创新认知与实践--实验项目

创新认知与实践-交通信号灯控制系统

交通信号灯控制系统的PLC 控制认知与实践的主要内容包括：设计交通信号灯控制系统的硬件模型、编写I/O 分配表、画PLC 接线图、编写梯形图程序以及程序的调试和运行。用于培养自动化等专业学生的实践教学。

1、交通信号灯控制系统的控制要求：

十字路口交通指挥信号灯如图1所示。信号灯由一个启动按钮控制，当按下启动按钮时，系统按如下顺序工作：

1)东西方向红灯亮、南北方向绿灯亮，维持10 s 2)东西方向红灯亮、南北方向绿灯闪，维持3 s 3)东西方向红灯亮、南北方向黄灯亮，维持2s 4)南北方向红灯亮、东西方向绿灯亮，维持10s 5)南北方向红灯亮、东西方向绿灯闪，维持3s

6)南北方向红灯亮、东西方向黄灯亮，维持2s 。之后，又回到步骤1，周而复始地运行。

系统停止的要求，当按下停止按钮时，系统停止工作。

图1 交通信号灯示意图

2、时序图：

根据交通信号灯的控制要求，交通信号灯的时序图如图2所示。

启动

东西绿

东西黄东西红南北绿南北黄南北红

图2 交通信号灯时序图

3、I/O 地址分配表：

根据交通信号灯的控制要求，本系统所用的硬件包括西门子S7-300 PLC 、启动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只。

系统的I/O 地址分配表如表1所示 。

表1 I/O 地址分配表

4、系统接线图：

根据交通信号灯的控制要求，PLC 接线图如图3所示 。

启动按钮

停止按钮

南北向绿灯南北向黄灯南北向红灯东西向绿灯东西向黄灯东西向红灯FU

图3 交通信号灯PLC 接线图

6、梯形图程序：

东西绿灯闪

东西黄灯亮

东西绿灯亮

南北黄灯亮

南北绿灯亮

南北绿灯闪

图4 交通信号灯状态切换图和梯形图

交通信号灯控制系统提高项目1

一、控制要求

1．系统工作受开关控制，起动开关ON 则系统工作；起动开关OFF 则系统停止工作。

2．控制对象有八个：

东西方向红灯两个, 南北方向红灯两个，

东西方向黄灯两个, 南北方向黄灯两个，

东西方向绿灯两个, 南北方向绿灯两个，

东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。

3．控制规律：

1）高峰时段按时序图二运行，正常时段按时序图三运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4 秒，暗0.6 秒的规律反复循环。

2）高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行。

十字路口交通信号灯自动控制系统有白天和黑夜两种方式。按下启动按扭开始工作，按下停止按扭停止工作。白天/黑夜开关断开时为白天工作方式，闭和时为黑夜工作方式。白天和黑夜工作的时序分别如下图所示。遇到紧急情况时，东西、南北某一方向可以保持绿灯长亮，另一方向则保持红灯长亮。

主要完成白天/黑夜两种工作方式的选择设计、黑夜工作控制程序以及紧急情况的中断控制程序设计与调试。

本项目的起动设备比较多。有系统起动按钮和停止按钮，有选择工作方式的白天/黑夜开关，还有应对紧急情况的东西/南北向的紧急起动按钮。

本项目的工作方式比较多，有白天正常工作、黑夜正常工作以及紧急工作三种情况。前面两种可以按正常方式进行选择运行，紧急方式要按照紧急中断进行处理。

城市红绿灯一般采用可编程控制器，其中采用PLC程序控制的在实际使用中占有很大的比例。信号一般采用三种控制形式。第一种为传统红绿灯，即在红绿灯之间转换，绿灯变红灯时加黄灯来缓冲；第二种是在传统红绿灯基础上加上绿灯闪烁（以下简称绿闪）功能，即在绿灯将要结束之际加上闪烁，其目的是提醒车辆，并保留黄灯缓冲时间；第三种是数字显示红绿灯，这是目前大城市所用最多的红绿灯，这种是在第二种红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。

另外人行道的红绿灯对行人和车辆起到秩序化的放行和安全交通的交通设备。人行道上的红绿灯也与马路上的红绿灯大同小异，设计方法也基本相同。

方案有三种，一种是传统红绿灯，即绿灯切换到红灯之前用黄灯缓冲，而红灯到绿灯没有黄灯缓冲，这种红绿灯没有人行道上的红绿灯；第二种是普通红绿灯，就是在传统红绿灯基础上加上人行道红绿灯，人行道上只有红、绿两种灯；第三种是大型红绿灯，这种红绿灯是在普通红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。下面就来介绍这三种红绿灯：

方案一传统红绿灯

十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组。这种红绿灯控制简单方便。但是缺点是只适合小型城市或者没有行人过马路和马路两边架设天桥的十字路口。现今已经无法满足较大城市的交通需求，很容易出现交通堵塞现象。

当启动PLC时，南北方向绿灯亮25s，同时东西方向红灯亮20s ；25s后南北方向绿灯闪烁3次（用时3s）后，改为黄灯，之后南北红灯并维持30s；此时东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然后绿灯闪烁3次（用时3s）后转为黄灯亮2s，如此一直循环。如图：

传统红绿灯平面示意图

方案二普通实用型红绿灯

十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组；在每个路口加上人行道，人行道左右方向上各有一组红绿灯，共八组。这种红绿灯以控制简单实用方便，普遍运用在我们生活中。缺点是此种红绿灯不适合用在大型的交通枢纽上，因为它不能承受大流量的车辆通行。下面就来介绍这种红绿灯的设计。

当启动PLC时，南北方向绿灯亮25s，人行道南北方向亮红灯30s ，同时马路东西方向红灯亮30s人行道东西亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；25s 后马路南北方向绿灯闪烁3次（频率1s/次）后，改为黄灯亮2s，之后马路南北红灯亮并维持30s，这时人行道南北方向亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；此时马路东西方向由红灯变为绿灯亮25s，人行道由绿灯变为红灯亮30s；然后绿灯闪烁3次（频率1s/次）后转为黄灯亮2s。如此一直循环。下面是示意图：

普通实用型红绿灯平面示意图

方案三大型红绿灯

十字路口每个方向各有一组左右转弯直行红绿灯，一共四组；人行道东南西北方向上各有一组红绿灯，共八组。这种红绿灯是针对现今大城市交通而设计的，车道上设计了左转、直行、右转三组信号灯。它相对前两种红绿灯有了很大的变化，系统也复杂很多。各组灯之间的关系也比较复杂；但是这种红绿灯面对大量的行人和车辆也可以进行秩序化的放行。下面就来介绍这种红绿灯：注：先对各个方向上的灯作序号，记向北左转为1点方向、向北直行为2点方向以此顺时针计数。最后向东左转为12点方向。

当启动PLC时，系统得电。按下启动按钮，9、5点方向亮绿灯27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s；9、5变红灯同时11、3变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s ，11、3变为红灯同时2、6变为绿灯亮27s后变