PLC交通信号灯控制系统模拟设计要点.pdf
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1、南通纺织职业技术学院毕业设计(论文) 基于 PLC交通信号灯控制系统的模拟设计 卞巧云 班级09 电气一 专业电气自动化 教 学 系机电系 指导老师陈群 完成时间年月日至年月日 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 I 摘要:交通信号灯的出现,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。为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科 学化, 用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,实验证明该系统实现简单、经济, 能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。本次设计分析了现代城市交通控制 与管理问题的现状, 结合交
2、通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一 种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。 关键词 :PLC , 交通灯,可编程控制器 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 II 目录 摘要 I 1 交通信号灯控制系统 . 1 1.1 交通信号灯的作用和意义 1 1.2 十字路口交通信号灯的控制情况. 1 1.2.1 十字路口交通灯布置图. 2 1.2.2 控制系统的要求. 3 1.3结合十字路口交通灯的路况分析. 7 2 PLC控制系统的设计 7 2.1 PLC 的选择 . 7 2.2 十字路口交通灯控制系统时序图 7 2.3 I/O地
3、址分配 . 9 2.4 PLC 的外部接线 . . 12 2.5 程序设计 . 14 2.5.1 正常运行程序. 14 2.5.2 急车强通控制程序. 21 2.5.3 显示部分的程序. 23 2.5.4 早晚切换及校时. 26 3 交通灯模拟运行 . 28 3.1 硬件调试 . 28 3.2 软件调试 . 28 结束语 . 30 致谢 . 错误!未定义书签。 参考文献 . 32 附录程序 . 33 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 1 1 交通信号灯控制系统 1.1 交通信号灯的作用和意义 随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
4、人,车,路三者关系 的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市 交通数据监测, 交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通 监控指挥中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加,许多大城市如北京, 上海,南京等出现了交通超负 荷运行的情况,因此,自80 年代后期,这些城市纷纷修建城市高速公路,在高速公路 建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而,随着交通量的快速增长和缺 乏对高速道路的系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道 路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路和普通道路耦 合出
5、交通状况的制约。 所以,如何采用合适的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建 的城市高速道路,缓解主干道与匝道,城区与周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交 通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 根据交通等工艺控制要求和特点,我们采用了日本三菱公司FX2N型的 PLC 。三菱 PLC有小型化, 高速度,高性能等特点, 三菱可编程控制器指令丰富, 可以接各种输入, 输出扩充设备, 有丰富的特殊扩展设备, 其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需 的,能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器(PLC )对十字路口交通控制 等实现控制。本系统采用PLC是基于以下四个原因: (1) PLC
6、具有很高的可靠性,抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30 万小时 以上; (2) 系统设计周期短,维护方便,改造容易,功能完善,实用性强; (3)干扰能力强,具有硬件故障的自我检查功能,目前空中各种电磁干扰日益严重, 为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC ; (4) 近年来 PLC的性能价格比有较大幅度的提高,是的实际应用成为可能。 1.2 十字路口交通信号灯的控制情况 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 2 1.2.1 十字路口交通灯布置图 十字路口将交通灯示意图如图1.1 所示。在十字路口的东、西
7、、南、北方向装有主 干道“红绿黄”灯、人行道“红绿黄”灯,其中主干道的“红绿黄”灯又分为左转“红 绿黄”灯和直行“红绿黄”灯,在东西方向和南北方各设一组通行时间显示器,按倒计 时的方式显示通行和停止时间。采用红绿双色七段数码管,通行时(绿灯亮、闪,黄灯 亮时)显示绿色数字,停止时显示红色数字。 (1) 南北主干道 南北主干道的交通灯有6 个,分别是左转红灯、 左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、 直行绿灯、直行黄灯。 (2)东西主干道 东西主干道的交通灯也有6 个,分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红 灯、直行绿灯、直行黄灯。 (3) 南北人行道 南北人行道的交通灯有3 个,分别是红灯、绿灯、
8、黄灯。 (4) 东西人行道 东西人行道的交通灯也有3 个,分别是红灯、绿灯、黄灯。 (5) 南北主干道和南北人行道 南北主干道和南北人行道共用一组时间显示器,一共2 个七段数码管。 (6) 东西主干道和东西人行道 东西主干道和东西人行道共用一组时间显示器,一共也是2 个七段数码管。 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 3 1.2.2 控制系统的要求 交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”和“急车强通控制”两种控制方 式。 (1) 正常循环运行 交通灯正常循环运行的逻辑流程图如图1.2 所示。具体控制要求如下: 按下启动按钮后,交通灯控制系统开
9、始工作。先是南北方向绿灯和东西方向红 灯亮,再亮东西方向绿灯和南北方向红灯,然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯,这 样一直循环运行; 南北向和东西向主干道均有左转绿灯,持续亮10s,左转黄灯,持续亮2s,左 转 红灯持续亮 78s;左转绿灯灭的同时直行绿灯亮持续30s,绿灯闪亮 3s,黄灯 2s 和 红灯 45s。当南北主干道红灯亮时,东西主干道应依次点亮左转绿灯,直行绿等,绿灯 闪亮和黄灯;反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮左转绿灯,直行 绿灯,绿灯闪亮和黄灯; 南北向和东西向人行道均设有绿灯、黄灯、红灯。人行道上的“红黄绿”灯与同 方向主干道上的直行“红黄绿”灯运行方式相同。
10、 北 南 西 东 图 1.1 十字路口交通灯的布置图 主干道 人行道 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 4 否 否 是 图 1.2 交通灯正常循环运行流程图 南北方向直行绿灯 南北方向左转绿灯 亮 10s 南北方向左转黄灯 否 否 否 是 否 亮 30S 东西方向左转黄灯亮 东西方向直行绿灯亮 直行绿灯闪烁 否 否 否 东西方向左转红灯亮 亮 2S 亮 78s 东西方向左转红灯亮 亮 45S 东西方向黄灯亮 亮 2S 亮 45S 亮 30S 闪烁 3S 否 否 否 否 是 是 是 是 东西方向左转绿灯亮 南北方向黄灯亮 南北方向直行红灯亮 亮 2
11、S 南北方向左转红灯 直行绿灯闪亮 闪亮 3S 亮 78S 亮 2S 亮 45S 否 是 是 开始 按启动按 否 是 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 5 (2)急行强通控制 急车强通控制的逻辑流程图如图1.3 所示。具体控制要求如下: 急车强通控制受强通开关控制。无急车时,按正常循环时序控制,有急车来时, 打开急车强通开关, 不管原来信号状态如何, 一律强制让急车来车方向的绿灯亮,直到 急车通过为止,断开急车强通开关,信号的状态立即转为急车放行方向的绿灯闪亮3s。 随后按在正常时序控制。 急车强通信号只能响应一条路上的来车,若两条交叉的路(东西
12、或南北)先后都 来车,则响应先来的一方,随后再响应另一方。 (3) 在晚上 23 点至次日早上 6 点,所有黄灯开始闪烁, 6 点后切换到正常循环 运行。 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 6 开始 正常循环运行时 南 北 强 通 开 关 接通 东西方向所有绿灯都亮,南 北方向红灯都亮 东 西 强 通 开 关 接通 解除东西强通 东西所有绿灯闪亮 闪亮 3S 南北方向所有绿灯都亮,东 西方向红灯都亮 解除南北强通 南北所有绿灯闪亮 闪亮 3S 是 是 是 是 是 是 否 否 否 否 否 否 图 1.3 急行强通控制流程图 南通纺织职业技术学院毕业
13、设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 7 1.3结合十字路口交通灯的路况分析 在 PLC交通灯模拟模块中,主干道东西南北每面都有3 种控制灯,分别为: (1)禁止通行灯(亮时为红色) (2) 准备禁止通行灯(亮时为黄色) (3)直通灯(亮时为绿色) 另外行人道东西南北每面都有3 种控制灯 , 分别为: (1) 禁止通行灯(亮时为红色) (2) 准备禁止通行灯(亮时为黄色) (3) 直通灯(亮时为绿色) 东西南北每面都有2 位显示器通行、停止时间, 采用红绿双色七段数码管控制,分 别是: (1) 通行时间显示(绿色数字) (2) 停止时间显示(红色数字) 2 PLC控制系统的
14、设计 2.1 PLC 的选择 本设计是以 PLC控制为核心的交通灯, 选用三菱公司的 FX2N 128MR 型主机,共有 64 个输入点和 64 个输出点,并利用定时、计数器作定时计数用,LED七段数码管作为 计时显示用。利用3 个输入点分别作为启动按钮、南北抢通开关和东西强通开关,4 个 输入点分别作为总的校时启动、秒校时、分校时、时校时。12 个输出点作为东西方向 和南北方向的左转、直行的红、黄、绿灯。并利用28 个输出点分别作为东西南北方向 的数码管个、十位显示输出,4 个输出点作为控制数码管的颜色显示。 2.2 十字路口交通灯控制系统时序图 (1) 正常循环运行的时序图 正常循环运行时
15、序图如图2.1 所示。 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 8 2 一个循环周期 图 2.1 正常循环运行的时序图 3 启动按钮 南 北 向 左 转绿灯 南 北 向 左 转黄灯 南 北 向 左 转红灯 南 北 向 直 行绿灯 南 北 向 直 行黄灯 南 北 向 直 行红灯 东 西 向 左 转绿灯 东 西 向 左 转黄灯 东 西 向 左 转红灯 东 西 向 直 行绿灯 东 西 向 直 行黄灯 东 西 向 直 行红灯 10s 10s 2 78s 30s 2 45s 10s 2 78s 30s 3 2 45s 2 78s 30s 3 2 南通纺织职业技术
16、学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 9 (2)急车强通控制时序图 急车强通控制的时序图如图图2.2 所示。 2.3 I/O地址分配 (1) 输入部分 这个控制系统的输入部分共有7 个输入点:启动按钮 (SB0)、东西方向强通开关 (SA1 ) 、南北方向强通开关( SA2 ) 、校时启动按钮 (SB1)、秒校时按钮 (SB2)、分校时按 钮(SB3)、时校时按钮( SB4 ) 。具体的输入分配表如表2.1 所示。 输入设备输入地址 启动按钮SB0 XO 南北强通开关SA1 X1 东西强通开关SA2 X2 表 2.1 I/O地址分配输入部分 图 2.2 急车强通控制
17、时序图 南 北 强 通开关 南 北 向 绿灯 南 北 向 红灯 东 西 向 红灯 东 西 向 绿灯 亮 亮 亮 亮 闪 3s 东 西 强 通开关 闪 3s 南通纺织职业技术学院毕业设计(论文)基于 PLC 交通信号灯控制系统的的模拟设计 10 校时启动按钮SB1 X3 秒校时按钮SB2 X4 分校时按钮SB3 X5 时校时按钮SB4 X6 (2) 输出部分 这个控制系统的输出有东西方向主干道“红黄绿”交通灯、东西方向人行道“红黄 绿”交通灯、南北方向主干道“红黄绿”交通灯、南北方向人行道“红黄绿”交通灯, 共计 36 个交通灯。但由于东西向主干道直行“红黄绿”灯和东西向人行道“红黄绿” 灯运行
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