基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计

毕业设计（论文）课题:《基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计》学生:邓红梅系部:电子信息系班级:应电081学号:2008110615指导教师:许磊装订交卷日期:2011-4-1毕业设计（论文）、毕业实习报告任务书姓名邓红梅班级应电081学号2008110615学生联系电话[phone]电子邮箱[e-mail]题目基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计型式毕业设计●毕业论文○总结报告○指导教师命题，学生带课题实习后完成●指导教师结合学生就业岗位命题○课题任务来源学生从实习岗位提炼，指导教师确认○任务下达2011年2月29日开题报告2011年3月03日完成时间定稿交卷2011年4月05日毕业答辩2011年5月16日姓名许磊电子邮箱[e-mail]指导教师联系电话[phone](移动)要求完成的主要任务内容：设计一个用PLC控制十字路口交通信号灯的设计电路：在十字路口上用PLC设置红、黄、绿交通信号灯课题目的意义和主要技术指标：本文设计的交通路口方案为：东西方向的车流量小、南北方向的车流量较大，因此南北方向的放行时间（绿灯亮）为30s，东西方向的放行时间（绿灯亮）为20s。当在东西（或南北）方向的绿灯灭时，该方向的黄灯与南北（或东西）方向的红灯一起以5HZ的频率闪烁5s，以提醒司机和行人注意。闪烁5s之后，立即开始另一个方向的放行。（只针对一个控制开关对系统进行启停控制）主要文献、资料和参考书：[1]徐世许主编。可编程控制器原理。2008[2]徐世许，宫淑贞，彭涛编著。可编程控制器应用指南编程。2007[3]袁仁光编著。可编程控制器（PC）应用技术实例[M]。2000[4]屈虹，等编。可编程控制器原理与应用[M]。2007本任务书一式三份。由指导教师认真填写，经教研室主任审查报系主任批准后，下达给学生，学生填写联系方式后返回两份，一份留系备查，一份由指导教师保存。审批:教研室主任系主任二○○年月日毕业设计（论文）成绩评定记录表注：1.此表适用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（论文）成绩评定；2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中等、及格、不及格五等级计分。教务处指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的表现）:成绩（平时成绩）:指导教师签名：年月日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）:评阅教师签名：年月日总评成绩:目录摘要……………………………………………………………………………………..……1关键词………………………………………………………………………………….…....1第一章十字路口发展前景及红绿灯的由来1.1十字路口的发展前景及红绿灯的由来……………………………………………..…….1第二章PLC的相关介绍2.1PLC的产生与发展…………………………………………………………….………...…1-22.2PLC的特点……………………………………………………………………….…..……2-32.3基于PLC十字路口交通信号灯的实际意义………………………………………………3第三章本设计用到PLC的基本指令3.1LD、LDNOT指令………………………………………………………………………….43.2OUTN、END(01)指令…………………………………………………………...…………43.3IL(02)、ILC（03）指令……………………………………………………………….……43.4定时器指令…………………………………………………………………………….……4第四章PLC十字路口交通信号灯的设计4.1设计方案…………………………………………………………………………..………..54.2时序图法编程的思路……………………………………………………………..………..5-7第五章技术经济分析…………………………………………………………….………...8参考文献…………………………………………………………………….………9基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计-1-基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计摘要：本文设计了一种用PLC(可编程控制器)实现十字路口交通信号灯控制系统。在简单介绍了PLC的一些知识的基础上，给出了用时序图法编程的思路和所设计的PLC梯形图，最后通过PLC模拟器的模拟，证明了该十字路口交通信号灯系统是可行的。关键词：十字路口交通信号灯控制系统可编程逻辑控制器（PLC）梯形图第一章十字路口发展前景及红绿灯的由来1.1十字路口的发展前景及红绿灯的由来近年来，随着经济的发展，社会的不断进步，汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊，那么靠什么来实现这井然秩序呢？靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。提高城市路网的通行能力，实现道路的交通的科学化管理。解决好十字路口交通信号灯控制问题是保障交通有序，安全，快速运行的重要环节。但现有的十字路口交通信号灯控制系统大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点。为了弥补原交通信号灯系统存在的种种缺点，本文设计了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。该系统具有一定的智能性，即可以根据路面车流量大小对十字路口的交通信号灯按高峰期，正常期和晚间几个时段进行分时控制。改进了以前的交通指示灯的那种信号单一，处理应急事故的能力差的缺点。第二章PLC的相关介绍2.1PLC的产生与发展首先提出PLC概念的是美国最大的汽车制造厂家通用汽车公司（GM）。1968年，该公司提出用一种新型控制装置代替继电器控制，这种控制装置要把计算机的通用，灵活，功能完备等有点与继电器控制的简单，易懂，操作方便，价格便宜等特点结合起来，而且要使那些不很熟悉计算机的人也能方便的使用。凭借其优越的性能，PLC问世后发展极为迅速。1971年，日本引进了这项技术并开始生产PLC。1973年，原西德和法国也研制出自己的PLC。随着微电子技术的迅猛发展，20世纪80年代中期，PLC的处理速度和可靠性大大提高，不但增加了多种特殊功能，而且体积进一步缩小，成本大幅度下降。到20世纪90年代中期之后，PLC几乎完全计算机化，其速度更快，功能更强，PLC的各种智能化模块不断被开发出来，一些厂家还推出了PLC的计算机辅助编程软件，许多小型PLC的性能也不可小视。基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计-2-现在，PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制，数字量的只能控制，数据采集，系统监控，通信连网及集散控制等方面都得到广泛的应用。如今大，中型，甚至小型PLC都配有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID控制功能。这些功能使PLC应用于模拟量的闭环控制、运动控制、速度控制等具有了硬件基础；PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服装置，PLC可以实现数字量的只能控制；PLC配合可编程终端设备(PT)，可以实时显示采集到的现场数据及分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用PLC的自检信号可实现系统监控；PLC具有较强的通信功能，可与计算机或其它只能装置进行通信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制的要求，还能满足现代化大生产管理的需要。目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产PLC，产品功能日趋完善、换代周期越来越短。为了进一步扩大PLC在工业自动化领域的应用范围，适应大、中。小型企业的不同需要，PLC产品大致向两个方向发展：小型PLC向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更加广泛地取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大中型PLC向高可靠性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将PLC系统的控制功能和信息管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。随着PLC产品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用PLC的投资已经完全可以承受。可以预见，PLC技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个革命性的飞跃。2.2PLC的特点PLC优越的性能表现在以下几个方面⑴灵活性和通用性强继电器控制系统的控制电路要使用大量的控制电路，需要通过工人布线、焊接、组装来完成电路的连接。其致命的缺点是，如果工艺要求稍有改变，控制电路必须随之做相应的变动，耗时且费力。⑵抗干扰能力强。可靠性高在继电气控制系统中，器件的老化、脱焊、触点的抖动、触点电弧等现象是不可避免的，大大降低了系统的可靠性。继电气控制系统的维修工作不仅耗资费时，而且停产维修所造成的损失也不可估量。⑶、编程语言简单易学虽然PLC是以微型计算机技术为核心的控制装置，但是不要求使用者精通计算机方面复杂的硬件和软件知识。大多数PLC采用类似继电器控制电路的“梯形图”语言编程，清晰直观，编程方便，简单易学，了解继电器控制线路的电气技术人员很容易接受。基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计-3-⑷PLC与外部设备的连接简单、使用方便用微型计算机控制时，要在输入/输出借口电路上做大量工作，才能师微型计算机与控制现场的设备连接起来，调试也比较繁琐。⑸PLC的功能强、功能的扩展能力强PLC利用程序进行定时、计数、顺序、步进等控制，十分准确可靠；PLC具有A/D和D/A转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能；PLC具有通信联网功能。⑹PLC控制系统的设计、调试周期短由于PLC是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室里设计和修改程序。更为方便的是可以在实验室里进行系统的模拟运行调试。⑺PLC体积小、重量轻、易于实现机电一体化PLC内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、重量轻、功耗低的特点。2.3基于PLC十字路口交通信号灯的实际意义当今，红绿灯安装在各个道路上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现。100多年前，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。在这早十年前，英国机械工程师纳伊特安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。不久后，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，之后安装于纽约市的一座高塔上。红灯表示“停止”，绿色表示“通行”。信号灯的出现，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。根据《道路交通和道路标志信号协定》规定，绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都是必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁止信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计4第三章本设计用到PLC的基本指令3.1LD、LDNOT指令LDN梯形符号：常开触点与左侧母线相连接的指令（指令执行结果不影响标志位）LDNOTN梯形符号：常闭触点与左侧母线相连接的指令（指令执行结果不影响标志位）3.2OUTN、END(01)指令OUTN梯形符号：把结算结果输出到某个继电器的指令（指令执行结果不影响标志位）END（01）梯形符号：程序结束指令，指令时程序不被执行，且有出错显示3.3IL(02)、ILC（03）指令IL(02)梯形图：程序分支开始指令（指令执行结果不影响标志位）ILC（03）梯形图：程序分支结束指令（指令执行结果不影响标志位）3.4定时器指令TIMNSV梯形图接通延时ON定时器指令，定时器无掉电保持功能NNNEND(01)IL(02)ILC（03）TIMNSV基于PLC控制十字路口交通信号灯的设计5第四章PLC十字路口交通信号灯的设计4.1设计方案十字路口上