PLC_课程设计报告_交通灯设计.doc
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1、十字路口交通灯控制摘要近年来随着科技的飞速发展,PLC的应用正在不断地走向深入,同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软
2、、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。针对选题十字路口交通信号灯控制系统设计,本文采用顺序控制设计法中并行序列的顺序功能图设计方法,将东西、南北两个方向的路灯并行控制,再以转换为中心的方法将顺序功能图转换为梯形图,最后利用编程器将指令输入PLC中进行调试,最终实现交通灯的自动控制。关键词:PLC、自动控制、梯形图、顺序功能图、交通灯控制系统第一章 十字路口交通信号灯的具体设计3.1 方案比较 3.1.1 方案一:采用数字逻辑电路设计工作原理:选用十六进制计数器74161和3线-8线译码器74LS138。经过译码后,输出十字路口南北、东西二个方
3、向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀;在夜间时黄灯一直闪耀,而绿、红灯灭。基本组成:主要由控制器部分和数字显示部分,秒脉冲发生器等组成。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时,使减法计数器开始工作(用对方的红灯信号控制),每来一个秒脉冲,使计数器减1,直到计数器为“0”停止。译码显示可用74LS47 驱动BCD码七段译码器,计数器采用可预制加、减计数器,如74LS168、74LS190、74LS193等 数字电路的特点:数字电路的信号是不连续变化的数字信号,所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态,即工作在饱和区和截止区,而放大区只是过渡状态。数字电路的主要研究对象是电路的
4、输入和输出之间的逻辑关系,因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法,例如,微变等效电路法等就不适用了。这里的主要分析工具是逻辑代数,表达电路的功能主要用真值表,逻辑表达式及波形图等。其在任何时刻的输出,仅取决于电路此刻的输入状态,而与电路过去的状态无关,它们不具有记忆功能。 或者在任何时候的输出,不仅取决于电路此刻的输入状态,而且与电路过去的状态有关,它们具有记忆功能。3.1.2 方案二:PLC设计采用计算机和FX2N-48M2系列PLC,在计算机上编译调试好交通灯控制程序,启动PLC写入程序,经过运行后,输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀;在夜间时黄灯
5、一直闪耀,而绿、红灯灭。可编程控制器交通灯控制系统的特点:编程简单,维修方便;联机自动就地工作;上机控制的单周期运行方式;由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制;自动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高,使得实际应用成为可能。3.1.3 最终方案确定经过比较,本实验决定采用PLC设计,总结原因如下:PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;编程能力强,可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现;抗干扰能力强,目前空中各种电磁干扰日益严重,为了保证交通控制的靠稳定,我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC;安装简
6、单维修方便,PLC不需要专门的机房,可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需要将现场的各种设备与PLC相应的I/O端连接,系统便可投入运行。综上所述,确定方案二为最终方案。3.2 十字路口交通信号灯的控制要求随着城市和经济的发展,交通信号灯发挥的作用越来越大,正因为有了交通信号灯,才使车流、人流有了规范,同时,减少了交通事故发生的概率。然而,交通信号灯不合理使用或设置,也会影响交通的顺畅。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道
7、口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口,通过对车辆、行人发出行进或停止的指令,使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰,从而提高路口的通行能力,保障路口畅通和安全。北 南东西绿 黄红绿黄红红黄绿绿红黄十字路口交通信号灯现场示意图如图1所示,南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯,为确保交通安全,详细要求如下:图1 交通灯现场示意图详细要求:(1)信号灯受一个启动开关控制,当启动开关接通时,信号灯系统开始工作,且先南北红灯亮,东西绿灯亮。当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。 (2)南北红灯亮维持25秒,在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮,并维持20秒。到20秒时,东西绿灯闪亮,闪亮3秒后熄
8、灭。在东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮,并维持2秒。到2秒时,东西黄灯熄灭,东西红灯亮,同时,南北红灯熄灭,绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒,然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮,维持2秒后熄灭,这时南北红灯亮,东西绿灯亮。周而复始。或者:这里我们不懂1)采用PLC构成十字路口的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后,交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45时,接点SA1-1接通,交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作,按照如图3-2所示工作时序周而复始,循环往复工作。SA1手柄指向中间0时,接点SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西
9、向红灯常亮,。SA1手柄指向右45时,接点SA1-3接通,交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮。图3-1交通灯现场示意图2)正常控制时 当东西方向允许通行(绿灯)时,南北方向应禁止通行(红灯);同样,当南北方向允许通行(绿灯)时,东西方向应禁止通行(红灯)。在绿灯信号要切换为红灯信号之前,为提醒司机提前减速并刹车,应有明显的提示信号:绿灯闪烁同时黄灯亮。信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。3.3 十字路口交通灯控制实验面板图3.4十字路口交通灯模拟控制时序图 启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯交通信号灯时序状态示意图3.5 交通灯控制流程图3.6 可编程控制器I
10、/O端口分配根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析,系统采用自动控制方式,输入有系统开启与停止按钮信号;输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。甲模拟东西向车辆行驶状况;乙模拟南北向车辆行驶状况由此可知,该系统所需的输入点数为1,输出点数为8,全部是开关量,则可将I/O分配用下表表示。I/O分配表输入元件输入地址输出元件输出地址开启/停止按钮SB0.00南北绿灯Y010.00南北黄灯Y110.01南北红灯Y210.02东西绿灯Y310.03东西黄灯Y410.04东西红灯Y510.05 甲Y610.06乙Y710.07 交通指挥灯的I/O分配表3.7 PLC的外部接线图3.7.1输入/输出接线列表
11、输入接线SDX0输出接线南北G南北Y南北R东西G东西Y东西R甲乙Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y6 3.7.2 PLC外部接线原理图 根据上述I/O表可知,I/O所需点数只有9点,故选用FX2N-48MR微型PLC即可。则PLC外部输入输出的信号接线接线如下图所示。COM2COM1南北GCOM0X0乙灯甲灯东西R东西Y东西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0南北YSB3.8 PLC控制程序设计3.8.1十字路口交通信号灯PLC的状态转移图3.8.2梯形图程序根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O分配的定义,可对PLC进行控制程序的设计,其梯形图如图2所示。下面对所设计的梯形图作几
12、点说明:当启动开关SD合上时,X000触点接通,Y002得电,南北红灯亮;同时Y002的动合触点闭合,Y003线圈得电,东西绿灯亮。1秒后,T12的动合触点闭合,Y007线圈得电,模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒,T6的动合触点接通,与该触点串联的T22动合触点每隔0.5秒导通0.5秒,从而使东西绿灯闪烁。又过3秒,T7的动断触点断开,Y003线圈失电,东西绿灯灭;此时T7的动合触点闭合、T10的动断触点断开,Y004线圈得电,东西黄灯亮,Y007线圈失电,模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后,T5的动断触点断开,Y004线圈失电,东西黄灯灭;此时起动累计时间达25秒,T0的动断触点断开,Y
13、002线圈失电,南北红灯灭,T0的动合触点闭合,Y005线圈得电,东西红灯亮,Y005的动合触点闭合,Y000线圈得电,南北绿灯亮。1秒后,T13的动合触点闭合,Y006线圈得电,模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒,即起动累计时间为50秒时,T1动合触点闭合,与该触点串联的T22的触点每隔0.5秒导通0.5秒,从而使南北绿灯闪烁;闪烁3秒,T2动断触点断开,Y000线圈失电,南北绿灯灭;此时T2的动合触点闭合、T11的动断触点断开,Y001线圈得电,南北黄灯亮,Y006线圈失电,模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后,T3动断触点断开,Y001线圈失电,南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟,T4
14、的动断触点断开,T0复位,Y003线圈失电,即维持了30秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程,然后再周而复始地进行。 图2 交通灯控制梯形图3.8.3梯形图所对应的语句表 步序指令器件号说明步序指令器件号说明0LDX000启动22LDT11ANIT423OUTT11南北向车27秒2OUTT0南北红灯25秒24K2703K25025OUTT2南北绿灯闪烁4LDT026K305OUTT4东西红灯30秒27LDT26K30028OUTT3南北黄灯2秒7LDX00029K208ANIT030LDIT09OUTT6东西绿灯20秒31ANDX00010K20032OUTY002南北红灯工作11LDT633L
15、DT012OUTT10东西向车22秒34OUTY005东西红灯工作13K22035LDY00214OUTT7东西绿灯闪烁36ANIT615K3037LDT616LDT738ANIT717OUTT5东西黄灯2秒39ANDT2218K2040ORB19LDT041OUTY003东西绿灯工作20OUTT1南北绿灯25秒42LDY00221K25043ANIT6步序指令器件号说明步序指令器件号说明44LDT664LDT145ANIT765ANIT246ORB66ORB47OUTT12延时1秒67OUTT13延时1秒48K1068K1049LDT1269LDT1350ANIT1070ANIT1151OU
16、TY007东西向车行驶71OUTY006南北向车行驶52LDT772LDT253ANIT573ANIT354OUTY004东西黄灯工作74OUTY001南北黄灯工作55LDY00575LDX00056ANIT176ANIT2357LDT177OUTT22产生1秒脉冲58ANIT278K559ANDT2279LDT2260ORB80OUTT2361OUTY000南北绿灯工作81K562LDY00582END程序结束63ANIT1第四章 十字路口交通灯的组态控制过程4.1工程的建立和变量定义4.1.1 工程的建立(1) 单击文件菜单中“新建工程”选项,自动生成新建工程,将默认的工程名改为:“交通灯
17、.MCG”。(2) 点击”保存”按钮,将文件保存,工程创建完成。4.1.2 变量的定义首先对系统的各个变量进行定义。各变量定义如下:变量名变量类型初始值注释Y0开关量0解放南北路绿灯信号Y1开关量0解放南北路黄灯信号Y2开关量0解放南北路红灯信号Y3开关量0团结东西路绿灯信号Y4开关量0团结东西路黄灯信号Y5开关量0团结东西路红灯信号Y6开关量0外部输入南北通车信号Y7开关量0外部输入东西通车信号MOVEX1数值型0东西向1号车位置信号MOVEX2数值型0东西向2号车位置信号MOVEX3数值型0东西向3号车位置信号MOVEX4数值型0东西向4号车位置信号MOVEY1数值型0南北向1号车位置信号
18、MOVEY2数值型0南北向2号车位置信号MOVEY3数值型0南北向3号车位置信号MOVEY4数值型0南北向4号车位置信号4.1.3 设备与变量连接(1)在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。 (2)点击工具条中的“工具箱”图示,打开“设备工具箱”。 (3)单击“设备工具箱”中的“设备管理”按钮,弹出设备管理窗口。 (4)在可选设备列表中,双击“串口通讯父设备”。 (5)双击“串口通讯父设备”,在下方出现串口通讯父设备图标。 (6)双击串口通讯父设备图标,将“串口通讯父设备”添加到右侧选定设备列表中。 (7)单击确认并保存。 (8)在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。设备被
19、添加到设备组态窗口中。 (9)用同样的方法将可选设备列表中的“PLC设备”下的“三菱Fx-232”加到“设备0-串口通讯父设备”目录下。(10)双击“设备0-串口通讯父设备”,进入串口通讯父设备属性设置窗口。设置内部属性完成之后单击确认,完成内部属性设置。(11)双击“设备1-三菱Fx-232”,进入三菱Fx-232设备属性设置窗口。设置内部属性完成之后单击确认,完成内部属性设置。4.2画面建立4.2.1工程画面建立(1)在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮,建立“窗口0”、“窗口1”。(2)选中“窗口0”,单击“窗口属性”,进入“用户窗口属性设置”。 (3)将窗口名称改为:交通灯01;窗口标
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