PLC实现十字路口交通灯控制

河南科技大学
课程设计说明书
课程名称：电气控制技术
题目：PLC实现十字路口交通灯控制
学院：车辆与动力工程学院
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
日期：2013年7月6号
电气控制技术课程设计任务书
姓名班级学号
设计题目用PLC实现十字路口交通灯控制
设计目的
进一步巩固理论知识，培养所学理论知识在实际中的应用能力；掌握一般生产电气控制系统的设计方法；掌握一般生产电气控制系统的施工设计、安装与调试方法；培养查阅图书资料、工具书的能力；培养工程绘图、书写技术报告的能力。

设计任务及要求
某交通信号灯系统采用PLC控制。

信号灯分东西、南北两组，每组均由红、黄、绿灯组成，并假设东西方向交通情况与南北方向一样繁忙。

1）实现真实环境的十字路口交通灯模拟控制（即有东西南北方向红灯停、绿灯行、黄灯准备，并且有转向：东西方向分别能向南北方向转向）。

2）用数码管分别显示东西和南北方向的红灯的减法计数识别（建议以一支数码管表示一个方向）。

设计时间安排
查阅资料（1天）
设计并绘制电气控制原理图（2天）
设计PLC控制程序（2天）
模拟调试（2天）
撰写课程设计说明书（2天）
答辩（1天）
主要参考文献
1.黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社, 2011.
2.王建华.电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, 2006.
3.吴晓君.电气控制课程设计指导, 北京: 中国建材工业出版社, 2007.
4.高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社，2004.
5.张立科. PLC应用开发技术与工程实践人民邮电出版社，2005.
指导教师签字：年月日
用PLC实现十字路口的交通灯控制
摘要
科近年来随着技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入。

同时带动传统控制检测日新月益更新。

它具有结构简单、编程方便靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。

据统计，编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。

专家认为可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。

由于PLC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地实现。

因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中，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。

在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的。

还应根据具体硬件结构以及针对具体应用对象特点的软件结合加以完善。

十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际用。

关键词：PLC交通灯控制
目录
目录 (1)
第一章绪论 (2)
第二章总体设计思想 (3)
第三章硬件选择 (5)
§3.1 CPU的选择 (5)
§3.2 I/O接口的分配 (5)
第四章软件设计 (7)
§4.1 时序图设计 (7)
§4.2 梯形图设计 (7)
第五章总结 (15)
第六章参考文献 (17)
第一章绪论
城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。

其目标在于改善交通流的质量，更好地利用现有运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。

目前，就我国大多数城市而言，已经建立了多种交通信号控制系统，与此同时，其中利用定时控制的比例较大。

20世纪20年代，人们把各种继电器、定时器、接触器以及触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种机械设备，这是传统的继电器控制系统。

随着工业的发展，设备和生产过程越来越复杂。

对于复杂的系统继电器控制系统存在两个缺点：一个是可靠性差，另一个是灵活性差。

因此在实现十字路口交通灯控制的时候我们将目光转向了更为有效的控制装置——PLC。

可编程控制器简称——PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。

专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。

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信号灯进行精确控制。

目前大多品牌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。

第二章总体设计思想
当启动按钮按下后，南北主干道处于红灯状态，东西道路处于绿灯可通行状态。

具体过程为：
（1）南北红灯持续38S，在此期间东西红灯亮13S，这13S为东西方向左转绿灯亮10S,闪烁3S，然后处于熄灭状态，左转结束，同时东西直行绿灯亮起，持续时间为20S。

到20S时闪烁3S，然后黄灯亮2S，此过程共38S。

（2）启动38S时刻东西变为红灯，持续时间也为38S，南北方向仍然为红灯，继续持续13S，此段时间为南北方向左转时间，左转绿灯亮10S闪烁3S
后熄灭状态,然后南北方向直行绿灯亮起，持续20S闪烁3S后转为黄灯，持续时间为2S，然后南北红灯亮起循环执行过程（1），整个周期一共76S。

最后用数码管在东西和南北方向上显示其红灯将要转换为绿灯前的最后3S倒
计时。

至此，控制系统一个周期的定时已经完成。

经过分析，十字路口交通灯在工作过程的一个周期过程中，将会出现以下10种状态：
1.南北红持续灯亮，东西红灯持续亮，东西方向左转绿灯持续亮；
2.南北红灯持续亮，东西红灯持续亮，东西方向左转绿灯闪烁；
3.南北红灯持续亮，东西直行绿灯持续亮，东西方向左转绿灯熄灭；
4.南北红灯持续亮，东西直行绿灯闪烁；
5.南北红灯持续亮，东西黄灯亮；
6.南北红灯持续亮，东西红灯持续亮，南北方向左转绿灯持续亮；
7.南北红灯持续亮，东西红灯持续亮，南北方向左转绿灯闪烁;
8.南北直行绿灯持续亮，东西红灯持续亮，南北方向左转绿灯熄灭；
9.南北直行绿灯闪烁，东西红灯持续亮；
10.南北直行黄灯亮，东西红灯持续亮；
整个过程如下表所示
东西方向红灯绿灯
Q0.0
绿灯
闪烁
黄灯
Q0.1
红灯Q0.2 13S 20S 3S 2S 38S
左转灯东西左转
绿灯Q0.3
亮10S闪烁
3S
熄灭南北左转
绿灯Q0.7
亮10S闪烁
3S
熄灭
南
北方向红灯Q0.6
绿灯
Q0.4
绿灯
闪烁
黄灯
Q0.5 51S 20S 3S 2S
第三章硬件选择
§3.1 CPU的选择
本课程设计选择西门子S7-200系列型号PLC。

有设计题目要求可知共有一个输入，十个输出故选择CPU型号为224。

CPU224模块共有24个I/O口（14/10），可带7个扩展模块，用户程序存储容量为4K,内置高速计数器，具有PID控制功能；有两个高速脉冲输出端和一个RS-485通讯口；具有PPI 通讯协议、MPI通讯协议和自由口协议的通讯能力。

§3.2 I/O接口的分配
根据控制要求I/O分配如下：
功能说明输入（出）元件
程序启动按钮SB1 I0.0
东西方向直行绿灯Q0.0 黄灯QO.1 红灯Q0.2 左行红灯QO.3
南北方向直行绿灯QO.4 黄灯Q0.5 红灯Q0.6 左转红灯Q0.7
数码管1
东西方向红灯倒计时
倒计时东西方向红灯Q2.0-Q2.7
数码管2
倒计时南北方向红灯Q3.0-Q3.7 南北方向红灯倒计时
第四章软件设计
§4.1 时序图设计
根据硬件要求做出时序图如图一所示：
图1：交通灯控制时序图
§4.2 梯形图设计
根据控制要求可知这个控制过程为76S，在每个周期期间两个红灯至少有一个在亮，其他灯都在等待，所以应该先设计红灯梯形图，根据时序图知红灯的梯形图如图2所示：
1、当接通电源按下SB1时，T39常闭出点闭合，T37通电延时，东西向红绿灯Q0.2亮，过13S后T37线圈得电，常开触点闭合，东西向红灯灭。

T38通电延时25S后，T38线圈得电，常开触点闭合，东西向红灯亮持续38S，38S 后T39常闭触电断开，真个电路失电，东西向红灯一个周期结束。

通电后T50通电延时，延时51S后其常闭触电断开，南北向红绿灯Q0.6熄灭，红灯周期循环进行。

图2 红灯控制梯
2、当按下启动按钮时，东西南北红灯都亮，同时东西左转绿灯亮当西黄灯熄灭后，东西红灯亮，南北红灯持续亮，南北左行等亮。

两个都是亮10S 闪3S。

梯形图如图所示：
图3 左转灯的控制梯形图
3、当东西左行灯熄灭后紧接着东西绿灯亮，持续20S闪烁3S，然后黄灯亮2S，在这个过程中南北红灯一直亮着。

当南北左行灯熄灭后，南北绿灯亮过程如东西方向一样。

梯形图如图四所示：
图4 直行绿灯的控制梯形图
4、过程中有闪烁过程，故需要脉冲发生程序。

如图五所示。

当按下启动按钮后，T59通电延时，0.5S后常开触点闭合，常闭触电断开。

同时T60通电延时，同样0.5S后T60的常闭触电断开，导致T59失电常开触点断开，如此循环，实现频率为1Hz的闪烁。

图5 脉冲发生程序梯形图
5、红灯倒计时三秒的梯形图，当T40延时结束是开始计数，当左转灯闪
烁结束是计数结束。

东西南北方向各有一个用于计数的数码管，动作方式相似，数码管1控制梯形图如图六所示：
图6 数码管的显示控制程序
第五章总结
通过设计可以看出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，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。

所以，已经被越来越多的应用于交通灯控制领域。

总之，PLC作为一门控制技术在我国已有近二十年的应用，并已从工业控制逐渐向其他行业扩展，相信随着其本身性能的不断提高，其应用领域将不断拓宽，了解及掌握这一控制技术，将使我国的自动化控制技术得到更广泛的应用与发展。

当然我深深感到这次设计有许多缺陷：
1：因为自身的原因没有更多的时间准备设计的内容和整理资料使这次设计有些方面不完善。

2：由于没有硬件的支持，只能在电脑上运行软件部分，所以没有太多的办法证明硬件的可靠性。

我也通过这大约两个星期的收集资料、复习课程、着手准备、熟悉流程到最后得出结论，使我学到了很多书本上原先没有深究的东西，也通过查阅有关资料开拓了视野，也学到了很多书本上没有的东西。

总之，通过这段时间的共同努力，终于完成了课程设计。

在这期间有老师的耐心指导，自己的努力和同学的帮助，终于完成了课程设计。

这也算是自己校园生活的一份答卷，希望不会令人失望！
经过大约两个星期的忙碌的学习研究，课程设计已接近尾声，作为一个课程设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方。

如果没有老师的督促指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。

在这里首先要感谢高春艳指导老师。

平时工作繁多，但在我做课程设计
的每个阶段，从资料的收集，开题报告的写作，设计的检查，后期的设计完整性指导等整个过程中都给予了我悉心的指导。

其次要感谢和我一起作课程设计的全体同学，他们在学习生活和精神上给我很大的帮助，且在资料查找过程中我也得到了同学热情的帮助。

最后还要感谢大学以来所有的老师，为我们打下电气专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。

此次课程设计才能顺利完成。

第六章参考文献
1.黄永红.电气控制与PLC应用技术, 北京: 机械工业出版社, 2011.
2.王建华. 电气工程师手册, 北京: 机械工业出版社, 2006.
3.吴晓君. 电气控制课程设计指导, 北京:中国建材工业出版社，2007.
4.高钦和. 可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社，2004.
5.张立科. PLC应用开发技术与工程实践人民邮电出版社，2005.。