1、I南昌航空大学自 学 考 试 毕 业 论 文题 目 十字路口交通信号灯 PLC 控制系统设计与调试 专 业 机电一体化 学生姓名 王伟明 论文编号 准考证号 036914100227 指导教师 张 斌 2017 年度 上 (上/下)II十字路口交通信号灯PLC 控制系统设计与调试III摘 要针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题，介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用，大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放
2、，从而对降低环境污染起到了不可低估的作用 1。 分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡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硬件电路设计方案。【关键词】: 交通控制 交通灯 PLC 控制机IV目 录绪 论 1第一章、PLC 的介绍1.1 PLC 的基本知识 .21.1.1 PLC 产生和定义 .21.1.2 PLC 的基本组成 .21.1.3 PLC 的结构及基本工作原理 .31.1.4 PLC 的特点 .41.2 PLC 的应用与前景 .4第二章、十字路口交通灯的介绍2.1 十字路口交通灯的原理 .52.1.1 十字路口交通灯的原理及示
3、意图 .62.2 电路中主要元器件的介绍 .62.2.1 熔断器 .62.2.2 中间继电器 .7第三章、应用 PLC 设计十字路口交通灯3.1 输入输出点分配表 .83.2 十字路口交通灯的接线图 .93.2.1 PLC 控制系统 I/O 接线图 .93.2.2 十字路口交通灯的接线图 .103.2.3 十字路口交通灯的实际接线图 .103.3 十字路口交通灯的控制时序图 .113.4 十字路口交通灯的控制梯形图 .123.5 十字路交通灯的指令表.13第四章、十字路口交通灯的程序调试4.1 编程思想 .154.2 控制系统的程序调试步骤 .154.3 调试过程遇到的问题及解决方法 .15结
4、 论.16参考文献.17附录（元件清单）1绪 论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系统中最重要的组成部分。 不同的城市有不同城市的问题，但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！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日
5、渐提高，越来越多的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是一种浪费 2。 单片基控制系统设计时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。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难度较大，所以使用可编程控制器，其
6、主要原因是因为 PLC 具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。2第一章 PLC 的介绍1.1 PLC 的基本知识1.1.1 PLC 产生和定义1968 年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969 年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为 PLC（programmable logic controller） 。 80 年代，由于计算机技
7、术的发展，PLC 采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC 运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987 年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下： “可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原
8、则设计 3。 ” 1.1.2 PLC 的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的 PLC 以及同一家生产的不同型号的 PLC 其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC 的主机由微处理器（CPU） 、存储器（EPROM、ROM） 、输入/输出模块、外设 I/O接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍 PLC 各组成部分及作用 4。31.1.3 PLC 的结构及基本工作原理PLC 是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入 PLC 的用户存储器中存
9、储。PLC 的控制功能就是运用用户程序来实现的。PLC 运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，一旦执行到 END 指令，程序运行结束。而 PLC 从 0000 存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，4直到 END 指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把 PLC 这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。另外，PLC 对输出，输出信号的处理与微型机算机不同 。微型机算机对输出、输出信号实时处理。而 PLC 对
10、输出、输出信号是集中批处理。PLC 扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新 5。1.1.4 PLC 的特点PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的优点。1) 可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3) 采用模块化结构，使系统组合灵活方便4) 编程语言简单、易学，便于掌握5) 系统设计周期短6) 对生产工艺改变适应性强7) 安装简单、调试方便、维护工作量小8）体积小、重量轻、功耗低1.2 PLC 的应用与前景 为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对 PLC 不断进行改进,推出功能更加强大
11、、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要 6。5第二章 十字路口交通灯的介绍2.1 十字路口交通灯的原理2.1.1 十字路口交通灯的原理及示意图如图 2.1 是十字路口交通信号灯示意图, 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
12、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(8 时16 时、18 时6 时)：南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持 30 秒，南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。高峰时段（6 时
13、8 时、16 时18 时）：南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭，在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持 40 秒，南北绿灯亮维持 35 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭，同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭。这时南北红灯又亮，东西绿灯又同时亮，如此周而复始。6Y0Y1Y2Y0 Y1 Y2Y4Y3Y5Y3Y4Y5北东南西图 2.1 十字路口交通信号灯的示意图2.2 电路中主要元器件的介绍2.2.1 熔断器 作用熔断器是一种简单的保护电器，串接于电路，当电路发生短路或过负荷时，熔体熔断自动断开电路，保护其他电气设备。 型号 8A 符号 FU 工作要求熔体的额定电流要小于或等于熔断器的额定电流熔断器的电压大于或等于被保护的工作电压
