基于PLC的交通信号灯控制系统设计.docx

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1、目录引言1第1章绪论11.1 项目研究背景及意义11.2 目前交通灯的发展现状2第2章总体设计方案及论证32.1 项目研究内容32.2 程序设计的常用方法32.3 控制方案展示4第3章系统硬件设计63.1 P1C概述63.1.1 P1C的特点63.1.2 P1C的选型63.21/0地分配表73.3系统接线设计73.3.1P1C夕卜部接线7第4章软件设计84.1 编程软件84.1.15 ETP7软件简介84.1.25 ETP7软件基本操作步骤94.2 系统程序流程94.3 程序设计94.3.1 系统启停控制程序104.3.2 东西绿灯和南北红灯输出程序104.3.3 3.3启动定时器输出程序11

2、4.3.4 东西方向黄灯输出程序114.3.5 东西方向红灯和南北方向绿灯输出程序124.3.6 启动定时器输出程序124.3.7 返回循环程序134.4 组态软件134.4.1 组态王简介134.4.2 组态王基本操作步骤13第5章控制系统仿真155.1系统仿真步骤15结论20参考文献21致谢错误!未定义书签。摘要近现代以来，交通灯在我们的日常出行中扮演着重要的角色。城市道路的发展程度，是城市经济发展的重要标志。在交通不便利的地方，就会限制了人们的生活质量，在一个交通发达的地方，居民的快乐程度就会更高。但是，近几年来，交通事故频发，造成了许多惨案，因此，要想降低交通事故的发生，就必须合理使用

3、红绿灯。本文首先阐述了十字路口交通灯系统的来源与发展，以及它在国内外发展的现状，介绍了十字路口交通灯系统的基本原理以及工作流程，对系统的工作流程进行了分析。然后介绍了P1C的基本组成、特点以及工作原理，并且对系统的硬件部分进行设计和软件部分进行梯形图编程和组态界面设计。通过一次路口交通灯变化周期过程为例，把交通灯变化过程分为几个步骤，然后分别对几个步骤进行编程。具体说明了可编程序控制器在十字路口交通灯系统中的作用，其中程序设计实现了十字路口交通灯系统的工作的绝大部分过程。然后对所设计的十字路口交通灯系统进行仿真验证，仿真结果表明本次设计的系统满足控制要求，达到预设效果。同时利用S7-200系列

4、P1C控制的十字路口交通灯系统提高了稳定性和性价比，保证了十字路口交通灯系统能够长期稳定运行，同时上位机通过组态王软件实现了对系统进行操作和监控。关键词：梯形图程序；组态王；交通灯运行规则；STEP7引言在今天，在每个路口设置了交通信号灯，是最普遍、最有效的交通方式。但是这种技术在很久以前就存在了，在经过一系列的发展后，逐渐演变成今天常见的样式。在美国这个交通信号灯是用红色、绿色和黄色的环形照明装置构成，它被安置在纽约市第五大道的一栋高楼上。“停止”是红色，而绿色是“通行”。随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。

5、在交通拥堵、交通秩序混乱、出行时间过长的情况下，人们往往会为交通拥堵、交通秩序混乱、出行时间过长而感到烦恼。如何使交通安全、便捷、高效、畅通、绿色、环保，是当前我国交通发展面临的重要课题。通过设计和制作交叉路口的交通信号灯控制系统，进一步加强和深化了对所学习的基本理论、基本技能和专业知识的理解和理解。同时，通过对P1C的全面培训，可以实现P1C的设计与实现，以及对其工作原理和设计思想的全面了解。另外，在实践中，通过对红绿灯的各个环节的制作，磨练了自己努力学习、认真负责、独立思考、团结合作的工作态度，为以后的工作生活提供了坚实的基础和稳定的保障。第1章绪论1.1 项目研究背景及意义红绿灯是一种交

6、通信号，它起到了很大的作用，它直接影响到道路和行人的安全，但是为了让驾驶员和行人更好的理解它的用途，它的功能和意义就被详细的说明了。在十字路口，红色，黄色，绿色，三色交通信号灯悬挂在四面八方,这就是沉默的“交通警察:交通灯是一种国际通行的交通标志。红色表示停车，绿色表示通过。十字路口，四面八方的车辆都聚集在这里，有的要笔直，有的要转弯，要按照交通信号灯的指示。红灯时，禁止直行或左转，并准许车辆向右转弯；红灯亮，允许交通工具直行或掉头；黄色信号灯，停在十字路口或行人通道内，并继续通过；当红灯亮起时，提醒交通工具小心。道路的发展程度，是衡量一个国家城市化和经济发展水平的重要指标。而在交通便利的同时

7、，也限制了人们的生活质量，在一个交通发达的地方，居民的快乐程度就会更高。但是，近几年来，交通事故频发，造成了许多惨案，因此，要想降低交通事故的发生，就必须合理使用红绿灯。交通信号的合理分配，使其存在的意义更为突出。在学校、商场、车站等人流密集的地方,要设置更多的红绿灯,让同学们可以放心的回家，购物也可以放心，乘客也可以放心的回家。而在人流不多、车辆不多的路段，可以适当的设置红绿灯，节省交通资源。随着电子、自动控制、计算机技术的飞速发展，计算机控制系统在工业生产中的应用越来越广泛。P1C是电子控制技术与计算机科学技术的结合。P1C是一种以单片机为核心的新型工业自动控制设备，它具有逻辑、定时、计数

8、、模拟信号处理和PID操作等多种功能。1.2 目前交通灯的发展现状中国第一个道路交通信号灯是1928年在上海英租界出现的。从最初的手工牵引带到1950年代的电力控制，再到现在的电脑控制，再到现代的电子计时监测，交通信号灯不断更新、发展、完善。然而，在社会发展的同时，传统交通信号灯的缺点也越来越多，其中最突出的问题就是设计太僵硬，无法达到最大的通行效率，以及交通信号灯之间的转换很有规律。在西方发达国家，交通管制已基本实现了从传统的交通控制到ITS的过渡，而国内的智能交通系统才刚刚起步。由于传统的交通管制系统通常都是按时间来进行交通流量的控制，因此很难根据交通流量的变化规律来选择最优的方向，从而导

9、致了交通资源的浪费和堵塞。而智能交通控制系统可以有效地改善效率，而无需对硬件进行重大的改变。智能交通系统主要由以下子系统构成：（1）交通情报服务的智能化。它是一个面向所有人的、有很多智能化的、具有一定操作性的服务体系。（2）一种汽车控制的智能系统。GPS等交通设备，可以更好的利用现代的智能技术对车辆进行实时的监测和管理，同时也可以实时的提供实时的路况信息。（3）SMS.包含了私家车，公交车的运营和监控，并且能够及时的对交通事故进行预测和处理。（4）一种智能化的计费方式。在特定的道路上，对过往车辆进行自动计费，提高了工作效率，节省了人工费用。（5）紧急情况的智能化管理。在遇到突发事件时，可以第一

10、时间向有关部门报告，并采取相应的预防措施。（6）一种商业车辆的智能化操作系统。对各类交通工具，如货车等进行监测和管理，可有效防止超载。可以预见，智能交通系统会在我国快速发展起来，这期间会经过一段未知的时间，但最终一定会在我国的每个街道上实现，从而方便我们的生活，减少交通事故发生的概率，使我人民的幸福感上升。第2章总体设计方案及论证2.1 项目研究内容交通灯的控制要求：P1C上电，系统处于初始状态。按下启动按钮，东西方向绿灯亮25秒后闪烁5秒熄灭（闪烁周期为1秒），黄灯亮5秒熄灭，红灯亮30秒，依次循环。南北方向红灯亮35秒，接着绿灯亮20秒后闪烁5秒后熄灭（闪烁周期为1秒），黄灯亮5秒后，依次

11、循环。按下停止按钮，系统停止。实现过程：任务准备一一分析控制要求，任务方案一一选择控制方案，任务过程设计程序，任务完善调试和完善程序分析控制要求：P1C的IO点分配一一P1C的接线图一一控制要求分析一一时序图分析选择控制方案：不分方向统一计时一一分方向分开计时设计程序：系统启停控制程序一一统一计时设置程序一一东西方向绿红黄灯输出程序一一南北方向绿红黄灯输出程序调试和完善程序：程序调试仿真调试监控视频程序完善：观察交通灯调试过程，是否有需要完善的地方？思考是否有其他编程方案？该设计以P1C为核心，实现了对交通信号灯的模拟、时间倒计时改写和控制。整个系统分为两个主要部分：硬件和软件。本系统的硬件设

12、计包括计算机和西门子的可编程控制器等，为整个控制系统提供了强有力的硬件支持。在该系统的软件设计中，利用STEP7-Micro程序编制、调试、运行以及在线实时监测程序的运行，并利用组态软件组态王仿真系统进行调试，达到了预定的运行效果。P1C采用S7-200P1C,利用PC/PPI程序电缆将数据传送到计算机。通过计算机配置操作界面，可以对现场设备的工作状态进行实时监测，并能对现场设备的控制参数进行设定和修改。22程序设计的常用方法经验设计法：即在典型的控制电路程序的基础上，根据被控对象的控制选择合适的梯形图模块进行编写，这需要编程者十分熟悉各种梯形图模块的作用。这种方法没有规律，编写十分自由，但也

13、需要编程者熟悉一些典型的控制电路，如实现启动保持停止功能的启保停电路等。图解法包括梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法、步进顺控法、SFC法。表2.1图解法弟杉S去梯形图法是用梯形图语言去编写P1C程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。置茸充王S用逻辑方框图描述P1C的运行，反映输入和输出之间的关系。逻辑流程图是用一个逻辑流程图来用逻辑方才图描述P1C的运行，反映输入和输出之间的关系。逻辑流程图是用一个逻辑流程图来。先绘制一张控制系统的时序图（也就是在一定的时间内完成哪一种控制），然后在此基础上绘制相应的制任务，并将其转化为P1C。该时序流程图是一种适用于基于时间的控制系统编程的方法。步

14、a质空去步进顺空法是一种与顺控制命令相结合的复杂控制方案。通常，一个复杂的程序可以划分为几个功能较为简的程序，其中一个程序部分可以看作是整个控制流程的一个步骤。因此，很多P1C制造商都在其P1C中加了步进顺序控制。在绘制了各阶段的状态流程图后，可以根据步长顺序的指示来编写相应的控制程序。质为拒S一种根据流程图编制的新型图形程序设计语言。在程序的调试过程中，可以清楚的看见设备的操作次序。该法可方便地在设备发生故障时查找故障点，无需复杂的联锁回路，便于对控制系统的设计与维修。本程序运用梯形图法编译而成，该程序可大致分为四部分，启动程序，东西绿红黄灯输出程序，南北绿红黄灯输出程序，返回程序。2.3控

15、制方案展示表2.2控制要求东西方向信号灯绿灯亮绿灯闪黄灯亮红灯亮时间25秒5秒5秒30秒南北方向信号灯红灯亮绿灯亮绿灯闪黄灯亮时间35秒20秒5秒5秒启动按钮系统启动东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯图2.1时序图分析统一计时：TO：25秒TI:30秒12:35秒T3：55秒T4:60秒T5:65杪启动按钮系统启动东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯图2.2不分方向统一计时不分方向统一计时：TO计时至（J25秒，T1计时至（J30秒，T2计时至（J35秒,T3计时至U55秒，T4计时至U60秒，T5计时到65秒.启动按钮系统启动东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯TO：25秒T1:5秒T2:5秒T3：30秒东西方向计时:南北方向计时：T1O:35秒Tn:20秒TI2:5秒TI3:5秒图2.3分方向统一计时东西方向计时：TO计时到25秒，T1计时到5秒，T2计时到5秒，T3计时到30秒。南北方向计时：TIO计时到35秒，Tn计时到20秒，T12计时到5秒，T13计时到5秒。第3章系统硬件设计3.1 P1C概述为了实现