毕业设计-交通灯课程设计十字路口交通信号灯plc控制系统.doc

摘要
本课程设计是针对近年来城市交通拥挤现象，特别是驾驶员违章严重，交通事故频发等问题所设计的十字路口交通灯控制系统。随着科技的发展，可编程控制器系统的应用正在不断地走向深入，同时带动控制检测的发展，该设计主要是运用可编程控制器系统来实训一个十字路口交通信号灯PLC控制系统。十字路口交通信号灯是城市的一项重要的设施，本次设计的十字路口交通信号灯PLC控制系统能使交通灯根据高峰时段，正常时段和晚上时段的控制规律进行控制。它不仅能够让城市的运行有规律，是城市的出行更加方便，同时对降低城市污染，环境建设起到了不可低估的作用。

关键词：交通灯 PLC 可编程控制器

目录
1. 设计背景................................................1
1.1背景概述..........................................1
1.2可逻辑控制器简介..................................1

2. 设计要求................................................2

3. 系统的总体设计方案......................................3
3.1系统简介..........................................3
3.2控制方案..........................................3
3.3输入输出分析及I/O点计算..........................4

4. 设计内容................................................5
4.1十字路口交通灯的原理分析及示意图..................5
4.2十字路口交通控制的时序分析........................5
4.3十字路口交通灯控制的系统流程图....................7
4.4十字路口交通灯控制器件表..........................8

5. 课程设计心得...........................................10

参考文献.................................................11

附录：系统程序编写.......................................12

设计背景
1. 1背景概述
随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号灯控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点，越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯系统存在的以上缺点，我们引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。 本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析，研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求形成一个较为成型的产品，则需要做更多，更深入的研究。
1.2 可编程逻辑控制器简介
可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,简称PLC）根据国际电工委员会（IEC）在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其做了如下定义:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的储存器，用来在其内部储存执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算求运算等操作的指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整天，易于扩充其功能的设计原则。可编程逻辑控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领悟发挥着愈来愈大的作用。

设计要求
交通灯的控制要求：
（1）系统工作受开关控制，启动开关ON则系统工作，启动开关OFF则系统停止工作。
（2）控制对象有八个：
东西方向红灯两个，南北方向红灯两个：
东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个：
东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个：
东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个；
（3）正常时间段和高峰期设置不同的控制方案，晚间时段东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按闪0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。

系统总体的设计方案
3.1系统简介
本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的s7-300可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期，正常期及晚间几个时段进行分段控制。
3.2控制方案
高峰期的控制方案为:
（1）南北方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；
6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步，依次循环。
正常时段的控制方案为:
（1）南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；
（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。
晚间控制方案为：
东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。

3. 3输入输出分析及I/O点数估算
输入信号为2个开关信号，分别为启动信号和停止信号。
输出信号为8个信号，分别为东西方向红灯，黄灯，绿灯，左转弯灯和南北方向红灯，黄灯，绿灯，左转弯灯。

系统I/O分配表
输入设备
输入编号点
输出设备
输出编号点
启动开关
I00001
东西红灯
Q00001
停止开关
I00002
南北红灯
Q00002
时钟控制信号1
I00003
东西黄灯
Q00003
时钟控制信号2
I00004
南北黄灯
Q00004
时钟控制信号3
I00005
东西绿灯
Q00005

南北绿灯
Q00006

东西左转弯灯
Q00007

南北左转弯灯
Q00008

设计内容
4.1十字路交通灯的原理分析及示意图
本系统的控制对象有八个，分别为东西方向红灯，南北方向红灯，东西方向黄灯，南北方向黄灯，东西方向绿灯，南北方向绿灯，东西方向左转弯灯，南北方向左转弯灯，各为两个。本控制系统规律为高峰时段和正常时段进行控制，晚上时段按警告方式运行。

图1 十字路口交通信号灯的示意图
4.2十字路口交通灯控制的时序分析
正常时段（6:30-7:30；8:15-16:30;19:00-21:00):南北绿灯亮维持25秒，闪烁5秒后南北黄灯亮5秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮5秒闪烁5秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，25秒后东西方向绿灯闪烁5秒后熄灭，东西黄灯亮5秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮5秒后熄灭。           
高峰时段（7:00-8:15；16:30-19:00):南北绿灯亮维持30秒，闪烁5秒后南北黄灯亮5秒，然后熄灭，同时南北红灯亮，东西左转弯绿灯亮5秒闪烁5秒后，东西方向绿灯亮，同时东西方向红灯熄灭，20秒后东西方向绿灯闪烁5秒后熄灭，东西黄灯亮5秒后熄灭，同时东西方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮同时南北方向红灯亮，南北方向左转弯灯亮5秒闪烁5秒后熄灭，同时南北绿亮。    
晚间时段（21:00-6:30）：东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按闪0.4秒，亮0.6秒的规律反复循环。

图2 各时段运行分配时序图

图3 高峰时段运行时序图

图4 正常时段运行时序图
4.3十字路口交通灯控制系统流程图

4.4十字路口交通灯控制器件表
表2十字路口交通灯系统器件表
器件名称
功能
数据寄存器D (D200)
存放修改数据300/250
数据寄存器D (D201)
存放修改数据200/250
数据寄存器D (D3 D4 D5)
预放读入时分秒
数据寄存器D (D20 D21)
预存6:300
数据寄存器D (D30 D31)
预存7:00
数据寄存器D(D40 D41)
预存8:15
数据寄存器D(D50 D51)
预存16:30
数据寄存器D(D60 D61)
预存19:00
数据寄存器D(D70 D71)
预存21:00
中间辅助继电器M(M3 M1)
统计出两段晚间期
中间辅助继电器M(M6 M9)
统计出两段高峰期
中间辅助继电器M(M4 M7 M1)
统计出三段正常期
中间辅助继电器M(M20)
控制晚间期
中间辅助继电器M(M21)
控制正常期
中间辅助继电器M(M22)
控制高峰期
中间辅助继电器M(M100)
控制子程序开启
定时器T(T0/T1，T2)
东西方向左转绿灯闪10S
定时器T(T0/T1，T2)
东西方向绿灯亮25S
定时器T(T6)
东西方向红灯/黄灯闪5S
定时器T(T7/T8,T9)
南北方向左转绿灯闪10S
定时器T(T10/T11，T12)
南北方向绿灯亮30S
定时器T(T13)
南北方向黄灯亮5S
定时器T(T14/T15)
晚间0.4/0.6S闪烁

课程设计心得
课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础. 通过这次计算机控制系统的设计，使我提高了可编程控制器和PLC程序编写的能力。同时我们的设计和平时的日常出行息息相关，也让我懂得做一个文明公民，能够去为这个城市的环境发展而努力，
在此感谢我们的王老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。 同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 我也希望学校以后能多安排课程设计，这对我们学习专业课程只是会有很大的帮助，更能激起我们对专业课学习的热爱。

参考文献
[1]熊幸明，陈艳，张丹，刘湘澧. 电气控制与PLC 北京：机械工业出版社 2011.1
[2]周志峰. 计算机控制技术 北京：清华大学出版社 2014
[3]张毅刚，彭喜元， 彭宇. 单片机原理及应用 北京：高等教育出版社 2010.5
[4]华人民中共和国道路交通安全法实施条例 第五十一条

系统的程序编写
附录一:正常时期交通灯程序

备注：因时间关系高峰期与正常时期程序亮灯方式完全一致，程序相同，只是程序中通电延时计时器时间设置不同，故省略。

附录二：晚间程序编写

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