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1、可编程控制器智能交通灯控制系统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没，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。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是
2、工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。关键词：交通控制， 交通灯， PLC控制程序。目录 一、 引言 .41、概述 .42、PLC的特点及控制系统设
3、计的基本原则.4（1）PLC的特点 .4（2）PLC控制系统设计的基本原则 . 53、PLC控制系统设计的基本内容.54、PLC控制系统设计的一般步骤.5 （1）、 流程图功能说明.5（2）、 PLC程序设计步骤.6二、PLC控制交通灯系统 .71、十字路口交通灯控制实际情况 .72、结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验 .73、交通灯控制流程图 .8三、交通灯硬件设计 101、硬件及外围元器件的选择 .102、PLC外部接线图的设计 .103、交通灯的保护措施 .104、干扰的来源.115、抗干扰措施.11四、 交通灯控制程序设计 .121、十字路口交通灯模拟控制时序图 122、可编程控制器
4、I/O端口分配表 .143、控制程序梯形图 154、程序设计 .22五、设计总结 . . 241、难点分析 .242、调试错误与修改方法 .243、收获与体会 25致辞.25参考文献.25可编程控制器智能交通灯控制系统一、引言1、概述 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。交通信号灯的
5、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PLC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，在现代工业中的作用更加突出。
6、同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还引入F940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。2、PLC的特点及控制系统设计的基本原则（1）PLC的特点 PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各
7、种类型的机械或生产过程;它采用模块化结构，编程简单，安装简单，维修方便。其特点可以归纳为以下几点：、 可靠性高，抗干扰能力强；、 通用性高，使用方便；、 程序设计简单，易学，易懂；、 采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；、 系统设计周期短；、 安装简便，调试方便，维护工作量小；、 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。（2）、PLC控制系统设计的基本原则任何一种电气控制系统都是为了实现被控对象（生产设备或生产过程）的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本：、 最大限度地满足被控对象的控制要求。设计前，应深入现场进行调查研究，搜集资料，并与机械部分
8、的设计人员和实际操作人员密切配合，共同拟定电气控制方案，协同解决设计中出现的各种问题。、 在满足控制要求的的前提下，力求使控制系统简单、经济、使用和维修方便。、 保证控制系统的安全、可靠。、 考虑到生产发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余地。3、PLC控制系统设计的基本内容PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此，PLC控制系统的基本内容包括如下几点：（1）、 选择用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）。这些设备属于一般的电气元件，自选择方法请参考其他有关资料
9、。（2）、PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件，对于保证整个控制系统的技术经济性能指标起着重要作用。选择PLC，应包括机型、容量、I/O点数（模块）、电源模块以及特殊功能模块的选择等。（3）、 分配I/O点，绘制电气连接接口图，并考虑必要的安全保护措施。（4）、 设计控制程序。梯形图、语句表（可由编程软件自动转换或直接编写）、控制系统流程图等。控制程序是控制整个系统工作的软件，是保证系统工作正常、安全可靠的关键，因此控制程序的设计必须经过反复调试、修改，直到满足为止。（5）、 必要时还需设计控制台（柜）。（6）、 编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图
10、，一般包括电气原理图、电器布置图及电气安装图。在PLC控制系统中，这些图可统称为“硬件图”。它在传统的电气图的基础上增加了PLC部分，所以，还应增加PLC的I/O输入、输出电气连接图（即I/O硬件接线图）。此外，在PLC 控制系统中，电气图还应包括程序图（梯形图），可以称之为“软件图”，便于用户在生产发展过程或工艺改进时修改程序，或维修时分析和排除故障。4、PLC控制系统设计的一般步骤PLC控制系统设计的一般步骤见以下流程图：（1）、 流程图功能说明根据生产的工艺过程分析控制要求：需要完成的动作（动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等）、操作方式（手动、自动；连续、单周期、单步等）根据控制要求
11、确定所需的用户输入、输出设备，据此确定PLC的I/O点数选择PLC（考虑性价比等）分配PLC的I/O点，设计I/O电气接口连接图（也可结合第2步进行）进行PLC的程序设计，同时可进行控制台（柜）的设计和现场施工在设计传统的继电器控制系统时，必须在控制线路（接线等）设计完成后，才能进行控制台（柜）的设计和现场施工。由此可见，可减少整个工程的施工量并大大缩短施工周期。（2）、 PLC程序设计步骤对于较复杂的控制系统，需绘制系统流程图，明确给出动作的顺序和条件设计梯形图（并程序清单）。这是比较困难的但也是关键的一步。要设计好梯形图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的基础及实践经验。程
12、序输入PLC并检查输入是否正确调试和修改直至满足要求控制台（柜）及现场施工完成后，即可进行联机调试，直至满足生产要求。编制技术文件交付使用二、 PLC控制交通灯系统1、十字路口交通灯控制实际情况南北主干道 直行绿 10S直行绿闪2S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
13、，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、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
14、北每面都有3个控制灯，分别为： 禁止通行灯 （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） 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
15、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
16、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。3、十字路口交通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10S2S2S14S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14S10S2S2S启动开关南北红灯亮南北绿灯南北绿灯闪14S10S4S东西绿灯亮东西绿灯闪东西红灯亮10S4S14S东西行人道南北行人道结束结束交通灯模拟控制系统流程图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YN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
17、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YNYN手动控制车流量流程图三、交通灯硬件设计1、交通灯硬件及外围元器件的选择 根据信号灯的要求，所有器件有：三菱FX系列PLC，启动按钮SB1，停止按钮SB2，红黄绿色信号灯各4个，各种传感器以及若干导线。2、PLC外部接线图的设计输入，输出接口连线如下图所示： 由图可见启动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端，东西方向绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器的Y3端，南北方向的绿灯接于输出继电器的Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器的Y1端，南北方向的红灯接于输
18、出继电器的Y0端。将输出端的COM1和COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。3、交通灯的保护措施感应线圈(电感式传感器)电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成如图1(a)中虚线所形成的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应
19、线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为 23m，电感约为100H.这种传感器可检测的电感变化率在0.3以上。电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑, 它是理想的传感器。传感器最好选用防潮性能好的原材料。检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接
20、上检测电感电流变化的检测器, 并将之转化为标准脉冲电压输出。其具体电路图由三部分组成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部。传感器的敷设车辆计数是智能控制的关键，为防止车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采取在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一个相同的传感器，方案如图3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。4、干扰的来源 所谓干扰，就是有用信号以外的噪音或造成恶劣影响的变化部分的总称。干扰源有的在设备内部，有的在设备外部。 外部干扰有：电台及雷达发射的电磁波；太阳及其它天体辐射的电磁
21、波；气象条件、空中雷电、气温、湿度、地磁场影响；周围电气装置如高压输电线、汽车、日光灯、家用电器发出的电或磁的干扰；电机、接触器的启停和通断；供电电源的波动；各接地点间的点位差等。内部干扰有：信号线互相之间的串扰；多点接地造成的电位差；寄生振荡；元件热噪音、触点电势的影响；馈电系统电压或电流突变引起的浪涌干扰；相邻回路之间的耦合；数字地和摸拟地的影响等；在实际工作环境中，干扰总是客观存在的。内部干扰与系统结构有关，它可以通过精心设计，改变结构布局和生产工艺等方法，将内部干扰抑制到工程所允许的程度。外部干扰是随机的，它与系统结构无关，因而难以对干扰源加以限制，而只能针对不同情况，采用不同的方法来
22、处理。 5、抗干扰措施（1）系统总体设计中的抗干扰措施无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应该充分考虑系统的抗干扰措施，尽量提高它的抗干扰能力。在具体的电路设计上，应注意一下几个方面：提高系统电平、采用选通脉冲输出、去耦电容、模拟量输入方法、A/D转换器的选用。（2）信号隔离在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也是为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把这种措施称之为信号隔离。当然，采取了隔离措施之后，系统的信号传输功能仍应保持不变。信号可分为开关量（或称数字量）和模拟量两大类型，信号隔离方法很多，主要有：开关隔离、光电耦合、固态继电器
23、、隔离放大器。四、 交通灯控制程序设计1、十字路口交通灯模拟控制时序图启动行人道绿灯2S10S盲人脉冲按键控制时序图南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄152S2S10S2S2S14S152S2S东西向绿灯延时时序图启动OFFON2、2、PLC的I/O分配与接线（1）PLC的I/O分配启动开关0000停止开关0001东西主干道绿灯1000东西主干道黄灯1001东西主干道红灯1002南北主干道绿灯1003南北主干道黄灯1004南北主干道红灯1005东西行人道绿灯1100东西行人道红灯1101南北行人道绿灯1102南北行人道红灯1103东西向绿灯延迟控制按钮0004南北向绿灯延迟控制按钮0005东
24、西盲人脉冲按钮0003南北盲人脉冲按钮0002（2）PLC的I/O接线 PLC00000001100010011002100310041005110011011102110300020003000400053、控制程序梯形图000000012000020300203002030020001202032030120301TIM005TIM027TIM0022010300012000020000TIM000#100TIM001#120TIM002#140TIM00220001TIM018TIM005202030001TIM004#120TIM005#14020001TIM003#100TIM002
25、TIM01820205202052020220200202022020300012000220001TIM025#150TIM026#170TIM027#190TIM027TIM00020000TIM0162010300012000320001TIM001TIM000待添加的隐藏文字内容3TIM017TIM0160001200042020320001TIM006#2TIM006TIM008TIM010TIM00920004TIM00700012000420001TIM007#220003200020001200091000100120001TIM002TIM001TIM018TIM017000
26、120009110320001TIM00220000TIM01820103000120009TIM00220000TIM018201030001201032001520001200142001500011005TIM00320001TIM02520203000120005TIM004TIM00320013TIM02500012000620004TIM008#2TIM005TIM004TIM027TIM026000110042000620005000120013100320013TIM00520001TIM027202030001110120009TIM00520001TIM0272020300
27、0121000200112100000011002TIM026TIM002TIM001TIM017000120004TIM009#2TIM01820007TIM005TIM004TIM026000120004TIM011#100TIM0272000820007200032000220013000111002000820005200062000900011102200090002TIM01120009TIM010#2TIM012#0102001020011TIM013#01020010TIM012TIM01320010TIM014#100200130003TIM01420013TIM015TIM
28、015#0102001420010200134、程序设计0LD 00001OR 203002AND-NOT 00013AND-NOT 200004OUT 203005LD 203006AND-NOT 200017AND-NOT 202038OUT 203019LD 2030110OR TIM 00511OR TIM 02712OR 2000013AND-NOT TIM 00214AND-NOT 2010315AND-NOT 000116OUT 2000017TIM 000 #10018TIM 001 #12019TIM 002 #14020LD TIM 00221OR 2000122OR TI
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35、61OR LD162AND-NOT 20013163AND-NOT 0001164OUT 1101165LD 20001166AND-NOT TIM 005167LD 20203168AND-NOT TIM 027169OR LD170AND-NOT 0001171AND-NOT 20009172OUT21000173LD 21000174OR 20011175AND-NOT 0001176OUT 1002177LD TIM 001178AND-NOT TIM 002179LD TIM 017180AND-NOT TIM 018181OR LD 182AND-NOT 20004183AND-N
36、OT 0001184OUT 20007185TIM 009 #002186LD TIM 004187AND-NOT TIM 005188LD TIM 026189AND-NOT TIM 027190OR LD191AND-NOT 20004192AND-NOT 0001193OUT 20008194TIM 010 #2195LD 20007196OR 20003197OR 20002198OR 20013199AND-NOT 0001200OUT 1100201LD 20008202OR 20005203OR 20006204OR 20009205AND-NOT 0001206OUT 1102
37、207LD 0002208OR 20009209AND-NOT TIM 011210OUT 20009211TIM 011 #100212LD 20009213AND-NOT 20010214OUT 20011215TIM 012 #010216LD TIM 012217OR TIM 015218OR 20010219AND-NOT TIM 013220OUT 20010221TIM 013 #010222LD 0003223OR 20013224AND-NOT TIM 014225OUT 20013226TIM 014 #100227LD 20013228AND-NOT 20010229OU
38、T 20014230TIM 015 #010231END215216五、设计总结1、难点分析 本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。（1）行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。（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 盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车
39、辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开。（3）手动车流控制按键的控制方式 手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。（4）交通灯的闪亮 交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实
40、现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。2、调试错误与修改方法 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却
