十字路口交通信号灯PLC控制系统.doc

1、长 春 大 学 课程设计纸i十字路口交通信号灯 PLC 控制系统摘要：随着近年来科技和交通工具的发展与人民生活水平不断提高，私家车拥有量越来越多，与之而来的就是日益严重的交通问题。于是我分析并结合城乡交通的实际情况阐述交通灯控制系统的工作原理，自行设计一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。本次设计的控制系统，能根据不同的路况要求，改变各信号灯的工作时间和工作状况，使之与当前路况匹配，更加充分利用好人力物力资源。而且与继电器、逻辑电路或单片机控制系统相比，PLC 控制系统具有更高的可靠性、灵活性和经济实用性。关键词：交通控制；交通灯；PLC 控制ii长 春 大 学 课程设计纸Int

2、ersection Traffic Lights Control System Based On PLCAbstract: With the development of science and technology and transportation tools in recent years and the continuous improvement of peoples living standards, the number of private cars has become more and more, which is the increasing traffic probl

3、em. So I analysis and combined with the actual situation of urban and rural traffic traffic light control system working principle, design a kind of simple and practical urban traffic light control system hardware circuit design.The design of control system, can according to the requirements of the

4、different road conditions, change the working hours and working conditions of each signal to that of the current road conditions match, more make the manpower resources. Compared with relay, logic circuit or SCM control system, PLC control system has higher reliability, flexibility and economic util

5、ity.Keywords: Traffic Control, The Traffic Light, PLC Control 长 春 大 学 课程设计纸I目 录第 1 章 前言 .11.1 设计目的 .11.2 设计要求 .1第 2 章 总体方案设计 .22.1 方案论证 .22.2 总体方案 .22.2.1 CPU 选择 .22.2.2 系统总体方案框图 .3第 3 章 系统 PLC 部分设计 .33.1 西门子 S7-200 简介 .43.2 输入输出端口分配表 .53.3 PLC 控制系统 I/O 接线图 .53.4 十字路口交通灯的控制时序图 .63.5 十字路口交通灯的控制梯形图 .9

6、第 4 章 系统 MCGS 组态部分设计 .224.1 监控界面设计 .224.2 PLC 与组态的通讯连接 .22第 5 章 模拟调试 .245.1 组态软件参数设定 .245.2 控制系统的模拟调试步骤 .255.3 模拟调试过程遇到的问题及解决方法 .25第 6 章 总结 .26参考文献 .27长 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 1 页第 1 章 前言1.1 设计目的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

7、市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 城市与城市之间共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键。同时随着我国经济的稳步发展，城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，大量汽车进入寻常老百姓的家庭。据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)，这样必然产生如下弊端:当某条路段的车流量很大时却要等待红灯，而此时另一条是空道或车流量相对少得多的道却长时间亮的是绿灯，这种多等少的尴尬现象是未对实际情况进行实时监控所造成的，不仅让司机乘客怨声载道，而且对人力和物力资源也

8、是一种浪费。 于是，我想设计一个十字路口交通信号灯 PLC 控制系统，可以区别正常时段、高峰时段和晚间时段，来利用道路上的每一个要素，以此完成对人力和物力资源的充分利用。1.2 设计要求（1）系统不仅有指示灯显示还要有数码管显示；（2）实现高峰时段、正常时段、晚间时段等不同时段的控制；（3）可以实现任意时间信号灯亮灭的控制；（4）完成监控界面的设计及实现启动和停控制。长 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 2 页第 2 章 总体方案设计2.1 方案论证为了达到系统设计要求，且单片机由于硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难的等缺点。所以我决定

9、使用 PLC 控制系统来完成这次的设计。然后要确定如何设计梯形图来满足控制要求。在什么时候用什么样的继电器和什么样的输出节点，以及采取什么方法来分别实现不同时段的控制，在这里我和同学一起商量讨论许久。最终确定以总体的方法，不再逐个计时，而是采用整体计时的方法，在不同的时间打开不同的开关量，使得设计更加直观。这样显著减少了设计时的工作量， 不再为每一个定时器的后续是否冲突矛盾而反复排查。最后一步步实现一些细节之处的处理。2.2 总体方案 2.2.1 CPU 选择 方案一：CPU222。集成8输入/输出共14个数字量I/O 点。可连接2个扩展模块。6K字节程序和数据存储空间。4个独立的30kHz高

10、速计数器， 2路独立的20kHz高速脉冲输出。1个RS485通讯/编程口，具有PPI 通讯协议、 MPI通讯协议和自由方式通讯能力。方案二：CPU224。集成14输入/10输出共24个数字量 I/O点。可连接7个扩展模块，最大扩展至168路数字量I/O点或35路模拟量I/O 点。13K字节程序和数据存储空间。6个独立的30kHz 高速计数器，2路独立的20kHz 高速 脉冲输出，具有 PID控制器。1个RS485通讯/编程口，具有 PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。由于CPU222的I/O 端子排可很容易地整体拆卸，具有很强控制能力的控制器，最终选择了方案二。长 春 大 学 课

11、程设计纸共 27 页第 3 页2.2.2 系统总体方案框图图 2.1 系统总体方案框图PLC控制高峰启停正常启停夜间启停总体启停南北红灯控制南北黄灯控制南北绿灯控制东西红灯控制东西黄灯控制灯东西绿灯控制南北左转灯东西左转灯长 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 4 页第 3 章 系统 PLC 部分设计3.1 西门子 S7-200 简介CPU224 型（1）基本输入端子CPU224 的主机共有 14 个输入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和 10 个输出点（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1） ，在编写端子代码时采用八进制，没有 0.8 和0.9。CPU224 输入电路参见图 2-2，

12、它采用了双向光电耦合器，24V 直流极性可任意选择，系统设置 1M 为输入端子（I0.0I0.7）的公共端，2M 为（I1.0I1.5）输入端子的公共端。（2）基本输出端子CPU224 的 10 个输出端。共用 1M 和 1L 公共端，Q0.5Q1.1 共用 2M 和 2L 公共端，在公共端上需要用户连接适当的电源，为 PLC 的负载服务。CPU224 的输出电路有晶体管输出电路和继电器输出两种供用户选用。在晶体管输出电路中（型号为 6ES7 214-1AD21-0XB0）中，PLC 由 24V 直流供电，负载采用了MOSFET 功率驱动器件，所以只能用直流为负载供电。输出端将数字量输出分为两

13、组，每组有一个公共端，共有 1L，2L 两个公共端，可接入不同电压等级的负载电源。在继电器输出电路中（型号为 6ES7 212-1BB21-0XB0） ，PLC 由 220V 交流电源供电，负载采用了继电器驱动，所以既可以选用直流为负载供电，也可以采用交流为负载供电。在继电器输出电路中，数字量输出分为三组，每组的公共端为本组的电源供给端，Q0.0Q0.3 共用 1L，Q0.4Q0.6 共用 2L，Q0.7Q1.1 共用 3L，各组之间可接入不同电压等级、不同电压性质的负载电源。（3）高速反应性CPU224 PLC 有 6 个高速计数脉冲输入端（I0.0I0.5） ，最快的响应速度为30KHz

14、用于捕捉比 CPU 扫描周期更快的脉冲信号.CPU224 PLC 有 2 个高速脉冲输出端（Q0.0，Q0.1） ，输出频率可达 20KHz，用于 PTO （高速脉冲束）和 PWM（宽度可变脉冲输出）高速脉冲输出。（4）模拟电位器模拟电位器用来改变特殊寄存器（SM28，SM29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）存储卡该卡位可以选择安装扩展卡。扩展卡有 EEPROM 存储卡，电池和时钟卡等模块。存储卡用于用户程序的拷贝复制。在 PLC 通电后插此卡，通过操作可将 PLC 中的程序装载到存储卡。当卡已经插在基本单元上，PLC 通电后不需任何操作，

15、卡上的用长 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 5 页户程序数据会自动拷贝在 PLC 中。利用这一功能，可对无数台实现同样控制功能的CPU22X 系列进行程序写入。且电池模块用于长时间保存数据，使用 CPU224 内部存储电容数据存储时间达190 小时，而使用电池模块数据存储时间可达 200 天。3.2 输入输出端口分配表 根据实验要求，得到 I/O 分配表如下所示：表 3.1 输入输出端口分配表高峰启动SB1 I0.0高峰停止SB2 I0.1正常启动SB3 I0.2正常停止SB4 I0.3夜间启动SB5 I0.4夜间停止SB6 I0.5启动SB7 I0.6输入信号停止SB8 I0.7南北红

16、灯HL1、HL2 Q0.0南北黄灯HL3、HL4 Q0.1南北绿灯HL5、HL6 Q0.2东西红灯HL7、HL8 Q0.3东西黄灯HL9、HL10 Q0.4东西绿灯HL11、HL12 Q0.5南北左转灯HL13、HL14 Q0.6输出信号东西左转灯HL15、HL16 Q0.73.3 PLC 控制系统 I/O 接线图根据十字路口交通灯的输入输出点分配表，画出如图 3.1 所示的 PLC 控制系统长 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 6 页I/O 接线图。图 3.1 PLC 控制系统 I/O 接线图3.4 十字路口交通灯的控制时序图根据十字路口交通灯的控制关系画出如图 3.3 所示的时序图。长

17、 春 大 学 课程设计纸共 27 页第 7 页图 3.2 十字路口交通灯的控制时序图即本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯两个，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。本控制系统律分为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按提示敬告方式运行，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。 正常时段(6:307:00、8:1516:30、19:3022:00)：南北绿灯亮维持 25 秒，闪烁 5 秒后南北黄灯亮 5 秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮 5 秒闪烁 5 秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，25ON高峰时段的控制时序图正常时段的控制时序图ON