PLC交通信号灯课程设计.docx

一、 绪论当今，红绿灯红灯亮表示“停顿”，绿灯亮表示“通行”安装在各个道口上， 已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。随着社会的进展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以承受有效的方法把握交通灯是势在必行的。PLC 的智能把握原则是把握系统的核心，承受 PLC 把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进展分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按确定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，到达最大限度的有车放行，削减十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优把握，从而提高了交通把握系统的效率。交通信号灯的消灭，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行力气， 削减交通事故有明显效果。为了实现交通道路的治理，力求交通治理先进性、科学化。用可编程把握器实现交通灯管制的把握系统，以及该系统软、硬件设计方法，试验证明该系统实现简洁、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行力气。分析了现代城市交通把握与治理问题的现状，结合交通的实际状况阐述了交通灯把握系统的工作原理，给出了一种简洁有用的城市交通灯把握系统的PLC 设计方案。可编程序把握器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的进展，可编程把握器的功能日益完善，加上小型化、价格低、牢靠性高，在现代工业中的作用更加突出。二、课程设计要求2.1 十字路口交通灯把握实际状况描述（1） 南北方向绿灯和东西方向的绿灯不能同时亮；假设同时亮，则应自动马上关闭信号灯系统，并马上发出报警信号。（2） 系统工作后，首先南北红灯亮并维持25s；与此同时，东西绿灯亮，并维持20s 时间，到 20s 时，东西绿灯闪亮，闪亮 3s 后熄灭。（3） 在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮并维持 2s，然后东西黄灯熄灭，东西红灯亮， 同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。（4） 东西红灯亮并维持30s；与此同时，南北绿灯亮并维持25s；然后，南北绿灯闪亮 3s 后熄灭。10（5） 南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持 2s 后熄灭；同时南北红灯亮，东西绿灯亮。至此，完毕一个工作循环。2.2 十字路口交通灯的路况模拟图绿黄红绿黄红东北红黄 绿南西红黄绿图 2-1交通指挥灯示意图2.3 交通灯的路况模拟把握试验在 PLC 交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有 3 个把握灯，分别为： 制止通行灯亮时为红色预备制止通行灯亮时为黄色 直通灯亮时为绿色另外行人道东西南北每面都有 2 个把握灯,分别为： 制止通行灯亮时为红色直通灯亮时为绿色结合十字路口交通灯实际状况设计交通灯模拟把握系统如下：当交通灯系统启动开关接通时，南北向列和东西向行主干道均设有绿灯 10S， 绿灯闪亮 2S亮 0.1 灭 0.1,黄灯 2S 和红灯 14S。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮， 其它时间为红灯。除此之外另设两个功能，使用 10 个脉冲开关。实现让盲人可以便利通过十字路口和手动把握车流量。其中 8 个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过大路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10 秒恢复原来的把握系统。南北向脉冲开关对应东西向功能一样，另外两个脉冲开可以把握车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向把握脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到 15 秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能一样三、交通信号灯把握系统设计3.1 交通灯把握系统硬件设计3.1.1 PLC 智能化把握交通灯的方法传统的十字路口交通把握灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，照旧会发 生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛进展的交 通现状，需要有一种能够依据流量变化状况自适应把握的交通灯。而模糊把握恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序把握器(PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊把握传统的十字路口交通把握灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、适用的方案，照旧会发 生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛进展的交 通现状，需要有一种能够依据流量变化状况自适应把握的交通灯。而模糊把握恰恰具有这方面的优势。此系统就是应用可编程序把握器 (PLC)对十字路口交通控 制灯实现模糊把握此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。具体由传感器采集后送入可编程序把握器。在十字路口的四个方向(E、S、W、N)的近端 J(斑马线四周)和远端 Y(距斑马线约 100 米处)各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。为了实现模糊控制，需要将绿灯时间分为两局部：其一是固定的 10 秒作为路口车辆状态参数的采集时间 t1；其二是依据两个方向车辆流量变化进展模糊决策的延时 t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往 PLC 进展模糊推理运算得出延迟时 t2，最终由 t1 和 t2 来实现对十字路口车流量的灵敏把握。3.1.2 PLC 选择一、PLC 机型和容量的选择步骤与原则随着 PLC 技术的进展，PLC 产品的种类也越来越多。不同型号的 PLC，其构造形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用 PLC，对于提高 PLC 把握系统的技术经济指标有着重要意义。PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特别功能模块、通信联网力气等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的根本原则是在满足功能要求及保证牢靠、维护便利的前提下，力争最正确的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：1、合理的构造型式PLC 主要有整体式和模块式两种构造型式。整体式 PLC 的每一个 IO 点的平均价格比模块式的廉价，且体积相对较小一般用于系统工艺过程较为固定的小型把握系统中；而模块式 PLC 的功能扩展灵敏便利在 I O 点数、输入点数与输出点数的比例、IO 模块的种类等方面选择余地大，且修理便利， 一般于较简洁的把握系统。2、安装方式的选择PLC 系统的安装方式分为集中式、远程 IO 式以及多台 PLC 联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程 IO 硬件，系统反响快、本钱低；远程IO 式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程 IO 可以分散安装在现场装置四周，连线短，但需要增设驱动器和远程IO 电源；多台PLC 联网的分布式适用于多台设备分别独立把握，又要相互联系的场合，可以选用小型 PLC，但必需要附加通讯模块。3、相应的功能要求一般小型(低档)PLC 具有规律运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量把握的设备都可满足。对于以开关量把握为主，带少量模拟量把握的系统，可选用能带AD 和 DA 转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增加型低档 PLC。对于把握较简洁，要求实现PID 运算、闭环把握、通信联网等功能，可视把握规模大小及简洁程度，选用中档或高档 PLC。但是中、高档 PLC 价格较贵，一般用于大规模过程把握和集散把握系统等场合。4、响应速度要求PLC 是为工业自动化设计的通用把握器，不同档次 PLC 的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。假设要跨范围使用 PLC，或者某些功能或信号有特别的速度要求时，则应当慎重考虑PLC 的响应速度，可选用具有高速IO 处理功能的 PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的 PLC 等。5、系统牢靠性的要求对于一般系统 PLC 的牢靠性均能满足。对牢靠性要求很高的系统，应考虑是否承受冗余系统或热备用系统。6、机型尽量统一主要考虑到以下三方面问题：1) 机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的选购和治理。2) 机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力气的培训和技术水平的提高。3) 机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式把握系统。二、PLC 容量的选择步骤与原则PLC 的容量包括 IO 点数和用户存储容量两个方面。1、IO 点数的选择PLC 平均的 IO 点的价格还比较高，因此应当合理选用 PLC 的 IO 点的数量， 在满足把握要求的前提下力争使用的 IO 点最少，但必需留有确定的裕量。通常 IO 点数是依据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%15%的裕量来确定。2、存储容量的选择用户程序所需的存储容量大小不仅与 PLC 系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有阅历的程序员和一个初学者，在完成同一简洁功能时， 其程序量可能相差 25%之多，所以对于初学者应当在存储容量估算时多留裕量。PLC 的 IO 点数的多少，在很大程序上反映了 PLC 系统的功能要求，因此可在 IO 点数确定的根底上，按下式估算存储容量后，再加 20%30%的裕量。存储容量(字节)开关量 IO 点数×10模拟量 IO 通道数×100 三、本系统选择的 PLC本次交通灯设计用的是来自 OMRON 的 CPM1A-30CDR-A 可编程把握器。产品规格：CPM1A CPU 单元 CPM1A 在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型 PLC 所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10 点-100 点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程把握终端，制造了尚无前例的灵敏运用。它不仅可以替代继电器把握柜，就是作为小型把握器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求，AC 电源输入，继电器输出，能加扩展单元。3.1.3 可编程把握器 I/O 端口安排依据对交通指挥信号灯系统把握要求分析，系统承受自动把握方式，输入有系统开启与停顿按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节约输出点数，可承受并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为 2，输出点数为 7，全部是开关量，则可将 I/O 安排用表 3-1 表示。输入元件表 3-1输入地址通指挥灯的 I/O 安排表输出元件输出地址开启按钮 SB10.00南北绿灯 F010.00停顿按钮 SB20.01南北黄灯 F110.01南北红灯 F210.02警灯故障指示F310.03东西绿灯 F410.04东西黄灯 F510.05东西红灯 F610.063.1.4 PLC 的外部接线图依据上述 I/O 表可知，I/O 所需点数只有 9 点，应选用 CPM2AH 微型 PLC 即可。但本书还是以 CS1 为例，则 PLC 外部输入输出的信号接线如图 3-1 所示。其中，每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯并联，用 PLC 的同一个输出点。SB1000000MF010.00F1SB20.0110.01F210.02F310.0310.04F4F510.05F610.06COMCOM南绿北绿南黄北黄南红北红警灯东绿西绿东黄西黄东红西红电源图 3-1 系统的I/O 接线图3.2 交通灯把握系统软件件设计3.2.1 十字路口交通灯模拟把握时序图交通指挥信号灯把握系统工作时，对指挥灯的把握要求按确定时序进展，如图 3-2所示。启动/ 停顿南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯图 3-2 交通信号灯时序状态示意图启动开关人南北绿灯闪东西红灯亮完毕3.2.2 流程图依据交通灯的实际把握状况，可得出其流程图如下：东西主干道启动开关东西绿灯亮南北红灯亮10S14S东西绿灯闪142S南北主干道南北绿灯亮2S10S东西黄灯亮南北绿灯闪2S2S东西红灯亮南北黄灯亮完毕南南北红灯亮东西绿灯亮北行人道14S南北绿灯4S东西行10S东西绿灯闪14S10S道4S交通灯模拟把握系统流程图启动开关Y按下脉冲开关行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮N原来把握循环系统完毕盲人脉冲按键把握流程图启动开关Y按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到 15 秒，另一方向红灯点亮延长到 15 秒N按此次把握方式进展循环YN原来方式把握系统再次按下启动开关完毕手动把握车流量流程图4.2.3 程序梯形图依据对交通信号灯的把握要求及 PLC 把握系统的 I/O 安排的定义，可对 PLC 进展把握程序的设计，其梯形图如图 6-20 所示。下面对所设计的梯形图作几点说明：(1) 当按下启动按钮，0.00 接通，中间继电器 200.00 接通，10.02 线圈得电，南北红灯亮，与此同时，10.02 的常开触点闭合，10.04 线圈得电，东西绿灯亮。(2) 延时 20 秒后，TIM 006 的常闭触点接通，与该接点串联的 TIM 008 的常开接点共同把握产生 0.5 秒的钟脉冲信号，使东西绿灯闪耀 3s闪耀 6 次。(3) 经过 3 秒后，TIM 007 的常闭接点断开，10.04 线圈失电，东西绿灯熄灭。此时TIM 007 的常开接点闭合，10.05 线圈接通，东西黄灯亮 2s。(4) 经过 2 秒后，TIM 005 的常闭接点断开，10.05 线圈失电，东西黄灯灭，这是启动 TIM 000 进入延时。(5) 延时 25s 后，TIM 000 的常闭接点断开，10.02 线圈失电，南北红灯灭；同时， TIM 000 的常开接点闭合，10.06 接通，东西红灯亮；由于 10.06 的常开接点闭合，10.00 线圈得电，南北绿灯亮。南北绿灯工作 25s 后，系统的工作状况与上述类同。假设发生南北、东西绿灯同时亮，则系统消灭故障，应马上报警处理。当系统需要停顿工作时，只要按下停顿按钮即可。000000000001380000TIM 0000#0250TIM 0004#0250TIM 0006#0200TIM 0006TIM 0007#0030TIM 0007TIM 0005#0020TIM 0000TIM 0001#0250TIM 0001TIM 0002#0030TIM 0002TIM 0003#0020002023TIM 0000380000002023TIM 0000002023TIM 0006TIM 0007TIM 0008002023002023TIM 0006TIM 0007TIM 0005002023TIM 0001TIM 0002TIM 0008002023002023TIM 0001TIM 0002TIM 0003002023380000TIM 0009TIM 0008#0005TIM 0008TIM 0009002023002023#0005002023END(001)交通灯把握的 PLC 梯形图如下380000002023TIM 0000380000TIM 0004002023380000TIM 0000启动/停顿按钮南北红灯工作延时东西红灯工作延时东西绿灯工作延时东西绿灯闪耀延时东西黄灯工作延时南北绿灯工作延时南北绿灯闪耀延时南北黄灯工作延时南北红灯工作东西红灯工作东西绿灯闪耀东西绿灯工作东西黄灯工作南北绿灯闪耀南北绿灯工作南北黄灯工作事故报警3.2.4 梯形图对应的语句表步序指令注解0LD0.001OR200.002AND-NOT0.013OUT200.00启动停顿4LD-NOT10.035AND200.006AND-NOTTIM0047OUTTIM0008#0250南北红灯工作延时9LDTIM00010OUTTIM00411#0250东西红灯工作延时12LD-NOT10.0313AND200.0014AND-NOTTIM00015OUTTIM00616#0200东西绿灯工作延时17LDTIM00618OUTTIM00719#0030东西绿灯闪耀延时20LDTIM00721OUTTIM00522#0020东西黄灯工作延时23LDTIM00024OUTTIM00125#0200南北绿灯工作延时26LDTIM00127OUTTIM00228#0030南北绿灯闪耀延时29LDTIM00230OUTTIM00331#0020南北黄灯工作延时32LD-NOT10.0333AND-NOTTIM00034AND200.0035OUT10.02南北红灯工作36LDTIM00037OUT10.06东西红灯工作38LDTIM00639AND-NOTTIM00740ANDTIM00841LD10.0242AND-NOTTIM00643OR-LD44OUT10.04东西绿灯工作及闪耀45LDTIM00746AND-NOTTIM00547OUT10.05东西黄灯工作48LDTIM00149AND-NOTTIM00250ANDTIM00851LD10.0652AND-NOTTIM00153OR-LD54OUT10.00南北绿灯工作及闪耀55LDTIM00256AND-NOTTIM00357OUT10.01南北黄灯工作58LD200.0059AND-NOTTIM00960OUTTIM008振荡电路61#000562LDTIM00863OUTTIM009振荡电路64#000565LD10.0066AND10.0467OUT10.03事故报警68END四、小结4.1 程序调试经过设计，想一次性把程序完成是格外难的，在调试中就消灭了不少的错误。 刚开头的时候把程序写进去然后运行却觉察有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才觉察了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但照旧循环不起来。从梯形图又认真的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进展监控于是再在运行的同时进展监控，于是觉察了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候其次周期就再没有反响了，包括里面的关心继电器，最终觉察原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能消灭的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你急躁的去做的话，你确定能学到有用的动西。4.2 难点分析其实现场实况车辆的流量是变化的，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量把握系统。由于所学学问及设备有限，无法对其路灯进展智能化把握，所以在编程时就没把智能把握这一块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。下面我就对智能化把握路灯作一些原理上的介绍。本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下觉察有以下几个问题。(1) 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系由于实际的红绿灯把握中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这确定的对应关系的，所以在编程前确定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、削减 PLC 不必要的运算 。(2) 盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的状况不会常常消灭，可以说是非少的，假设我们要把盲人脉冲分开东西把握和南北把握使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺削减车辆堵塞的状况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进展插入常闭继电器以此把输出程序断开(3) 手动车流把握按键的把握方式手动车流把握按键是对相应的主干道绿灯延长的进展把握，但不能使它在按下时使转变当时的红绿灯显示状况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个恳求和响应的关系。(4) 交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪耀的，所以在设计程序中也要参与这个功能， 参考了一些 PLC 的交通灯程序介绍时觉察 PLC 中有一些继电器可以实现闪耀这些继电器也就是 PLC 内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以削减但比较死板闪耀频率不能把握。由于对 PLC 内部的功能继电器不太生疏不同型号的PLC 内部功能继电器编号也不一样我想了一个用程序实现的方法程序段在第 86 条 第 94 条指令之间，此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪耀频率可以把握比较灵敏。4.3 感言和体会通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业学问、专业技能分析和解决问题全面系统的熬炼。使我在 PLC 的根本原理、PLC 应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧特别是汇编语言的把握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的根底。在我的毕业论文写作过程中,特别是在论文的修订阶段, 代课教师的悉心指导,言传身教,才让自己在困顿中不言放弃,在迷茫中毅然前进.在大学生活马上话上句号时,我内心是如此的感动不已,如此的依依不舍,在这里我感谢培育我的母校,感谢任课教师,感谢全部的爱我的人和我爱的人.最终，再次对关心、帮助我的教师和同学表示诚意地感谢！祝你们永久幸福欢快五、参考文献1电气把握与 PLC案例教程，胡汉文张鑫主编2PLC 应用技术，弭洪涛主编3可编程把握器原理与实践教程，王整风 谢云敏主编