按钮式人行横道交通灯控制

南京工程学院毕业论文继续教育学院级工业电气自动化专业题目：按钮式人行横道交通灯控制学生姓名：指导教师:2012年3月按钮式人行横道交通灯控制系统1摘要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。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系统中最重要的组成部分。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终笔者选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功能的设计，完成本次课设的题目。关键字：PLC交通灯程序报告设计2目录摘要....................................................................1目录...................................................................2第1章绪论.............................................................31.1可编程控制器的特点及应用...........................................31.2按钮式人行横道交通灯的作用与研究意义...............................3第2章PLC的工作原理与设计..............................................32.1PLC的工作原理.....................................................32.2PLC控制系统设计的基本原则与一般步骤...............................4第3章人行横道交通灯控制系统的设计.....................................53.1按钮式人行横道交通灯控制系统的任务要求.............................53.2按钮式人行横道交通灯控制系统的时序图...............................63.3设计按钮人行道控制系统的PLC程序..................................9结束语..................................................................11致谢...................................................................11参考文献................................................................11按钮式人行横道交通灯控制系统3第1章绪论1.1可编程控制器的特点及应用PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高和抗干扰能力强等优点，已广泛应用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程序控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程序控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设施之一。PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别是对多岔路口的控制亦可方便的实现。因此，现在越来越多的将PLC应用于交通灯系统中。1.2按钮式人行横道交通灯的作用与研究意义近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重。因此，提高城市路网的通过能力，实现交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通灯，通常采用的是定时控制，即事先对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起准确模型的。不对实际情况进行实时监控的方法，已不能适应迅猛发展的交通状况。而更为现实的需要是能有一种可以根据实际情况控制调节的交通灯。本课题所研究的这种智能交通控制系统，正是源自这种需求，并能够较好的改善当前十字路口马路交通的尴尬局面。第2章PLC的工作原理与设计2.1PLC的工作原理PLC是采用“循环逐行”扫描的“串行”方式工作的，即在PLC运行时，CPU根据用户依控制要求编制好的程序，按指令步序号从第一条指令开始逐条顺序执行，直至程序结束；然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，并按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个过程可分为五个阶段：自诊断、通信处理、扫描输入、执行4程序、刷新输出。其中，在扫描输入阶段：PLC的中央处理器对各个输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映像寄存器。在执行程序阶段：中央处理器将逐条执行用户指令程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算数计算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中。在刷新输出阶段：当所有的指令执行完毕时，集中把输出映像寄存器的状态通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。2.2PLC控制系统设计的基本原则与一般步骤1．PLC控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度的满足被控对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度的满足被控对象的控制要求，使设计PLC控制系统的首要前提，也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。（2）保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等）也能正常工作。（3）在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便，成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当留有扩充的裕量由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。按钮式人行横道交通灯控制系统52．PLC控制系统设计的一般步骤（1）分析生产工艺过程，明确工艺过程对电气控制的要求分析生产工艺过程，是了解被控对象要求的前提。在这一过程中，要详细调查被控对象的工作性质，明确其功能要求，弄清系统是以逻辑量控制为主还是以模拟量控制为主，并绘制出工艺控制流程图。（2）确定控制方案在分析被控对象的基础上，根据PLC的特点，与继电接触器控制系统、微型计算机控制系统比较。如果被控对象的工业坏境较差，而安全性、可靠性要求较高，用人工进行控制工作量大、操作复杂、容易出错或者操作过于频繁时，往往与PLC控制。（3）选择可编程序控制器机型机型选择的基本原则是在满足生产工艺要求的情况下，保证运行可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑这几个方面：结构合理、功能合理、机型统一、是否在线编程等。（4）硬、软件设计选择机型后，就可根据控制系统的要求具体安排输入、输出的配置，并对输入、输出进行地址分配，然后分头对控制系统进行硬、软件的设计。硬件设计是对可编程序控制器外围电路的设计，而软件设计是指根据工艺要求使用PLC编程语言进行用户程序的设计。（5）总装调试首先对可编程序控制器外部线路做仔细检查。检查时，常将主电路断开，通过一些简单的实验程序对其进行通电扫描，查找故障。确认无误后接主电路，将模拟调试好的程序进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致为止。（6）编制技术说明书将控制系统的性能用文字形式详细的作出说明，同时给出必要的电气原理图和接线图。第3章人行横道交通灯控制系统的设计3.1按钮式人行横道交通灯控制系统的任务要求按钮式人行横道交通灯的示意图如下所示，其主干道是行车道，次道是人行道和一些非机动车道。在主干道和人行道通行方向上均有红、黄、绿交通灯，并按照通行情况依次点亮。6按钮式人行横道交通灯控制系统示意图正常通行，车行道信号灯为绿、人行道信号灯为红。若按下人行道按钮X0或X1，过30s后，车行道信号灯变为黄，再过10s后，车行道信号灯变为红。5s后人行道信号灯变为绿。15s后，人行道绿灯开始闪烁。闪烁5次，每次1s，即5s后返回初始状态，人行道信号灯为红灯，车行道信号灯为绿灯。车道和人行横道同时要进行控制，这种结构称作并行分支结构。3.2按钮式人行横道交通灯控制系统的时序图1.并行分支结构并行分支结构是指同时处理多个程序流程。当S20步被激活成为活动步后，若转换条件X0成立就同时执行左、中、右三支程序。S50为汇合状态，由S22、S32、S42三个状态共同驱动，当这三个状态都成为活动步且转换条件X4成立时，汇合转换成S50步。按钮式人行横道交通灯控制系统72.并行性分支、汇合的编程①并行性分支的编程并行性分支的编程原则是先集中处理分支转移情况，然后依顺序进行各分支程序处理。②并行性汇合的编程并行性汇合的编程原则是集中处理汇合状态.3.并行分支的状态转移图以及步进梯形图程序错误!4.并行性分支结构编程的注意事项（1）并行分支结构最多能实现8个分支的汇合。（2）在并行分支、汇合处不允许有下图（a）所示的转移条件，而必须将其转化为图（b）所示的结构后，再进行编程。85.选择输入输出设备，分配输入/输出地址，画出I/O接线图(1)输入/输出地址(2)I/O接线图6.设计按钮人行道控制系统的状态转移图根据控制要求，初始状态是车道绿灯、人行道红灯。按下人行道按钮（X0或X1）后系统进入并行运行状态，车道绿灯、人行道红灯，并且开始延时。30s后车道变为黄灯，再经10s变为红灯。5s后人行道变为绿灯，15s后人行道绿灯开始闪烁，5s后人行道变为红灯，再过5s返回初始状态。按钮式人行横道交通灯控制系统93.3设计按钮人行道控制系统的PLC程序1.按钮人行横道交通信号灯控制的指令程序2.部分按钮人行横道闪烁5次的状态转移图和步进梯形图10按钮式人行横道交通灯控制系统11结束语为了对交通进行有效地管理，本课题介绍了一种全新的以交通灯为对象，通过可编程序控制器对其进行控制的智能化交通灯系统。设计中针对交通灯的控制方式、LED灯的显示、倒计时功能等进行了软、硬件的总体设计。通过设计，使交通灯具有可根据交通的不同状况，人为选择不同的工作状态，兼带有数码显示器实行显示倒计时的功能。它弥补了现行交通灯的不足，而且克服了在同一时刻机动车辆和行人、非机动车辆之间的交叉通行的缺点，避免了交通事故，保证了在任一时刻只有一个方向