《可编程控制器技术》
课程设计
题目：交通信号灯控制设计
学院：信息工程与自动化
系：通信工程
专业：通信工程
年级：061班
姓名：张兴明
学号：200610404118
分数：
一、需求分析
1．1需求分析
随着社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，而且道路建设往
往跟不上城市发展的速度，因此城市交通问题日益突出，经常在十字
路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。在这个时候道
路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保障。而以
往的交通灯大都采用继电器或者单片机来实现，存在着功能少，可靠
性差，维护量大等缺点。而采用PLC编程简单，易维护，稳定性高，
可以随着不同场合的需要灵活改变程序实现不同的功能需求，而且可
靠性高性价比较好，最重要的是plc很适合来控制交通信号灯这类的
时序控制系统，从而实现稳定可靠的有条不紊的交通灯控制系统。
1.2 设计原理
根据实际交通灯原理，红灯亮的时间等于黄灯与绿灯亮的时间之和。采用顺序控制法和顺序功能图来实现，基本思路就是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（step），采用内部编程元件（如开关，定时器等）使其状态按照一定的时间顺序变换，最终输出相应控制。在交通灯的应用中，即下一盏灯亮来控制这一盏灯的灭，依次下去。实际中绿灯一般闪烁2～3秒后才熄灭，是来自脉冲波形的控制，但软件中没有找到PDF发生器，就没有实现这样功能，采用继续亮2～3秒来代替此功能。
1.3 实现目标
本文设计了一种PLC控制的城市十字路口交通灯的控制系统，该交通灯由东西和南北四个方向的信号灯组成，每个方向有三盏灯，信号灯受到启动开关的控制，当启动开关按钮时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，禁止通行；东西绿灯亮，允许通行。并周而复始地循环工作，当启动开关断开时，系统所有的信号灯熄灭。实现的具体效果如下：
1、南北红灯亮，维持20秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持17秒，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持3秒，到3秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。
2、东西红灯亮，维持20秒。南北绿灯亮，维持17秒熄灭。同时南北方向 黄灯亮，并维持3秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
3、接下去周而复始，直到停止按钮被按为止，所有信号灯才熄灭。实现的 功能图如下：
图1 设计实现功能图
二、系统设计
2.1流程图及分析
信号灯时序控制流程图如下：
图2控制流程图
控制图分析：当按下启动开关系统进入工作，南北红灯亮、东西绿灯亮，17 秒后东西绿灯熄灭，东西黄灯亮，东西黄灯亮3秒后熄灭的同时 南北红灯灭；然后东西红灯亮、南北绿灯亮，17秒后南北黄灯 亮，南北绿灯灭，3秒后南北红灯亮，同时南北黄灯灭、东西红 灯灭，东西绿灯亮。，系统循环执行。
2.2 时序图及分析
系统的各信号灯的时序图如下：
图3 信号灯时序图
时序图分析：根据控制流程图画出如下的时序图，启动开关开启后，其电平保
持为高电平，各信号灯的一个周期为40秒，用“1”表示高电平，“0”表示低电
平，各信号灯的过程为：
南北红灯：20秒的“1”，20秒的“0”
南北绿灯：20秒的“0”，17秒的“1”，3秒的“0”
南北黄灯：37秒的“0”，3秒的“1”
东西绿灯：17秒的“1”，23秒的“0”
东西黄灯：17秒的“0”，3秒的“1”，20秒的“0”
东西红灯：20秒的“0”，20秒的“1”
经过一个周期后各信号灯又开始循环各自的动作。
2.3 接线图及分析
1．输入/输出分配表: 表1交通信号灯控制电路输入/输出分配表
输入电器 | 输入点 | 输出电器 | 输出点 |
启动按钮1（X） | X0 | 东西红灯 L1 | WE_R |
停止按钮2（X） | X1 | 东西黄灯 L2 | WE_Y |
| | 东西绿灯 L3 | WE_G |
| | 南北红灯 L4 | NS_R |
| | 南北黄灯 L5 | NS_Y |
| | 南北绿灯 L6 | NS_G |
2．输入/输出接线图:
图4 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图
接线图分析：采用ABB公司的PLC，CPU为07KT97的型号，由24V的直流电源供电，启动和关闭开关都是X，启动输入为X0，关闭输入为X1，当按下X0时系统进入工作，信号灯亮的顺序依次为:
当按下X1时系统停止运行，所有信号灯熄灭
2.4 梯形图及分析
根据交通信号灯控制系统的控制要求，采用定时器实现步进控制功能设计出梯形图程序如下图5：
采用ABB公司的PLC编程软件中的AC1131软件，首先在电脑上 安装AC1131，根据需求分析现在纸上画出梯形图，然后再在电脑上 实现，并观察效果。
梯形图分析：
设计思路:用输出作为下一级的输入或常开开关来控制上一级的灯灭。当有输出时常开开关断开信号灯熄灭。
分析：当开关X按下后，常开触点T4接通，定时器time1和time2开始计时，同时南北红灯NS_Y和东西绿灯WE_G亮，当定时器time1的et2输出时间为17s时，输出线圈T2，T2作为常开触点控制东西绿灯的开关，常开T2触点断开，东西绿灯熄灭；T2作为东西黄灯的输入，WE_Y亮，常闭触点T2和常开触点T1控制东西黄灯，东西黄灯亮的输出线圈T1，常开时间为time1和time2的差值为3s。当time1的et1输出时间为20s时，
触点T1断开，东西黄灯（NS_Y）和南北红灯（NS_R）熄灭。东西红灯（WE_R）和南北绿灯（NS_G）亮。T1作为T4和T5的输入来控制（WE_R）和（NS_G）的熄灭，定时器time3和time4开始计时，控制原理同T1和T2，et4输出为17s时输出线圈T5，常开触点T5断开，南北绿灯（NS_G）熄灭，南北黄灯（NS_Y）亮；T5作为南北黄灯的输入与常闭触点T4之间的差值（即黄灯亮的时间）共同控制其熄灭。当et3输出时间为20s时，输出线圈T4，常开触点T4断开，东西红灯（WE_R）和南北黄灯此系统的循环设计为线圈T4，T4作为常开触点来控制线圈T4（NS_Y）熄灭。
输出，即T4输出只是一瞬间就熄灭，常开触点T4接通，系统又回到开始，进行循环。
结论：本系统的设计简单明了，采用四个的定时器就实现了四个路口信号灯的循环控制，采用不同路口之间的红绿的所亮时间的差值作为黄灯亮的时间。考虑到系统的稳定性，各信号灯作为独立的输出！就没有作为控制触点输入，这是本系统的独到之处！
图6变量地址分配图
三、总结
3．1总结：本系统采用PLC顺序循环控制设计法设计，很容易接受，提
高设计的效率，节省大量的设计时间，提高交通控制效率，是一种
智能的交通控制系统，他可以依据道路与季节的变化情况修改红绿
灯的时间长度，减少十字路口的车辆滞留情况，缓解交通拥挤，实
现交通控制的最优系统的最优控制，有了它便可以方便地对传统的
定时交通控制系统进行改造升级。由于其结构简单，可靠性搞，且
成本较低，特别适合与交通繁忙，无立交的十字路口，经济效益十
分明显，具有较高的推广价值。
3．2收获体会：对于本次PLC课程设计，自己学到了很多的东西，通过对实
际交通灯的观察，在纸上设计出梯形图，在电脑上运行、调试，查
看结果，再对梯形图进行改造，设计出模拟的交通灯控制系统，整
个过程培养了自己独立思考、细心严谨的能力，通过不断的学习和
改进，使自己对PLC有了更多的了解，掌握了很多PLC的编程方法
和技巧，对PLC的自动控制系统、应用范围了解甚多。通过本次的
系统设计不仅对课本知识的进一步加深，而且提高了自己的动手能
力，对今后自己有很大的帮助。最后十分感谢老师对此次课程设计
的指导。