城市十字路口智能交通灯的PLC控制设计

明达职业技术学院毕业设计城市十字路口智能交通灯的PLC控制设计专业电气自动化技术学生姓名许洪生班级08电气（2）班学号61083222指导教师孙扬完成日期2010年12月25日明达职业技术学院毕业设计(论文)任务书机电工程系电气自动化技术专业班级08电气（2）班姓名许洪生学号61083222课题名称：城市十字路口智能交通灯的PLC控制设计已知条件与主要技术参数：用PLC和相关控制电路来设计一个城市十字路口智能交通灯的PLC控制系统。主要解决的问题和设计（研究）要求：整个交通灯的工作由PLC来控制，同时由双色LED七段数码管进行倒序计时。红绿灯和双色LED七段数码管倒序计时是同时工作的。东西方向直行、左转、右转、人行和南北方向直行、左转、右转、人行的绿灯通过交替指令交替执行，循环运行。工作量要求：（1）画出十字路口平面图和I/O分配表（2）画出PLC外部接线图和工作流程图（3）用功能指令编写梯形图进度计划：第15周：确定题目，查阅相关资料第16周：画出有关流程图、梯形图，写出指令，对硬件和软件进行设计第17周：进行上机调试，不断修改、改进、完善程序软件，初步撰写论文第18周：撰写论文，毕业答辩设计（研究）思路与参考文献：参考有关资料根据所给材料和实地观察来设计控制过程，可按照以下步骤：1．画出十字路口的平面图。2．确定各方向的红绿灯布局。3．分析红绿灯的运行规律。4．确定所需LED灯的个数和型号。5．列出所需材料表（如面包板、LED灯、各种所需形状接线模板等）。6．画出工作流程图和顺序功能图。7．画出基本指令梯形图。8．上机运行，修改，直到正确后再用功能指令编写，调试。9．确定I/O点数和选择所需PLC型号。10．安装布线。【参考文献】[1]孙振强.可编程控制器原理及应用教程（第2版）.清华大学出版社，2008.[2]王阿根.电气可编程控制原理与应用.清华大学出版社，2007.[3]廖常初.PLC基础及应用.机械工程出版社，2003.[4]丁骏一.机械制图教程（CAD）.机械工业出版社,1998.指导教师签字：指导教师：职称：职称：20年月日教研室意见：教研室主任签字：20年月日系部意见：系主任签字：（系盖章）20年月日目录摘要.......................................................01绪论.......................................................01第一章PLC的基础知识......................................021.1PLC概述...............................................021.2PLC的特点.............................................021.3PLC的工作原理和内部运作方式...................................021.4PLC的应用.............................................031.5PLC的发展趋势和主要品牌.................................03第二章交通灯控制系统的硬件选择...........................042.1可编程控制器的选择......................................042.2十字路口平面图.........................................042.3十字路口交通灯示意图....................................052.4LED灯的选择...........................................05第三章功能指令和数码管介绍...............................063.1BIN减法指令（SUB）.....................................063.2BCD码变换指令.........................................063.3七段译码指令（SEGD）....................................073.4交替输出指令（ALT）.....................................083.5七段共阴极数码管引脚图设计....................................09第四章交通灯控制系统设计......................................104.1交通灯工作流程图设计...................................104.2交通灯的I/O分配表设计..................................134.3交通灯的外部接线图............................................144.4交通灯的梯形图设计............................................16小结................................................................21参考文献...........................................................21致谢................................................................22附录................................................................23明达职业技术学院-1-城市十字路口智能交通灯的PLC控制设计许洪生[摘要]交通灯作为交通控制的重要组成部分。目前交通灯大部分采用单片机控制，在控制和维护上存在许多缺陷。可编程控制器的功能日益完善，向小型化、廉价化方向发展。本设计采用三菱FX2N系列PLC设计十字路口交通灯，介绍了控制系统的组成和基本原理。[关键词]交通灯PLC梯形图绪论1918年，出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。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。随着社会的发展，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、道路少的现象更加明显了。这就迫切需要进一步提高道路的运行能力，如何提高呢，那就是进一步完善控制系统。过去交通灯一般采用手动控制或单片机控制，在控制和维护上存在许多不足之处。1969年，美国数字设备公司研制出世界上第一台可编程控制器并在GM公司汽车生产线上首次应用成功，实现了生产的自动化控制。此后日本、德国等相继引用可编程控制器，使之迅速发展起来。20世纪70年代后期，随着微电子技术和计算机技术的迅速发展，可编程逻辑控制器更多地具有了计算机的功能，做到了小型化和超小型化。现今，PLC的价格越来越合理和自动化程度越来越高，在工业自动化中应用越来越广泛。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，以及该系统软、硬件设计方法，能够更高效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种较合理的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。明达职业技术学院-2-第一章PLC的基础知识1.1PLC的概述可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC,PLC自1966年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能强大。1.2PLC的特点可编程控制器之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具有许多适合工业控制的独特优点，能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等问题，其主要特点如下：（1）可靠性高，抗干扰能力强（2）编程简单，操作方便（3）系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便（4）体积小，能耗低1.3PLC的工作原理和内部运作方式1.PLC的工作原理当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。（1）输入采样阶段（2）用户程序执行阶段（3）输出刷新阶段明达职业技术学院-3-2.PLC内部运作方式PLC内部并非实体上具有继电器、计时器与计数器等硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU中并最后执行控制运作。整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”。1.4PLC的应用目前，可编程控制器在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输以及环保等各行各业。随着可编程控制器性价比的不断提高，其应用范围正在不断扩大，目前可编程控制器的用途大致可以归纳为以下几个方面：（1）开关量的逻辑控制（2）运动控制（3）过程控制（4）数据处理（5）通信联网（6）在计算机集成制造系统中的应用1.5PLC的发展趋势与主要品牌1.PLC的发展趋势近年来，可编程控制器发展的明显特征是产品的集成度越来越高，工作速度越来越快，功能越来越强，使用越来越方便，工作越来越可靠，具体表现为：（1）向微型化、专业化方向发展（2）向大型化、高速度、高性能方向发展（3）编程语言日趋标准（4）与其他工业控制产品更加融合（5）与现场总线相结合（6）通信联网能力增强2.目前PLC的主要品牌ABB，松下，西门子，三菱，欧姆龙，台达，富士，施耐德，信捷等。明达职业技术学院-4-第二章交通灯控制系统的硬件选择2.1可编程控制器PLC的选型PLC的选型问题在系统的设计中很重要，在交通灯的设计中也同样比较重要，不管从安全、可靠，还是经济上考虑，都应该选择相匹配的型号可编程控制器去控制系统的运行。如何选择相匹配的可编程控制器呢？大概应该从以下几点来考虑、选择：（1）可编程控制器的结构（2）I/O点数（3）用户存储器的容量（4）电源、接地等综上所述，这次交通灯的设计选择PLC的型号为：三菱FX2N-80MR-001型PLC，再加上10个左右扩展单元输出点数。2.2十字路口平面图每个地方十字路口的平面图都有不同之处，我这次设计交通灯十字路口的平面图是六车道的。我个人认为比较合理，每个车道都可以独立通行，互不影响。路口平面图如图2-1所示。图2-1十字路口平面图北南西东明达职业技术学院-5-2.3十字路口交通灯示意图本次设计交通灯的布局是每个方向从左到右分别是：向左、向前、向右和LED数码管计时器。再加上每个方向人行道两头的人行红绿灯。具体如图2-2所示：2.4LED灯的选择本次设计的交通灯共用到两种型号的LED灯。一种是红绿双色三引脚变色LED灯，另一种是红绿黄三色四引脚变色LED灯。具体选择如表2-1所示。表2-1LED型号型号耗散功率/W正向电压/V反向电压/V正向电流/mA反向电流/mA反光颜色材料封装形式与外形2EF313(双色)0.