十字路口交通灯PLC毕业设计

青岛求实职业技术学院
毕业设计设计课题 PLC交通灯设计
院系机电工程学院
专业机电一体化
班级______________
学生姓名______________
指导教师______________
完成日期2011年3 月1日
目录
摘要--------------------------------------------------------------------------------------------3 第一章：引言--------------------------------------------------------------------------------5 第二章：交通灯控制系统-----------------------------------------------------------------5 第三章：可编程控制器程序设计--------------------------------------------------------------9 第四章：总结-------------------------------------------------------------------------------22 第五章：结束语----------------------------------------------------------------------------24 第六章：致谢-------------------------------------------------------------------------------25 第七章：参考文献-------------------------------------------------------------------------26
摘要
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡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硬件电路设计方案。

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，通过我应用所学的知识设计了一套交通灯控制电路的方案。

交通灯的控制系统主要由计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器组成。

关键词：计时电路、主控电路、信号灯转换器、脉冲信号发生器
Abstract:
Has analyzed the modern municipal transportation control and themanagement question present situation, unified the city andcountryside transportation the actual situation to elaborate thetraffic light control system principle of work, has produced one kindof simple practical city traffic light control system hardware circuitdesign plan. Along with the social economy development, the municipaltransportation question more and more arouses people's interest. The person, the vehicle, the road three relations coordinations, havebecome one of important questions which the traffic control departmentneeds to solve. The municipal transportation control system is uses inthe computer synthesis management system management system which themunicipal transportation data monitor, the street-traffic controllights control and the transportation unblocks, it is in the modernmunicipal transportation monitoring command system the most importantconstituent. Along with the city vehicle quantity unceasing increase, many bigcities like Beijing, Shanghai, Nanjing and so on had thetransportation excess load movement situation, therefore, from the80's later periods, these cities constructs the city speed-way inabundance, completes the initial period in the speed-way construction,they also once effectively improved the transportation condition. However, and lacks along with the volume of traffic fast growth to thespeed-way system research and the control, the speed-way not fullyplays the anticipated role. But city speed-way in structurecharacteristic, also had decided the city speed-way transportationcondition inevitably receives the speed-way and the ordinary pathcoupling place transportation condition restriction. Therefore, how uses the appropriate control method, maximum limit usesthe good consumption large amount of money construction the cityspeed-way, alleviates branch with Ramp , the city supports with theperipheral locality transportation stops up the condition, more andmore becomes the main question which the transportation management andthe urban planning department urgently awaits to be solved. Therefore, applied the knowledge through me which studied to design aset of traffic lights control circuit plan. The traffic light controlsystem mainly by the timing circuit, the host controls the electriccircuit, the signal light switch, the pulse signal generating deviceis composed.
Key word: The timing circuit, the host control the electric circuit,the signal light switch, the pulse signal generating device
第一章引言
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。

第二章交通信号控制系统
1 十字路口交通灯控制实际情况
南北主干道直行绿27S直行绿闪3S左转绿10S 左转绿闪3S 黄2S 红45S
东西人行道绿27S 绿闪3S 红60S
东西主干道红45S 直行绿27S 直行绿闪3S左转绿10S 左转绿闪3S 黄2S
南北人行道绿27S 绿闪3S红60S
循环控制方式
交通灯变化顺序表（单循环周期90秒）
1．1南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯27S，直行绿灯闪亮3S，左行绿灯10S，左转绿闪3S，黄灯2S和红灯45S。

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，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯；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，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。

1．2 南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。

南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验
在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，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）
另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为：
●禁止通行灯（亮时为红色）
●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，
2．1南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10S，绿灯闪亮2S（亮0.1 灭0.1）,黄灯2S和红灯14S。

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

2．2南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。

南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。

2．3 除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。

实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。

其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统。

南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒。

东西向行人道绿灯也要对应延长。

南北向脉冲开关对应东西向功能相同。

3流程图
第三章可编程控制器程序设计
1 可编程控制器选择
本次交通灯设计用的是来自OMRON的CPM1A-30CDR-A可编程控制器
产品规格：CPM1A CPU单元CPM1A 在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型PLC所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。

而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。

它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求
AC电源输入，继电器输出，能加扩展单元
2 十字路口交通灯模拟控制时序图
4 程序梯形图
第四章总结
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。

1．1 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。

1．2 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
1．3 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。

1．4 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（程序段在第86条~第94条指令之间），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。

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。

3、PLC智能化控制交通灯的方法
传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的
方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。

具体由传感器采集后送入可编程序控制器。

在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端J(斑马线附近)和远端Y(距斑马线约100米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。

为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两部分：其一是固定的10秒作为路口车辆状态参数的采集时间t1；其二是根据两个方向车辆流量变化进行模糊决策的延时t2。

然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行模糊推理运算得出延迟时t2，最后由t1和t2来实现对十字路口车流量的灵活控制。

6 结束语
本次设计内容为用可编程序控制器（PLC）控制PLC交通灯设计。

主要目的是解决目前交通灯控制中存在的一些问题，合理地利用PLC的硬件资源和软件资源，充分利用各种指令的简化控制程序，做到控制程序应尽量简单，便于理解，并有一定的规律性以便能适合于控制不同交通灯的要求。

PLC在交通灯控制上的应用主要体现在它的逻辑开关控制功能。

由于PLC具有逻辑运算，计数和定时以及数据输入输出的功能。

在交通灯运行过程中，各种逻辑开关控制与PLC很好的结合，很好的实现了对车流的控制。

通过合理的选择和设计，提高了交通灯的控制水平，并改善了交通灯运行的灵活度，使交通灯达到了较为理想的控制效果。

本次设计对交通灯控制中常见的一些问题进行改进和完善，主要体现在以下几个方面：
a.解决了交通灯在突然失电时产生的异常现象；
b.提高了PLC输入、输出端子的利用率；
c.采用FX
型PLC，在市场上具有普遍性；
2N
d.增强了某些控制功能。

e.采用基本指令和功能指令，既简化了程序又增强了可读性。

在设计中，经过对程序地反复修改和完善，并且最后在赵老师为我们准备的交通灯模型上实验运行，取得了一定的预期效果。

但是在交通灯智能控制方面还有一点要完善的地方。

由于本人知识不够扎实，在交通灯设计方面经验不足，设计中肯定有很多不妥当的地方，还恳请各位评阅老师多多批评，让我有更大的提高。

谢谢！
致谢
近一个月的毕业设计马上就要结束了，这是我们大学之中最后一个也是最重要的一个设计、一个阶段。

毕业设计是考验我们大学这三年来的所学，它要求我们将大学这三年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。

这次的毕业设计，是对我这三年来所学的专业知识是否踏实的检验，让我对这三年中所学知识进行了综合，也让我温习了一些已经快要淡忘的专业知识，并且还学到了一些实际工程经验。

与此同时，我也充分认识到自身的许多不足：基础知识学得不够扎实，缺乏综合运用及理论联系实际的能力等。

在毕业设计期间，在赵老师的悉心指导下，我从最初的开题报告开始做起，进行设计方案的确定。

根据毕业设计的要求，结合自己掌握的有关知识，完成了“PLC交通灯设计”的这一设计课题。

本次设计内容为用可编程序控制器（PLC）控制PLC交通灯设计。

主要目的是解决目前交通灯控制中的一系列的问题，合理利用PLC的硬件和软件资源，提高交通灯的可靠性和灵活性。

由于交通灯控制系统相对比较复杂，一开始接触起来难度很大。

在设计过程中，我不断的修改程序，完善程序，然后在模拟交通灯上调试，取得了非常好的效果。

在此期间，我遇到了许多意想不到问题，尤其是交通灯模型的模仿运行以及程序的反复修缮，幸亏在指导老师和同学的帮助下一一得到解决，顺利地完成了本次毕业设计。

在做毕业设计的过程中主要掌握学习和研究方法，提高自学能力和独立思考解决问题的能力，在此期间我不仅使自己熟悉了PLC的各种指令和操作方法，使自己的思考能力和动手能力得到了提高，而且让我对交通灯的现状和PLC的前景有了较为深刻的认识。

但也因为能力上的不足，对交通灯中的有些问题未能很好的解决。

希望在今后的工作中不断的完善自己的知识，提高自己的能力，在工作中能不断的融入新技术和新思想，并希望在今后的学习中不断地得到各位老师的指教。

在几周的课题研究过程中，自始至终得到了指导老师的热情鼓励和悉心指导。

在此过程中，导师付出了大量的心血和汗水。

导师广博的知识、严谨的治
学态度、科学的思维方式、求实创新的工作作风令我收益匪浅。

在这即将毕业
之际，特向指导老师表示忠心的感谢和诚挚的敬意！
201*-**-**
参考文献
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[2]《可编程序控制器应用指南》易传禄主编上海科普出版
社
[3]《可编程序控制器（PC）原理与应用》朱绍祥主编上海交大出版
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[4]《可编程序控制器教程》王兆义主编机械工业出版
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[5]《可编程序控制器原理及应用》钟肇新彭侃编华南理工大学出版
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