交通信号灯毕业设计.doc

1、 毕 业 设 计（论 文） 说 明 书 题目 基于 PLC控制的 交通信号灯设计 院 别： 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 设计 (论文 ) 题目 基于 PLC 控制的 交通信号灯设计 题 目 基础数据 1. 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 2. 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。 3. 南北红灯亮维持 25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20S。到 20S 时，东西绿灯闪烁，闪烁 3S 后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2S。到 2S 时

2、，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 4.东西红灯亮维持 30S。南北绿灯亮维持 25S。然后闪烁 3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2S 后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 5. 周而复始。 毕业 设计 (论文） 的主 要内 容 说明部分 1)PLC 编程 语言 2)PLC 的硬件结构说明及分类 3)PLC 的工作原理 4)系统设计方案分析说明 计算部分 1)十字路口交通灯 时序计算 2)定时器时间计算 绘图部分 1)PLC的结构原理图 2)主程序流程图 3)十字路口交通灯时序图 4)PLC控制接线图 5)设计系统的梯形图 注：此表与该生毕业设计（论文）一起装订。I

3、基于 PLC 控制的 交通信号灯设计 摘 要 近年来随着科技的飞速发展， PLC 的应用正在不断地走向深入，同时带 动 传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应 用系统中， 单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 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。随着中国加入 WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。俗话说 “ 要想富，先修路 ” ，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法

4、保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应适合社会实际情况。因此，本人选择制作十字路口 交通灯。 关键词 ： PLC 交通控制 自动化 II Abstract With the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgr

5、ade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hardware , and di

6、rect against and use the software of targets characteristic to combine concretly, perfect . The appearance of the traffic signal lamp , make the traffic be controlled effectively, for dredging the flow of traffic, improving the traffic capacity of the road, there are obvious results to reduce the tr

7、affic accident. As China joins WTO, we will not only be in line with international standards in such different fields as economy ,culture ,sciencandtechnology ,etc. should be in line with international standards too in traffic control. As the saying goes “ want rich , repair the roads first “, but w

8、ay build up if control do road well to be unable to ensure the unblocked security in traffic. The traffic signal lamp of the important composition component controlled as the traffic should be suitable for the social actual conditions too. So, I choose to make the crossroad. Key word: Traffic light

9、PLC automatic allies control III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 第一章 绪论 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 研究意义和目的 . 1 第二章 PLC 的特点及应用 . 3 2.1 概述 . 3 2.2 PLC 的特点 . 3 2.3 PLC 的产生 ,定义 ,分类及应用 . 4 2.4 可编程控制器与其他工业控制比较 . 4 2.5 PLC 的应用领域 . 5 第三章 PLC 编程语言 . 7 3.1 PLC 梯形图 . 7 3.2 可编程控制器的性能指标 . 7 3.2.1 处理器技术指标 . 7 3.2.2

10、 I/O 模板技术指标 . 7 第四章 可编程控制器 S7-200 概述 . 8 4.1 S7-200 系统基本构成 . 8 4.2 主机单 元 . 9 4.3 数字量扩展模板 . 11 第五章 PLC 的结构原理 . 11 5.1 PLC 的硬件结构 . 11 5.2 PLC5.2PLC 的分类 . 12 5.3 PLC 的工作原理 . 14 5.4 基本逻辑指令 . 16 5.5 堆栈操作指令 . 18 IV 5.6 定时器指令 . 18 第六章 系统设计 . 19 6.1 控制要求 . 19 6.2 系统设计方案分析 . 19 6.3 系统程序设计 . 24 6.3.1 系统的梯形图 .

11、 24 6.3.2 语句表 . 27 6.3.3 系统程序分析 . 29 6.4 系统检测与调试 . 30 结 论 . 32 致 谢 . 32 参考文献 . 32 附 录 . 33 1 第一章 绪论 1.1 课题背景 1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。 1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示 “ 停止 ” ，绿色表示“ 注意 ” 。 1869 年 1 月 2 日，煤 气 灯爆炸，使警察受伤，

12、遂被取消。 1914 年 ，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示 “ 停止 ” ，绿灯亮表示 “ 通行 ” 。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。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

13、通事故有明显效果。 1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已 十 分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口 。 1.2 研究意义和目的 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

14、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2 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采用固

15、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模糊控制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。 随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的 交通灯 装置远 远不能满足当前高度自动化的需要。 可编程控制器交通灯控制 系统集 成 自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计

16、算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。 可编程控制器交通灯控制 系统的特点 ： 脱机手动 工作； 联机自动 就地工作； 上机控制的 单周期运行 方式； 由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制； 自动启动、自动停机控制方式 。 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。 本系统采用 PLC 是基于以下四个原因： PLC 具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在 30 万小时以上； 编程能力强，可以将

17、模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现； 抗干扰能力强，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； 3 根据 交通信号灯系统的 要求与特点，我们采用了 德国西门子 公司 S7-200型 PLC。西门子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特点，是 S7-200 系列中最高档次的超小型程序装置。 西门子 可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，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序控制器 (PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。 第 二 章

18、 PLC 的特点及应用 2.1概述 PLC 即可编程控制器（ Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会（ International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义： PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与

19、工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而 设计。 ” 2.2 PLC 的特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F系列 PLC 平均无故障时间高达 30万小时。一些使用冗余 CPU的 PLC 的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外， PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时 可

20、及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC 以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.配套齐全，功能完善，适用性强 4 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面 技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。

21、3.易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控 制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量

22、的生产场合。 5.体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.3 PLC 的产生 ,定义 ,分类及应用 目的 ;取代传统的继电器一接控制系统 传统 ; 1.体积大 ,噪音大 .能耗大 . 2.影响速度慢 3.可靠性低 ,维修困难 4.硬连接 .硬方案 .通用性 ,灵 活性 . 2.4可编程控制器与其他工业控制比较 自从微机计算机诞生以后 ,工程技术人员就一直努力将微机计算机技术应用到工业控制领域 ,这样 ,在工业控制领域就产生了几种有代表性的工业控制器 ,.可编程控制器 (PLC),PID控制器 (又称 PID调节器 ),集散控制系统 (DCS),工业控制计算机(工业 PC).由于 PID 控制器一般只适用于过程控制中的模拟量控制并且目前的 PLC