PLC交通信号灯控制系统模拟设计

1、南通纺织职业技术学院毕业设计（论文） 基于PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）基于PLC交通信号灯控制系统的模拟设计 卞巧云班 级 09 电气一 专 业 电气自动化 教 学 系 机电系 指导老师 陈 群 完成时间 年 月 日至 年 月 日39摘要：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，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 。本次设计分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，

2、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。关键词：PLC， 交通灯， 可编程控制器 目 录摘要I1 交通信号灯控制系统11.1 交通信号灯的作用和意义11.2 十字路口交通信号灯的控制情况11.2.1 十字路口交通灯布置图21.2.2 控制系统的要求31.3结合十字路口交通灯的路况分析72 PLC控制系统的设计72.1 PLC的选择72.2 十字路口交通灯控制系统时序图72.3 I/O地址分配92.4 PLC的外部接线122.5 程序设计142.5.1 正常运行程序142.5.2 急车强通控制程序212.5.3 显示部分的程序23

3、2.5.4 早晚切换及校时263 交通灯模拟运行283.1 硬件调试283.2 软件调试28结束语30致谢31参考文献32附录程序331 交通信号灯控制系统1.1 交通信号灯的作用和意义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公路，在 高速公路建设完成的初

4、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和普通道路耦合出交通状况的制约。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，城区与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。根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司FX2N型的PLC。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设

5、备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因：（1） PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；（2） 系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；（3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；（4） 近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。1.2 十字路口交通信号灯的控制情况1.2.1 十字

6、路口交通灯布置图十字路口将交通灯示意图如图1.1所示。在十字路口的东、西、南、北方向装有主干道“红绿黄”灯、人行道“红绿黄”灯，其中主干道的“红绿黄”灯又分为左转“红绿黄”灯和直行“红绿黄”灯，在东西方向和南北方各设一组通行时间显示器，按倒计时的方式显示通行和停止时间。采用红绿双色七段数码管，通行时（绿灯亮、闪，黄灯亮时）显示绿色数字，停止时显示红色数字。（1） 南北主干道 南北主干道的交通灯有6个，分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。（2）东西主干道 东西主干道的交通灯也有6个，分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。（3） 南北人行道

7、 南北人行道的交通灯有3个，分别是红灯、绿灯、黄灯。（4） 东西人行道 东西人行道的交通灯也有3个，分别是红灯、绿灯、黄灯。（5） 南北主干道和南北人行道 南北主干道和南北人行道共用一组时间显示器，一共2个七段数码管。（6） 东西主干道和东西人行道 东西主干道和东西人行道共用一组时间显示器，一共也是2个七段数码管。 北南西东图1.1 十字路口交通灯的布置图主干道人行道1.2.2 控制系统的要求交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”和“急车强通控制”两种控制方式。（1） 正常循环运行交通灯正常循环运行的逻辑流程图如图1.2所示。具体控制要求如下： 按下启动按钮后，交通灯控制系统开始工作。先

8、是南北方向绿灯和东西方向红灯亮，再亮东西方向绿灯和南北方向红灯，然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯，这样一直循环运行； 南北向和东西向主干道均有左转绿灯，持续亮10s，左转黄灯，持续亮2s，左转 红灯持续亮78s；左转绿灯灭的同时直行绿灯亮持续30s，绿灯闪亮3s，黄灯2s和红灯45s。当南北主干道红灯亮时，东西主干道应依次点亮左转绿灯，直行绿等，绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北 主干道依次点亮左转绿灯，直行绿灯，绿灯闪亮和黄灯； 南北向和东西向人行道均设有绿灯、黄灯、红灯。人行道上的“红黄绿”灯与同方向主干道上的直行“红黄绿”灯运行方式相同。否开始是是否亮45S亮2S亮78

9、S南北方向左转红灯亮亮2S南北方向直行红灯亮南北方向黄灯亮按启动按钮是东西方向左转红灯亮南北方向直行绿灯亮南北方向左转绿灯亮亮10s南北方向左转黄灯亮 否亮78s否是是东西方向左转红灯亮东西方向左转黄灯亮否亮45S亮2S否亮30S否是是直行绿灯闪亮东西方向左转绿灯亮东西方向黄灯亮闪亮3S否亮45S亮2S否否否是东西方向直行绿灯亮亮30S否否是直行绿灯闪烁否闪烁3S否图1.2 交通灯正常循环运行流程图（2）急行强通控制急车强通控制的逻辑流程图如图1.3所示。具体控制要求如下： 急车强通控制受强通开关控制。无急车时，按正常循环时序控制，有急车来时，打开急车强通开关，不管原来信号状态如何，一律强制让

10、急车来车方向的绿灯亮，直到急车通过为止，断开急车强通开关，信号的状态立即转为急车放行方向的绿灯闪亮3s。随后按在正常时序控制。急车强通信号只能响应一条路上的来车，若两条交叉的路（东西或南北）先后都来车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。（3） 在晚上23点至次日早上6点，所有黄灯开始闪烁，6点后切换到正常循环运行。开始正常循环运行时南北强通开关接通东西方向所有绿灯都亮，南北方向红灯都亮东西强通开关接通解除东西强通东西所有绿灯闪亮闪亮3S南北方向所有绿灯都亮，东西方向红灯都亮解除南北强通南北所有绿灯闪亮闪亮3S是是是是是是否否否否否否图1.3 急行强通控制流程图 1.3 结合十字路口交通灯的路

11、况分析 在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3种控制灯，分别为：（1） 禁止通行灯 （亮时为红色）（2） 准备禁止通行灯 （亮时为黄色）（3） 直通灯 （亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都有3种控制灯,分别为：（1） 禁止通行灯 （亮时为红色）（2） 准备禁止通行灯 （亮时为黄色）（3） 直通灯 （亮时为绿色）东西南北每面都有2位显示器通行、停止时间，采用红绿双色七段数码管控制，分别是：（1） 通行时间显示 （绿色数字）（2） 停止时间显示 （红色数字） 2 PLC控制系统的设计2.1 PLC的选择本设计是以PLC控制为核心的交通灯，选用三菱公司的FX2N128MR型主机，共有6

12、4个输入点和64个输出点，并利用定时、计数器作定时计数用，LED七段数码管作为计时显示用。利用3个输入点分别作为启动按钮、南北抢通开关和东西强通开关，4个输入点分别作为总的校时启动、秒校时、分校时、时校时。12个输出点作为东西方向和南北方向的左转、直行的红、黄、绿灯。并利用28个输出点分别作为东西南北方向的数码管个、十位显示输出，4个输出点作为控制数码管的颜色显示。2.2 十字路口交通灯控制系统时序图（1） 正常循环运行的时序图正常循环运行时序图如图2.1所示。一个循环周期启动按钮210s10s南北向左转绿灯22南北向左转黄灯78s78s南北向左转红灯南北向直行绿灯330s30s322南北向直

13、行黄灯45s南北向直行红灯东西向左转绿灯10s东西向左转黄灯278s东西向左转红灯330s东西向直行绿灯东西向直行黄灯2东西向直行红灯45s图2.1正常循环运行的时序图（2） 急车强通控制时序图急车强通控制的时序图如图图2.2所示。南北强通开关南北向绿灯南北向红灯东西向红灯东西向绿灯亮亮亮亮闪3s东西强通开关闪3s图2.2急车强通控制时序图2.3 I/O地址分配（1） 输入部分这个控制系统的输入部分共有7个输入点：启动按钮(SB0)、东西方向强通开关（SA1）、南北方向强通开关（SA2）、校时启动按钮(SB1)、秒校时按钮(SB2)、分校时按钮(SB3)、时校时按钮（SB4）。具体的输入分配表

14、如表2.1所示。表2.1 I/O地址分配输入部分输入设备输入地址启动按钮SB0XO南北强通开关SA1X1东西强通开关SA2X2校时启动按钮SB1X3秒校时按钮SB2X4分校时按钮SB3X5时校时按钮SB4X6 （2） 输出部分这个控制系统的输出有东西方向主干道“红黄绿”交通灯、东西方向人行道“红黄绿”交通灯、南北方向主干道“红黄绿”交通灯、南北方向人行道“红黄绿”交通灯，共计36个交通灯。但由于东西向主干道直行“红黄绿”灯和东西向人行道“红黄绿”灯运行状况相同，南北向主干道直行“红黄绿”灯和南北向人行道“红黄绿”灯运行状况相同，东西向主干道”红黄绿”灯运行情况相同，南北向主干道“红黄绿”灯运行

15、情况相同，所以只用12个输出点作为指示灯输出；东西向红绿七段数码管显示的时间相同，南北向红绿七段数码管显示时间相同，且都是两位输出，所以用28个输出点作为两组四个七段数码管的数值输出，4个输出点作为控制七段数码管颜色的输出。具体的输出分配表如表2.2所示。表2.2 I/O地址分配输出部分输出设备输出地址南北向主干道左转绿灯Y0南北向主干道左转黄灯Y1南北向主干道左转红灯Y2南北向主干道直行绿灯、南北向人行道绿灯Y3南北向主干道直行黄灯、南北向人行道黄灯Y4南北向主干道直行红灯、南北向人行道红灯Y5东西向主干道左转绿灯Y6东西向主干道左转黄灯Y7东西向主干道左转红灯Y10东西向主干道直行绿灯、东

16、西向人行道绿灯Y11东西向主干道直行黄灯、东西向人行道黄灯Y12东西向主干道直行红灯、东西向人行道红灯Y13七段数码管（个位）aY14七段数码管（个位）bY15七段数码管（个位）cY16七段数码管（个位）dY17七段数码管（个位）eY20七段数码管（个位）fY21七段数码管（个位）gY22七段数码管（十位）aY23七段数码管（十位）bY24七段数码管（十位）cY25七段数码管（十位）dY26七段数码管（十位）eY27七段数码管（十位）fY30七段数码管（十位）gY31数码管显示红色Y32数码管显示绿色Y33七段数码管（个位）aY34七段数码管（个位）bY35七段数码管（个位）cY36七段数码管

17、（个位）dY37七段数码管（个位）eY40七段数码管（个位）fY41七段数码管（个位）gY42七段数码管（十位）aY43七段数码管（十位）bY44七段数码管（十位）cY45七段数码管（十位）dY46七段数码管（十位）eY47七段数码管（十位）fY50七段数码管（十位）gY51数码管显示红色Y52数码管显示绿色Y532.4 PLC的外部接线交通信号灯的外部接线图如图2.3所示。图2.3 PLC的外部接线图2.5 程序设计2.5.1 正常运行程序当按下启动按钮时，南北方向主干道左转绿灯亮10S，然后南北方向主干道左转黄灯亮2S，然后南北方向主干道左转红灯亮78S；且在南北方向主干道左转绿灯亮10S

18、之后，南北方向主干道直行绿灯亮30S，亮30S之后在闪亮3S，然后，南北方向主干道直行黄灯亮2S，然后，南北方向主干道直行红灯亮45S；在南北方向主干道直行黄灯亮2S之后，东西方向主干道左转绿灯亮10S，然后东西方向主干道左转黄灯亮2S，然后东西方向主干道左转红灯亮78S；且在东西方向主干道左转绿灯亮10S之后，东西方向主干道直行绿灯亮30S，亮30S之后在闪亮3S，然后，东西方向主干道直行黄灯亮2S，然后，东西方向主干道直行红灯亮45S。其梯形图如图2.4所示。图2.4 （正常运行）图2.4（正常运行续1）表2-1（3）图2.4（正常运行续2）图2.4（正常运行续3） 图2.4（正常运行续4

19、）图2.4（正常运行续5）图2.4（正常运行续6）2.5.2 急车强通控制程序（1）一方向急行车当接通南北强通控制开关后，强通信号启动，南北方向的绿灯亮延长时间，直到断开南北强通控制开关，强通信号断开，南北方向的绿灯闪亮3S之后，按正常时序运行；当接通东西强通控制开关后，强通信号启动，东西方向的绿灯亮延长时间，直到断开东西强通控制开关，强通信号断开，东西方向的绿灯闪亮3S之后，按正常时序运行。其梯形图如图2.5所示。图2.5 一方向急行车（2）两条交叉路都来车时如若南北方向先来车，则响应南北方向，此时，东西方向有信号也无用，直到南北方向急车通行信号断开；反之亦然。其梯形图如图2.6所示。图2.

20、6两条交叉路都来车时2.5.3 显示部分的程序当南北方向绿灯亮时（左转绿灯、直行绿灯），南北方向的数码管显示绿色，东西方向的数码管显示红色；当东西方向绿灯亮时（左转绿灯、直行绿灯）且直行黄灯也亮时，东西方向的数码管显示绿色，东南北方向的数码管显示红色。其梯形图如图2.7所示。图2.7 显示部分表2-4（2）图2.7 （显示部分续1）图2.7（显示部分续2）2.5.4 早晚切换及校时当晚11点时，东西南北的所有黄灯开始闪亮，直到第二天早晨6点切换到红绿灯运行；当按下SB1时，校时开始，按下SB2时，开始秒校时，按一下，增加1秒；当按下SB3时，开始分校时，每按一下，增加1分；当按下SB4时，开始

21、时校时，每按一下，增加1小时。其梯形图如图2.8所示。图2.8 早晚切换及校时 3 交通灯模拟运行3.1 硬件调试根据电气接线图安装接线，PLC实际接线时，还应考虑到以下几个方面：1应有电源输入线，通常为220V、50HZ交流电源，允许电源有一定的浮动范围。并且必须有保护装置，如熔断器等。若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合，应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。2 输入端子连接按钮和开关并与PLC的输入端的COM端相连，输出端子四个为一组，公用一个COM端。3 当输出部分接线时，红绿灯与七段数码管的接地端相连，且与0V连接，COM端与25V连接。3.2 软件调试用编程工

22、具GX-developer将用户程序输入计算机，经过反复编辑、调试、运行，直至运行正确。打开梯形图编辑器将程序输入电脑。程序输入完成后，将程序写入PLC。1输入端：按下启动按钮，输入端X0指示灯亮，按下南北强通开关，输入端X1指示灯亮，按下东西强通开关，输入端X2指示灯亮，按下南北强通开关，再按下东西强通开关时，只有X1指示灯亮，X2指示灯不亮，反之亦然。 2 输出端：（1）正常循环时，当按下启动按钮后，输出端的指示灯Y0亮，持续10S之后，Y1亮，持续S后，Y2亮持续78S；在Y0灯灭的同时，Y3亮并持续30S，之后Y3闪亮3S，然后Y4亮并持续2S，然后Y5亮并持续45S；在Y4灭的同时Y

23、6亮，持续10S，然后，Y7亮2S，Y7灭后，Y10亮78S；在Y6灭的同时，Y11亮并持续30S后，Y11闪亮3S，之后，Y12亮2S，然后，Y13亮45S。（2）急车通行时，按下南北强通开关，Y3持续亮直到车行完，且Y3闪亮3S之后，红绿灯继续原来的过程；按下南北强通开关，Y6持续亮直到车行完，且Y6闪亮3S之后，红绿灯继续原来的过程；如按下南北强通开后，再按下东西强通开关时，程序将执行南北方向来的信号，如按下东西强通开后，再按下南北强通开关时，程序将执行东西方向来的信号。（3） 当到晚上11点时，东西南北所有方向的黄灯闪亮，其他的灯灭；早上6点时，红绿灯将切换到正常循环运行。（4） 当红绿灯运行时间太长时，可能会出现时间不准现象，所以即必须有校时功能。当按下按扭SB1时，校时功能启动，按下SB2校秒开始，每按一下，增加一秒；按下SB33时，校分开始启动，每按一下，