1、綜合評審機電一體化職業文章（國家職業資格二級）文章類型：論文文章題目：交通燈姓名： 準考證號：所在省市： 摘要隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。實現路口交通燈系統的控制方法很多，可以用標準邏輯器件、可編程序控制器plc、單片機等方案來實現。其中用標準邏輯器件來實現電路在很大程度上要受到邏輯器件如門電路等的影響，調試工作極為不易，而單片機編程復雜不容易掌握，因此，最終我們選擇了

2、用可編程的控制器plc來實現系統功能的設計。 plc可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點,已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中。由于plc具有對使用環境適應性強的特性,同時其內部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現。因此現在越來越多地將plc應用于交通燈系統中。同時,plc本身還具有通訊聯網功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現科學化管理。目錄摘要(2)第一章 緒論.(4)1

3、.1 交通燈的發展史(4)1.2 研究背景(5)1.3 交通燈控制技術現狀(5)第二章 plc功能簡介(6)2.1 plc的產生和和發展(6)2.2 plc的內部結構(7)2.3 plc的工作原理(8)2.4 plc的主要功能(9)2.5 plc的發展趨勢(11)第三章 方案設計(12)3.1 控制要求(12)3.2 主電路(13)3.3 i/o分配(13)3.4 梯形圖(14)3.5指令表(23)總結(23)致謝(24)參考文獻.(24)第一章 緒論1.1交通燈的發展史1、起源19世紀初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結婚，而著綠裝的女人則是未

4、婚者。后來，英國倫敦議會大廈前經常發生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發，1868年12月10日，信號燈家族的第一個成員就在倫敦議會大廈的廣場上誕生了，由當時英國機械師德·哈特設計、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈-煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動皮帶轉換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩 ，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命。 從此，城市的交通信號燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復了紅綠燈，2、紅綠黃交

5、通燈的出現隨著各種交通工具的發展和交通指揮的需要，第一盞名副其實的三色燈(紅、黃、綠三種標志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。 黃色信號燈的發明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學救國”的抱負到美國深造，在大發明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號，當他看到紅燈而正要過去時，一輛轉彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，提醒人們注意危險。他的建議立即得到有關方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號燈即以一個完整的指揮信

6、號家族，遍及全世界陸、海、空交通領域了。3、交通燈顏色對視覺的影響實,用這三色來作交通訊號和人的視覺機能結構和心理反應有關。 我們的視網膜含有桿狀和三種錐狀感光細胞。桿狀細胞對黃色的光特別敏感，三種錐狀細胞則分別對紅光、綠光及藍光最敏感。由于這種視覺結構，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍色也容易分辨，但因為眼球，對藍光敏感的感光細胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。顏色也有活動的含意，要表達熱或劇烈的話，最強是紅色，其次是黃色。綠色則有較冷及平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險，黃色代表警覺，綠色代表安全。 而且，由于紅光的穿透力最強，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見

7、，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見度比較低，也容易被看見，不會發生事故。所以我們用紅色表示禁止。1.2研究背景可編程控制器是計算機家族中的一員，是為工業控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器，簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plc。隨著生活的質量越來越高，車輛也越來越多，隨之而來的交通事故也發生的更加頻繁。十字路口更是擁擠不堪,基于交通燈控制要求也就越來越高，交通燈的設計有很多實現的方法，從交通

8、燈的重要性看來,交通燈工作一定要穩定可靠。1.3交通燈控制技術現狀隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市出現了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，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澎路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路藕合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門待解決的主要問題。

9、第二章 plc功能簡介2.1 plc的產生和發展 1969年，美國數字設備公司研制出來第一臺plc，型號為pdp-14，用它取代了傳統的繼電器接觸器控制系統，在美國通用汽車公司的汽車自動裝配線上使用，取得了巨大的成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列的優點，很快在美國其他領域推廣應用。國際電工委員會在1987年2月頒布的可編程控制器標準草案的第三稿中將plc定義為：可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境下應用而設計。它采用可編程的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過

10、數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關設備，都應按易于與工業控制器系統連成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。目前，世界上的plc 產品按地域可分為三大類：國、歐洲、日本產品。美國和歐洲的plc技術是在相互隔離的情況下研究開發的，產品具有明顯的差異性；日本的plc技術是從美國引進的，對美國的plc產品具有一定的繼承性。日本的主推產品定位在小型plc上，而歐美一大中型plc為主。德國的西門子公司、aeg公司、法國的te公司是歐洲著名的plc制造商。日本的小型plc最具有特色，某些需要用歐美的中型機或大型機才能實現的控制，日本的小型機就可以解決，所以十分受用

11、戶歡迎。日本有許多plc制造商，如：三菱、歐姆龍、松下等。三菱公司的plc是較早進入中國市場的產品。其中fx2系列是在90年代開發的整體式高功能小型機，它配有各種通信適配器和特殊功能單元。本課題就采用最近幾年推出的fx2n系列產品。目前，我國有許多自主研發的plc設備，如中國科學院自動化研究所的plc-0088，北京聯想計算機集團公司的gk-40，上海機床電器廠cky-40等。2.2 plc內部結構和控制系統1） plc內部結構plc主要有cpu模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器（編程軟件）組成，cpu模塊通過輸入模塊控制現場的控制信號讀入cpu模塊的存儲器中，經過用戶程序處理后，再將控制

12、信號通過模塊外部控制現場的執行機構。2） 接線程序控制系統在傳統的繼電器和電子邏輯控制系統中，通過不同的導線連接方式來連接繼電器，接觸器，電子元件等來實現控制任務的邏輯控制部分。這種控制系統稱為接線程序控制系統。在接線程序控制中，控制功能的更改必須通過導線的連接才能實現。如圖所示： 3） 存儲程序控制系統存儲程序控制系是將控制邏輯以程序語言的形式存放在存儲器中，通過執行存儲器中的程序實現系統的控制要求。在存儲程序控制系統中，控制功能的更改只需改變程序而不必改變導線的連接就能實現。如圖所示：plc主要有cpu模塊、輸入模塊、輸出模塊、電源和編程器（編程軟件）組成，cpu模塊通過輸入模塊控制現場的

13、控制信號讀入cpu模塊的存儲器中，經過用戶程序處理后，再將控制信號通過模塊外部控制現場的執行機構。2.3 plc的工作原理1） 循環掃描工作方式plc用戶程序的執行采用循環掃描工作方式。它有兩種基本的工作模式，運行模式和停止模式，如圖所示：停止模式。在停止模式下，plc只進行內部處理和通信服務工作。在內部處理階段，plc檢查cpu模塊內部的硬件是否正常，進行監控定時器復位等工作。在通信服務階段，plc與其他的帶cpu的智能裝置通信。運行模式。在運行模式下，plc還要完成輸入處理、程序執行和輸出處理三個階段的工作。輸入處理階段，plc以掃描方式按順序將所有輸入信號的狀態讀入到輸入映像寄存器中存儲

14、起來，對輸入信號的采樣。程序執行階段，cpu反復執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能，為了使plc的輸出及時響應隨時可能變化的輸入信號，用戶程序要不斷地來重復執行，指導plc停機或切換到停止模式。輸出處理階段，plc將程序執行中存入輸出映像寄存器中的內容莊村到輸出鎖存電路，再通過輸出驅動用戶輸出設備，這也plc的實際輸出。2） plc對輸入輸出的處理規則 輸入映像寄存器中的數據，取決于本次掃描周期輸入采樣階段刷新的狀態。 輸出映像寄存器中的數據，由程序中的輸出指令的執行結果決定。 輸出鎖存電路中的數據，取決于上一次掃描周期輸出刷新階段的刷新狀態。輸出端子上的輸出狀態，由輸出鎖存電路中的數據

15、決定。程序執行過程中所需的輸入輸出數據，由輸入映像寄存器和輸出映像寄存器讀出。如圖所示：3）輸入輸出滯后時間輸入輸出滯后時間是指plc的外部輸入信號發生變化的時刻至它所控制的外部輸出信號發生變化的時刻之間的時間間隔。滯后現象對于一般的工業設備是完全允許的，但對某些需要對輸入做出快速響應的實時控制設備，滯后現象有是必須克服的，在硬件上可采用快速響應模塊、高速計數模塊等，在軟件上可采用改變信息刷新方式、運用中斷處理、調整輸入濾波器參數等措施加以克服。24 plc主要功能1） 邏輯控制功能邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是plc的最基本功能之一。plc設置有“與”（and）、“或”（or）、“非”

16、（not）等邏輯指令，根據外部現場（開關、按鈕或其它傳感器）的狀態，根據指定的邏輯進行運算處理后，將結果輸出到現場的被控對象（電磁閥、電機等）。因此，plc可代替繼電器進行開關控制，完成接點的串聯、并聯、串并聯、并串聯等各種連接。另外，在plc中一個邏輯位的狀態可以無限次的使用，邏輯關系的修改和變更也十分方便。2） 定時控制功能定時控制功能是plc的最基本功能之一。plc中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值（定時時間）可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。程序執行時，plc將根據用戶用定時器指令指定的定時器對某個操作進

17、行限時或延時控制，以滿足生產工藝的要求。3） 計數控制功能 計數控制功能是plc的基本功能之一。plc為用戶提供了許多計數器，計數器記到某一個數時，產生一個狀態信號，利用該狀態信號實現對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中進行修改。程序執行時，plc將根據用戶用計數器指令指定的計數器對某個控制信號的狀態改變次數進行計數，以完成對某個計數過程的計數控制。4）步進控制功能plc為用戶提供了若干個移位寄存器，可以實現由時間、計數或其他指定邏輯信號為轉步條件的步進控制。即在一道工序完成以后，在轉步條件控制下，自動進行下一道工序。有些plc還專門設置了用于步進控制的步進

18、指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。5）數據處理功能 plc大部分都具有數據處理功能，可以實現算術運算、數據比較、數據傳送、數據移位、數制轉換、譯碼編碼等操作。中、大型plc數據處理功能更加齊全，可完成開方、pid運算、浮點運算等操作，還可以和crt、打印機相聯、實現程序、數據的顯示的打印。6）回路控制功能 有些plc具有a/d、d/a轉換功能，可以方便的完成對模擬量的控制和調節。7）通訊聯網功能 有些plc采用通訊技術，實現遠程i/o控制、多臺plc之間的同位鏈接、plc與計算機之間的通訊等。8）監控功能 plc設置了較強的監控功能，利用編程器或監視器，操作人員對plc有關部分的

19、運行狀態進行監視。利用編程器可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變plc內部邏輯信號的狀態及數據區的數據內容，為調試和維護提供了極大的方便。9）停電記憶功能 plc內部的部分存儲器所使用的ram設置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲器中信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態進行記憶，以保持plc斷電后的數據內容不變。plc電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續工作。10）故障診斷功能 plc可以對系統構成、某些硬件狀態、指令的合法性等進行自診斷，發現異常情況，發出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動終止運行。plc的故障自診斷功能大大提高了plc控制系統的

20、安全性和可維護性。2.5 plc的發展趨勢隨著計算機科學的發展和工業自動化愈來愈高的需求，可編程控制技術得到了飛速的發展，其技術和產品日趨完善。僅僅將plc理解為開關量控制的時代己經過去，plc不僅以其良好的性能滿足了工業生產的廣泛需要，而且將通信技術和信息處理技術融為一體，其功能也日趨完善。今后，plc將主要朝著以下兩個方向發展:一個是向超小型專用化和低價格方向發展;另一個是向高速多功能和分布式自動化網絡方向發展。2.6 plc的優點 從性價比、安裝使用方便等方面來分析，使用plc來設計交通燈，不但性能穩定，而且一次安裝可以使用長達30年之久，在市場上有強的競爭力，而且從編程上來分析，plc

21、編程簡單易學，容易看懂，不象單片機編程那么復雜。再次從安裝上來分析，plc安裝簡單，維修方便同時更能保證系統的穩定運行。第三章 方案設計3.1 控制要求1）啟停控制信號燈受一個啟動按鈕控制，當啟動開關按下時，交通信號燈系統、行人信號燈系統開始工作，進入第一循環工作。當停止按鈕按下時，交通信號系統、行人信號燈系統停止工作。2）當人流量較大時，按下控制按鈕，南北向和東西向向人行綠燈都亮57秒，然后閃爍3秒后熄滅，提醒人趕快通過馬路。進入下一個循環。南北向交通紅燈亮維持60秒，東西向交通紅燈亮維持60秒，然后閃爍3秒，進入第一個循環。3）第一個循環，在南北向交通燈紅燈亮25秒的同時，東西向交通燈紅亮

22、75秒，南北向左轉彎綠燈亮25秒后熄滅，東西、南北向人行道紅燈亮25秒。然后南北向綠燈亮47秒。在東西向行人綠燈亮的同時，東西向行人綠燈亮47秒，東西向行人紅燈亮50秒。東西向交通黃燈閃爍3秒后熄滅，南北左轉彎紅燈亮50秒，南北向黃燈閃爍3秒，東西向人行綠燈閃爍3秒。進入第二個循環。4）第二個循環，在東西向交通燈紅燈亮25秒的同時，南北向交通燈紅亮75秒，東西向左轉彎綠燈亮25秒后熄滅，南北向人行道紅燈亮25秒。然后東西向綠燈亮47秒。在南北向行人綠燈亮的同時，南北向行人綠燈亮47秒。南北向交通黃燈閃爍3秒后熄滅，東西左轉彎紅燈亮50秒，南北向黃燈閃爍3秒，南北向人行綠燈閃爍3秒。5） 按下夜

23、晚模式控制按鈕，交通信號燈黃燈閃爍，人行綠燈閃爍。3.2 主電路3.3 i/o分配 輸入量：啟動按鈕 ：停止按鈕：人流控制按鈕：夜晚模式按鈕：輸出量：交通南北向紅燈：交通東西向紅燈：交通南北向綠燈：交通東西向綠燈：交通南北向黃燈：交通東西向黃燈：人行南北向紅燈：人行東西向紅燈：人行南北向綠燈：人行東西向綠燈1:交通南北向左轉彎綠燈 1：y12交通東西向左轉彎綠燈2：y13交通南北向左轉彎紅燈 h l 1 3：y14交通東西向左轉彎紅燈 h l 1 4：y15.梯形圖3.4 指令表總結三菱系列fx2n plc具有可靠性高，抗干擾能力強等優點，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。plc還具有功能強，適應面廣的特點。今天的plc已經開始用于閉環控制，不僅如此，隨著其擴展能力和通信能力的發展，不僅在交通燈中控制自如，它也越來越多地應用到了復雜的分布式控制系統中。由plc控制十字路口的指示燈,維護方便,可按需要隨意修改指示燈亮的時間,更是體現了城市管理工作的現代化。城市交通燈控制采用plc比傳統的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護方便、使用簡單、通用性強等特點，plc還可以聯成網絡，根據實測各十字路口之間的距離、車流量和車速等，合理確定各路口信號燈