毕业设计PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用

烟台大学文经学院毕业论文（设计）PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用申请学位：院系：机电工程系专业：机电一体化姓名：滕耀埔班级：文专机131-1学号：201390611125指导老师：徐天娇2016年5月1日烟台大学文经学院PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用姓名：滕耀埔导师：韩旭艳2016年5月1日烟台大学文经学院烟台大学文经学院毕业论文（设计）任务书院（系）：机电工程系姓名滕耀埔学号201390611125毕业届别2016专业机电一体化毕业论文（设计）题目PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用指导教师学历职称所学专业具体要求(主要内容、基本要求、主要参考资料等)：进度安排：指导教师（签字）：年月日院（系）意见：教学院长（主任）（签字）：年月日备注：[摘要]随着我国城市和交通的迅速发展，交通管制日趋重要。原有的信号灯控制器已不能满足现实需要。城市道路交通信号PLC控制系统运行可靠，可实现交通信号管制的自动开停，控制方案的调整及优化简单易行，使用范围广、寿命长。文章对该控制系统的设计过程设计思路、编程方法做了详尽的介绍，具有一定的参考价值和实用价值。[关键词]城市交通信号灯；PLC控制；周期信号交通表；目录一、设计任务分析、综合.............................................1（一）控制流程的化简...............................................11.对红绿灯设计图的分析...............................................12.对交通流向管循环图分析.............................................13.进一步对循环图各步流信号流向分析...................................1(二）灯路控制的设计................................................21.设计思想和工作原理.................................................32.路灯的亮度检测电路.................................................33.温度和电流检测.....................................................3二、系统组成..........................................................4三、路灯控制I/O分配表...............................................5四、控制梯形图........................................................5五、应用程序的设计...................................................6（一）周期循环定时器的设定...........................................6（二）带参数子程序的使用..............................................6（三）实时时钟读写指令的使用.........................................7（四）TD一200文本显示器组态..........................................7六、结语................................................................8参考文献................................................................9烟台大学文经学院毕业论文1随着我国城市道路和交通运输的迅速发展，交通管制显得越来越重要。不仅要依据实际车流、人流量来设计具体路口的交通红绿灯信号控制方案，而且还要根据当期流量统计，及时进行方案的调整及优化，保证道路畅通和单位时间流量最大化。采用逻辑集成电路组成的信号灯控制器，已经不能满足现实需要。计算机技术的迅猛发展，使小型PLC可编程控制器的指令功能日趋强大。用PIE控制城市交通信号灯，不仅可以完全满足现实需要，而且投资少，周期短，人机对话界面良好，控制方案更简单，适合于各种情况。一、设计任务分析、综合（一）控制流程的化简1.对图1红绿灯设置图的分析(1)主支干道上下两侧，每一侧有车流方向信号灯装置3套，分别为右转弯、左转弯、直行；人流(人行横道)信号灯装置2套，每侧计5套，总共20套。(2)信号灯装置上有红、黄、绿灯各1个。(3)以上共计有20套信号灯装置，60个信号灯。2.对图2交通流向管制循环图分析(1)主、支干道上下两侧信号灯控制是中心对称的，即无论主干道还是支干道上下两侧同方向的信号灯控制是同步的。(2)人流(人行横道)信号灯无论主支干道，两侧4个信号灯装置控制是同步动作的，因而只需主干道、支干道2个控制输出点。(3)据以上分析，总共需要控制输出点组：车流信号灯装置12套用6个输出点组，人流(人行横道)信号灯装置8套用2个输出点组。若用M表示主干道，S表示支干道，H表示人行横道；R表示右转弯，L表示左转弯、D表示直行。这8个信号灯控制输出点组可表示为MR、ML、MD、SR、SL、SD、MH、SH．而每个输出点组中有r(红灯)、Y(黄灯)、g(绿灯)3个输出点。3.进一步对循环图各步信号流向分析烟台大学文经学院毕业论文2如图2(a)中，车流主干道右转弯(MR)和支干道左转弯(sL)又是同步的，同样，在其他各图中均可以找出类似的规律。因此，上述8套信号灯控制输出点组又可以合并为4个控制信号输出点组，即MR—SL、ML—SR、MD—SH、MI-I—SD4大组，每大组中仍包括r、Y、g3个控制信号输出点。经过上述分析、综合，逐步简化，就从原来直观观察需60个控制信号输出点变成只需4×3=12个控制信号输出点，每个控制信号输出点可再用功率器件控制4个同步变化的相关信号灯。《周期交通信号状态表》的绘制交通流向管制是一个循环控制过程，只需编出一个循环内的分步执行程序即可。该循环分为4步，每一步又有3个时段：(1)对应放行方向的绿灯亮。(2)绿灯灭之前闪烁最后3s．(3)绿灯灭后黄灯亮3s．可画出一个循环的时序控制图如图3所示。（二）灯路控制的设计烟台大学文经学院毕业论文31.设计思想和工作原理港城东大街与港城西大街带有十字路口交通灯的路灯控制系统。白天路灯自动关闭，当光线较暗且处于交通高峰期时，路灯全部开启。交通高峰期后，进入按比例开启，午夜后按60％开启，凌晨之间时段，路灯开启比例降为40％。任意一路路灯的工作电流和温度可随时查询，当路灯发生漏电或损坏时可实现报警。对港城东大街与港城西大街路段的路灯进行以下编号：1A、1B、2A、2B、3A，共5路。2.路灯的亮度检测电路为了让路灯能在白天自动关闭，而光线较暗的时刻开启．需有一个亮度检测装置，图1为路灯的亮度检测电路。图中4个电阻构成一个电桥，J为继电器。Rcds为光敏电阻，作为电桥一臂。检测灵敏度由Rb／Rc决定，Rb=Re时灵敏度最高，即为桥的最高灵敏度。当有光照在光敏电阻上时，Rcds的电阻值为100kO，Ra=50mr2，Rb=1．18mQ。经过计算，当光线较强时a、b两端的电压为+5V，继电器会动作，路灯停止工作。当光线较暗时，Rcds电阻值在50mQ左右，为平衡电桥，a、b问的电压为0V，继电器不会动作，路灯开始工作。3.温度和电流检测对路灯的温度和电流进行检测，采用ADC0809来实现，每块ADC0809负责对其中一路4个路灯的温度和电流进行检测。ADC0809的工作流程图如图2所示。不同时刻关闭相应的AD转换器，否则在路灯关闭后，其温度、电流会快速降低；检测电路还在工作，将产生误报；可通过PLC内部寄存器D1和8选1数据选择器74LSl51来实现，其DO—D4端分别接每块ADC0809的片选端，而D1中的数作为地址，通过改变D1的值，使74LSl51相应的输出端输出高电平，即可使相应的ADC0809工作。任意一路路灯的工作电流和温度随时可查，采用ADC0809对2A，2B，3A，1A，1B路进行检测，ADC0809可检测8个状态。在连接时，将表示ADC0809检测地址的地址线与1块74LSl38的地址端相连，而74LSl38的Y0一Y7口则与8路显示译码器CD4511的LE端相连。在实际工作中，在显示数据送至数码管显示后，随即会在LE端产生一个低电乎，将数据锁存在CD451l烟台大学文经学院毕业论文44内部，由此形成了8路的动态显示。为保证2A，2B，3A，1A，1B每一路的数据都可查询，用一个数字拨码盘，由该开关向PLC内部输入数字，例如当输入数字是0时，表示第2A路检测时的显示，以此类推。二、系统组成(1)PIE选用西门子s7—224CPU基本单元，输出点不够时，选用EM222(8路数字量输出)扩展模块。(2)选用西门子为人机对话界面，可实现以下功能：①用于CPU224时钟系统的校正。由于CPU224的时钟精度为2min／月，实际使用时，需要定期校正时钟及Et历。②信号灯控制方案的参数修改。③利用TD一200文本显示器面板上的附加按键，作为手动“开、关”交通信号灯管制的主令按钮。无需另配开关。(3)数字量输出口与功率器件——固态继电器连接，由其控制信号灯(发光二极管点阵模块)。负载能力可以不考虑(即可通过选用不同功率的固态继电器来增加控制信号灯的数量)。具体输出点所控制的信号灯组名称见表1所示。烟台大学文经学院毕业论文5三、路灯控制I/O分配表路灯控制I/O分配表如表2所示三、控制梯形图路灯控制部分梯形图如图3所示。电流和温度检测控制部分梯形图如图4所示。用PLC设计的路灯自控系统，具有调试简单、操作方便、使用安全、运行可靠、效率高、故障率低等特点并降低了管理人员的劳动强度。由于软硬件采用模块化结构，方便安装、调试和维修等。烟台大学文经学院毕业论文66四、应用程序的设计（一）周期循环定时器的设定根据表1可知一个控制周期为77s，分为4步，共12个时间段。因此可用一个循环定时器来控制周期时间，用各时段时间与该定时器当前值比较即可获得各时段切人点，用以调用相应子程序。（二）带参数子程序的使用表1中的12个时间段中，分为3种情况：(1)每分步的第1个时间段有4个输出点的状态需要改变。如1、4、7、10时间段。(2)每分步的第2个时间段有1个输出点的状态需要改变为闪烁状态。如2、5、8、11时间段。(3)每分步的第3个时间段有2个输出点的状态需要改变。如3、6、9、12时间段。因此，若采用带参数子程序只需2个子程序，一个子程序带4个参数，使(1)、(3)两种情况的时间段共用一个子程序，另用一个带参数子程序用于‘2)情况。采用带参数子程序，子程序中包含要传递的参数。在西门子s7—200可编程控制器的SIMATIC指令中规定：一个子程序最多可以传递16个参数；要传递的参数在编制子程序时必须加以定义；参数必须有一个符号名(最多8个字符)，并确定其变量类型和数据类型，变量类型共分为4种：(1)：输入型，该子程序被调用时，调用处将指定位置的参数值传递到子程序的对应该变量类型参数中，参与子程序的运行，该参数运行结果值并不再传回烟台大学文经学院毕业论文77调用处。(2)一OUT：输入／输出型，调用处将指定位置的参数值传递到对应子程序的对应该变量类型参数中，参与子程序的运行，该参数运行结果值再返回调用处所指定的同一地址。常数不可以作为输入／输出型参数。(3)OUT：输出型，该参数不需从调用处取值，而仅需将从子程序来的结果值返回到调用处所指定的参数位置。(4)TEMP：暂存型，不能用来传递参数，只