交通灯课程设计--PLC实现交通灯控制设计.pdf

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1、 交通灯课程设计-PLC 实现交通灯控制设计 烟 台 南 山 学 院 PLC 课程设计 题 目:PLC 实现交通灯控制设计 姓 名：所在学院：所学专业：班 级：学 号：指导教师：完成时间：摘要 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。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道

2、路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，笔者进行了深入的研究，本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控

3、制器PLC、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终笔者选择了用可编程的控制器 PLC来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。关键词：可编程的控制器，PLC 目录 第 1 章 绪 论.0 第 2 章系统总体设计方案.0 第 3 章 S7-300 PLC 的硬件系统.1 3.1 PLC 原理.1 3.2 硬件设计.2 3.2.1 交通灯控制系统实验板.2 3.2.2 I/O 分配.3 3.2.3 选择 PLC 型号.3 第 4 章 软件设计.4 4.1 编程分析：

4、.4 4.2 梯形图.7 4.3 调试.8 体会.9 参考文献.10 0 第 1 章 绪 论 可编程控制器是以微处理器为基础，综合计算机技术，自动控制技术和通讯技术而展起来的一种新型工业控制装置，它将传统继电器控制技术和现代计算机信息处理两者的优点结合起来成为工业自动化领域中最重要，应用最多的控制设备，并已跃居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。可编程控制器（简称 PLC）是在继电器控制和计算机技术的基础上开发了出来，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。可编程控制器以其可靠性高，组合灵活，编程简

5、单，维护方便等独特优势被日趋广泛应用于国民经济的各个控制领域，它的应用深度和广度已成为一个国家工业先进水平的重要标志。由于早期的可编程控制器只是用来取代继电器控制执行逻辑运算、计时、计数等顺序控制功能，因此人们称之为可编程序逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称 PLC。第 2 章系统总体设计方案 控制要求：(1)交通信号灯系统由一启动开关 SB1 控制，此开关接通时，信号灯系统开始运行；当该开关断开时，所有的信号灯均熄灭；(2)南北方向绿灯与东西方向绿灯不能同时亮，一旦出现此情况应关闭信号灯系统；并发出报警信号；(3)南北红灯亮维持 30 秒，此时东西方

6、向绿灯也亮 25 秒，然后进入闪烁 3秒，东西方向黄灯点亮维持 2 秒，然后黄灯熄灭；接着东西方向红灯点亮；同时，南北方向红灯熄灭，绿灯点亮；(4)东西方向红灯点亮维持 30 秒，方向绿灯点亮维持 25 秒，然后闪烁 3秒后熄灭，黄灯点亮 2 秒后熄灭；这时南北红灯点亮，东西绿灯点亮；(5)以上南北、东西交通信号灯周而复始的交替工作状态，指挥着十字路口的交通；1 第 3 章 S7-300 PLC 的硬件系统 3.1 PLC 原理 PLC 的 CPU 则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到

7、该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在 100ms 以上，而 PLC 扫描用户程序的时间一般均小于 100ms，因此，PLC 采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式-扫描技术。这样在对于 I/O 响应要求不高的场合，PLC 与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I

8、/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(2）用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的 2 状态；或者

9、刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。（3）输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。3.2 硬件设计 3.2.1 交通灯控制系统实验板 图 3.1 十字路口交通灯示意图 用 户 输 出 设 备 输 入 端 子 输 入 锁 存 器 输 入 映 象 寄 存 输 出 映 象 寄 存 输 出 锁 存 器 输 出 端 子 程序 执行 用 户 输 入 设 备 写 读 读 3 图 3.2 扫描工作过程图 3.2.2 I/O

10、 分配 输入：SB1（启动开关）：X0 SB2（停止开关）：X1 输出：南方向/北方向绿灯：Y5 南方向/北方向黄灯：Y4 南方向/北方向红灯：Y3 东方向/西方向绿灯：Y2 东方向/西方向黄灯：Y1 东方向/西方向红灯：Y0 3.2.3 选择 PLC 型号 由于 I/O 分配可得知，输入信号只有一个，而输出信号有七个，故选择松下 FP1-C16 即可。PLC 参考电路：输入刷新 程序执行 输出刷新 一个扫描周期 输入刷新 4 图 3.3 PLC 参考图 第 4 章 软件设计 4.1 编程分析：由于绿灯亮 25s,闪烁 3s，所以，用一启动开关 SB1（X0）经过一上升沿有效，连接定时器 T1

11、 的常闭接中间继电器线圈 R1 并自保持，同时接定时器 T1，定时 25s，25s 后定时器常开驻点闭合，常闭断开，由此，R1 线圈不得电。当T1 接通的瞬间，同时接通定时器 T2 和中间继电器 R2 并自保持。T2 定时 3s，同样用定时器 T2 的常闭驻点来实现线圈 R2 断电。达到定时的目的。当 R2 线圈接通的同时，东西方向绿灯输出 Y2 得电，当 R1 接通的同时，用脉冲继电器 R90C（秒/次）实现绿灯闪烁。东西方向黄灯亮 2s，用一定时器 T3 控制，当定时器 T2 常闭驻点闭合，接通定时器 T3 和东西方向黄灯输出 Y3,同样用定时器 T3 的常闭驻点来实现线圈Y1 断电。达到

12、目的。5 当 R1 中间继电器得电，南北方向的红灯输出 Y3 得电并自保持，同时用定时器 T8 定时 30s 实现，同样用定时器 T8 的常闭驻点实现线圈 Y3 断电。达到目的。当一方向的红灯灭时，另一方向的红灯亮。一方向的黄灯灭时，另一方向绿灯亮。一方向的红灯和另一方向的绿、黄同时亮。而另一方向的绿、黄、红也同样实现。实现循环：当一个周期完成后，用最后实现灯亮的定时器的常开驻点连接到周期开始的那个定时器上，并自保持。实现循环。6 流程图如下：图 4.1 红绿灯流程图 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25S 3S 2S 南北红灯亮 南北绿灯亮 南北绿灯闪 南

13、北黄灯亮 南北主干道 30S 25S 3S 2S 启动开关 南北红灯亮 南北绿灯 南北绿灯闪 30S 25S 3S 东西绿灯亮 东西绿灯闪 东西红灯亮 25S 3S 30S 东西行人道 南北行人道 结束 结束 30S 7 4.2 梯形图 如图 4.2 所示的梯形图输入程序：图 4.2 红绿灯流程图 8 4.3 调试 启动松下 PLC 软件 FPWIN-GR270 后，在其应用环境中编写好交通灯的梯形图后，进行转换成 PLC 能够识别的梯形图格式，在将其下载到 PLC 试验板上，在试验板上运行并且在线控制。当按下启动开关 SB1 后，交通信号灯控制系统则开始工作；先同时使南北红灯亮，并保持 30

14、s，东西绿灯亮 25s 后，东西绿灯进入闪烁 3s，东西绿灯熄灭，同时东西黄灯亮 2s；南北红灯灭，东西红灯亮，并维持 30s，东西黄灯灭，南北绿灯亮 25s，进入闪烁 3s，南北绿灯灭，南北黄灯亮 2s，南北黄灯灭，东西红灯灭。如此循环。当按下停止开关 SB2 时，交通信号灯控制系统则停止工作。当出现故障时，输出 Y6 信号灯亮，发出报警信号。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。9 体会 通过本次实训，了解到如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待

15、解决的主要问题。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,介绍丁集计算机、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,同时对减轻车辆尾气排放,从而降低环境污染都起到了不可低估的作用。更加体会到 PLC 的可靠性高，抗干扰能力强，.通用性强，控制程序可变，使用方便等优点。更加熟悉了松下编程软件 FBWIN 的使用方法与各种基本指令。在实习过程中常常出现各种问题，学会了初步排除问题的方法。例如；出现无法下载到 PLC 试验板，由于试验台还处于运行状态，只需将运行状态改变就能实现下载。同理由 PLC 上载也是同样。梯形图有误在试验板是无法正常运行，需要在安装有 FPWIN 软件的电脑上，进行修改后下载即可。通过本次实习，更加了解了 PLC 自动控制原理与生活的紧密结合。10 参考文献 PLC 电气控制主编：周美兰、周封，王岳著-北京：科学出版社，2003电路设计与设计主编：廖常初北京：科学出版社，2003 PLC 编程及应用主编：张伟北京：中国水利水电出版社，1999 单片微机原理及应用主编：廖常初北京：电子工业出版社，2003 PLC 可编程控制器教程主编：伊宏业-北京：航空工业出版社，1997