基于三菱PLC交通灯控制设计汇总

基于三菱PLC交通灯控制设计说明书
题目：手动交通灯控制
指导老师：xxx
学生姓名：xxx
学号：xxx
所属院系：机械工程学院
专业：机械工程
班级：xxx
完成日期：xxx
机械工程学院
2017年03月
目录
摘要 (3)
第一章PLC控制交通灯系统 (4)
1.1 十字路口交通灯控制实际况 (4)
1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 (4)
1.3 交通灯控制流程图 (5)
第二章交通灯硬件设计 (6)
2.1 硬件及外围元器件的选择 (6)
2.2 PLC外部接线图的设计 (6)
2.3 交通灯的保护措施 (7)
2.4 干扰的来源 (8)
2.5 抗干扰措施 (9)
第三章交通灯控制程序设计 (9)
3.1 控制程序梯形图 (9)
3.2 程序设计指令表 (13)
3.3 程序仿真过程 (15)
第四章设计总结 (17)
4.1 难点分析 (17)
4.2 调试错误与修改方法 (18)
总结心得 (19)
摘要
据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也是一种浪费。

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。

同时，PLC本身还具有通讯联网功能，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。

第一章 PLC控制交通灯系统
1.1十字路口交通灯控制实际情况
南北方向绿十秒红十三秒黄三秒
东西方向绿十秒红十三秒黄三秒
注：以上这些都是基本设定值，可根据实际需要调整红绿灯的时间。

且设计为单行道循环控制方式
交通灯变化顺序表（基本单循环周期26秒）
南北方向和东西方向均设有直行绿灯10秒，黄灯闪烁3秒，红灯10秒。

当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依
次点亮主干道绿灯和主干道黄灯。

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和黄灯。

1.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验
在PLC交通灯模拟块中，主干道东西南北每面都有3个控制点，分别为：
●禁止通行灯（亮时为红色）
●准备禁止通行灯（亮时为黄色）
●直通灯（亮时为绿色）
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.南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯10S，黄灯3S(亮
2秒，灭1秒)和红灯13S。

当南北主干道红灯点亮时，东西住干
道应依次点亮绿灯，黄灯闪亮，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，黄灯闪。

2.除此以外还另设了一个功能，使用下降沿和脉冲开关。

实现交通
管理员可根据不同时间段道路交通流量的实际情况，同时调节两个方向红绿的点亮时间。

按下东西方向的脉冲开关并松开，则东西方向的绿灯时间增加1秒，同时南北方向红灯时间增加1 秒，黄灯时间不改变；反之，按下南北方向的脉冲开关并松开，则南北方向绿灯时间增加1秒，同时东西方向红灯时间增加1秒，而黄灯方向的时间不改变。

1.3十字路口交通灯流程图
启动
按下并松开加减时开关？主道绿灯亮，次道红灯亮
等待10s，主次道状态
不变
主道绿灯增加或减少
1s，次道红灯
主道黄灯闪3s，次道红灯
次道绿灯增加或减少1 s，主道红灯
次道黄灯闪2s，主道红
第二章 PLC交通灯硬件设计
2.1交通灯硬件及外围元器件的选择
根据信号灯的要求，所有器件有：三菱FX系列PLC，启动按钮SB1，停止按钮SB2，红黄绿色信号灯各2个，各种传感器以及若干导线。

2.2 PLC外部接线图的设计
输入，输出接口连线如下图所示：
100ms: T37～T63, T101～T255
表2-1 PLC输入输出端口分配
输入信号定时/计数元件输出信号
名称代号输入点编号名称代号输出点编号工作按钮SB1 I0.0 T33：主道红灯工作13s 报警灯L0 Q0.0
T97：主道黄灯工作3s 主道绿灯L1 Q0.1
T98:次道绿灯工作10s 次道绿灯L2 Q0.2
T99：次道黄灯闪烁3s 主道黄灯L3 Q0.3
T100：次道红灯工作13s 次道黄灯L4 Q0.4
主道红灯L5 Q0.5
次道红灯L6 Q0.6
行人按钮SB2 I0.1 T35:延时1s
行人按钮SB3 I0.2 T36：延迟1s
检测触点SB4 I0.3 T37:计时10min
C20：次道车流量计数
检测触点SB5 I0.4 T38:计时10min
C21：次道车流量计数
交通灯接线图
2.3交通灯保护措施
感应线圈(电感式传感器) 电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。

当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成如图
中虚线所形成的高频磁场。

当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。

当汽车正好在该感应线圈的上方时，该感应线圈的电感减到最小值。

当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。

由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测就可得到汽车通过的电信号。

若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可
知道汽车的存在和通过。

电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感率在0.3％以上。

电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。

传感器最好选用防潮性能好的原材料。

检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的检测器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。

其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部。

传感器的铺设
车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，方案以典型的十子路口为例，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。

2.4干扰的来源
所谓干扰，就是有用信号以外的噪音或造成恶劣影响的变化部分的总称。

干扰源有的在设备内部，有的在设备外部。

1. 外部干扰有：电台及雷达发射的电磁波；太阳及其它天体辐射的电
磁波；气象条件、空中雷电、气温、湿度、地磁场影响；周围电气装置如高压输电线、汽车、日光灯、家用电器发出的电或磁的干扰；电机、接触器的启停和通断；供电电源的波动；各接地点间的点位差等。

2. 内部干扰有：信号线互相之间的串扰；多点接地造成的电位差；寄生
振荡；元件热噪音、触点电势的影响；馈电系统电压或电流突变引起的浪涌干扰；相邻回路之间的耦合；数字地和摸拟地的影响等。

在实际工作环境中，干扰总是客观存在的。

内部干扰与系统结构有关，它可以通过精心设计，改变结构布局和生产工艺等方法，将内部干扰抑制到工程所允许的程度。

外部干扰是随机的，它与系统结构无关，因而难以对干扰源加以限制，而只能针对不同情况，采用不同的方法来处理。

2.5抗干扰的措施
1. 系统总体设计中的抗干扰措施
无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应该充分考虑系统的抗干扰措施，尽量提高它的抗干扰能力。

在具体的电路设计上，应注意一下几个方面：提高系统电平、采用选通脉冲输出、去耦电容、模拟量输入方法、A/D转换器的选用。

2. 信号隔离
在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也是为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把这种措施称之为信号隔离。

当然，采取了隔离措施之后，系统的信号传输功能仍应保持不变。

信号可分为开关量（或称数字量）和模拟量两大类型，信号隔离方法很多，主要有：开关隔离、光电耦合、固态继电器、隔离放大器。

3. 光纤传输与传感
第三章控制交通程序设计
3.1 程序控制梯形图
3.2 程序设计指令表
元器件明细表
元器件功能
X0 启动按钮
X1 停止按钮
X2 增加时间按钮X3 减少时间按钮X4 切换方向1 X5 切换方向2 D10 东西方向
D11 南北方向
3.3 程序仿真过程
1.开始
2.运作过程
运作开始时，由于是下降沿，所以开关X0按下再松开，则红绿灯开始运作。

3.增加或者减少时间的过程操作
第四章设计总结
4.1 难点分析
本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下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
因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。

2．盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。

要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开
3．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延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是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。

这就涉及到了一个请求和响应的关系。

4．交通灯的闪亮
交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中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比较死板闪烁频率不能控制。

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）我想了一个用程序实现的方法，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控制比较灵活。

4.2 调试错误与修改方法
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。

刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。

那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。

灯虽然是亮了但仍然循环不起来。

从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。

突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。

后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。

虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。

在不断的尝试之后才能找到正确的方案来解决设计的难题。

总结心得
在设计过程中我遇到过许多困难，许多指令需要我反复是调试试验才能得到最终我所需要的，尤其是在把时间控制和交通灯结合起来的时候，我想了许多种方案，并进行了一一调试，在调试过程中我否定了许多种方案最后才有了现在的成果。

经过这次设计我发现查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找，毕竟书本上的只是有限，所以需要我们通过各种不同的途径来获取自己想要的，对我们有帮助的资料，高效高质量地完成设计课题。

在程序设计过程中，对PLC基本指令，步进顺序指令，功能指令的编程与应用有更深入的了解，只要你能熟悉掌握，领过运用的话，那么编程对你来说将变得非常容易。

一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。

使我们温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新，但在设计的过程中，遇到了很多问题，我和组员之间互相帮助，听听不同的看法和思路，能使我们对其电路的使用有了更多的认识。

花了整整半个月的时间，我终于完成了设计，通过一次又一次的学习，我们慢慢地体会，研究和感悟，终于领会到成功的喜悦。

整理每一次的调试，我学会了耐心，也品尝到了酸甜苦辣，无数的成功与失败更加肯定了我的研究成果。

而我更加的相信了兴趣是慢慢的培养出来的，随着这次课程设计我也对这门科学有了更深的兴趣。