基于PLC的组态软件交通灯控制系统模型设计

1、基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现摘要：当今社会,红绿灯安装在各个道口上，已经成为了疏导交通车辆最为常见和最有效的手段.随着社会的发展和人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法来控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或是南北方向的车辆按照数量规模进行分档，相应给定的东西方向或南北方向的绿灯时长也按照一定的规律分档。 这样就可以实现了按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。PLC具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程的自动控制中。由于PLC具有着对使用环境适应性强的特性,同时其内部的定时器资源十分丰富，可对目前较为普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制也可方便地实现。因此现在越来越多地把PLC应用于交通灯系统中.PLC还具有通讯联网功能，可将同一条道路上的信号灯连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。在实时检测和自

2、动控制PLC应用系统中，PLC大都是作为一个核心部件来设计使用的。关键字：PLC、交通灯、控制系统、组态设计目录第一章 绪 论21。1 PLC及组态王介绍21。1。1 PLC简单概述3 1.2 十字路口交通灯控制任务41.3 研究目的和意义51。4 方案比较51.4。1 采用数字逻辑电路设计61。4。2 PLC设计6第二章 交通信号控制系统实况72.1十字路口交通灯控制实际情况描述72。1。1 控制任务要求72.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图82.3交通灯控制流程图8第三章 可编程控制器程序设计93.1可编程控制器I/O端口分配93.2 PLC的外部接线图93。2。1输入/输出接线列表93.2.2 PLC外部接线原理图93。3程序梯形图及指令语句表113.3.1梯形图程序113。3。2梯形图所对应的语句表13第四章 十字路口交通灯的组态控制过程154。1工程的建立和变量定义15 4.1。1 工程的建立4.1。2 变量的定义164。1。3 设备与变量连接174.2画面建立184.2.1工程画面建立184.2。2调试系统组态制作184.3 动画连接194。3.1交通灯的动画连接19

3、4.3.2调试系统的动画连接194。5 组态运行20 4。5.1 进入运行界面20 4.5.2 启动运行20第五章 总 结20参考文献21第一章 绪 论1。1 PLC及组态王介绍1.1.1 PLC简单概述（一）什么是PLC可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC.但由于PC容易与个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们习惯地用PLC来作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器作为核心的数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数以及算术运算等操作指令,并通过数字式以及模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械生产过程。可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程可分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出三个阶段。PLC是微机技术与传统继电接触控制技术互相结合的产物，它克服了继电接触控制系统之中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作和维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，

4、不涉及专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图作为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的程序的编制工作，就可方便地将PLC应用于生产实践。（二） PLC的结构及各部分PLC的类型繁多,功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展接口和外部设备接口等等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：（三）PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环的方式进行工作的。即在PLC运行时,CPU根据用户按照控制要求编制好并存储于用户存储器中的程序,按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令,则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束.然后再重新返回第一条指令,开始下一轮新的扫描.在每次扫描过程中，还要完成对输入信号采样以及对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期经过输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。PLC输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将暂存在输入锁存器中的输入端子通断状态或输入数据读

5、入，并写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口,进入程序执行阶段.PLC程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序来扫描执行每条指令，执行的结果写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容也随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器通断状态在输出刷新阶段传送至输出锁存器中，并通过相应的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。1。2 十字路口交通灯控制任务信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持25秒，南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时,东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒.到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮.东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒,然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮,东西绿灯亮，周而复始。1。3 研究目的和意义在十字路口设置交通灯用来对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的人身安全提供

6、了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能再适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统,使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是:事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能会产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是根本无法建立准确模型的，统计的方法已无法适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能一种能够根据流量变化而自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口中交通灯控制都是采用固定转换时间间隔控制方法。由于十字路口不同时间段的车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的,采用固定时间的控制方法，经常造成道路的有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型模糊控制法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题.可编程控制器交通灯的控制系统集成了自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术

7、等于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分利用了分散式控制系统及集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。另外随着高科技技术在日常生活中的普遍应用，城市空中各种电磁干扰的日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择能够在恶劣的电磁干扰的环境下正常工作的PLC也是必要的。1。4 方案比较1.4.1 采用数字逻辑电路设计工作原理:选用十六进制计数器74161和38线译码器74LS138.经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。基本组成:由控制器部分和数字显示部分、秒脉冲发生器等组成。显示控制部分是一个定时控制电路。当绿灯亮时,使减法计数器开始工作（对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。译码显示可用74LS47驱动BCD码七段译码器,计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等 数字电路的特点：数字电路的信号是种不连续变化的数字信号,所以在数字电路中运作的器件多数工作

8、在开关状态，即工作在饱和区和截止区，而放大区只是过渡状态。数字电路主要的研究对象是电路的输入和输出间的逻辑关系，因此在数字电路中不能采用模拟电路分析方法,例如,微变等效电路法等就不再适用了。这里主要的分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要以真值表，逻辑表达式及波形图等。其在任何时刻的输出，取决于电路此刻的输入状态，而与电路中过去的状态无关，它们不具有记忆功能。1.4.2 PLC设计采用计算机和FX2N系列PLC，在计算机上编译调试交通灯控制程序，启动PLC写入程序，经过运行后,输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。 可编程控制器交通灯控制的特点：编程简单，维修方便；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式;由上位机通过串口向下位机传送设定配方参数来实现自动控制；自动启动、自动停机控制方式。采用PLC基于以下四个原因：PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障使用时间在30万小时以上；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都可以方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前各种电磁干扰状况日益严重,为了保证交通控制的可靠稳

9、定,我们选择了在恶劣的电磁干扰环境下依然能够正常工作的PLC； 安装简单维修方便，PLC不需要专门的机房，能够在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC中相应的I/O端连接，系统便可投入运行。第二章 交通信号控制系统实况2。1十字路口交通灯控制实际情况描述2。1.1 控制任务要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮,东西绿灯亮。当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持25秒,在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒.到20秒时,东西绿灯闪亮,闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮,并维持2秒。到2秒时,东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒,然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮,周而复始。2。2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图十字路口交通灯路况模拟图2.3交通灯控制流程图根据交通灯的实际控制情况，可得出其流程图如下：交通灯控制流程图第三章 可编程控制器程序设计3。1可编程控制器I/O端口分配根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析,系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号.甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况由此可知，该系统所需的输入点数为1，输出点数为8，全部是开关量，则可将I/O分配用下表表示。3。2 PLC的外部接线图3。2。1输入/输出接线列表3.2.2 PLC外部接线原理图 根据上述I/O

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