内容发布更新时间 : 2024/11/5 22:00:15星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

本科生课程设计（论文）

第1章 绪论

随着我国国民生活水平的不断提高，城市化的推进与私家车数量的猛增，许多地方出现了交通超负荷运行的情况，城市交通越来越引起广泛关注，已成为人们平时谈论话题之一。修建城市高速道路兴起，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的控制，高速道路没有充分发挥出作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路的制约。随着我国加入世界贸易组织，我们不但要在经济、文化、科技等方面与国际接轨，在交通方面也要达到世界水平。俗话说“要致富，先修路”，但是路修好了如果在交通控制方面还是不周全还是无法保障安全，作为交通的核心，信号灯起着至关重要的作用。

目前由于各种原因，城市交通阻塞问题迫切需要采取各种措施施加以改善。以往十字路口交通信号灯控制系统设计采用传统的南北和东西各设置红、绿、黄等控制方法，当对向车辆需要左转和其他方向的车辆需要直行时，容易发生交通事故，且左转车辆易与人行道上的行人发生抢道现象，使得交通繁忙的十字路口经常发生阻塞。这种情况下，交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通顺畅的重要保证。传统十字路口交通信号灯控制系统大都采用继电器控制系统或是单片机控制系统来实现，存在功能少、不易更改控制电路、可靠性差等缺点。而PLC编程简单，易维护可以随不同的应用场合灵活改变程序以实现不同的功能需要，且最重要的是PLC适合交通信号灯这类控制系统的时序控制。

罗克韦尔PLC是专为工业自动化控制设计的，在面向对象控制这一块，其控制功能的强大是无法比拟的，通过多种多样的扩展模块，可以做到外部接线简化、内部工作的高可靠。另外罗克韦尔PLC易学易懂，虽然价格贵，但性价比高。也可以说罗克韦尔PLC是一个技术成熟、工作可靠的单片机应用系统。由于稳定性高，抗干扰能力强，不久的将来，罗克韦尔PLC控制系统将会在交通灯方面做出巨大的贡献。

智能控制交通系统是目前研究的方向，也已经取得不少成果，在少数几个先进国家已采用智能方式来控制交通信号。出于便捷和效果的综合目的考虑，我们用如下方案来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。另外，由于十字路口的交通灯控制是实时的，考虑到小型PLC的长处是控制而非复杂的逻辑运算，所以，我们尽量简化逻辑运算，以提高PLC 的控制输出速度。

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本设计采用罗克韦尔PLC控制系统，完成对十字路口交通灯的自动控制与监控，主要实现城市交通路口信号灯自动控制。从而保证了车辆在城市道路各路口安全及顺畅通行。

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第2章 课程设计的方案

2.1 概述

本次设计主要是综合应用所学知识，设计基于罗克韦尔PLC的交通信号灯控制系统，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“罗克韦尔PLC”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。可以实现十字路口交通灯的控制。

在该课程设计中，能够较全面地巩固和应用《电气控制与PLC应用技术》课程中所学的基本理论和基本方法，并能够将罗克韦尔PLC应用在实际生活中，能达到预期的标准。

2.2 系统组成总体结构

根据课设内容要求，确定该系统的设计方案。硬件电路主要由四个部分组成，即PLC控制系统、电源、交通灯等。结构框图如图2.1所示。

图2.1 系统结构框图

电源 按钮模块 PLC 控制 系统 交通灯 该系统的核心为PLC控制系统，通过传感器检测道路车辆流通状况，通过PLC控制系统控制交通的亮灭情况。南北向和东西向主干道均设置有红绿黄三种

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颜色的指示灯。当东西主干道红灯点亮时，南北主干道应依次点亮红绿黄灯；反之，当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮红绿黄灯。高峰期和非高峰期分别有不同的时间调配。当遇到急车强通过，不管原来信号状态如何，一律让急车运行方向的绿灯亮，直到急车通过为止。

2.3 PLC控制系统

PLC是以微处理器为核心，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用以及维护方便等一系列优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，倍受用户的青睐。在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，被称为现代工业技术的三大支柱之一。

其中PLC随着科技的发展，有很多厂商生产的PLC闻名世界，例如西门子的S7-200、S7-300系列。罗克韦尔的ControlLogix5561系列等。先对其以此介绍。

方案一：S7-200是一种小型的可编程控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。它具有极高的可靠性、极丰富的指令集、易于掌握、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、丰富的扩展模块。S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。

方案二：S7-300是德国西门子公司生产的可编程序控制器(PLC)系列产品之一。其模块化结构、易于实现分布式的配置以及性价比高、电磁兼容性强、抗震动冲击性能好，使其在广泛的工业控制领域中，成为一种既经济又切合实际的解决方案。且其具有针对低性能要求的模块化中小控制系统、可配不同档次的CPU、可选择不同类型的扩展模、可以扩展多达32个模块、模块内集成背板总线。并且它有循环周期短、处理速度高、指令集功能强大（包含350多条指令），可用于复杂功能、产品设计紧凑，可用于空间有限的场合、模块化结构，设计更加灵活、有不同性能档次的CPU模块可供选用、功能模块和I/O模块可选择、有可在露天恶劣条件下使用的模块类型等优点。

方案三：ControlLogix系统是基于机架的系统，可以提供对使用顺序控制、过程控制、运动控制和驱动控制的控制系统进行组态的选项，还可提供通信I/O 功能。Controllogix 系统集中了Logix 通用平台的多种优点---通用的编程环境、通

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