原創(chuàng)畢業(yè)設計論文基于PLC交通燈控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)【摘要L交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出1.1交通信號燈的作用和意義隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人,車，路三者關系的協(xié)調(diào)，己成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在高速公路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，我們采用了H木三菱公司FX2N_48MRo三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控論器指令豐富，可以接各種輸入，輸岀擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應用可編程控制器（PLC）對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：（1） PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；（2） 系統(tǒng)設計周期短，維護方便，改造容易，功能完善，實用性強；（3） 干擾能力強，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；（4）近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應用成為可能?！娟P鍵詞】：PLC可編程控制器、交通型號燈、可靠性高?！灸夸洝?TOC\o"1-5"\h\z關鍵詞 01第1章交通信號控制系統(tǒng) 021.1 十字路口交通燈控制實際情況 041.1.1南北向（列）和東西向（行）主干道 041.1.2南北向和東西向人行道 041.2 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗 041.2.1南北向（列）和東西向（行）主干道 041.2.2南北向和東西向行人道 041.2.3盲人安全通道控制和手動控制車流量 041.3 流程圖 05第2章可編程控制器程序設計 07可編程控制器選擇 072.2 十字路口交通燈模擬控制時序圖 073 可編程控制器1\0端口分配 10程序設計 10第3章總結(jié) 13難點分析 133.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系 131.2盲人脈沖按鍵 133.1.3手動車流控制按鍵的控制方式 133.1.4交通燈閃亮問題 13調(diào)試錯誤與修改方法 133.3 PLC智能化控制交通燈的方法 13收獲與感悟 14致謝 14參考文獻 14第1章 交通燈信號控制系統(tǒng)1.1十字路口交通燈控制實際情況南北主干道：直行綠27S、直行綠閃3S、左轉(zhuǎn)綠10S、左轉(zhuǎn)綠閃3S、黃2S、紅45S；東西人行道：紅45S、綠27S、綠閃3S、紅60S；c?東西主干道:紅45S、直行綠27S、直行綠閃3S、左轉(zhuǎn)綠10S、左轉(zhuǎn)綠閃3S、黃2S；南北人行道：綠27S、綠閃3S、紅60S；循環(huán)控制方式；??禁止通行燈 （亮時為紅色）??禁止通行燈 （亮時為紅色）交通燈變化順序表（單循環(huán)周期90秒）。1.1.1南北向（列）和東西向（行）主干道南北向（列）和東西向（行）主干道均設有直行綠燈27S,直行綠燈閃亮3S,左行綠燈10S,左轉(zhuǎn)綠閃3S,黃燈2S和紅燈45S。當南北主干道紅燈點亮時，東西主干道應依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮和黃燈；反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮直行綠燈，直行綠燈閃，左轉(zhuǎn)綠燈，左轉(zhuǎn)綠燈閃亮和黃燈。1.1.2南北向和東西向人行道南北向和東西向人行道均設有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道直行綠燈點亮時點亮，當南北主干道直行綠燈閃亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。東西人行道通行綠燈于東西主干道直行綠燈點亮時點亮，當東西主干道直行綠燈閃亮是東西行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。1.2結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗在PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每而都有3個控制燈，分別為：（亮時為紅色）（亮時為黃色）（亮時為綠色）（亮時為紅色）（亮時為黃色）（亮時為綠色）?準備禁止通行燈?直通燈另外行人道東西南北每面都有2個控制燈，分別為:??直通燈 （亮時為綠色）??直通燈 （亮時為綠色）結(jié)合十字路口交通燈實際情況設計交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：當交通燈系統(tǒng)啟動開關接通時。1.2.1南北向（列）和東西向（行）主干道南北向（列）和東西向（行）主干道均設有綠燈10S,綠燈閃亮2S（亮0.1滅0.1）,黃燈2S和紅燈14S。當南北主干道紅燈點亮時,東西住干道應依次點亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮綠燈，綠燈閃，黃燈。1.2.2南北向和東西向行人道南北向和東西向行人道均設為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應在南北主干道綠燈點亮時點亮，當南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時南北行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點亮是點亮，當東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮時東酋行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。1.2.3盲人安全通道控制和手動控制車流量除此之外另設兩個功能，使用10個脈沖開關。實現(xiàn)讓盲人可以方便通過十字路口和手動控制車流量。其中8個安裝在人行道的兩邊當東西方向行走的盲人要過馬路的時候，按下脈沖開關東西向行人道綠燈亮起，南北向主干道紅燈閃亮，延遲10秒恢復原來的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關對應東西向功能相同，另外兩個脈沖開可以控制車流量，當東西向主干道等待車量較多的時候，按下東西向控制脈沖開關,東西向主干道延長綠燈點亮時間到15秒。東西向行人道綠燈也要對交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖應延長。南北向脈沖開關對應東西向功能相同。交通燈監(jiān)控系統(tǒng)1.3流程圖東西主干道南北紅燈亮南北主干道414S南北綠燈亮10S南北綠燈閃2S南北黃燈亮S南北行人道東西行人道結(jié)束手動控制車流量流程圖東四綠東四綠東四綠東四綠第2章可編程控制器程序設計2.1可編程控制器選擇木次交通燈設計用的是來自OMRON的CPM1A-30CDR-A可編程控制器。產(chǎn)品規(guī)格：CPM1ACPU單元CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實現(xiàn)了具有10點-100點輸入輸岀點數(shù)的彈性構(gòu)成。而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應用中，亦能適應生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求AC電源輸入，繼電器輸出，能加擴展單元。2.2十字路口交通燈模擬控制時序圖啟動行人道綠燈盲人脈沖按鍵控制時序圖啟動南北紅ONONONON14S十字路口主干道交通燈模擬控制時序圖ON啟動14S東西向綠燈延時時序圖

2.3可編程控制器I/O端口分配啟動開關OOOO停止開關0001東西主干道綠燈1000東西主干道黃燈1001東西主干道紅燈1002南北主干道綠燈1003南北主干道黃燈1004南北主干道紅燈1005東西行人道綠燈1100東西行人道紅燈1101南北行人道綠燈1102南北行人道紅燈1103東西向綠燈延遲控制按鈕0004南北向綠燈延遲控制按鈕0005東西盲人脈沖按鈕0003南北盲人脈沖按鈕0002

00000120003()(PLC100010203

nH100000120003()(PLC100010203

nH1n交通燈控制PLCI/O端口2.4程序設計0LD00001OR203002AND-NOT00013AXD-NOT200004OUT203005LD203006AND-NOT200017AXD-NOT202038OUT203019LD2030110ORTIM00511ORTIM02712OR2000013AXD-NOTTIM00214AND-NOT2010315AND-NOT000116OUT2000017TIM000#10018TIM001#12019TIM002#14020LDTIM002

21OR2000122ORTIM01823AND-NOTTIM00524AND-NOT000125AND-NOT2020326OUT200127TIM003#10028TIM004#12029TIM005#14030LD000431OR2010032AND-NOT000033AND-NOT000534AND-NOT000135OUT2010036LD2010037AND2010538OUT2010239LDTIM00540ORTIM02741OUT2010542LD2010243OR2010344AND-NOT000145AND-NOTTIM01846OUT2010347TIM016#15048TIM017#17049TIM018#19050LD000551OR2020052AND-NOT000153AND-NOT000054AND-NOT000455OUT2020056LDTIM00257LDTIM01858OUT2020559LDTIM2020060AND2020561OUT2020262LD2020263OR2020364AND-NOT000165AND-NOT02766OUT2020367TIM025#15068TIM026#17069TIM027#19070LD2000071AND-NOTTIM00072LD2010373AND-NOTTIM01674ORLD75AND-NOT000176OUT2000277LDTIM00078AND-NOTTIM00179LDTIM01680AND-NOTTIM01781ORLD82AND-NOT2000483AND-NOT000184OUT2000385TIM006#00286LDTIM006

87ORTIM00888ORTIM01089ORTIM00990OR2000491AND-NOTTIM00792AND-NOT000193OUT2000494TIM007#00295LD2000296OR2000397AND-NOT000198AND-NOT2000999OUT100010LDTIM00110AND-NOTTIM0020110LDTIM01710AXD-NOTTIM01810ORLD23410AND-NOT2000910AND-NOT000110OUT100156710LD2000010AND-NOTTIM00211LD2010389011AND-NOTTIM01811ORLD11AND-NOT2000912311AXD-NOT000111OUT110311LD2000045611AND-NOTTIM00211LD2010311AND-NOTTIM01878912ORLD12AND-NOT2010312AND-NOT000101212OUT2001512LD2001512OR20014345

126AND-NOTOOO1127OUT1005128LD2000112AND-NOTTIM00313LD2020313AND-NOTTIM02590113ORLD13AXD-NOT000113OUT2000523413LDTIM00313AND-NOTTIM00413LDTIM02556713AND-NOTTIM02613ORLD14AND-NOT2000489014AND-NOT000114OUT2000614TIM008#00212314LD2000514OR2000614AND-NOT2001345614AND-NOT000114OUT100314LDTIM00478915AND-NOTTIM00515LDTIM02615AND-NOTTIM02701215ORLD15AND-NOT000115AND-NOT2001334515OUT110115LD2000115AND-NOTTIM005678

159LD20203160AND-NOTTIM027161ORLD16AND-NOT2001316AND-NOT000116OUT110123416LD2000116AXD-NOTTIM00516LD2020356716AND-NOTTIM02716ORLD17AND-NOT000189017AND-NOT2000917OUT2100017LD2100012317OR2001117AND-NOT000117OUT100245617LDTIM00117AND-NOTTIM00217LDTIM01778918AND-NOTTIM01818ORLD18AND-NOT2000401218AND-NOT000118OUT2000718TIM009#00234518LDTIM00418AND-NOTTIM00518LDTIM02667818AND-NOTTIM02719ORLD19AND-NOT20004901

192AND-NOT0001193OUT20008194TIM010#219LD2000719OR2000319OR2000256719OR2001319AXD-NOT000120OUT110089020LD2000820OR2000520OR2000612320OR2000920AND-NOT000120OUT110245620LD000220OR2000920AND-NOTTIMOil78921OUT2000921TIM011#10021LD2000901221AND-NOT2001021OUT2001121TIM012#01034521LDTIM01221ORTIM01521OR2001067821AND-NOTTIM01322OUT2001022TIM013#01090122LD000322OR2001322AND-NOTTIM014234

22OUT2001322TIM014#10022LD2001356722AND-NOT2001022OUT2001423TIM015#01089023END2121156212121789222222012222222345第3章總結(jié)3.1難點分析木程序在設計過程遇到了一些難點我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題。3.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應關系因為實際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應關系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時簡化程序、減少PLC不必要的運算。3.1.2盲人脈沖按鍵盲人在東西南北的行人道同時通過十字路口的情況不會經(jīng)常出現(xiàn)，可以說是非少的，如果我們要把盲人脈沖分開東西控制和南北控制使他不影響和它沒關系的主干道就可以使車輛行走更加通順減少車輛堵塞的情況。要實現(xiàn)這樣的功能就要在脈沖按鍵按下時不影響他們的計時程序只在對應的主干道紅綠燈輸出程序上進行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開。3.1.3手動車流控制按鍵的控制方式手動車流控制按鍵是對相應的主干道綠燈延長的進行控制，但不能使它在按下時使改變當時的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個請求和響應的關系。3.1.4交通燈的閃亮交通燈綠燈在實際運行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設計程序中也要加入這個功能，參考了一些PLC的交通燈程序介紹時發(fā)現(xiàn)PLC中有一些繼電器可以實現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是PLC內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。由于對PLC內(nèi)部的功能繼電器不太熟悉（不同型號的PLC內(nèi)部功能繼電器編號也不一樣）我想了一個用程序?qū)崿F(xiàn)的方法（程序段在第86條~第94條指令之間），此方法可以說是軟件實現(xiàn)功能的方法，雖然程序加長了但閃爍頻率可以控制比較靈活。3.2調(diào)試錯誤與修改方法經(jīng)過設計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。剛開始的時候把程序?qū)戇M去然后運行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進行監(jiān)控于是再在運行的同時進行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運行正常但再運行下去的時候第二周期就再沒有反應了，包括里而的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前而沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學到有用的動酋。3.3PLC智能化控制交通燈的方法傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法己不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應用可編程序控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而實際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法己不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方而的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應用可編程序控制器（PLC）對十字路口交通控制燈實現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動態(tài)變化量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器。在十字路口的四個方向（E、S、W、N）的近端J（斑馬線附近）和遠端Y（距斑馬線約100米處）各設置一個傳感器，分別統(tǒng)計通過該處的車輛數(shù)。為了實現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分：其一是固定的10秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時間tl;其二是根據(jù)兩個方向車輛流量變化進行模糊決策的延時t2o然后通過傳感器采集后的排隊等候的車輛數(shù)送往PLC進行模糊推理運算得岀延遲時t2,最后由tl和t2來實現(xiàn)對十字路口車流量的靈活控制。3.4收獲與感悟經(jīng)過半個多月的艱苦奮斗，設計成果終于出來