十字路口交通灯的PLC控制设计

2011 - 2012 学年第一学期《十字路口交通灯的PLC控制设计》
课程设计报告
题目：十字路口交通灯的PLC控制设计
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班级：
姓名：
指导教师：
成绩：
电气工程系
2011年12 月 1日
课程设计任务书
附图
十字路口交通信号灯自动控制
摘要
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，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。

城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点。

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。

目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。

由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

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。

关键字 PLC/交通灯/程序控制
目录
1 应用背景与需求 (1)
2 控制任务分析 (2)
2.1 方案研究 (2)
2.2 控制要求 (3)
2.3 控制任务分析 (4)
2.4流程图 (4)
2.5十字路口交通灯模拟控制时序表及时序图 (5)
3 PLC选型及输入输出地址定义 (6)
3.1 可编程控制器选型 (6)
3.2 输入输出定义 (7)
3.3 输入输出接线图 (8)
4 程序设计 (9)
4.1简略梯形图 (9)
4.2 程序梯形图 (10)
4.3 语句表 (11)
5 系统安装与调试 (12)
5.1 程序输入 (12)
5.2 系统安装 (14)
5.2.1元件表 (14)
5.2.2安装接线 (15)
5.2.3 将程序写入PLC (15)
总结 (16)
致谢 (17)
参考文献 (18)
一应用背景与需求
中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。

从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。

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。

为此，进行了深入的研究，本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。

实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。

其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而通过对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。

PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。

它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，
定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.PLC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC 将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便的实现。

目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。

由于PLC 本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

二控制任务分析
2.1方案研究
2.1.1 十字路口交通灯控制要求：
（1）接通交通灯工作开关（x000）后，南北红灯亮60S时间（同时东西绿灯亮55S后闪烁3S停止，而后东西黄灯亮2S停止）停止；
（2）南北红灯结束点亮后，东西红灯亮60S时间（同时南北绿灯亮55S后闪烁3S停止，而后南北黄灯亮2S停止）停止；
（3）再循环到南北红灯点亮60S时间停止，如此循环；
（4）甲指示灯模拟东西向行驶车，乙指示灯模拟南北向行驶车；
2.1.2 交通灯循环控制方式变化顺序（单循环周期30S）：
南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯55S，直行绿灯闪亮3S，，黄灯2S和红灯60S。

当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，黄灯亮；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，黄灯亮.
2.1.3 控制示意图
图2-1交通指挥信号灯示意图
2.2 控制要求
结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验，在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：
（1）禁止通行灯（亮时为红色）
（2）准备禁止通行灯（亮时为黄色）
（3）直通灯（亮时为绿色）
2.3 控制任务分析
2.3.1 控制要求表
表2-1 十字路口交通信号灯控制要求表：
2.3.2 文字说明
结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下，当交通灯系统启动开关接通时：
1、南北红灯与东西绿灯同时电亮，南北红灯点亮60S后停止。

东西绿灯点亮55S
时，闪烁三次停止，点亮东西黄灯。

2、东西黄灯点亮2S停止，点亮东西红灯与南北绿灯。

3、东西红灯点亮60S后停止。

南北绿灯点亮55S时，闪烁三次停止，点亮南北黄灯。

4、南北黄灯点亮2S停止，点亮南北红灯与东西绿灯。

返回第一点循环工作，直至停止按钮被按下。

2.4 流程图
图2—2控制流程图
2.5 时序表：
南北道东西道
红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯
运行1
（55s）
亮灭灭灭灭亮
2
（3s）
亮灭灭灭灭闪
3
（2s）
亮灭灭灭亮灭
南北道东西道
红灯黄灯绿灯红灯黄灯绿灯
运行4
（55s）
灭灭亮亮灭灭
5
（3s）
灭灭闪亮灭灭
6
（2s）
灭亮灭亮灭灭
循环1→2→3→4→5→6→1→2......
2.5.1 时序图
图2—3时序图
三 PLC选型及输入输出地址定义
3.1 可编程控制器选型
分析交通信号灯控制系统控制的要求，该系统采用自动工作方式，其输入信号有系统开启，停止按钮信号，输出信号有东西方向、南北方向各两组指示灯驱动信号。

由于每一个方向的两组指示灯中同种颜色的指示灯同时工作，为节省输出点数，可采用并联输出方法。

由此可知系统所需的输入点数为1，输出点数为7，全部是开关量。

根据以上分析，此系统属小型单片机控制系统。

其中控制器的选型范围较广，本次交通灯设计我们选用欧姆龙公司的CPM1A-30CDR-A系列可编程控制器。

C系列PLC是欧姆龙公司的低档机，属于整体式结构，内含CPU，可以单独使用，其外部连接口主要有I/O接线端子、各种外连插座或插槽，以及各种运行信号指示灯等部分,并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成，要增加系统的控制功能，则可以连接相应的特殊单元。

3.2 输入输出定义
3.3 输入输出接线图：
图3—1输入输出接线图
四程序设计
4.1 简略梯形图
图4—1交通控制系统梯形图
4.2 程序梯形图
图4—2程序梯形图4.3 语句表
表4—1语句表五系统安装与调试
5.1 程序输入
图5-1 程序输入截图5.2 系统安装
5.2.1 元件表
表5—1元件表
5.2.2 安装接线
5.2.2.1 元器件布局图
图5—1元器件布局图
5.2.2.2 信号灯模拟分布图
图5-2信号灯模拟分布图
5.2.3 将程序写入PLC
将程序写入PLC的方法有两种，一种是用专用的编程器（如手持式编辑器）传输到PLC，一种是在电脑安装上编程软件后通过编程电缆传输到PLC。

各种PLC
的编程软件不同，编程电缆也有所不同，具体的操作方法可根据具体情况而定，在现场一般用编程器修改调试，因为本设计是在实验室模拟实际交通灯控制情况，故采用电脑编程通过数据线写入的方式。

总结
设计程序是一个漫长的过程，需要我们静下心来坚持下去。

同时在调试的过程中也要仔细检查每一个细节。

我们要充分利用身边的资源熟悉基本电路，了解设计的原理及其设计步骤，熟悉PLC的类型及其编程软件。

在设计的过程中对每条指令都要认真对待否则很容易出现问题。

例如：将动断写成了动合，输入弄成了输出，指令弄错等等。

在设计制作过程中，常爽负责搜集资料，陈华欣负责制控制任务分析，郭肖棣负责PLC选型，程红飞负责程序设计，董航系统安装调试。

在程序的设计过程中我们遇到了一些困难，整理过后发现有以下几个问题：（1）行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系
在实际的红绿灯控制中主干道的红绿灯有着一定的对应关系，在编程前一定要理清它们的转换关系，这样有利于简化程序、减少PLC不必要的运算。

（2）手动车流控制按键的控制方式
手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯的延长进行控制，但不能使它在按下时改变当时的红绿灯显示情况，如南北红灯东西绿灯时，按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯，即涉及到了一个请求和响应的关系。

（3）交通灯的闪亮
交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，查看PLC的交通灯程序介绍时，发现有一些继电器可以实现闪烁，这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但闪烁频率不能控制。

由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我用了一个用程序进行实现，此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以比较灵活的控制。

致谢
时光荏苒，岁月如梭。

记忆的雪花翩翩起舞，思绪定格在凤凰花开的季节。

挥洒过汗水，也滴落过泪花，这里有我熟悉的一切，有我热爱的一切。

恍惚中，在美丽的大学校园中，度过了人生中宝贵的年华。

凤凰涅磐需要经历烈火的煎熬和痛苦的考验。

迈进象牙塔殿堂时的激动，仍时刻在内心回荡，不知不觉中完成了人生中最大的一次蜕变。

蜕变需要经历过磨练，磨练可以让我们更为坚强，去勇敢面对生活中所遇到的困难与磨难这次课程设计得到了很多同学帮助，感谢在我课程设计过程中，帮我一起搜集资料的朋友和同学，正因为有你们，才使得这篇设计能完整的呈现在这里，才使得自己完成了这个令人兴奋的目标，同窗之间的友谊永远长存。

另外，感谢老师给予我这样一次机会，能够完成一个课题，并在这个过程当中，给予我们各种方便，使我们在即将离校的最后一段时间里，能够更多学习一些实践应用知识，增强了我们实践操作和动手应用能力，提高了独立思考的能力。

再一次对我的母校表示感谢。

感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在大学生活即将结束的最后的日子里，我们再一次演绎了团结合作的童话，把一个庞大的，从来没有上手的课题，圆满地完成了。

正是因为有了你们的帮助，才让我不仅学到了本次课题所涉及的新知识，更让我感觉到了知识以外的东西，那就是团结的力量。

最后，感谢所有在这次毕业设计中给予过我帮助的人！
参考文献
【1】吴丽，梅杨，《电气控制聿PLC应用技术》，机械工业出版社 2008年1月【2】P L C之家W W W.P L C.100.C O M
【3】P L C365P L C365.C O M
【4】P L C技术网W W W.P L C J S.C O M。