PLC控制红绿灯(论文)

毕业课题

交通灯设计

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指导老师＿

目录

摘要 (2)

1前言 (3)

2利用PL C控制十字路口交通灯信 (4)

2.1控制要求 (4)

2．1．1正常时序控制 (4)

2．1．2急车强通控制 (5)

2．2I/O地址分配 (6)

2．3软件系统设计 (6)

2．3．1正常时序控制程序 (6)

2．3．2急车强通控制程序 (8)

3结束语 (11)

4参考文献 (12)

摘要

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，随着社会的发展和进步，路上的车辆越来越多，而道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。而以往的交通信号灯大都采用继电器或是单片机来实现。存在着功能少。可靠性差。维护量大等缺点，而PIC编程简单。易维护，可以随着不同场合的需要灵活改变程序以实现不同的功能需求。且可靠性高。性价比较好，最重要的是PIC很适合来控制交通信号灯这类的时序控制系统。所以本文设计了一种用PLC 控制的城市十字路口交通灯控制系统。用PLC控制的城市十字路口交通信号灯控制系统的控制程序设计根据交通灯控制系统的控制要求，详细的阐述了设计方案的选择以及整个程序设计的过程。经过上机实践，结果表明，该系统设计方案合理，可靠性高，达到预期目标，实现效果好

关键词：PLC(可编程序控制器)；梯形图；指令；顺序功能图；交通灯

l 前言

可编程序控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛应用。

PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都按照易于与工业控制系统形成一个统一的整体、易于扩充其功能的原则设计。

PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等特点，PLC的平均无故障运行时间(又称平均故障间隔时间MTBF)已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便的特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。

PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，而且还具有A/D、D/A转换，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可对模拟量进行控制，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。

此外，PLC还具有编程方法简单、容易掌握的特点。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图进行。在最初的梯形图中，主要由人们熟悉的常开触点、常闭触点和线圈、计时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人所理解和掌握。

在用户的维修方面，由于PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能，可用更换模块的方法，迅速排除PLC的故障，因此维修极为方便。

2 利用PLC控制十字路口交通灯信号

2．1 控制要求

本系统要求实现正常时序控制及急车强通控制两种控制方式。

图1是城市十字路口交通信号灯示意图。在十字路的东、西、南，北方装设红绿黄灯。红、绿、黄灯按照一定时序轮流发亮。

2．1．1 正常时序控制

其控制要求如下：

信号灯受一个起动开关控制；

当起动开关接通时，信号系统开始工作；

先南北红灯亮，东西绿灯亮；

南北红灯亮维持25s，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s；

到20s时，东西绿灯闪亮，绿灯闪亮周期为1s(亮0.5s，熄0.5s)；

绿灯闪亮3s后熄灭，东西黄灯亮，并维持2s；

到2s时，东西黄灯熄，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮；

东西灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s；

到25s时，南北绿灯闪亮3s后熄灭，南北黄灯亮，并维持2s；’

到2s时，南北黄灯熄，南北红灯亮，同时东西红灯熄，东西绿灯亮，开始第二周期的动作。

以后周而复始地循环。

当起动开关断开时，所有信号灯熄灭。

2．1．2 急车强通控制

急车强通控制时序图如图3所示。

其控制要求如下：

急车强通信号受急车强通开关控制；无急车时，信号灯按正常时序控制；有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号灯的状态如何，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止；急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制；急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后送急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。

2．2 I/O地址分配

根据示意图和控制要求可知，该系统需要3个输入点和6个输出点，其地址分配如下：

这里用一个输入点驱动两盏信号灯，如果PLC输出点的输出电流不够大，可以用一个输出点驱动盏信号灯，也可以在PLC输出端增设中间继电器，由中间继电器再去驱动信号灯。

2．3 软件系统设计

为了使程序设计比较清晰，先编制正常时序控制程序，在此基础上再增加急车强通控制程序。

2．3．1 正常时序控制程序

根据控制要求编制的正常时序控制的梯形图如图4所示。

程序运行过程如下。

PLC投入运行后，由方波发生器的辅助继电器M100产生周期为1s(接通0.5s、断开0.5s)的波脉冲，供信号灯闪光控制用。当起动开关合上时，X400接通，使Y432、Y434接通，南北红灯亮、东西绿灯亮；T450开始计时。T450 20s计时到，T450常闭触点断开，T450常开触点闭合，通过M100常开触点、T451常闭触点使Y434按照M100的通断周期通断，东西绿灯闪光；T451开始计时。当东西绿灯闪3次(时间为3s)时，T451计时到，T451常闭触点断开，使Y434断开，东西绿灯闪光熄；T451常开触点闭合，使Y435接通，东西黄灯亮，T452开始计时。T452 2s计时到，T452常闭触点断开，使Y432、Y435断开，南北红灯熄、东西黄灯熄；T452常开触点闭合，使Y436、Y430接通，东西红灯亮、南北绿灯亮；T453开始计时。T453 25s计时到，T453常闭触点断开，T453常开触点闭合，通过M100常开触点、T454常闭触点使Y430按照Mi00的通断周期通断，南北绿灯闪光；T454开始计时。T454 3s计时到，T454常闭触点断开，使

Y430断开，南北绿灯闪光熄~T454常开触点闭合，使Y431接通，南北黄灯亮；T455开始计时。T455 2s计时到，T455常闭触点断开，使Y436、Y431断开，东西红灯熄、南北黄灯熄；同时使T450、T451、T452、T453、T454、T455全部计时器复位(断开)，于是T450常闭触点、T452常闭触点闭合，分别使南北红灯亮和东西绿灯亮，开始第二周期的动作，以后周而复始地进行。当起动开关断开时，X400断开电器断开，全部信号灯熄灭。

2．3．2 急车强通控制程序

在正常时序控制梯形图的基础上增加急车强通控制的梯形图，如图5所示。

急车强通控制程序运行过程如下。

图5中，用M200和M201实现东西、南北急车强通互锁，以保证只响应一路方向的急车。为了保证在急车强通完时发一信号，使信号灯按照急车强通完成的时序动作，用M210、M220实现在东西强通完(即x401断开)时由M220发一脉冲；用M211、M221实现在南北强通完(即X402断开)时由M221发一脉冲。为了避免在PLC一投入运行时M210和M211接通，使M220、M221错发脉冲，设置了M240、M241，当强通信号接通．(即X401或X402接通)时，M240或M241被置位，M240常开触点或M241常开触点闭合，为急车强通完发脉冲作好准备，急车强通完时M220或M211才发脉冲。为了使M220，211发生的脉冲信号变为持续接通信号，设置了M230、M231，它们通过自己的动合触点以实现自保。当强通完后的动作进行完最后一步，即T455计时到，则T455常闭触点断开，使M230、M231断开，动作按正常时序控制从头开始运行。

当东西急车强通开关合上时，X401接通，M200接通，M200常闭触点断开，使T450、T451、T452、T453、T454、T455全部计时器断开；M200常开触点闭合，使Y432、Y434接通，南北红灯亮、东西绿灯亮，让东西急车放行。当东西急车强通开关断开时，X401断开，M200断开，M210接通，M220发出脉冲，使M230接通并自保，M230常闭自动断开，使“东西绿灯”支路及“东西绿灯计时”支路断开；M230常开触点闭合，使Y432继续接通，南北红灯继续亮；使“东西绿灯闪”支路及“东西绿灯闪计时”支路接通，T451开始计时。当东西绿灯闪3次(时间为3s)时，T451计时到，T451常闭触点断开“东西绿灯闪”支路；T451常开触点接通Y435及T452，东西黄灯亮并开始计时，以后按正常时序动作。当动作进行完最后一步，即T455计时到，则T455常闭触点断开，使M230断开，动作按正常时序从头开始运行。

同理，当南北急车强通开关合上时，X4O2接通，M201接通，M20l常闭触点断开，使T450、T451、T452、T453、T454、T455全部计时器断开；M201常开触点闭合，使

436、Y430接通，东西红灯亮、南北绿灯亮，让南北急车放行。当南北急车强通开关断开时，X402断开，M201断开，M221发出脉冲，使M231接通并自保，M231常闭触点断开，使T450及其它计时器继续断开；M231常开触点闭合，使Y436继续接通，东西红灯继续亮；使“南北绿灯闪”支路及“南北绿灯闪计时”支路接通，T454开始计时。当南北绿灯闪3次(时间为3s)时，T454计时到，T454常闭触点断开“南北绿灯闪”支路；T454常开触点接通Y431及T455，南北黄灯亮并开始计时。当T455计时到，T455常闭触点断开，使M231断开，动作按正常时序从头开始运行。

3 结束语

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，所以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。

我国人口众多，交通道路拥挤已严重制约经济快速持续发展，影响人们的日常生活。本系统作为城市十字路口交通信号的控制系统，为我国“智能交通系统”全面开发提供了有利的支持，具有一定的实践价值。

参考文献

【1】David G．Johnson．Programmable Controllers forFactory Automattion．New York and Basel：Marcel DekkerInc，1987．

【2】SIEM ENS AG．SIMATIC S7— 200 Programmable Controller System M anual，2000．

【3】SIEMENS AG．sIM AT1C MicroComputing User Manual，2000．

【4】廖常初．可编程序控制器应用技术(第3版)．重庆：重庆大学出版社，1998．【5】廖常初．可编程序控制器的编程方法与应用．重庆：重庆大学出版社，2001．【6】廖常初．可编程序控制器的原理及应用．电工技术，1990．

【7】廖常初等．PLC的顺序控制编程方法．工业自动化(香港)，1997．

【8】廖常初．PLC梯形图程序的设计方法与技巧．电工技术，1998．

【9】廖常初，周林．PLC的功能指令．电工技术，1999．

【10】廖常初．PLC梯形图的顺序控制设计法与顺序功能图．电工技术杂志，2001．【11】廖常初．PLC梯形图的顺序控制设计法．电工技术杂志，2001．

【12】张进秋，陈永利，张中民．可编程控制器原理及应用实例．机械工业出版社，2003．

【13】吴建强，姜三勇．可编程控制器原理及应用．哈尔滨工业大学出版社，1998．【14】邱公伟．可编程控制网络通讯及应用．清华大学出版社，2000．