十字路口交通信号灯PLC控制系统(DOC30页)gasn.doc

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1、长 春 大 学 课程设计纸Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.十字路口口交通信信号灯PLC控制系系统摘要：随随着近年年来科技技和交通通工具的的发展与与人民生生活水平平不断提提高，私私家车拥拥有量越越来越多多，与之之而来的的就是日日益严重重的交通通问题。于于是我分分析并结合城城乡交通通的实际际情况阐阐述交通通灯控制制系统的的工作原原理，自自行设计计一种简简单实用用的城市市交通灯灯控制系系统的硬硬件电路路设计方方案。本次设计计的控制制系统，能能根据不不同的路路况要求求，改变变各信号号灯的工工作时间

2、间和工作作状况，使使之与当当前路况况匹配，更更加充分分利用好好人力物物力资源源。而且与继继电器、逻逻辑电路路或单片片机控制制系统相相比，PLC控制系系统具有有更高的的可靠性性、灵活活性和经经济实用用性。关键词：交通控控制；交通灯灯；PLCC控制Inteerseectiion Traaffiic LLighhts Conntrool SSysttemBBaseedOnnPLCCAbsttracct:WWithh thhe ddeveeloppmennt oof sscieencee annd ttechhnollogyy annd ttrannspoortaatioon ttoolls iin

3、rreceent yeaars andd thhe cconttinuuouss immproovemmentt off peeoplless liivinng sstanndarrds, thhe nnumbber of priivatte ccarss haas bbecoome morre aand morre, whiich is thee inncreeasiing traaffiic pprobblemm. SSo II annalyysiss annd ccombbineed wwithh thhe aactuual sittuattionn off urrbann annd r

4、ruraal ttraffficc trrafffic ligght conntrool ssysttem worrkinng pprinncipple, deesiggn aa kiind of simmplee annd ppraccticcal urbban traaffiic llighht cconttroll syysteem hharddwarre ccirccuitt deesiggn.The dessignn off coontrrol sysstemm, ccan acccorddingg too thhe rrequuireemennts of thee diiffeer

5、ennt rroadd coondiitioons, chhangge tthe worrkinng hhourrs aand worrkinng ccondditiionss off eaach siggnall too thhat of thee cuurreent roaad ccondditiionss maatchh, mmoree maake thee maanpoowerr reesouurcees. Commparred witth rrelaay, loggic cirrcuiit oor SSCM conntrool ssysttem, PLLC cconttroll sy

6、ysteem hhas higgherr reeliaabillityy, fflexxibiilitty aand ecoonommic utiilitty.Keywwordds: Trrafffic Conntrool, Thee Trrafffic Ligght, PLLC CConttroll ii目 录第1章 前言11.1 设计目目的11.2 设计要要求1第2章 总体方方案设计计22.1 方案论论证22.2 总体方方案22.2.1 CCPU选择22.2.2 系统总总体方案案框图33第3章 系统PLC部分设设计33.1 西门子S7-2000简介43.2 输入输输出端口口分配表表53.3

7、 PLCC控制系系统I/O接线图图53.4 十字路路口交通通灯的控控制时序序图63.5 十字路路口交通通灯的控控制梯形形图9第4章 系统MCGGS组态部部分设计计224.1 监控界界面设计计224.2 PLCC与组态态的通讯讯连接222第5章 模拟调调试2445.1 组态软软件参数数设定2245.2 控制系系统的模模拟调试试步骤2255.3 模拟调调试过程程遇到的的问题及及解决方方法255第6章 总结266参考文献献27第1章 前言1.1 设计目目的随着社会会经济的的发展，城城市交通通问题越越来越引引起人们们的关注注。人、车车、路三三者关系系的协调调，已成成为交通通管理部部门需要要解决的的重要

8、问问题之一一。城市市交通控控制系统统是用于于城市交交通数据据监测、交交通信号号灯控制制与交通通疏导的的计算机机综合管管理系统统，它是是现代城城市交通通监控指指挥系统统中最重重要的组组成部分分。 城市与城城市之间间共性就就是混合合交通流流问题。在在交叉口口如何解解决混合合交通流流中的相相互影响响或彼此此的相互互影响，就就是解决决问题的的关键。同同时随着着我国经经济的稳稳步发展展，城市市机动车车量的不不断增加加，人民民的生活活水平日日渐提高高，大量量汽车进进入寻常常老百姓姓的家庭庭。据不不完全统统计，目目前我国国城市里里的十字字路口交交通系统统大都采采用定时时来控制制(不排除除繁忙路路段或高高峰时

9、段段用交警警来取代代交通灯灯的情况况)，这样样必然产产生如下下弊端:当某条条路段的的车流量量很大时时却要等等待红灯灯，而此此时另一一条是空空道或车车流量相相对少得得多的道道却长时时间亮的的是绿灯灯，这种种多等少少的尴尬尬现象是是未对实实际情况况进行实实时监控控所造成成的，不不仅让司司机乘客客怨声载载道，而而且对人人力和物物力资源源也是一一种浪费费。 于是，我我想设计计一个十十字路口口交通信信号灯PLC控制系系统，可可以区别别正常时时段、高高峰时段段和晚间间时段，来来利用道道路上的的每一个个要素，以此完成对人力和物力资源的充分利用。1.2设设计要求求（1）系系统不仅仅有指示示灯显示示还要有有数码

10、管管显示；（2）实实现高峰峰时段、正正常时段段、晚间间时段等等不同时时段的控控制；（3）可可以实现现任意时时间信号号灯亮灭灭的控制制；（4）完完成监控控界面的的设计及及实现启启动和停停控制。共 27 页第 30 页第2章 总体方方案设计计2.1 方案论论证为了达到到系统设设计要求求，且单片机机由于硬件件和软件件均要设设计，抗抗干扰性性能差，不不通用，并并且需要要有接口口电路与与之配套套，价格格中等，制制造较难难的等缺缺点。所所以我决决定使用用PLC控制系系统来完完成这次次的设计计。然后要确确定如何何设计梯梯形图来来满足控控制要求求。在什什么时候候用什么么样的继继电器和和什么样样的输出出节点，以

11、以及采取取什么方方法来分分别实现现不同时时段的控控制，在在这里我我和同学学一起商商量讨论论许久。最最终确定定以总体体的方法法，不再再逐个计计时，而而是采用用整体计计时的方方法，在在不同的的时间打打开不同同的开关关量，使使得设计计更加直直观。这这样显著著减少了了设计时时的工作作量，不不再为每每一个定定时器的的后续是是否冲突突矛盾而而反复排排查。最后一步步步实现现一些细细节之处处的处理理。2.2 总体方方案2.2.1 CCPU选择方案一：CPUU2222。集成8输入/输出共14个数字字量I/O点。可可连接2个扩展展模块。6K字节程程序和数数据存储储空间。4个独立立的30kkHz高速计计数器，2路独

12、立立的20kkHz高速脉脉冲输出出。1个RS4485通讯/编程口口，具有有PPI通讯协协议、MPI通讯协协议和自自由方式式通讯能能力。方案二：CPUU2244。集成14输入/10输出共24个数字字量I/O点。可可连接7个扩展展模块，最最大扩展展至168路数字字量I/O点或35路模拟拟量I/OO 点。13K字节程程序和数数据存储储空间。6个独立立的30kkHz高速计计数器，2路独立立的20kkHz高速脉冲冲输出，具具有PIID控制器器。1个RS4485通讯/编程口口，具有有PPI通讯协协议、MPI通讯协协议和自自由方式式通讯能能力。由于CPPU2222的I/O端子排排可很容容易地整整体拆卸卸，具

13、有有很强控控制能力力的控制制器，最最终选择择了方案案二。2.2.2 系系统总体体方案框框图PLC控制南北红灯控制高峰启停东西左转灯南北左转灯东西绿灯控制东西黄灯控制灯东西红灯控制南北绿灯控制南北黄灯控制总体启停夜间启停正常启停图2.11 系统总总体方案案框图第3章 系统PLC部分设设计3.1 西门子S7-2000简介CPU2224型（1）基基本输入入端子CPU2224的主机机共有14个输入入点（I0.0I0.7、I1.0I1.5）和10个输出出点（Q0.0Q0.7，Q1.0Q1.1），在在编写端端子代码码时采用用八进制制，没有有0.8和0.9。CPUU2244输入电电路参见见图2-2，它采采用

14、了双双向光电电耦合器器，24V直流极极性可任任意选择择，系统统设置1M为输入入端子（I0.0I0.7）的公公共端，2M为（I1.0I1.5）输入入端子的的公共端端。（2）基基本输出出端子CPU2224的10个输出出端。共共用1M和1L公共端端，Q0.5Q1.1共用2M和2L公共端端，在公公共端上上需要用用户连接接适当的的电源，为PLC的负载服务。CPU2224的输出出电路有有晶体管管输出电电路和继继电器输输出两种种供用户户选用。在在晶体管管输出电电路中（型型号为6ESS7 2214-1ADD21-0XBB0）中，PLC由24V直流供供电，负负载采用用了MOSSFETT功率驱驱动器件件，所以以只

15、能用用直流为为负载供供电。输输出端将将数字量量输出分分为两组组，每组组有一个个公共端端，共有有1L，2L两个公公共端，可可接入不不同电压压等级的的负载电电源。在在继电器器输出电电路中（型型号为6ESS7 2212-1BBB21-0XBB0），PLC由2200V交流流电源供供电，负负载采用用了继电电器驱动动，所以以既可以以选用直直流为负负载供电电，也可可以采用用交流为为负载供供电。在在继电器器输出电电路中，数数字量输输出分为为三组，每每组的公公共端为为本组的的电源供供给端，Q0.0Q0.3共用1L，Q0.4Q0.6共用2L，Q0.7Q1.1共用3L，各组组之间可可接入不不同电压压等级、不不同电压

16、压性质的的负载电电源。（3）高高速反应应性CPU2224 PLCC有6个高速速计数脉脉冲输入入端（I0.0I0.5），最最快的响响应速度度为30KKHz用于捕捕捉比CPU扫描周周期更快快的脉冲冲信号.CPU2224 PLCC 有2个高速速脉冲输输出端（Q0.0，Q0.1），输输出频率率可达20KKHz，用于PTOO （高速速脉冲束束）和PWM（宽度度可变脉脉冲输出出）高速速脉冲输输出。（4）模模拟电位位器模拟电位位器用来来改变特特殊寄存存器（SM228，SM229）中的的数值，以以改变程程序运行行时的参参数。如如定时器器、计数数器的预预置值，过过程量的的控制参参数。（5）存存储卡该卡位可可以选

17、择择安装扩扩展卡。扩扩展卡有有EEPPROMM存储卡卡，电池池和时钟钟卡等模模块。存存储卡用用于用户户程序的的拷贝复复制。在在PLC通电后后插此卡卡，通过过操作可可将PLC中的程程序装载载到存储储卡。当当卡已经经插在基基本单元元上，PLC通电后后不需任任何操作作，卡上上的用户户程序数数据会自自动拷贝贝在PLC中。利利用这一一功能，可可对无数数台实现现同样控控制功能能的CPUU22XX系列进进行程序序写入。且电池模模块用于于长时间间保存数数据，使使用CPUU2244内部存存储电容容数据存存储时间间达190小时，而而使用电电池模块块数据存存储时间间可达200天。3.2 输入输输出端口分配表表根据实

18、验验要求，得得到I/O分配表表如下所所示：表3.11 输入输输出端口口分配表表输入信号号高峰启动动SB11I0.00高峰停止止SB22I0.11正常启动动SB33I0.22正常停止止SB44I0.33夜间启动动SB55I0.44夜间停止止SB66I0.55启动SBB7I0.66停止SBB8I0.77输出信号号南北红灯灯HL1、HL22Q0.00南北黄灯灯HL3、HL44Q0.11南北绿灯灯HL5、HL66Q0.22东西红灯灯HL7、HL88Q0.33东西黄灯灯HL9、HL110Q0.44东西绿灯灯HL111、HL112Q0.55南北左转转灯HL113、HL114Q0.66东西左转转灯HL115

19、、HL116Q0.773.3 PLC控制系系统I/O接线图图根据十字字路口交交通灯的的输入输输出点分分配表，画画出如图图3.1所示的PLC控制系系统I/O接线图图。图3.11 PLLC控制系系统I/O接线图图3.4 十字路路口交通通灯的控控制时序序图根据十字字路口交交通灯的的控制关关系画出出如图3.3所示的的时序图图。正常时段的控制时序图ON高峰时段的控制时序图ON图3.22 十字路路口交通通灯的控控制时序序图即本系统统的控制制对象有有八个，分分别为东东西方向向红灯两两个，南南北方向向红灯两两个，东东西方向向黄灯两两个，南南北方向向黄灯两两个，东东西方向向绿灯两两个，南南北方向向绿灯两两个，东

20、东西方向向左转弯弯绿灯两两个，南南北方向向左转弯弯绿灯两两个。本本控制系系统律分分为高峰峰时段和和正常时时段进行行控制，晚晚上时段段按提示示敬告方方式运行行，规律律为：东东、南、西西、北四四个黄灯灯全部闪闪亮，其其余灯全全部熄灭灭，黄灯灯闪亮按按亮0.4秒，暗0.6秒的规规律反复复循环。 正常时段段(6:307:000、8:115116:330、19:3022:00)：南北绿灯灯亮维持持25秒，闪闪烁5秒后南南北黄灯灯亮5秒，然然后熄灭灭，同时时南北红红灯亮，东东西左转转弯绿灯灯亮5秒闪烁5秒后，东东西方向向绿灯亮亮，同时时东西方方向红灯灯熄灭，25秒后东东西方向向绿灯闪闪烁5秒后熄熄灭，东东

21、西黄灯灯亮5秒后熄熄灭，同同时东西西方向红红灯亮，南南北方向向左转弯弯灯亮同同时南北北方向红红灯亮，南南北方向向左转弯弯灯亮5秒后熄熄灭。然然后如此此循环往往复。高峰时段段（7:00088:155、16:3019:30）：南北绿灯灯亮维持持30秒，闪闪烁5秒后南南北黄灯灯亮5秒，然然后熄灭灭，同时时南北红红灯亮，东东西左转转弯绿灯灯亮5秒闪烁5秒后，东东西方向向绿灯亮亮，同时时东西方方向红灯灯熄灭，20秒后东东西方向向绿灯闪闪烁5秒后熄熄灭，东东西黄灯灯亮5秒后熄熄灭，同同时东西西方向红红灯亮，南南北方向向左转弯弯灯亮同同时南北北方向红红灯亮，南南北方向向左转弯弯灯亮5秒闪烁5秒后熄熄灭，同同

22、时南北北绿亮。然然后如此此循环往往复。晚间时段段（22:00-6:330）：东东，南，西西，北四四个黄灯灯全部闪闪亮，其其余灯全全部熄灭灭，黄灯灯闪亮按按亮0.4秒，暗0.6秒的规规律反复复循环。图3.33 十字路路口交通通信号灯灯的示意意图3.5 十字路路口交通通灯的控控制梯形形图第4章 系统MCGGS组态部部分设计计4.1 监控界界面设计计图4.11监控界界面打开用户户窗口，新新建一个个窗口，将将其设置置为启动动窗口。打开窗口口，在窗窗口中画画出红绿绿灯监控控界面，并并将其控控制量与与被控量量与实时时数据库库中的开开关量相相连接。然然后保存存，运行行，检查查。4.2 PLCC与组态态的通讯

23、讯连接利用RSS4855总线使PLC与电脑脑连接。使PLC输入输出信号能够和电脑进行数据的传输。图4.22RS4485通通讯总线线第5章 模拟调调试5.1 组态软软件参数数设定先设定组组态软件件中的参参数设置置，将每每个开关关量都在在实时数数据库中中设置参参数，并并将其与与监控界界面的控控制量和和被控量量对应。图5.11 组态参参数设定定然后打开开设备窗窗口界面面。选择择设备管管理。选择添加加的设备备。先添添加一个个串口父父设备，再再将PLC作为子子设备挂挂在串口口下方。然后双击击串口通通讯设备备，在弹弹出的设设备属性性对话框框中根据据所用设设备的通通讯协议议设置所所用的通通讯端口口，通讯讯波

24、特率率，数据据位数，奇奇偶校验验方式和和停止位位位数，设设置完成成后点击击确定。至至此完成成PLC与组态态的通讯讯连接。图5.22通讯接接口设定定5.2 控制系系统的模模拟调试试步骤（1）将将程序输输入到PPLC的的用户存存储器，并并查找程程序是否否正确。（3）对对程序进进行调试试和修改改，直到到在组态态模拟上上满足要要求为止止。5.3 模拟调试试过程遇遇到的问问题及解解决方法法（1）在在开始，按按下转换换开关，根根据设计计的要求求,应该亮亮的灯有有“南北红红灯”、“东西绿绿灯”，由于于设计中中未考虑虑周全，当当按下转转换开关关时，不不仅“南北红红灯”、“东西绿绿灯”亮，而而且“南北绿绿灯”、

25、“东西红红灯”也亮，断断电后，对对程序进进行检查查，发现现把程序序转换到到高峰时时段后，没没有对定定时器终终止，所所以才会会出现灯灯亮混乱乱的情况况。（2）设设计中，当当程序处处在早上上八点十十五之后后的正常常时段时时，程序序运行了了一个周周期后，就就不再循循环了。断断电后对对程序进进行检查查，发现现程序执执行完一一个周期期后，定定时器没没有被复复位，检检查得知知是因为为对定时时器的分分段控制制不当。对对程序进进行修改改后，调调试后都都正常。第6章 总结这次我设设计的是是十字路路口交通通信号灯灯PLC控制系系统设计计与调试试。首先做做硬件设设计，先先画原理理图和硬硬件接线线图，然然后确定定元器

26、件件的型号号。之后后就是设设计元器器件的位位置，并并在软件件上实现现模拟。接接下来就就是软件件的设计计。在编编写程序序之前，先先对基本本的电路路进行分分析，在在理解之之后，考考虑怎样样进行正正常时段段、高峰峰时段和和晚间时时段的跳跳转。起起初程序序出现了了错误，该该亮的灯灯没亮，该该灭的等等没灭，而而且不能能进行跳跳转，在在与同学学的一次次又一次次的分析析下，我我们对程程序进行行修改、试试验，最最后终于于成功。而且在这这次试验验中，我我并没有有选用单单片机控控制系统统设计，是是因为单单片机硬硬件和软软件均要要设计，抗抗干扰性性能差，不不通用，并并且需要要有接口口电路与与之配套套，价格格中等，制

27、制造较难难。于是是我在程程序设计计的过程程中，分分析控制制交通的的多种原原理，选选用可编编程控制制器PLC，很好好的避开开单片机机控制系系统的缺缺点，极极大的发发挥可编编程控制制器PLC的抗干干扰能力力强，更更高的可可靠性、灵灵活性和和经济实实用性等等特点。并并通过对对可编程程控制器器PLC的程序序编辑，实实现正常常时段、高高峰时段段和晚间间时段的的跳转，更更好的完完成对人人力物力力资源的的利用。但是，这这次PLC的设计计还是有有许多缺缺点的，比比如操纵纵的灵活活性相对对较弱，当当想要改改变红绿绿灯的时时间时，需需要重新新编写输输入新的的程序。和和未对系系统设置置多重保保护，运运行期间间可能会

28、会出现程程序的冲冲突而导导致系统统出错。而且，若若是在特特殊时段段，想进进行强制制手动控控制，本本设计并并不能满满足对应应的要求求，所以以有些不不适应显显示情况况。所以以如果以以后能有有机会再再次对本本设计进进行优化化和改善善，我会会给本系系统多加加几层保保护，以以便在程程序出错错时尽快快的自检检并重新新启动。然然后再添添加一部部分的手手动控制制功能，来来实现系系统的灵灵活性，使使之更能能适应现现代的工工作要求求。参考文献献1 吴超,戴戴亚文.基于AT889S552单片机机的超声声波测距距系统的的设计J.中原工工学院学学报. 220088,199(5): 665-669.2 张秀国.单片机C语

29、言程程序设计计教程与与实训M.北京:北京大大学出版版社, 220088.3 廖常初.PLCC梯形图图的顺序序控制设设计法.电工技技术杂志志，200014 求是科技技编著 PLLC应用开开发技术术与工程程实践.电子工工业出版版社.200045 余雷声.电气原原理与PLC应用。北北京：机机械工业业出版社社，199966 钟肇新,范建东东编. 可编程程控制器器基础及及应用.广州：华东理理工大学学，200027 张万忠.可编编程控制制器入门门与应用用实例北京：中国电力出版社20048 台方.可可编程序序控制器器应用教教程北北京：中中国水利利水电出出版社200019 常斗南.可编编程序控控制器原原理应用

30、实验 北京：机械工工业出版版社1999810 陈胜利,曾谊晖晖. PLLC在控制制交通信信号灯中中的应用用，20003年第五五期11 邦田.电电子电路路实用抗抗干扰技技术北北京：人人民邮电电出版社社 1999412 Bosee B K.PPoweer EElecctrooniccs aand ACM. Drrivees. Preentiice-Halll.11986613 Rollls,Thoomass Buurnaand. Poowerr diistrribuutioon iin iinduustrriall innstaallaatioons. Loondoon : Peeterr Peereggrinnus Ltdd, 11979914 Pablla,AA.S. Ellecttricc poowerr diistrribuutioon ssysttemss. PPablla.Neww Deelhii : Tatta MMcGrraw-Hilll PPub. Coo. 11981115 H. CCottton, H. Baarbeer.TThe traansmmisssionn annd ddisttribbutiion of eleectrricaal eenerrgy. Loondoon : Hooodeer aand Stooughhtonn, 119700