交通燈畢業(yè)論文

1、<p><b>　　交通燈畢業(yè)論文</b></p><p>　　【摘要】：交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通

2、控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。</p><p>　　關(guān)鍵詞：交通燈；PLC；程序；設(shè)計</p><p>　　一、 PLC的特點(diǎn)

3、及應(yīng)用</p><p>　　1.1、交通信號燈的作用和意義</p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。</p><p>　　隨著城市機(jī)動車

4、量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建

5、的城市高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，</p><p>　　根據(jù)交通等工藝控制要求和特點(diǎn)，我們采用了日本三菱公司FX2N_48MR。三菱PLC有小型化，高速度，高性能等特點(diǎn)，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編

6、程控制器（PLC）對十字路口交通控制等實(shí)現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個原因：</p><p>　　（1）PLC具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)；</p><p>　?。?）干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重

7、，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；</p><p>　　（4）近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，是的實(shí)際應(yīng)用成為可能。</p><p>　　1.2、PLC的特點(diǎn)</p><p>　　1 、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；</p><p>　　2、 通用性高，使用方便；</p>&

8、lt;p>　　3、程序設(shè)計簡單，易學(xué)，易懂；</p><p>　　4、采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便；</p><p>　　5、系統(tǒng)設(shè)計周期短；</p><p>　　6、安裝簡便，調(diào)試方便，維護(hù)工作量??；</p><p>　　7、對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)；</p><p>　　1.3、 PL

9、C的應(yīng)用</p><p>　　目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類。</p><p>　　1、開關(guān)量的邏輯控制</p><p>　　這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控

10、及自動化流水線。如注塑</p><p><b>　　2、模擬量控制</b></p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制

11、。</p><p><b>　　3、運(yùn)動控制</b></p><p>　　PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。&l

12、t;/p><p><b>　　4、過程控制</b></p><p>　　過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理

13、、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　5、數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一

14、般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　6、通信及聯(lián)網(wǎng)</b></p><p>　　PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PL

15、C都具有通信接口，通信非常方便。</p><p>　　二、 PLC的結(jié)構(gòu)及原理</p><p>　　2.1、 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p>　　PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式P

16、LC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖1如下：</p><p><b>　　圖1PLC基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　2.2、PLC的工作原理</p><p>　　1、plc的工作方式</p><p

17、>　　1）輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態(tài)，并將讀入的信息存入內(nèi)存，接著進(jìn)入程序執(zhí)行階段，在程序執(zhí)行時，即使輸入信號發(fā)生變化，內(nèi)存中輸入信息也不變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。</p><p>　　2） 程序執(zhí)行階段：plc對用戶程序掃描。</p><p>　　3）輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路，驅(qū)動功率放大器，電路是輸出端子向

18、外界輸出控制信號驅(qū)動外部負(fù)載</p><p>　　三、 梯形圖的設(shè)計與編程方法</p><p><b>　　3.1、 控制要求</b></p><p>　　信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當(dāng)按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)按下停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。</p><p>

19、<b>　　3.2、控制時序</b></p><p>　　交通燈示意圖如圖2所示，在東西南北兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各6個燈，分為紅、黃、綠三種顏色。工作時序如圖3所示，假設(shè)東西向較忙，綠燈時間是南北向的2倍(40s)。按下起動按鈕后，南北向綠燈亮維持20s，20s后，南北黃燈閃爍3次，計6S，期間，東西向紅燈也亮，并維持26s；26s后，東西方向綠燈亮40s，后東西向黃燈閃爍3次，計

20、6s，期間，南北向紅燈也亮，并維持46so接下去周而復(fù)始，直到停止按鈕被按下為止。</p><p><b>　　圖2 交通燈示意圖</b></p><p>　　圖3 交通燈工作時序</p><p>　　3.3、PLC交通燈畢業(yè)論文硬件及外圍元器件</p><p>　　根據(jù)信號燈的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC

21、、起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、紅黃綠色信號燈各4只，輸入／輸出端口接線如圖4所示。由圖可見：起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，停止按鈕SB2接于輸入繼電器xl端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器Y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器Y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y3端，南北方向綠燈接于輸出繼電器Y2端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器Y1，南北方向紅燈接于輸出繼電器Y0。將輸出端的COM1及COM2用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流220V

22、。如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信號燈，可以采用一個輸出點(diǎn)驅(qū)動一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動信號燈。</p><p>　　圖4 PLC外部接線圖</p><p><b>　　四、程序設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1、梯形圖</b></p>

23、<p>　　4.2、PLC交通燈畢業(yè)論文指令圖</p><p><b>　　4.3、流程圖</b></p><p>　　圖5 交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖6盲人脈沖按鍵控制流程圖</p><p>　　圖7手動控制車流量流程圖</p><p><b>　　4

24、.4、軟件設(shè)計</b></p><p>　　采用步進(jìn)梯形指令雙流程編程實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用并聯(lián)分支結(jié)構(gòu)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖5所示。由圖可知，我們把東西和南北方向信號燈的動作分成兩個流程同時起動，分別運(yùn)行各自的時序動作，相互之間的配合由統(tǒng)一的時鐘進(jìn)行有機(jī)配合，不會出現(xiàn)差錯?，F(xiàn)僅以南北方向的動作簡單分析一下工作原理，東西方向工作過程基本相同，在此不再贅述。系統(tǒng)起動時，利用M8002開機(jī)脈沖自動進(jìn)入XO狀態(tài)，系統(tǒng)處于等

25、待狀態(tài)。當(dāng)啟動按鈕SB1按下時，xO11接通， Y1和Y4同時起動，Y1使南北綠燈亮，Y4使東西紅燈亮(東西方向以下不分析)，x0起動的同時TO開始計時，20s后利用 常開接點(diǎn)的閉合使?fàn)顟B(tài)進(jìn)入T4，此時Y3和Y5起動，T4使南北黃燈亮，T1計時6s，6s后進(jìn)入T2，在T3狀態(tài)下，起動CO和T2，此時南北黃燈滅，CO計數(shù)加1，T2時間到時，如果co,J-數(shù)不到3次，狀態(tài)轉(zhuǎn)到T0循環(huán)，如果CO計數(shù)到3次，狀態(tài)轉(zhuǎn)入T4，這樣就做到了南北方向黃

26、燈閃爍3次的要求。南北方向黃燈閃爍3次后，系統(tǒng)進(jìn)入T4狀態(tài)，在T4狀態(tài)下，為下次閃爍作好準(zhǔn)備，同時起動Y3和Y5，Y1使南北紅燈亮，亮46s后進(jìn)入X0狀態(tài)，至此南北方向的一個循環(huán)執(zhí)行完，此時東西方向也</p><p><b>　　五、總結(jié)</b></p><p><b>　　5.1、難點(diǎn)分析 </b></p><p>　　

27、本程序在設(shè)計過程遇到了一些難點(diǎn)我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題。</p><p>　　5.1.1、行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　因?yàn)閷?shí)際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應(yīng)關(guān)系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時簡化程序、減少PLC不必要的運(yùn)算 。</p><p>　　5.1.2、盲人脈沖按鍵按下

28、時要實(shí)現(xiàn)功能的同時不影響和它沒關(guān)系的主干道</p><p>　　盲人在東西南北的行人道同時通過十字路口的情況不會經(jīng)常出現(xiàn)，可以說是非少的，如果我們要把盲人脈沖分開東西控制和南北控制使他不影響和它沒關(guān)系的主干道就可以使車輛行走更加通順減少車輛堵塞的情況。要實(shí)現(xiàn)這樣的功能就要在脈沖按鍵按下時不影響他們的計時程序只在對應(yīng)的主干道紅綠燈輸出程序上進(jìn)行插入常閉繼電器以此把輸出程序斷開</p><p>

29、;　　5.1.3、手動車流控制按鍵的控制方式</p><p>　　手動車流控制按鍵是對相應(yīng)的主干道綠燈延長的進(jìn)行控制，但不能使它在按下時使改變當(dāng)時的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個請求和響應(yīng)的關(guān)系。</p><p>　　5.1.4、交通燈的閃亮</p><p>　　交通燈綠燈在實(shí)際運(yùn)行中是

30、要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)計程序中也要加入這個功能，參考了一些PLC的交通燈程序介紹時發(fā)現(xiàn)PLC中有一些繼電器可以實(shí)現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是PLC內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實(shí)現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控制。由于對PLC內(nèi)部的功能繼電器不太熟悉（不同型號的PLC內(nèi)部功能繼電器編號也不一樣）我想了一個用程序?qū)崿F(xiàn)的方法（程序段在第86條~第94條指令之間），此方法可以說是軟件實(shí)現(xiàn)功能的方法，雖然程序加長了但閃爍頻率可以

31、控制比較靈活。</p><p>　　5.2、調(diào)試錯誤與修改方法</p><p>　　經(jīng)過設(shè)計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。</p><p>　　剛開始的時候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了

32、。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時候第二周期就再沒有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動西。</p>

33、<p>　　5.3、PLC智能化控制交通燈的方法</p><p>　　傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠 燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、適用的方案，仍然會發(fā) 生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立

34、準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面的優(yōu)勢。此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控 制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常是事先經(jīng)過交通流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠 燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而實(shí)際上交通流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、適用的方案，仍然會發(fā)

35、生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交 通現(xiàn)狀，需要有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。而模糊控制恰恰具有這方面</p><p>　　此系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對十字路口交通控 制燈實(shí)現(xiàn)模糊控制此控制系統(tǒng)的輸入量是指十字路口各方向上車輛數(shù)的動態(tài)變化量。具體由傳感器采集后送入可編程序控制器

36、。在十字路口的四個方向(E、S、W、N)的近端J(斑馬線附近)和遠(yuǎn)端Y(距斑馬線約100米處)各設(shè)置一個傳感器，分別統(tǒng)計通過該處的車輛數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制，需要將綠燈時間分為兩部分：其一是固定的10秒作為路口車輛狀態(tài)參數(shù)的采集時間t1；其二是根據(jù)兩個方向車輛流量變化進(jìn)行模糊決策的延時t2。然后通過傳感器采集后的排隊(duì)等候的車輛數(shù)送往PLC進(jìn)行模糊推理運(yùn)算得出延遲時t2，最后由t1和t2來實(shí)現(xiàn)對十字路口車流量的靈活控制。</p>

37、<p><b>　　5.4、收獲與體會</b></p><p>　　經(jīng)過一段時間的艱苦奮斗，設(shè)計成果終于要出來了，我才松了一口氣，俗話說：“萬事開頭難?！边@話一點(diǎn)也不假，回想當(dāng)初確定這個，還是挺茫然的。不知怎下手。最后采用了先采集資料、進(jìn)行實(shí)際考察后設(shè)計的方法。</p><p>　　查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不

38、是一件容易的事，需要耐心查找。</p><p>　　一次又一次的學(xué)習(xí)，探索又失敗 ，我們慢慢地在體會，研究和感悟，終于開始領(lǐng)會到將近成功的那一份喜悅，從撰寫開報告，查找資料，程序設(shè)計，到整理每一個次的調(diào)試，我們學(xué)會了細(xì)心和耐心，也品嘗到了酸、甜、苦、辣，無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我們 的研究成果。興趣是自發(fā)形成的，而默契是慢慢培養(yǎng)出來的。當(dāng)前的社會，科技迅速發(fā)展，知識更新速度大大加快，只有我們共同去探索，用自己的

39、雙手去征服每一片天空，用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領(lǐng)域。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]廖常初.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社. 2005-10</p><p>　　[2]楊欣等.電子設(shè)計從零開始[M]．清華大學(xué)出版社．2003-2</p><p>　　[3]王毓銀.數(shù)