瀘州職業技術學院李軍芝

瀘州職業技術學院畢業設計基于PLC的十字路口交通燈控制專業：機電一體化班級：103機電一班姓名：李軍芝瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第1頁!摘要針對近年來城市交通的擁擠現象，特別是駕駛員違章嚴重、交通事故頻發、車輛尾氣污染等問題，介紹集計算機、信息、電子及通訊等眾多高新技術手段于一體的智能交通指揮中心控制系統。該系統的安裝及使用，大大緩解了城市道路堵塞現象、提高了道路的通行能力。減少了駕駛員違章的次數，抑制了交通事故的發生、同時能夠減輕車輛尾氣排放，從而對降低環境污染起到了不可低估的作用。

分析現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合城鄉交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的硬件電路設計方案。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第2頁!緒論隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。不同的城市有不同城市的問題，但共性就是混合交通流問題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互影響或彼此的相互影響，就是解決問題的關鍵！隨著我國城市化建設的發展，越來越多的新興城市的出現，使得城市的交通成為了一個絕對主要的問題。同時隨著我國經濟的穩步發展，隨著城市機動車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進入尋常老百姓的家庭，據不完全統計，目前我國城市里的十字路口交通系統大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產生如下弊端:當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現象是未對實際情況進行實時監控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費。單片機控制系統設計時硬件和軟件均要設計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價格中等，制造較難。程序的設計中，分析控制交通的多種原理，用傳統的方法實現難度較大，所以使用可編程控制器，其主要原因是因為PLC具有簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列的優點。本設計介紹了應用PLC實現十字路口交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求分析，對PLC控制系統進行了軟件設計，并通過實驗證明該系統簡單、經濟、運行可靠，具有很高的實用價值。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第3頁!章設計任務分析

1、研究目的通過對plc十字路口交通燈控制系統的設計，使我了解交通燈的結構、特點、工作原理及其應用。設計的重點是利用plc實現對十字路口交通燈的控制，綜合大學三年學到的知識完成十字路口交通燈的plc控制系統的設計，鍛煉我運用知識和實際動手的能力。復習plc編程及應用的相關知識，把理論應用到實際中去，進一步加深對plc編程及應用的理解。本次設計將使我所學的專業知識聯系到一起，提高靈活運用知識和分析解決問題的能力。本課題的研究是對plc控制十字路口交通燈系統的有益探索，此類科技成果有助于促進我國十字路口交通燈及plc編程及應用控制領域的發展。2、設計任務利用三菱FX2N系列PLC原理設計出一個虛擬的交通燈系統來模擬實際交通燈的狀況，并完成對十字路口交通燈的軟硬件設計及調試,合理的實現交通人車流量的控制。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第4頁!正常時段(8時~16時、18時~6時)：南北紅燈亮維持25秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20秒。到20秒時，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅，在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持25秒，南北綠燈亮維持20秒，然后閃亮3秒后熄滅，同時南北黃燈亮，維持2秒后熄滅。這時南北紅燈又亮，東西綠燈又同時亮，如此周而復始。

表2-1

十字路口交通燈亮閃高峰時段（6時~8時、16時~18時）：南北紅燈亮維持25秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20秒。到20秒時，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅，在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持40秒，南北綠燈亮維持35秒，然后閃亮3秒后熄滅，同時南北黃燈亮，維持2秒后熄滅。這時南北紅燈又亮，東西綠燈又同時亮，如此周而復始.

東西

信號

綠燈亮

綠燈閃

黃燈亮

紅燈亮

時間

20S3S2S40S南北

信號

紅燈亮

綠燈亮

綠燈閃

黃燈亮

時間

25S35S3S2S表2-2

十字路口交通燈亮閃表東西

信號

綠燈亮

綠燈閃

黃燈亮

紅燈亮

時間

20S3S2S25S南北

信號

紅燈亮

綠燈亮

綠燈閃

黃燈亮

時間

25S20S3S2S瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第5頁!3.1.2PLC控制系統I/O接線圖根據十字路口交通燈的輸入輸出點分配表，畫出如圖3.1.1所示的PLC控制系統I/O接線圖。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第6頁!第四章十字路口交通燈plc控制軟件設計

瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第7頁!1、十字路口交通燈圖交通燈控制系統I/O分配。啟動—X0，南北紅燈—Y0南北綠燈—Y1，南北黃燈—Y2，東西紅燈—Y3，東西綠燈—Y4，東西黃燈—Y5。正常時段(8時~16時、18時~6時)：如圖4.5所示為并聯分支結構狀態轉移圖,圖中當初始脈沖M8002對初始位置S0置1后，接通X0，則狀態同時轉移到S21和S31。S21置1，南北紅燈亮，延時25S，S31置1，東西綠燈亮，延時20S，狀態轉移到S32，東西綠燈閃爍3S，狀態轉移到S33，之后東西黃燈亮2S。狀態轉移到S22、S34，使南北紅燈熄滅，南北道綠燈亮，延時20S，東西道紅燈亮，延時25S，狀態轉回到S23，南北綠燈閃爍3S，之后狀態轉移到S24，南北黃燈亮2S。兩并行支路會合，返回狀態S0。由于X1已閉合，使之驅動S21、S31。令其置1，開始另一個循環。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第8頁!控制時序圖瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第9頁!瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第10頁!對PLC梯形圖分析：如圖4.9所示當按下開關SB1常開觸點X000閉合后，C0開始計數，當計數到60次時（也就是到60S時),C0常開觸點閉合,C1開始計數,如果C1計數沒有計到第60次時，RST復位到C0再計數直到計數到了60次(即就是一個小時)C1常開觸點閉合，C2開始計數，如果C2計數沒有計到24次就RST復位到C1繼續計數直達計數到24次（即24個小時），如果計數到24次就按下X001轉化開關，開始第二天的計數。如圖4.10所示當按下開關SB1常開觸點X000閉合后，ZCP區間選擇自動根據條件判斷是否在高峰時段，如果處于高峰時段就接通高峰時段M0、M3輔助繼電器執行高峰時段的plc的控制。圖4.10圖4.9瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第11頁!高峰時段（6時~8時、16時~18時）：如圖4.12所示當M1、M4常開觸電斷電時（也就是說明到達高峰時段時），T6定時器開始計時，當計時到20秒時T6常開觸電閉合，T7開始計時，當計時到3秒時T7常開觸電閉合，T8開始計時，當計時到2秒時T8常開觸電閉合，T9開始計時，當計時到35秒時T9常開觸電閉合，T10開始計時，當計時到3秒時T10常開觸電閉合，T11開始計時，T11定時器計時2秒，如此計時循環。圖4.12瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第12頁!第五章十字路口交通燈程序的調試和運行1、控制系統的程序調試步驟大體思路流程如下：1、硬件調試：硬件調試是利用開發系統、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統硬件中存在的故障。硬件調試可分為靜態調試與動態調試兩步進行。①靜態調試靜態調試是在用戶系統未工作時的一種硬件檢測。步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值第四步：是聯機檢查。因為只有用可編程控制器開發系統才能完成對用戶系統的調試。②動態調試動態調試是在用戶系統工作的情況下發現和排除用戶系統硬件中存在的器件內部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態調試的一般方法是由近及遠、由分到合。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第13頁!圖5.2十字路口交通燈PLC控制系統各動作實物顯示瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第14頁!致

謝能夠順利完成這次PLC控制十字交通燈的畢業設計，首先要感謝我們的指導教師——龔勤慧老師，從接到畢業設計的課題一直到現在的論文寫作，龔老師都給了我們莫大的幫助。期間龔老師的課比較多，但是她仍然在百忙之中抽出時間來給我們輔導，由于我們在做設計的過程中遇到好多不懂的問題，但龔老師一直都是很耐心的解釋給我們聽，直到我們弄懂為止，所以在此十分感謝我的指導老師龔勤慧老師。其次，也要感謝我周圍的伙伴們，雖然我們是每人一個設計，但是這項設計還是花了好多同學的時間完成的。在此過程中，常常麻煩到同學，雖有過爭執，但所有的人都能夠很耐心的給我講解，每當遇到不懂的問題，其他的同學都會幫忙解決，因為我們互相理解、互相幫助，所以我都學到了很多東西。總之，感謝以上提到的所有老師和同學，在此，向你們表示我衷心的謝意！

瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第15頁!第二章

交通燈設計控制要求1、十字路口交通燈的控制要求交通燈系統由啟動開關控制，當啟動開關接通時，交通燈開始工作，并周而復始地循環工作。當停止開關接通時，所有的燈都熄滅。本交通燈控制系統按東西方向及南北方向車流量相同的情況來設計程序。2、十字路口交通燈的原理及示意圖如圖2.1是十字路口交通信號燈示意圖,本系統的控制對象有六個，分別為東西方向紅燈兩個，南北方向紅燈兩個，東西方向黃燈兩個，南北方向黃燈兩個，東西方向綠燈兩個，南北方向綠燈兩個。本控制系統律分為高峰時段和正常時段進行控制。圖2.1十字路口交通信號燈的示意圖瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第16頁!第三章十字路口交通燈plc硬件控制輸信號入輸出信號輸入繼電器元件作用輸出繼電器元件作用X0SB啟動開關Y0HL1南北紅燈X1SB轉換開關Y1HL2南北綠燈Y2HL3南北黃燈Y3HL4東西紅燈Y4HL5東西綠燈Y5HL6東西黃燈1、

輸入輸出點分配表

為了將十字路口交通燈的控制關系用PLC控制器實現，PLC需要2個輸入點（啟動開、轉換開關），6個輸出點。為了使用方便，所以選擇了FX2N-64MT型的PLC。表3-1

輸入輸出點分配表瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第17頁!3.1.3十字路口交通燈的接線圖根據十字路口交通燈的實際連線，畫出如圖3.1.2所示的十字路口交通燈的接線圖。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第18頁!瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第19頁!高峰時段（6時~8時、16時~18時）：如圖4.6所示為并聯分支結構狀態轉移圖,圖中當初始脈沖M8002對初始位置S0置1后，接通X0，則狀態同時轉移到S21和S31。S21置1，南北紅燈亮，延時25S，S31置1，東西綠燈亮，延時20S，狀態轉移到S32，東西綠燈閃爍3S，狀態轉移到S33，之后東西黃燈亮2S。狀態轉移到S22、S34，使南北紅燈熄滅，南北道綠燈亮，延時35S，東西道紅燈亮，延時40S，狀態轉回到S23，南北綠燈閃爍3S，之后狀態轉移到S24，南北黃燈亮2S。兩并行支路會合，返回狀態S0。使之驅動S21、S31，令其置1，開始另一個循環。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第20頁!瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第21頁!在圖4.8中，Y0控制南北紅燈，Y1控制南北綠燈，Y2控制南北黃燈，Y3控制東西紅燈，Y4控制東西綠燈，Y5控制東西黃燈。為了控制各個時間段，選用T0~T5為控制正常時段的定時器，T6~T11為控制高峰時段的定時器。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第22頁!正常時段(8時~16時、18時~6時)：如圖4.11所示當按下開關SB1常開觸點X000閉合后，T5、M1、M4常閉觸電通電（也就是進入正常時段時），T0定時器開始計時，當計時到20秒時T0常開觸電閉合，T1開始計時，當計時到3秒時T1常開觸電閉合，T2開始計時，當計時到2秒時T2常開觸電閉合，T3開始計時，當計時到25秒時T3常開觸電閉合，T4開始計時，當計時3秒時T4常開觸點閉合，T5開始計時，T5定時器計時2秒，如此計時循環。圖4.11瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第23頁!正常時段(8時~16時、18時~6時)：當按下開關SB1常開觸點X000閉合后，南北紅燈Y000亮，東西綠燈Y004亮，T0計時20s后T0常開觸點閉合，M8013開始工作東西綠燈閃爍3s，然后T1的常閉觸點斷開常開觸點閉合接通東西黃燈Y005同時T2開始計時，計時2s后東西黃燈熄滅，T2的常閉觸點斷開，常開觸點閉合接通東西紅燈Y003和南北綠燈Y001同時T3開始計時，計時20s后M8013開始工作南北綠燈閃爍3s，T4常閉觸點斷開常開觸點閉合接通南北黃燈，同時T5開始計時2s黃燈熄滅，同時T3計時結束，東西紅燈熄滅。如此循環。高峰時段（6時~8時、16時~18時）：當按下開關SB1常開觸點X000閉合后，南北紅燈Y000亮，東西綠燈Y004亮，T6計時20s后T0常開觸點閉合，M8013開始工作東西綠燈閃爍3s，然后T7的常閉觸點斷開常開觸點閉合接通東西黃燈Y005同時T8開始計時，計時2s后東西黃燈熄滅，T8的常閉觸點斷開，常開觸點閉合接通東西紅燈Y003和南北綠燈Y001同時T9開始計時，計時35s后M8013開始工作南北綠燈閃爍3s，T10常閉觸點斷開常開觸點閉合接通南北黃燈，同時T11開始計時2s黃燈熄滅，同時T9計時結束，東西紅燈熄滅。如此循環。十字路口交通燈的總開關SB1的常開觸點X000閉合后，交通燈系統啟動，首先C0、C1、C2計數器設定環境時間，再由ZCP區間選擇時段是否為高峰時段（6時~8時、16時~18時）還是正常時段(8時~16時、18時~6時)，然后分別在不同時段執行相對應的plc程序。瀘州職業技術學院李軍芝共27頁，您現在瀏覽的是第24頁!由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統硬件電路分為若