基于PLC的交通灯设计说明

1、毕业设计（报告）课题:PLC交通灯设计学生:廖雪娇 系部: 电子信息系班级:电子信息094 学号: 2009000639指导教师:克发 装订交卷日期:2012年4月13日装订顺序: （1）封面（2）毕业设计（报告）成绩评定记录（3）标题、中文摘要与关键词（4）正文（5）附录（6）参考文献毕业设计（报告）成绩评定记录表指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:成绩（平时成绩）: 指导教师签名：年 月 日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）: 评阅教师签名：年 月 日答辩情况记录:答辩成绩:答辩委员会主任(或答辩教师小组组长)签名:年 月 日总评成绩:注：1.此表适用于参加毕业答辩学生的毕业设计（报

2、告）成绩评定；2.平时成绩占20%、卷面评阅成绩占50%、答辩成绩占30%，在上面的评分表中，可分别按20分、50分、30分来量化评分，三项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、与格、不与格五等级计分。教务处制毕业设计（报告）成绩评定记录表指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:成绩（平时成绩）: 指导教师签名：年 月 日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）: 评阅教师签名：年 月 日总评成绩:注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为

3、总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、与格、不与格五等级计分。教务处重申明本人呈交的毕业实习报告（设计），是在导师的指导下，独立进行实习和研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的容外，本毕业实习报告（设计）的成果不包含他人享有著作权的容。对本毕业实习报告（设计）所涉与的实习和研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业实习报告（设计）的知识产权归属于作者与培养单位。 学生签字18 / 22摘要本文用可编程的控制器PLC，来实现十字路口的红绿灯自动控制系统功能的设计。本设计充分利用了PLC的特性，使设计的系统具有可靠性高，抗干

4、扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，维护方便，易于改造，体积小，重量轻，能耗低等众多优点，是目前应用于交通控制中较为理想和科学的一种方式。关键词：PLC；交通灯；程序；设计目录1 PLC控制交通灯系统 1.1 十字路口交通灯控制实际情况 41.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 41.3 交通灯控制流程图 52 交通灯硬件设计 2.1 硬件与外围元器件的选择 62.2 PLC外部接线图的设计62.3 交通灯的保护措施72.4 干扰的来源82.5 抗干扰措施83 交通灯控制程序设计3.1 十字路口交通灯模拟控制时序图 93.2 可编程控制器I/O端口分配表 113.3 控制程

5、序梯形图 133.4 程序设计 174 设计总结4.1 难点分析204.2 调试的错误与修改方法204.3设计的体会与心得21致22参考文献22第一章 PLC控制交通灯系统随着社会经济的高速发展，交通问题日益凸显，也越来越受到人们的重视。如今，人、车、路三者间的关系已成为交通管理部门一个棘手问题之一。例如西永微电园，一个拥有庞大人流量和车流量的汇聚中心，拥堵已是家常便饭，交通事故频频发生。因此，如何在复杂的交通环境中，协调好人车关系是一个不容忽视的问题，交通红绿灯以其自动控制车流与人流，疏导交通，展现出其无可替代的作用。本文基于对西永收费站十字路口的观察和部分相关资料的借鉴参考，对交通灯模拟控

6、制系统的电路原理、设计计算等问题进行具体分析讨论。实现路口交通系统的控制方法很多，鉴于PCL 可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功能完善，适用性强，易学易用，维护方便，易于改造，体积小，重量轻，能耗低等众多优点，最终我选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完成本次设计的题目。1.1 十字路口交通灯控制实际情况在一般的十字路口都有红、黄、绿三个信号灯对交通实现自动控制。111 交通灯控制方式交通灯控制方式为：启动开关合上后，南北红灯维持30S，同时东西红绿亮25S后，东西黄灯亮5s，并伴随每秒一次的闪烁。然后，东西红灯维持30S，同时南北绿灯亮25S后，闪亮3S，南北黄灯亮2S，之后

7、一直循环。112 循环控制方式交通灯变化顺序表（单循环周期30秒）： 1. 系统工作后，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮并维持25S，到25S时，东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮维持5S并伴随每秒一次的闪烁。到55时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。2. 东西红灯亮并维持30S；在此同时，南北绿灯亮并维持25S，到25S时，南北绿灯熄灭。南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5S并伴随每秒一次的闪烁。到5S时，南北黄灯熄灭，南北红灯亮；同时东西红灯熄灭，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环。1.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验121 交通灯控制模式在PLC交通灯

8、模拟模块中，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） 122 交通灯控制关系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，系统开始工作，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮并维持25S，到25S时，东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮维持5S并伴随每秒一次的闪烁。到55时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。东西红灯亮并维持30S；在此同时，南北绿灯亮并维持25S，到25S时，南北绿灯熄灭。南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5S并伴随每秒一次的闪烁。到5S时，南

9、北黄灯熄灭，南北红灯亮；同时东西红灯熄灭，东西绿灯亮。至此，结束一个工作循环。1.3 十字路口交通灯流程图东西黄灯闪5s东西绿灯亮25s南北红灯亮30s东西红灯亮30s南北绿灯亮25s南北黄灯闪5s结束启动开关第二章 交通灯硬件设计2.1 交通灯硬件与外围元器件的选择根据信号灯的要求，所有器件有：三菱FX系列PLC，红黄绿色信号灯各4个，各种传感器以与若干导线。2.2 PLC外部接线图的设计输入，输出接口连线如下图所示：由图可见：启动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端，东西方向绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电

10、器的Y3端，南北方向的绿灯接于输出继电器的Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器的Y1端，南北方向的红灯接于输出继电器的Y0端。将输出端的COM1和COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。2.3 交通灯的保护措施2.3.1 感应线圈(电感式传感器)电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成如图中虚线所形成的高频磁场。当

11、汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉与的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 2×3m，电感约为100H.这种传感器可检测的电感变化率在0.3以上。电感式传感器安装在公

12、路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器最好选用防潮性能好的原材料。检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的检测器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部。2.3.2 传感器的铺设车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以与在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个一样的传感器，方案如图3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。2.4 干扰的来源所谓干扰，就是有用信号

13、以外的噪音或造成恶劣影响的变化部分的总称。干扰源有的在设备部，有的在设备外部。2.4.1 外部干扰外部干扰包括：电台与雷达发射的电磁波；太阳与其它天体辐射的电磁波；气象条件、空中雷电、气温、湿度、地磁场影响；周围电气装置如高压输电线、汽车、日光灯、家用电器发出的电或磁的干扰；电机、接触器的启停和通断；供电电源的波动；各接地点间的点位差等。2.4.2 部干扰部干扰有：信号线互相之间的串扰；多点接地造成的电位差；寄生振荡；元件热噪音、触点电势的影响；馈电系统电压或电流突变引起的浪涌干扰；相邻回路之间的耦合；数字地和摸拟地的影响等；在实际工作环境中，干扰总是客观存在的。部干扰与系统结构有关，它可以通

14、过精心设计，改变结构布局和生产工艺等方法，将部干扰抑制到工程所允许的程度。外部干扰是随机的，它与系统结构无关，因而难以对干扰源加以限制，而只能针对不同情况，采用不同的方法来处理。2.5 抗干扰措施2.5.1 系统总体设计中的抗干扰措施无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应该充分考虑系统的抗干扰措施，尽量提高它的抗干扰能力。在具体的电路设计上，应注意一下几个方面：提高系统电平、采用选通脉冲输出、去耦电容、模拟量输入方法、A/D转换器的选用。2.5.2 信号隔离在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也是为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把

15、这种措施称之为信号隔离。当然，采取了隔离措施之后，系统的信号传输功能仍应保持不变。信号可分为开关量（或称数字量）和模拟量两大类型，信号隔离方法很多，主要有：开关隔离、光电耦合、固态继电器、隔离放大器。第三章 交通灯控制程序设计3.1 十字路口交通灯模拟控制时序图南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄25s5S25S5S25s5S十字路口交通信号灯控制示意图和时序图启动ON3.2 PLC的I/O分配与接线3.2.1 PLC的I/O分配启动开关X0停止开关X0东西道绿灯Y0南北道红灯Y3东西道红灯Y1南北道黄灯Y4东西道黄灯Y2南北道绿灯Y53.2.2 PLC的I/O接线启动SB1RUNX0SAY0

16、Y1Y2Y3Y4Y5东西黄灯东西绿灯东西红灯南北红灯南北黄灯南北绿灯COMCOMNL220SB23.3控制程序梯形图3.4程序设计0LDM80021ORM02ANDM13OUTMO4LDMO5ANDXOOO6ORPXOOO8LDM69ANDT610ORB11ORM112ANIM213OUTM114OUTT1K25017LDM118ANDT119ORM220ANIM321OUTM222OUTT2K3025LDM226ANDT227ORM328ANIM429OUTM330OUTT3K2033LDM334ANDT335ORM436ANIM537OUTM438OUTT4K25041LDM442ANDT

17、443ORM544ANIM645OUTM546OUTT5K3049LDM550ANDAND51ORM652ANIM153OUTM654OUTT6K2057LDM158OUTM10059OUTM11060LDM261OUTM11162ANDM801363OUTM10164LDM365OUTM10366OUTM111267LDM468OUTM10469OUTM11470LDM571OUTM10572ANDM801373OUTM11574LDM675OUTM10676OUTM11977LDM11078ORM10179OUTY00080LDM10481ORM10582ORM10683OUTY00184

18、LDM10385OUTY00286LDM11087ORM11188ORM11289OUTY00390LDM11991OUTY00492LDM11493ORM11594OUTY00595LDFX00097ZRSTM0M6102END103第四章 难点分析4.1 难点分析4.1.1 本程序在设计过程遇到了交通灯的闪亮的问题在本毕业设计中是要求黄灯闪烁的，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部的功能继电器

19、不太熟悉（不同型号的PLC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。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。4.2.2 计数器的初始化复位问题在计数器的使用时，一定要设置计数器的初始化复位，并在计数器使用完毕后一步使其复位。否则，将不能使用设置好的计数器，或者不能按设置要求来进行计数。4.2 调试与修改程序写好后的实际运行中暴露出一些问题需要调试和修改4.2.1 有些灯不能点亮，且无法实现循环在程序运行初期，有些灯不能点亮，而且在运行一周期过后无法实现循环。对此又无从下手，只好逐一检查才发现把一条指令的常闭写成了输出，真正的输出口就没有收到信

20、号。然后灯虽然亮了但仍无法循环，又从梯形图仔细的看了一遍仍看不出问题出来。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。4.2.2 灯没有完全点亮输完指令后执行程序，设置好控制输出的灯没有完全亮,说明控制该灯的步不正确或是死步。检查梯形图后，发现东西方向的输出未写入梯形图，修改梯形图并转换为指令，插入到程序中，再运行程序，所有设置输出均正常。4.2.3 交通灯不闪烁，且不能进入到下一步状态交通灯未出现闪烁，并且未进入到下一步状态，说明控制该步转换条件的定时器有问题，是根据西门子的定时器来设计的，可能会有区别。查看三菱PLC参考资料后，发现其定时器的使用与西门子的设置有区别，在三菱PLC中，定时