畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于plc交通燈控制系統(tǒng)

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</p><p>　　題 目: 交通燈畢業(yè)論文</p><p>　　系 別 ：機電工程系</p><p>　　專 業(yè) : 電氣自動化</p><p>　　班 級 ：電氣10C1班</p><p>　　姓 名 ： 高雷 &

2、lt;/p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 ：王文琦 </p><p>　　【摘要】：交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)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(xué)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(shè)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(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市

3、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(shè)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(yīng)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</p><p>　　1.1交通信號燈的作用和意義</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城

4、市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已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(dǎo)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。</p><p>　　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(shè)完成的初期

5、，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(yù)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，</p><

6、;p>　　根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)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(yīng)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：</p><p>　?。?）PLC具有很高

7、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；</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護方便，改造容易，功能完善，實用性強；</p><p>　?。?）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；</p><p>　　（4）近年來PLC的

8、性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應(yīng)用成為可能。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】:PLC可編程控制器、交通型號燈、可靠性高。</p><p><b>　　【目錄】：</b></p><p>　　關(guān)鍵詞 ………………………………………………………………………01</p><p>　　交通信號控制系統(tǒng)…………………………

9、………………………02</p><p>　　十字路口交通燈控制實際情況……………………………………04</p><p>　　南北向（列）和東西向（行）主干道……………………………04</p><p>　　南北向和東西向人行道……………………………………………04</p><p>　　結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗………………………04&

10、lt;/p><p>　　南北向（列）和東西向（行）主干道……………………………04</p><p>　　南北向和東西向行人道……………………………………………04</p><p>　　盲人安全通道控制和手動控制車流量……………………………04</p><p>　　流程圖………………………………………………………………05</p>&

11、lt;p>　　可編程控制器程序設(shè)計……………………………………………07</p><p>　　可編程控制器選擇…………………………………………………07</p><p>　　十字路口交通燈模擬控制時序圖…………………………………07</p><p>　　可編程控制器I\O端口分配………………………………………10</p><p>　　程

12、序設(shè)計……………………………………………………………10</p><p>　　總結(jié)…………………………………………………………………13</p><p>　　難點分析……………………………………………………………13</p><p>　　行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應(yīng)關(guān)系………………………13</p><p>　　盲人脈沖按鍵…………………

13、……………………………………13</p><p>　　手動車流控制按鍵的控制方式……………………………………13</p><p>　　交通燈閃亮問題……………………………………………………13</p><p>　　調(diào)試錯誤與修改方法………………………………………………13</p><p>　　PLC智能化控制交通燈的方法……………………………

14、………13</p><p>　　收獲與感悟…………………………………………………………14</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………14</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………14</p><p>　　第1章 交通燈信號控制系統(tǒng)</p>&

15、lt;p>　　1．1 十字路口交通燈控制實際情況</p><p>　　a．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；</p><p>　　b．東西人行道：紅 45S、綠 27S、綠閃3S 、紅 60S；</p><p>　　c．東西主干道：紅 45S、直行綠 27S、 直行綠閃3S、左轉(zhuǎn)綠 10S 、

16、左轉(zhuǎn)綠閃 3S、黃2S；</p><p>　　d．南北人行道：綠27S 、綠閃3S、紅 60S；</p><p><b>　　e．循環(huán)控制方式；</b></p><p>　　f．交通燈變化順序表（單循環(huán)周期90秒）。</p><p>　　1.1.1 南北向（列）和東西向（行）主干道</p><p&g

17、t;　　南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)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(dāng)南北主干道紅燈點亮?xí)r，東西主干道應(yīng)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(dāng)東西主干道紅燈點亮?xí)r，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。</p><p>　　南北向和東西向人行道</p><p>　　

18、南北向和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道直行綠燈點亮?xí)r點亮，當(dāng)南北主干道直行綠燈閃亮?xí)r南北行人道綠燈也要對應(yīng)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?xí)r點亮，當(dāng)東西主干道直行綠燈閃亮是東西行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時間為紅燈。</p><p>　　結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗</p><p>　　在PLC交通燈模擬模塊中

19、，主干道東西南北每面都有3個控制燈，分別為：</p><p>　　● 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色）</p><p>　　● 準備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃色）</p><p>　　● 直通燈 （亮?xí)r為綠色）</p><p>　　另外行人道東西南北每面都有2個控制燈,分別為：</p&

20、gt;<p>　　● 禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色）</p><p>　　● 直通燈 （亮?xí)r為綠色） </p><p>　　結(jié)合十字路口交通燈實際情況設(shè)計交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：</p><p>　　當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動開關(guān)接通時。</p><p>　　南北向（列）和東西向（行）主干道

21、</p><p>　　南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有綠燈 10S，綠燈閃亮2S（亮0.1 滅0.1）,黃燈2S和紅燈14S。當(dāng)南北主干道紅燈點亮?xí)r，東西住干道應(yīng)依次點亮綠燈，綠燈閃亮，黃燈，反之，當(dāng)東西主干道紅燈點亮?xí)r，南北主干道依次點亮綠燈，綠燈閃，黃燈。</p><p>　　南北向和東西向行人道</p><p>　　南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁

22、行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道綠燈點亮?xí)r點亮，當(dāng)南北主干道綠燈閃亮和黃燈點亮?xí)r南北行人道綠燈也要對應(yīng)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(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點亮?xí)r東西行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時間為紅燈。</p><p>　　盲人安全通道控制和手動控制車流量</p><p>　　除此之外另設(shè)兩個功能，使用10個脈沖開關(guān)。實現(xiàn)讓盲人可以方便通

23、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(dāng)東西方向行走的盲人要過馬路的時候，按下脈沖開關(guān)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(fù)原來的控制系統(tǒng)。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同，另外兩個脈沖開可以控制車流量，當(dāng)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(guān)，東西向主干道延長綠燈點亮?xí)r間到15秒。東西向行人道綠燈也要對應(yīng)延長。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同。</p><p>

24、;<b>　　1.3 流程圖</b></p><p>　　第2章 可編程控制器程序設(shè)計</p><p>　　2.1 可編程控制器選擇</p><p>　　本次交通燈設(shè)計用的是來自O(shè)MRON的CPM1A-30CDR-A可編程控制器。</p><p>　　產(chǎn)品規(guī)格：CPM1A CPU單元CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不

25、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點輸入輸出點數(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(yīng)用中，亦能適應(yīng)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。</p><p>　　2.2 十字路口交通燈模擬控制時序圖</p><p>　　2.3

26、可編程控制器I/O端口分配</p><p><b>　　程序設(shè)計</b></p><p><b>　　第3章 總結(jié)</b></p><p><b>　　3.1 難點分析</b></p><p>　　本程序在設(shè)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。</

27、p><p>　　行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　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(yīng)關(guān)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。</p><p><b>　　盲人脈沖按鍵</b></p><p>　　盲人在東西南北的行人道同

28、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(guān)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(yīng)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。</p><p>　　手動車流控制按鍵的控制方式</p><p>　　手動車流控制按鍵是對相應(yīng)的主干道

29、綠燈延長的進行控制，但不能使它在按下時使改變當(dāng)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(yīng)的關(guān)系。</p><p><b>　　交通燈的閃亮</b></p><p>　　交通燈綠燈在實際運行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)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

30、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。</p><p><b>　　調(diào)試錯誤與修改方法

31、</b></p><p>　　經(jīng)過設(shè)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。</p><p>　　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

32、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(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面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(xué)到有用的動西。</p><p>　　PLC智能化控制交通燈的方法</p

33、><p>　　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(yù)先設(shè)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)計的方法已不能適應(yīng)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

34、情況自適應(yīng)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(yīng)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(yù)先設(shè)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

35、的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)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(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。</p><p>　　此系統(tǒng)就是應(yīng)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

36、馬線約100米處)各設(shè)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t1；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t2。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出延遲時t2，最后由t1和t2來實現(xiàn)對十字路口車流量的靈活控制。</p><p><b>　　收獲與感悟</b>&

37、lt;/p><p>　　經(jīng)過半個多月的艱苦奮斗，設(shè)計成果終于出來了，我才松了一口氣，我通過采集資料、進行實際考察后，做出以上設(shè)計的方法。</p><p>　　查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。</p><p>　　花了整整十幾天，終于完成了設(shè)計，不過調(diào)試的時候卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果和想的有所不同，通過監(jiān)控和修改才得

38、出了需要的設(shè)計。這次的設(shè)計讓我們增長了實踐技能，還增加了有關(guān)交通知識，這些對于我們真是受益匪淺。最后，我們覺得，不見風(fēng)雨，怎么能見彩虹呢？我把體會用十個字概括：天下無難事，只怕有心人</p><p>　　一次又一次的學(xué)習(xí)，我們慢慢地在體會，研究和感悟，終于領(lǐng)會到成功的那一份喜悅，從撰寫開報告，查找資料，程序設(shè)計，到整理每一個次的調(diào)試，我們學(xué)會了細心和耐心，也品嘗到了酸、甜、苦、辣，無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我們的

39、研究成果。興趣是自發(fā)形成的，而默契是慢慢培養(yǎng)出來的。當(dāng)前的社會，科技迅速發(fā)展，知識更新速度大大加快，只有我們共同去探索，用自己的雙手去征服每一片天空，用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領(lǐng)域。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　通過這次設(shè)計，我對PLC設(shè)計控制有了深刻的認識，對以前學(xué)的PLC又有了一定的新認識，溫習(xí)了以前學(xué)的知識，就像人們常說的

40、溫故而知新嘛，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，我和同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。</p><p>　　在此要感謝我的指導(dǎo)老師徐彬，以及李頌洲老師和甘小梅老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大

41、大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]．廖常初著.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.第2版.北京：機械工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[2]

42、. 廖常初編.S7-300/400PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.</p><p>　　[3]．三菱電機.FX3U,FX3UC微型可編程控制器編程手冊.2005.</p><p>　　[4].三菱電機.FX1S,FX1N,FX2N,FX2NC編程手冊.2002.</p><p><b>　　機電工程系</b></p&