1、 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，以及该系统软、硬件设计方法，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。 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，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。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个 行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现
2、代工业中的作用更加突出 。 关 键 词 ： 有效管制 ； 疏导交通流量 ； 调试 ； 控制 ABSTRACT The appearance of the traffic signal lamp, so that traffic can be effective control,for ease traffic flow, improve the road capacity, the effect of significantly reducing traffic accidents. In order to achieve traffic management, and strive to a
3、dvanced traffic management, scientific. With the control system of traffic lights to achieve the control of the programmable controller, and the system software and hardware design, the experiment proves that the system is simple, economic,effective in easing traffic congestion, improve traffic inte
4、rsection traffic capacity.To analyse the current situation and problems of modern city traffic control andmanagement, combined with the traffic situation illustrates the working principle oftraffic light control system, gives a simple and practical city traffic light controlsystem PLC design. The pr
5、ogrammable controllers position in industrial automation is extremely important, widely used in various industries. With the development of science and technology, the function of the programmable controller is increasingly perfect, together with the small, low price, high reliability,in the modern
6、industry in a more prominent role.目 录 1 PLC 的特点及应用 1 1.1 概述 1 1.2 PLC 的特点 1 1.3 PLC 的应用 1 1.3.1 开关量的逻辑控制 1 1.3.2 模拟量控制 2 1.3.3 运动控制 2 1.3.4 过程控制 2 1.3.5 数据处理 2 1.3.6 通信及联网 2 2 交通信号系统装置 3 2.1 十字路口交 通灯控制实际情况 3 2.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 3 2.3 流程图 5 3 可编程控制器程序设计 7 3.1 可编程控制器选择 7 3.2 十字路口交通灯模拟控制时序图 7 3.3 可编
7、程控制器 I/O 端口分配 10 3.4 程序梯形图 12 4 总结和体会 21 4.1 难点分析 21 4.1.1 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 21 4.1.2 盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道 21 4.1.3 手动车流控制按键的控制方式 21 4.1.4 交通灯的闪亮 21 4.2 调试错误与修改方法 22 4.3 PLC 智能化控制交通灯的方法 22 4.4 收获与体会 24 谢 辞 25 参考文献 26 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 1 页 1 PLC 的特点及应用 1.1 概述 可编程控制器（ Programmable C
8、ontroller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（ Programmable Logic Controller），简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC。但是为了避免与个人计算机（ Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 1.2 PLC 的特点 1 可靠性高，抗干扰能力强； 2 通用性高，使用方便； 3 程序设计简单，易学，易懂； 4 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；
9、5 系统设计周期短； 6 安装简便，调试方便，维护工作量小； 7 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生 产； 1.3 PLC 的应用 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 1.3.1 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 2 页 1
10、.3.2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液 位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 1.3.3 运动控制 PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能
11、，广泛用于各种机械、机床 、机器人、电梯等场合。 1.3.4 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC 能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC也具有此功能模块。 PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 1.3.5 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功 能，可以完成数据的采集、分析及处理。
12、这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 1.3.6 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信 非常方便。 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 3 页 2 交通信号系统装置 2.1
13、十字路口交通灯控制 实际情况 南北主干道 直行绿 27S 直行 绿闪 3S 左转绿 10S 左转绿闪 3S 黄 2S 红 45S 东西人行道 红 45S 绿 27S 绿闪 3S 红 60S 东西主干道 红 45S 直行绿 27S 直行 绿闪 3S左转绿 10S 左转绿闪 3S 黄 2S 南北人行道 绿 27S 绿闪 3S 红 60S 循环控制方式 交通灯变化顺序表（单循环周期 90 秒） 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯 27S， 直行 绿灯闪亮 3S，左行绿灯 10S，左转绿闪 3S，黄灯 2S 和红灯 45S。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行 绿灯，直行绿灯
14、闪 ， 左转绿灯，左转 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直 行绿灯，直行绿灯 闪 ，左转绿灯，左转 绿灯闪亮和黄灯。 南北向和东西向人行道均设有通 行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西 主干道直行绿灯点亮 时点亮 ， 当东西主干道直行绿灯闪亮是 东西 行人道绿灯也要对应闪亮， 其 它时间为红灯 。 2.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 在 PLC 交通灯模拟模块中，主干 道东西南北每面都有 3 个控制灯，分别为： 禁止通行灯
15、（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） 另外行人道东西南北每面都有 2 个控制灯 ,分别为： 禁止通行灯 （亮时为红色） 直通灯 （亮时为绿色） 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 4 页 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， 南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10S，绿灯闪亮 2S（亮 0.1 灭 0.1） ,黄灯 2S 和红灯 14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯 。 南北向和
16、东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主 干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。 除此之外另设两个功能，使用 10 个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流 量 。其中 8 个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起 ，南北向主干道红灯闪亮，延迟 10 秒恢复原来的控制系统。南北向 脉冲开关 对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以
17、控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候 ， 按下东西向控制脉冲开关 ， 东西向主干道延长绿灯点亮时间 到 15 秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关 对应东西向功能相同。 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 5 页 2.3 流程图 启动开关 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西黄灯亮 东西红灯亮 东西主干道 10S 2S 2S 14S 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪 南北黄灯亮 南北主干道 14S 10S 2S 2S 启动开关 南北红灯亮 南北绿灯 南北绿灯闪 14S 10S 4S 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西红灯亮 10S 4S 14S 东西行人道 南北行人道
18、 结束 结束 交通灯模拟控制系 统流程图 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 6 页 启动开关 按下脉冲开关 原来控制循环系统 行人道绿灯点亮 ，主干道红灯闪亮 结束 Y N 启动开关 盲人脉冲按键控制流程图 按下脉冲开关 对应方向绿灯点亮时间延长到 15 秒，另一方向红灯点亮延长到 15 秒 再次按下启动开关 按此次控制方式进行循环 原来方式控制系统 结束 Y N Y N 手动控制车流量流程图 高等职业学校 2012 届高职毕业设计 （论文） 第 7 页 3 可编程控制器程序设计 3.1 可编程控制器选择 本次交通灯设计用的是来自 OMRON 的 CPM1A-30CDR-A 可编程控制器 产品规格： CPM1A CPU 单元 CPM1A 在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型 PLC 所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有 10 点 -100点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程控制终端，创造 了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求 ， AC 电源输入，继电器输出，能加扩展单元 3.2 十字路口交通灯模拟控制 时序图 启动 行人道绿灯 2S 10S 盲人脉冲按键控制 时序图 和此行人道相交叉的主干道红灯
