基于PLC的交通灯设计毕业论文.doc

基于PLC的交通灯设计姓 名： 学 号：指导教师：摘要为了解决十字路口的交通拥挤状况，本文提出了一种基于PLC、车流量检测系统和数值比较器的十字路口交通灯实时控制方案。该设计系统地介绍了交通灯控制系统的组成和设计方案，并进行了程序设计。通过车流量检测系统实现了对十字路口车流量的智能检测，并根据车流量的变化，实时地对红绿灯时间进行合理调配，从而提高了十字路口的通行能力。关键词：PLC 车流量 检测第一章 绪论1.1交通信号灯的研究意义 在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，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，实际上车辆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、较适用的方案，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，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍仍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的根据车流量控制的方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，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。1.2 PLC发展的现状可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展，现代PLC已经成为真正的工业控制设备。第二章 系统的方案设计2.1系统的方案设计 目前的智能交通灯控制系统有以红外感应车流量的、有按预定时间段改变通行时间的，有以电视监控信息来干预的等多种方法与手段，各有特点。本设计是一个以车流量为核心的智能交通灯自动控制系统，通过使用一种车流量检测系统检测车量，实现了十字路口交通灯的智能控制。根据车流量检测系统测出的车流量，利用数值比较器进行比较，将南北和东西两个方向车流量的比较结果送入PLC进行控制，从而调节两个方向红绿灯时间的长短。2.2十字路口交通灯布置图根据系统的方案设计可分析得出，本系统需要合理配置车流量线圈检测系统、数值比较器、PLC和红绿灯。其布置图如图2-1所示：图2-1 十字路口布置图2.3系统的控制要求如果十字路口实行交通灯智能控制系统，则相当于一个有经验的交警对各方向的车辆进行统计，根据车流量的不同分配以不同的绿灯时间，从而进行合理的调配，防止车辆的堵塞，较好地解决了上述问题，这是代替模拟控制的有效办法。交通灯控制系统的控制要求如下：1.信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，检测系统检测到的信号经数值比较器，将结果送给PLC。系统开始工作，且先南北绿灯亮，东西红灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。2.南北绿灯亮维持一段时间后南北黄灯闪烁，同时东西红灯亮相同时间后红灯闪烁。3.南北黄灯闪烁5秒。南北红灯亮一段时间，同时东西红灯闪烁5秒，东西绿灯亮与南北方向相同时间。4.南北红灯亮维持一段时间后南北红灯闪烁5秒，熄灭。同时东西绿灯维持相同时间后，东西黄灯闪烁5秒，熄灭。5.周而复始。 第三章 系统的资源配置3.1I/O地址分配PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。在本系统中要用到接通延时定时器，接通延时型定时器是各种PLC中最常见最基本的定时器，这种定时器在 SIEMENS的PLC中，称为SD型定时器。其定时时间T=PTS，即定时时间=设定值精度。1ms: T32, T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25根据系统的控制要求可分析得出PLC的输入/输出点分配表见表3-1。表3-1 PLC的输入/输出点分配表输入信号定时元件输出信号名称代号输入点编号T37，T38，T39，T40，T41，T42，T43，T44，T45，T46，T47，T48名称代号输出点编号工作开关SB1I0.0T37，T41，T45分别代表南北绿灯亮30秒，20秒，25秒，东西红灯亮30秒，20秒，25秒南北绿灯L0Q0.0比较结果Y0I0.1T38，T42，T46：南北黄灯闪烁5秒，东西红灯闪烁5秒南北黄灯L1Q0.1比较结果Y1I0.2T39，T44，T47分别代表南北红灯亮20秒，30秒，25秒，东西绿灯亮20秒，30秒，25秒南北红灯L2Q0.2比较结果Y2I0.3T40，T45，T48：南北红灯闪烁5秒，东西黄灯闪烁5秒东西绿灯L3Q0.3东西红灯L4Q0.4东西黄灯L5Q0.53.2交通灯系统的接线形式端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接南北绿灯，端口Q0.1接南北黄灯，端口Q0.2接南北红灯，端口Q0.3接东西绿灯，端口Q0.4接东西黄灯，端口Q0.5接东西红灯。I0.0 接线圈M0.0，I0.1接线圈M0.1，I0.2接线圈M0.2。第四章 系统程序设计及模拟4.1系统的程序思想设南北方向最大车流量为A，东西方向最大车流量为B。其流程图如图4-1、图4-2、图4-3、图4-4所示：图4-1 主程序流程图 图4-2 状态S1流程图 图4-3 状态S2流程图 图4-4 状态S3流程图4.2系统的程序设计及说明系统的主梯形图如下所示：图4-5 南北方向车流量比东西方向大图4-6 南北方向车流量比东西方向小图4-7 两个方向车流量相等I0.1、I0.2、I0.3由数字比较器的结果控制，当南北方向车流量比东西方向大时，I0.1为1，I0.2、I0.3为0，线圈M0.0通电，当南北方向车流量比东西方向小时。I0.2为1，I0.1、I0.3为0，线圈M0.1通电当两个方向车流量相等时，I0.3为1，I0.1、I0.2为0，线圈M0.2通电。其梯形图如图4-5、图4-6、图4-7所示。图4-8 设定的红绿灯的时间由线圈M0.0控制通断当线圈M0.0通电时，计时器T37、T38、T39、T40开始计时，30秒后T37通电，35秒后T38通电，55秒后T38通电，60秒后计时器T37、T38、T39、T40均断电。图4-9 设定的红绿灯的时间由线圈M0.1控制通断当线圈M0.1通电时，计时器T41、T42、T43、T44开始计时，20秒后T41通电，25秒后T42通电，55秒后T43通电，60秒后计时器T41、T42、T43、T44均断电。图4-10 设定的红绿灯的时间由线圈M0.2控制通断当线圈M0.2通电时，计时器T45、T46、T47、T48开始计时，20秒后T45通电，25秒后T46通电，55秒后T47通电，60秒后计时器T45、T46、T47、T48均断电。图4-11 开关控制南北绿灯启动开关I0.0闭合，当线圈M0.0通电时，南北绿灯亮30秒；当线圈M0.1通电时，南北绿灯亮20秒；当线圈M0.2通电时，南北绿灯亮25秒。图4-12 表示说明南北黄灯闪烁5秒当T37通电时南北黄灯闪烁，5秒后T38通电，常闭开关动作，闪烁结束，其余同理。图4-13 南北红灯亮，然后闪烁5秒当T38通电时，南北红灯亮，维持到T39通电，T39常闭开关动作；接着南北红灯闪烁5秒，其余同理。图4-14 东西绿灯亮当T38通电时，东西红灯亮，20秒后T39通电，T39常闭开关动作，红灯熄灭；当T42通电时，东西红灯亮，30秒后T43通电，T43常闭开关动作，红灯熄灭；当T46通电时，东西红灯亮，25秒后T47通电，T47常闭开关动作，红灯熄灭。图4-15 东西黄灯闪烁5秒当T39通电时，南北黄灯开始闪烁，5秒后T40通电，T40常闭开关动作，东西黄灯熄灭；当T43通电时，南北黄灯开始闪烁，5秒后T44通电，T44常闭开关动作，东西黄灯熄灭；当T47通电时，南北黄灯开始闪烁，5秒后T48通电，T48常闭开关动作，东西黄灯熄灭。图4-16 东西红灯亮然后闪烁5秒按下启动按钮I0.0时，当线圈M0.0得电时，东西红灯开始亮，30秒后T37通电，T37常闭开关动作，南北红灯开始闪烁，5秒后T38得电，T38常闭开关动作，南北红灯熄灭；当线圈M0.1得电时，东西红灯开始亮，20秒后T41通电，T41常闭开关动作，南北红灯开始闪烁，5秒后T42得电，T42常闭开关动作，南北红灯熄灭；当线圈M0.2得电时，东西红灯开始亮，25秒后T45通电，T45常闭开关动作，南北红灯开始闪烁，5秒后T46得电，T46常闭开关动作，南北红灯熄灭。4.3设计程序仿真本设计基于IASIMU107B S7200 PLC仿真软件进行仿真，由于仿真过程大致相同，以下只对当线圈M0.0通电时的仿真进行详细的图文解释。当开关SB1合上时，根据车流量检测系统的测量结果，相应线圈得电。即当南北车流量比东西方向大时，线圈M0.0得电。当线圈M0.0得电时，T37通电待30秒后动作（南北绿灯熄灭），南北黄灯闪烁5秒，与此同时，东西方向红灯亮30秒后熄灭，接着红灯闪烁5秒。南北黄灯闪烁5秒后红灯亮20秒，接着红灯闪烁5秒，与此同时，东西方向绿灯亮20秒后，黄灯闪烁5秒。此处再次表明端口含义：端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接南北绿灯，端口Q0.1接南北黄灯，端口Q0.2接南北红灯，端口Q0.3接东西绿灯，端口Q0.4接东西黄灯，端口Q0.5接东西红灯。在仿真程序载入.awl用户程序，将端口I0.0、I0.1勾选，运行程序，即表示线圈M0.0通电，如图4-17所示。即T37通电待30秒后进行南北绿灯熄灭，东西方向红灯亮30秒后熄灭动作，如图4-18所示。图4-17 M0.0闭合，南北绿灯亮30秒，东西红灯亮30秒图4-18 南北绿灯亮30秒，东西红灯亮30秒南北绿灯亮30秒，东西红灯亮30秒后，随即南北黄灯闪烁5秒，东西红灯闪烁5秒，其模拟显示如图4-19 所示。图4-19 南北黄灯闪烁5秒，东西红灯闪烁5秒南北黄灯闪烁5秒，东西红灯闪烁5秒后，随即南北红灯亮20秒，接着东西方向绿灯亮20秒，其模拟如图4-20 所示。图4-20 南北红灯亮20秒，东西方向绿灯亮20秒南北红灯亮20秒，东西方向绿灯亮20秒后，随即南北红灯闪烁5秒，东西方向黄灯闪烁5秒，其模拟如图4-21 所示。图4-21 南北红灯闪烁5秒，东西黄灯闪烁5秒同理当开关SB1合上时，根据车流量检测系统的测量结果，相应线圈得电，即当南北车流量比东西方向小时，线圈M0.1得电；一样多时，线圈M0.2得电。当线圈M0.1得电时，T37通电待20秒后动作（南北绿灯熄灭），南北黄灯闪烁5秒，与此同时，东西方向红灯亮20秒后熄灭，接着红灯闪烁5秒。南北黄灯闪烁5秒后红灯亮30秒，接着红灯闪烁5秒，与此同时，东西方向绿灯亮30秒后，黄灯闪烁5秒。当线圈M0.2得电时，T37通电待25秒后动作（南北绿灯熄灭），南北黄灯闪烁5秒，与此同时，东西方向红灯亮25秒后熄灭，接着红灯闪烁5秒。南北黄灯闪烁5秒后红灯亮25秒，接着红灯闪烁5秒，与此同时，东西方向绿灯亮25秒后，黄灯闪烁5秒。自南北红灯闪灭及东西黄灯闪亮时间达到相应时间后，T40、T45、T48的动断触点断开，T37、T41、T45动断触点复位，线圈M0.0、M0.1、0.2重新得电，只要没有断开按钮SB1，系统继续循环下去。12