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兰州理工大学技术工程学院毕业设计简介

配料皮带秤PLC自动控制系统设计简介

专业：自动化 学号： 秦智杰 姓名：秦智杰 指导教师： *** 职称： 副教授

摘 要

本文主要运用PLC技术，通过传感器与PLC之间的配合设计实现了一种十字路口交通灯智能控制系统。其中PLC采用西门子的S7-200，传感器选用光电开关。系统实现的主要功能是根据车流量的变化自动调节红绿灯的时长。实现的具体方法是：首先在十字路口的东西南北四个方向的出口处和150米处各预设一个光电开关,通过加减计数器来统计出东西向和南北向的车辆数，然后比较两个方向的车辆数，当两者只差小于5辆时看作正常情况处理，相应的当差距大于5时调用异常情况处理程序来调节红绿灯时长，最后达到智能控制的目的。

关键字：PLC；传感器；十字路口；智能交通

Abstract

This design which main use PLC technology designed a kind of traffic intelligent control system through the coordination between the sensors and PLC. Among them, PLC was chose the Siemens PLC S7-200 and sensor was chose photoelectric switches. The main function of the system is based on the change of the traffic flow to adjust to automatically the time of traffic lights. The specific method is realized this: Firstly, embed photoelectric switch at the four directions of crossroads, the specific space are the exit of the road and the point which is far away 150-metres from the exit. Through add-subtract counter the system can count the number of vehicles of east-west and north-south, and then compared the number of vehicles of the two directions, When the difference is less than five, the system work as normal, on the contrary, When the difference is more than five, the system calls automatically the abnormal program to adjust the time of traffic lights, And finally achieve the purpose of intelligent control.

Key words: PLC; Sensors; Crossroads; Intelligent Transportation

一、前言

汽车交通是现代社会的重要标志之一。汽车的发展同时也是一把双刃剑，它为人们的生活提供便利的同时也产生了一系列环境和社会问题。随着城市化进展的加快和汽车普及率的提高，城市交通拥挤日益加剧，交通事故频频发生，交通环境逐渐恶化。众所周知，解决交通问题的直接办法是提高路网的通行能力，但无论是哪个国家的大城市，可供修建道路的空间有限，建设资金筹措困难。鉴于这样的情况，智能交通的发展势在必行。这种智能交通控制系统能够根据车流量的变化自动调节红绿灯的时间长度、实现交通控制系统的最优控制，最终能够最大限度地减少十字路口的车辆滞流现象，有效的缓解交通拥挤，从而大大的提高了交通控制系统的效率。并且可以预见随着我国人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，道路交通拥挤的问题日益突出，智能交通控制系统将具有广大的应用前景. 二、方案设计

在十字路口交通灯的智能控制系统设计过程中主要考虑三种方案：单片机实现、继电器实现以及PLC实现。对这三种方案在性价比、可靠性、适应性以及编程方法等方面进行比较后发现PLC实现方案具有功能强、性能价格比高、硬件配套齐全、用户使用方便、可靠性高、编程方法简单等优于其它两个方案的优点，所以本设计最后采用可编程序控制器PLC控制系统。

系统的结构图如下所示：

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光电开关4光电开关3红 黄 绿光电开关6光电开关5红黄绿红 黄 绿光电开关1光电开关2绿 黄 红光电开关7光电开关8

图1. 十字路口控制结构图

其中交通灯的工作过程包括正常情况以及出现车辆堵塞时的处理过程。正常工作过程：首先南北向红灯亮，并维持30s。在南北向红灯亮的同时，东西向绿灯亮25s。闪亮3s后，左转黄灯亮2s；东西向绿灯亮25s，闪亮3s，黄灯亮2s，然后红灯亮30s。之后信号灯按以上方式周而复始地工作。控制过程时序如下图所示：

30s南北红灯30s30s东西绿灯25s25s3s25s3s东西黄灯2s30s30s东西红灯30s30s南北绿灯25s3s南北黄灯2s

图2. 交通灯正常情况时序图

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而智能控制过程主要由计数和比较的方法来实现，交通灯系统中智能控制部分会在交通灯程序执行前测量车辆拥挤程度，然后通过程序判断是否改变红绿灯时长。当东西与南北车辆正常时执行正常工作的程序。东西车道拥挤时，智能交通灯会增加东西车道绿灯的时间，减少南北车道绿灯时间。南北车道拥挤时，智能交通灯会增加南北车道绿灯的时间，减少东西车道绿灯时间。并将拥挤程度分为两种，车辆拥挤程度越高，增加绿灯时间越长。但交通灯的整体周期不变。 三、硬件设计

（一）PLC的选择

由于在本次交通灯设计中输入信号是8个传感器，输出信号为东西及南北向的六个交通灯，即共有8个输入，六个输出，所以考虑到留有冗余及经济性的问题最后选用的是来自SIMATIC的S7-200系列PLC，并选择CPU224可编程控制器。

（二）传感器选择

由于当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最可靠的检测装置，所以在本次设计中选用对射式光电开关来检测车辆的经过。具体型号为金属外壳自含式直流光电传感器QM42（对射式10m）。

（三）显示灯选择

在本十字路口交通灯智能控制系统设计中，由PLC和光电开关联合工作实现当前路口的交通情况的探测及相应的时间调整工作。然后由显示灯实现最后的功能，即指示出每个路口的车辆应该遵守的时间安排。最后共选用红、黄、绿三种不同颜色的灯各两个。具体的型号选用为：XB2BVM4LC （四）按钮开关选型

按钮开关在整个设计实现中起的是控制系统开始及结束工作的作用，所以共需要两个按钮开关，且为了区分不同功能的按钮将两个选为不同颜色。具体型号为：

开始控制（绿色）选用ZB2BA3C； 结束控制（红色）选用ZB2BA4C；

（四）主电路设计

经过上面的PLC选型、传感器选型、按钮选型、指示灯选型等各种器件选型，设计的基本准备工已

经完成，而接下来最重要的工作就是各个器件的连接。PLC的控制I/O连接图如下：

东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯ACACAC220V HL1 HL2 HL3 HL4 HL5 HL6 220V1L 0.0 0.1 0.2 0.3 . 2L 0.4 0.5 0.6 . 3L 0.7 1.0 1.1 L1 N STEP—7 PLC CPU 2241M 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+0.00.10.30.40.50.60.2 SB1 SQ1 SQ2 SQ3 SQ4 SQ5 SQ6 SQ7 SQ8 SB2DC24V启动开关光电开关1光电开关2光电开关3光电开关4光电开关5光电开关6光电开关7光电开关8停止开关

图3. 系统I/O接线图

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四、软件设计

根据前面的分析，以及在确定了系统的控制方案和选定了硬件元器件之后，根据所选方案以及元器件画出流程图。在程序设计时采用西门子公司为S7-200系列PLC开发的STEP7-Micro/WIN4.0软件进行PLC的程序编写。然后在通过程序编译的情况下将其下载到PLC中，最终实现系统的PLC控制。 五、结论

本系统针对的是十字路口交通灯的智能控制，具体设计控制对象有东西向红、黄、绿灯各一个，南北向红、黄、绿灯各一个。通过传感器与PLC的配合基本实现了对十字路口交通灯的智能控制。在设计的完成方面任务基本完成，通过PLC在一定程度上可以控制缓解车辆拥挤情况。但是不太完美的是这种拥挤缓解只是阶段性的，不能做到很精确的控制，在我查阅相关资料时我看到了一些使用模糊控制来实现智能控制功能的方法，可由于自己对模糊控制不是很熟悉，所以最后并没有选用这个方法。而且在设计设计的过程中也没有考虑到人行道，以及警车、急救车等紧急情况的出现，并且为了完成智能控制的功能十字路口只考虑了东西南北方向的直行道，而没有考虑左右转。所以，相对于一个真正的十字路口来说，本次设计并不能具有使用性。

现在觉得虽然我的这个设计任务可能相对部分同学来说算是比较简单的题目，但通过老师的指导和一些资料的查阅自己也学到了很多。

参考文献

[1] 廖常初. PLC编程及应用[M].机械工业出版社

[2] 高正中. S7-200CN PLC编程技术及工程应用[M].电子工业出版社 [3] 何衍庆. 可编程控制器原理及应用技巧[M].化学工业出版社 [4] 皮壮行. 可编程控制器的系统设计与应用实例[M].机械工业出版社 [5] 吴桂秀. 传感器应用制作入门[M].浙江科技技术出版社

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