十字路口交通信号灯PLC控制系统
设 计 题 目: 十字路口交通信号灯PLC控制系统 院 系 名 称: 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 职 称:
二○一五年 月
目 录
摘 要 ............................................ 4
第1章 绪 论 ........................................ 5
1.1 引言 .......................................... 5 1.2 课题的背景 .................................... 5 1.3 课题研究的目的意义 ............................ 6 1.4 国内外现状及未来发展趋势 ...................... 7 1.4.1 国外发展现状 ................................ 8 1.4.2 国内发展现状 ................................ 8 1.4.3 未来发展趋势 ................................ 9 1.5课题研究的主要内容 ............................. 9 第2章 控制系统总体方案与技术要求 .................... 11
2.1 系统的基本要求 ............................... 11 2.1.1信号灯的基本构成 ............................ 11 2.1.2基本控制要求 ................................ 12 2.2 PLC的结构及原理 .............................. 13 2.2.1 PLC的分类 ................................. 13 2.2.2 PLC的基本结构及原理 ........................ 13 2.2.3 PLC设计的基本原则 .......................... 14 2.3 PLC的选用 ................................... 15 2.4 本章小结 ..................................... 16 第3章 信号灯控制系统的设计 .......................... 17
3.1 信号灯结构设计 ............................... 17 3.1.1工作时序图 ................................. 17 3.1.2可编程控制器I/O端口分配 .................... 19 3.1.3程序梯形图指令表 ............................ 19
3.1.4信号灯的PLC外部连线图 ...................... 22
结论 ............................................. 24 参考文献 ......................................... 25 致谢 ........................................... 26
摘 要
随着社会的发展和进步以及人民生活水平的提高，上路的车辆越来越多，但相应的公路设施却没有相应的改善，这就导致了城市交通拥堵问题突出，而且拥堵的地方多是十字路口等车辆汇集处。如何改善交通灯控制系统，以适应现在的交通状况，成为竞相研究的课题，本文对该问题给予了深刻地研究。本文十字路口交通灯控制系统主要用于处理十字路口车辆及行人通过的问题，使其减少相互干扰，提高了十字路口的通行能力。
本文总结了交通灯控制技术的发展，讨论了基于PLC的十字路口交通信号灯控制系统的设计可行性。根据PLC的工作原理并结合城市交通的实际状况，本文提出了以三菱公司生产的FX2N-128MT-001型PLC作为基本控制核心，安排了四个方向的直行、左转红黄绿灯，人行道红绿灯以及倒计时数码管的具体配置；设计完成了PLC的I/O端口分配和控制程序；探索了基于红外遥控的十字路口交通信号灯的无线强通控制方案并设计了具体的硬件电路及软件控制程序。
关键词：十字路口；信号灯；PLC；三菱；无线控制器
第1章 绪 论
1.1 引言
可编程控制器（programmable controller）属于微型计算机的一种，并且最早为工业控制应用而设计制造。由于其在最初功能上只可实现定时、计数以及逻辑控制等功能，故也被称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC。它具有可靠性高，功能完善，抗干扰性好、结构简单、编程方便、体积小、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统并且主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、网络技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制自动化装置。随着现代技术的发展，该装置在功能及构造上己经远远超过了早期的PLC。
交通问题是现代社会发展的一个重要表现，同时也是社会发展的重要依托。交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。无论是在古代
还是现代，交通运输都具有十分重要的经济意义和战略意义。在现代经济高速发展的今天，交通问题己经被许多国家和地区提上了日程。如何高效、快捷地出行，是关乎人们生产和日常生活的重要问题。而与之相关的方方面面也就自然而然地成为了人们所研究和关注的焦点。
本课题通过深入地研究PLC的硬件结构与工作方式，成功地将PLC与十字路口交通信号灯联系起来，初步解决了交通拥堵问题。系统地设计了基于PLC的十字路口交通信号灯控制系统，对包括具体信号灯配置、硬件与软件的设计在内的控制环节进行了深刻研究，并且探索了手持式无线遥控装置对于信号灯的控制。
1.2 课题的背景
随着社会的发展和进步以及人民生活水平的提高，上路的车辆越来越多，但相应的公路设施却没有相应的改善。这就导致了城市交通拥堵问题突出，而且拥堵的地方多是十字路口等车辆汇集处。在世界各大城市，交通堵塞尤为严重，尽管人们发明了红绿灯，修建了立交桥，但是交通堵塞问题始终没有解决，使之成为世界性的难题。但城市中的交通堵塞状况严重与否还是或多或少地反映出所在城市的经济发达程度和所处的发展阶段。大多数人选择汽车的初始动机主要是为了出行快捷和节省时间，然而由于交通堵塞所造成的出勤的低效率，往往使得人们的愿望与实际结果产生较大的差异。
目前国内城市人口密集区，机动车和非机动车数量讯速增长，严重匮乏且陈旧的道路交通设施、布局不尽合理的城市路网已经不堪重负，这些都导致了城区交通拥堵频繁、交通秩序混乱等问题。特别是早晚行车流量高峰期，道路人流、车流量基本处于饱和或超饱和状态，车辆行驶缓慢，加上小商贩占道摆摊设点、车辆随意停乱放，使得蚕食、侵占道路现象比较突出，而“行车难、停车难”已越来越成为中心城区内的一种常态，是城市交通管理的难点和热点。随着城镇人口不断增长，机动车、非机动车拥有量还会逐年递增，城市安全设施建设的滞后性凸显，交通违法事故、治安事件时有发生，城市安全防控已成为了整个社会所关注的焦点。从相关部门的事后查处的结果来看，造成这些现象其中的一个重要原因就是机动车驾驶员在交警视线外违法行驶的情况非常普遍，交通参与者的交通安全意识普遍偏低。随意违法的问题也在很大程度上反映了我区交通秩序管理缺乏科技手段给予支撑的问题，这些都成为我区道路交通事故处在多发态势的主要原因。
面对日益严重的交通拥堵问题，想要仅仅依靠行政措施是远远不够的。解决交通问题还应该利用科技力量对城市交通进行有效的管理，如何对异常的交通拥堵等交通事件进行有效的监督管理，是城市实现智能交通时需要考虑的重点之一。利用交通灯对车流进行管理，无疑是最为便捷且最为行之有效的方法。眼下一个极为迫切的问题就是如何优化目前的交通信号灯系统。
1.3课题研究的目的意义
交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。在世界范围内，随着人口密度高速增长，城市化的脚步不断加快，交通问题日渐严重。龙其在国际性大都市，拥挤的交通己经造成了巨大的能源损失和环境污染，同时也给人们的生活带来了巨大的困扰。在我国这个情况尤为突出。
这就说明了交通路口的车辆指挥工作是极为重要的一环，而疏导交通的主要工具.交通信号灯的性能就更为重要。以往的交通灯大都采用继电器或单片机来实现，虽然简单可控成本低，但同时也存在着功能少，可靠性较差，维护量很大等缺点。
目前我国的交通信号灯主要靠单片机甚至是更初级的控制方式。该控制方式虽然简单易行，但由于单片机工作稳定性差、易受外界干扰、可实现功能少且联网性差，己越来越不能适应现代化都市对于交通控制的需求。而国内外到目前为止尚无完善的解决方案，这就为PLC的研发应用提供了广阔的空间。PLC控制的信号灯的出现使得该问题迎刃而解。
和单片机控制的十字路口信号灯相比，用PLC进行控制主要是考虑PLC具有很强的环境适应性，同时其内部定时器资源非常丰富，可对交通灯进行精确控制。PLC是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、网络技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制自动化装置。可靠性高，功能完善，抗干扰性好、具有结构简单、编程方便、体积小、重量轻等优点，是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。
PLC对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源丰富，可实现精确控制，且具有通讯联网功能，可以将相关路口统一调度管理。并且由于PLC内部均配有实时时钟，因此通过PLC控制可对交通灯实施全天候无人化管理。另外因为PLC具有通信联网功能，所以可以将同一条道路上的交通灯组成局域网进行的统一调度管理，这样就可以缩短车辆等候时间，进而实现科学化管理。该课题的提出和研究有利于填补国内外PLC应用领域的空白和不足，充分发挥