智能交通燈課程設計

課程設計（說明書）基于PLC的十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)姓名 院部指導老師 2011年6月29日摘要 第一章緒論 第二章PLC的基礎知識 PLC概述 PLC的由來 PLC的定義 PLC的工作原理 PLC的結構 PLC的基本性能指標 第三章PLC網(wǎng)絡與可編程控制器 3.1歐姆龍網(wǎng)絡 3.2可編程控制器通信與網(wǎng)絡概述 3.3可編程控制器控制網(wǎng)絡與可編程控制器通信網(wǎng)絡的概念 第四章交通信號控制系統(tǒng)實況 4.1十字路口交通燈控制實際情況描述 結合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖 第五章可編程控制器程序設計 十字路口交通燈模擬控制時序圖 5.2可編程控制器I/O端口分配 5.3程序梯形圖及語句表 第六章總結 程序調試 難點分析 PLC智能化控制交通燈的方法 收獲與體會 結束語 致謝 參考文獻 摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一，PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。同時，PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。在實時檢測和自動控制的PLC應用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。十分形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實際應用。關鍵字：PLC交通燈程序報告設計第一章緒論當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。隨著社會的發(fā)展，人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進行分檔，相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔.這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率.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。第二章方案設計十字路口交通燈控制實際情況描述南北方向綠燈和東西方向的綠燈不能同時亮；如果同時亮，則應自動立即關閉信號燈系統(tǒng)，并立即發(fā)出報警信號。系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持25s；與此同時，東西綠燈亮，并維持20s時間，到20s時，東西黃燈閃亮，閃亮5s后熄滅。在東西黃燈熄滅時，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮并維持25s；與此同時，南北綠燈亮并維持2s；然后，南北黃燈閃亮5s后熄滅。南北黃燈熄滅時，同時南北紅燈亮，東西綠燈亮。至此，結束一個工作循環(huán)。十字路口交通燈的路況畫出模擬圖綠黃紅 ggg紅黃綠南圖6-17交通指揮燈示意圖

結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，主干道東西南北每面都有3個控制燈，分別為:禁止通行燈亮時為紅色）禁止通行燈亮時為紅色）準備禁止通行燈亮時為黃色）準備禁止通行燈亮時為黃色）直通燈亮時為綠色）直通燈另外行人道東西南北每面都有2個控制燈,分別為:禁止通行燈亮時為紅色）禁止通行燈亮時為紅色）直通燈亮時為綠色）直通燈結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，南北向（列）和東西向（行）主干道均設有綠燈20S，黃燈閃亮3S（亮Is滅Is），紅燈25S。當南北主干道紅燈點亮時，東西住干道應依次點亮綠燈，黃燈閃亮，反之，當東西主干道紅燈點亮時，南北主干道依次點亮綠燈，黃燈閃。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，當南北主干道黃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，當東西主干道黃燈閃亮時東西行人道綠燈也要對應閃亮，其它時間為紅燈。除此之外另設兩個功能，使用2個脈沖開關。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35秒。東西向行人道綠燈也要對應延長。南北向脈沖開關對應東西向功能相同。第三章交通燈控制硬件設計本系統(tǒng)選擇的PLC本次交通燈設計用的是來自三菱公司的可編程控制器。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點輸入輸出點數(shù)的彈性構成。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。本系統(tǒng)選擇的傳感器3.3本系統(tǒng)選擇的脈沖減法計數(shù)器所選擇的型號為：ADAM-4080/4080研華計數(shù)器/頻率輸入，生產(chǎn)的公司為北京華宇偉業(yè)科技有限公司，此計數(shù)器帶有LED顯示，所以可以通過PLC每一秒送出一個脈沖，通過脈沖計數(shù)器設定最大值，接受一個脈沖就減一，減到0后又自行跳轉到最大值，依次循環(huán)。3.4可編程控制器I/O端口分配根據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟與停止按鈕信號；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號和故障指示驅動信號。由于每一個方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時工作，為了節(jié)省輸出點數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為2,輸出點數(shù)為7,全部是開關量，則可將I//0分配用表3-4表示。表3-4交通指揮燈的I/O分配表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址開啟按鈕X000南北綠燈Y000停止按鈕X001南北黃燈Y001南北方向傳感器控制按鈕X002南北紅燈Y002東西方向傳感器控制按鈕X003警燈（故障指示）Y003東西綠燈Y004東西黃燈Y005東西紅燈Y0063.5PLC的外部接線圖根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點數(shù)只有9點，故選用CPM2AH微型PLC即可。但本書還是以CS1為例，貝OPLC外部輸入輸出的信號接線如圖3-5所示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用PLC的同一個輸出點。□接匚第四章交通燈控制系統(tǒng)軟件件設計4.1十字路口交通燈模擬控制時序圖

交通指揮信號燈控制系統(tǒng)工作時，對指揮燈的控制要求按一定時序進行，如圖6-18所示。南北紅汀Y2東醸燈7乙東頂隸vb東西紅）Tv6軻採燈Y2南北■Y1流程圖根據(jù)交通燈的實際控制情況，可得出其流程圖如下

交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖程序梯形圖根據(jù)對交通信號燈的控制要求及PLC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對PLC進行控制程序的設計，其梯形圖如圖6-20所示，第5章總結5.1程序調試經(jīng)過設計，想一次性把程序完成是非常難的，在調試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。剛開始的時候把程序寫進去然后運行卻發(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，你肯定能學到有用的動西。5.2難點分析其實現(xiàn)場實況車輛的流量是變化的，本設計只是對其路燈起到一個開關的作用，即開關量控制系統(tǒng)。由于所學知識及設備有限，無法對其路燈進行智能化控制，所以在編程時就沒把智能控制這一塊加上去，再加上編程軟件無法下載，在畫梯形圖方面受到一點阻礙。下面我就對智能化控制路燈作一些原理上的介紹。本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。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。自動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。較死板閃爍頻率不能控制。交通燈的閃亮交通燈綠燈在實際運行中是要經(jīng)