十字路口带倒计时显示交通信号灯控制

淮海工学院课程设计报告书课程名称：电气控制系统课程设计题目：十字路口带倒计时显示交通信号灯控制系（院）：电子工程学院学期：专业班级：姓名：学号：评语：成绩：签名：日期：第2页目录第1章绪论............................................2第2章系统设计.........................................42.1控制要求...........................................42.2十字路口的系统框图.................................52.3工作原理图.........................................52.4PLC外部接线图......................................62.5主流程图...........................................72.6紧急强通流程图.....................................7第3章编程设计.........................................83.1信号灯控制编程元件表...............................83.2梯形图.............................................8第4章仿真与调试......................................10小结..................................................13参考文献...............................................14第1章绪论第3页在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。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。在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。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，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。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无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻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的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和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。可编程控制器交通灯控制系统的特点：①脱机手动工作；②联机自动就地工作；③上机控制的单周期运行方式；④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；第4页⑤自动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下四个原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；③抗干扰能力强，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；根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，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序控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。第2章系统设计2.1控制要求采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图2-1所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。控制信号说明见表2-2。图2-1十字路口交通灯正常工作时序输入输出第5页表2-2十字路口交通灯控制信号说明2.2十字路口的系统框图为了确保车辆在十字路口顺利通过，往往采用自动控制的信号灯来指挥。其中红灯（Ｒ）辆，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示警告；绿灯（G）亮表示允许通行。交通控制器的系统框图如图2-3所示。图2-3交通等控制器系统框图2.3工作原理图工作方式满足图2-4所示顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、NSY、NSG，东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。两个方向的工作时序：东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间文字符号说明文字符号说明SA1-1交通灯正常工作控制开关H1南北向绿灯指示SA1-2南北向交通灯常绿控制开关H2南北向黄灯指示SA1-3东西向交通灯常绿控制开关H3南北向红灯指示H4东西向绿灯指示H5东西向黄灯指示H6东西向红灯指示H11南北向2位七段数码显示管H12东西向2位七段数码显示管第6页之和，南北方向亮红灯时间应等东西方向亮黄、绿灯时间之和。假设每个时间单位为5S，则南北、东西方向绿、黄、红左行道灯亮时间分别为30S、25S、2S，一次循环为60秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之和，黄灯是间歇闪烁。图2-4交通信号灯工作流程2.4PLC外部接线图由图2-5，我们需要4个输入点，6个输出点。因此本设计可采用的是西门子S7-200CPU222AC/DC/继电器型号的PLC，另加一个扩展模块EM22316DI/16DO×DC24V。第7页图2-5外部接线图与拓展模块图2-674LS48管脚图2.5主流程图图2-7主流程图2.6紧急强通流程图第8页图2-8紧急强通流程图第3章编程设计3.1信号灯控制编程元件表输入输出机内器件交通灯工作开关I0.0南北向交通灯常绿控制开关I0.2东西向交通灯常绿控制开关I0.3南北红灯：Q0.1T33：南北红灯工作30S东西绿灯：Q0.2T97：东西红灯工作30S东西黄灯：Q0.3T99：东西绿灯工作25S东西红灯：Q0.4T100：东西绿灯闪烁3S南北绿灯：Q0.5T98：东西黄灯工作2S南北黄灯：Q0.6T34：南北绿灯工作25ST35：南北绿灯闪烁3ST36：南北黄灯工作2S3.2梯形图第9页-第10页第4章仿真与调试1按下开关I0.0,交通灯开始工作,南北红灯Q0.1与东西绿灯Q0.2分别亮,持续时间分别为30秒与25秒,如图3-2图3-22、东西绿灯Q0.2亮25秒后闪烁3下,间隔0.5秒,然后转为东西黄灯Q0.3,并亮2秒,南北仍然为红灯Q0.1,如图3-3第11页图3-33、南北红灯30秒后转为南北绿灯Q0.5,持续亮25秒,东西黄灯Q0.3,2秒后转为东西红灯Q0.4,持续亮30秒,如图3-4图3-44、南北绿灯Q0.5亮25秒后,闪烁3下,间隔0.5秒后转为南北黄灯Q0.6,东西仍然为红灯Q0.4,如图3-5第12页图3-55、南北黄灯Q0.6亮2秒后转为南北红灯Q0.1,东西红灯Q0.4亮30秒后转为东西绿灯Q0.2,依次循环,如图3-6图3-66、按下I0.2，南北方向绿灯Q0.2常亮，东西方向交通灯保持不变，数码管显示99不变,如图3-7第13页如图3-77、按下I0.3，东西方向绿灯Q0.5常亮，南北方向交通灯保持不变,数码管显示99不变，如图3-8图3-8小结当我知道我的课题是：交通信号灯控制系统的设计,我想这个课题是很容易的，这样我更应该做的更好。当真正做起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西以前学了，但现在用起来可能又有点疑问。就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。而你要画出来的话，你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是怎样，以及怎么划分区域等。遇到这些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。我认为这是一种最好的学习方法——通过实践去检验自己的知识。这个只有你自己投入进去你才能发现自己知识点的欠缺。做为一名电气专业的学生对电器原理图的了解更应该有深刻的认识，知道它的重要性。要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。第14页查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。在程序设计过程中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。这里面最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可以用顺序设计。这种方法也是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂，条理清晰。但结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。更加体会到PLC的可靠性高，抗干扰能力强，.通用性强，控制程序可变，使用方便等优点。更加熟悉了西门子编程软件使用方法与各种基本指令。这次的课程设计使我把可编程控制器的理论知识用在实践中，实现了理论和实践相结合，从中更懂得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正确性，让我受益匪浅，对我以后工作中遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。参考文献[1]王曙光.S7-200PLC应用基础与实例.人民邮电出版社,2007。[2]严盈富.西门子S7-200PLC入门.人民邮电出版社,2007。[3]龙志文.SIMATIC子S7-200PLC原理及应用.机械工业出版社,2007。[4]刘永华.电气控制与PLC，北京航空航天大学出版社,2007。[5]罗宇航.流行PLC实用程序及设计（西门子S7-200PLC系列）.西安电子科技大学出版社,2007。[6]刘洪涛，黄海编.PLC应用开发从基础到实践.电子工业出版社,2007。