编程序控制器的原理及应用[M]北京：机械工业出版社，2004
[4]工厂电气控制技术，方承远张振国，机械工业出版社，2006.7。