机电一体化毕业设计（论文）-基于PLC十字路口信号灯控制系统设计.pptx

基于PLC的十字路口信号灯控制系统设计毕业设计（论文）作者：张明学号导老师：李教授2023年6月作者：

研究背景与意义交通管理需求增长城市交通拥堵日益严重。现代交通系统需要高效的信号灯控制。自动化控制优势自动化控制减少了人为错误。提高了交通流量管理的准确性。PLC技术优势可编程逻辑控制器具有高可靠性。其抗干扰能力和稳定性远超传统控制方式。

研究目标提高系统可靠性减少故障率，延长使用寿命优化交通效率减少等待时间，提升通行速度实现自动化控制基于PLC技术实现智能化十字路口管理

研究问题人工控制局限性人工控制易疲劳。效率低下且无法24小时持续工作。交通流量动态变化传统固定时间控制无法适应。不同时段车流量差异大。复杂交通环境多方向车流交织。行人、非机动车与机动车混合通行。

文献综述国内研究现状王明等(2018)提出基于模糊控制的信号灯系统。李华(2020)开发了车流量自适应控制算法。国际研究进展Smith等(2019)实现了多路口协调控制。Johnson(2021)将AI应用于交通预测。启发与思考结合PLC的稳定性与智能算法的灵活性。建立可扩展的模块化设计框架。

主要研究内容硬件设计与选型PLC控制器型号选择传感器与执行器配置信号灯模块设计软件逻辑设计控制算法开发多模式切换逻辑异常处理机制系统测试与优化仿真测试验证现场调试与改进性能指标评估

设计系统功能规划定时模式按预设时间周期自动切换信号灯状态高峰期与平峰期配置不同周末与工作日差异化设置感应模式根据实时交通流量动态调整信号灯时间车辆检测传感器数据采集拥堵路段绿灯时间自动延长手动与应急模式特殊情况下人工干预控制交警手动控制接口紧急车辆优先通行设置

系统总体架构设计输入层车辆检测传感器。行人过街按钮。手动控制面板。处理层PLC控制器核心。信号处理与逻辑运算。状态判断与模式切换。输出层四向交通信号灯。行人过街提示灯。状态显示面板。

系统硬件设计环境需求分析十字路口具有四个进出口。每个方向需要机动车和行人信号灯。系统需户外防水防尘设计。要求具备持续工作能力。PLC控制器选型选用西门子S7-1200系列。具有16点数字量输入和12点输出。配备以太网通信模块。支持远程监控与程序更新。西门子S7-1200系列PLC控制器及扩展模块

硬件功能分解传感器系统地感线圈检测车辆存在红外传感器检测车流量行人按钮检测过街需求信号灯模块LED机动车三色信号灯行人二色指示灯左转箭头指示灯控制接口手动控制面板状态显示屏远程监控终端

硬件连接示意图PLC接线图PLC各端口与外部设备连接关系。数字量输入输出信号分配。现场安装示意信号灯杆件安装位置。地下线缆铺设路径。控制柜安装方案。控制柜内部布局PLC主机、电源及辅助模块排列。线缆走线与端子排布置。

PLC工作原理输入采样读取所有外部传感器状态程序执行按照预设逻辑处理输入信息输出刷新将处理结果发送至信号灯循环重复持续重复上述过程

系统的软件设计方案控制逻辑确定基于状态机理论设计信号灯转换逻辑。每个状态对应特定信号灯组合。定义状态转换条件与时序关系。确保安全时间间隔。编程语言选择采用LAD梯形图语言编程。直观易懂，便于后期维护。部分复杂逻辑使用SCL结构化文本编写。增强程序灵活性。梯形图程序示例

程序流程图系统初始化加载配置参数，设备自检正常运行模式执行选定控制方案异常处理模式识别故障并执行应急方案

程序实现中的关键部分状态转换逻辑东西向绿灯→黄灯→红灯。南北向红灯→红黄灯→绿灯。确保对向交通信号互锁。防止冲突方向同时放行。时间控制使用PLC定时器功能。精确控制各状态持续时间。实现黄灯3秒，全红2秒等安全间隔设置。感应触发传感器信号作为中断源。触发相应控制逻辑。车流量计数与阈值比较决定模式切换。

定时控制模式方向绿灯时间黄灯时间红灯时间东西向30秒3秒32秒南北向25秒3秒37秒东西左转15秒3秒47秒南北左转15秒3秒47秒不同时段可自动切换多套定时方案。高峰期与平峰期时间配置有所不同。

感应控制模式车辆检测地感线圈检测车辆存在数据处理分析车流量和等待时间时间调整动态调整信号灯放行时间车多路段自动延长绿灯时间。无车道路可提前切换至下一相位。

手动模式设计现场手动控制交警可通过手持设备直接控制。紧急情况下优先级最高。中心控制室操作监控中心可远程接管。应对大型活动等特殊情况。控制设备设计简洁明了的操作界面。具备状态反馈功能。

应急模式设计3秒黄闪切换时间系统进入应急状态的过渡时间100%备用电源覆盖率确保断电情况下系统继续运行5秒故障检测响应系统自检发现异常的最大响应时间故障情况自动切换为黄灯闪烁模式。远程监控系统同时发出告警信息。

系统实现环境硬件平台西门子S7-1200PLC控制器。配套扩展模块与传感设备。LED信号灯组件。软件环境TIAPor