PLC交通灯设计毕业论文.pdf
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1、摘要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异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中,单片机往往是作为一个核心部件来使用,仅单片机方面的知识是不够的。还应该根据具体硬件结构以及针对具体应用对象特点的软件结合加以完善。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。俗话说“要想富,先修路”,但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。以山西省阳泉市为例,由于阳泉市地形所致,市内道路路面窄,每到上下班时间交通显得拥挤不堪。因此交通灯显得尤为重要,合理控制交通灯更是阳泉市交通的重要部
2、分。由于笔者在实习期间接触到不少 MITSUBISHI 系列的 PLC,MITSUBISHI FX1N-60MR等器材,所以我选择做交通灯的设计来作为我的毕业设计。关键词:关键词:交通灯;自动控制;PLC 控制系统湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)2目录第一章 绪 论第一章 绪 论.11.1 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景.11.2 PLC 控制交通灯设计目的.11.3 阳泉市交通现状.21.4 阳泉市未来交通控制.2第二章 可编程控制器第二章 可编程控制器.52.1 可编程控制器的定义.52.2 PLC 的构成.52.3 PLC 系统的其它设备.72.4 PLC 的
3、工作原理.82.5 PLC 的特点.102.6 PLC 的优点.112.7 PLC 的应用领域.11第三章 山西泉阳市交通灯设计第三章 山西泉阳市交通灯设计.153.1 任务分析.153.2 难点分析.163.3 流程图.163.4 方案一.163.5 方案二.193.6 控制过程.21总结总结.23致谢致谢.24参考文献参考文献.25附图一 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图附图一 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图.26附图二 梯形图附图二 梯形图.26湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)1第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景1.1
4、 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景随着我国国民经济的迅速发展,城市街道车辆大幅度增长,给城市交通带来巨大压力,交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。而街道各十字路口,又是车辆通行的瓶颈所在。已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方案都存在着一定的局限性。地面道路是一个庞大的网络,交通状况十分复杂,使目前交通灯控制器的单一时段控制已不能满足现代交通流量的多变性,特别是在交通流量高峰时,往往会造成交通路口的通过率下降,甚至出现交通混乱现象,城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。道路平面交叉口(简称交叉口)是交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”,国内外城市的
5、交通事故约有一半发生在交叉口。因此,交叉口这个事故多发源不能不引起人们的高度关注。随着交通技术、电子技术的发展及微机技术的应用,人们设计出了适应各种需要的交通检测器、信号控制机和交通信号灯。交通灯是交管部分管理城市交通的重要工具。现在交通灯一般设在十字路口,在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示计时器来控制行车,对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的,采用的是单段式定时控制或多段式定时控制,其最大的缺点是绿灯时间和绿信比是固定的或是分时段固定的,且最佳绿灯时间和最佳绿信比的整定较为困难,需要大量的实测统计数据,且很多情况下整定所
6、得值并不是最优的,甚至是不合理的。控制起来都不是很灵活,这使得城市车流的调节不能达到最优。1.2 PLC 控制交通灯设计目的1.2 PLC 控制交通灯设计目的诚然随着社会的向前飞速发展,交通灯已成为国民经济中不可分割的一部分。给予电气专业的基础和笔者本人对三菱 FX1N60MR PLC 的了解,我选择用 FX1N60MR PLC来控制交通灯,结合山西省阳泉市交通红绿灯的控制来做我的毕业设计,一方面是对这三年来所学知识的总结和运用,另一方面也是锻炼自己独立完成某项工作的能力,也是培养自己把所学知识用到实际的能力。通过这次做 PLC 控制交通灯的毕业设计,来进一步掌握我对三菱 PLC 的熟知编程及
7、应用,进一步熟练运用 GXVP8,0 编程软件。当今世界“PLC,CADCAM,工业机器人”已成为国民经济体系的三大支柱,掌握 PLC技术无疑于掌握了一种现代科技。随着经济发展,PLC 在交通,通信,冶金,石油等工湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)2业方面的应用会更加重要,据数据显示,PLC 已在美国工业中占有三分之二的地位。目前市场上 PLC 的品牌有西门子,欧姆龙,三菱,松下等,其中又以三菱 PLC 的市场占有率为最高,在我国南方的几乎四分之三的企业在生产实现自动化中用的都是三菱 PLC。因此学好三菱 PLC 技术,也会让自己在电气行业中有更好的饭碗,没有技术是很难在社会上
8、立足的,尤其在象广州这样的国际性城市立足更难。我在实习期间接触到不少 PLC,越来越认识到 PLC 在工业中实现自动化的地位。我以 PLC 应用于控制交通灯为挈机,系统掌握三菱 PLC 的指令,编程,通信及接线。1.3 阳泉市交通现状1.3 阳泉市交通现状阳泉地形狭长,属于山区丘陵结合的地区。因此决定了阳泉的建筑、交通等等。随着近年来阳泉经济的迅猛发展,城市化进程的加快,一个不可避免的问题日益突出道路和交通的问题。说它不可避免,是因为全国很多城市在发展过程中都遇到了同样的问题,例如北京、太原市等等。即使在全国来说,交通也成为一个日趋严重的问题。阳泉地处沟地,两边是山,人住尚且紧,扩路谈不上,加
9、之单位、商场、居住区相对集中,人员活动以泉中路为中心扩散,造成桃河桥、华盛桥车辆多,虽然新泉桥、桃源大桥建成但车辆不走。阳泉市市区主要是南大街,北大街,泉中路,桃南路,桃北路。值得注意的是这几条路在近些年一直都没有扩建。桃北东路由于滨河世纪城的建设而新建拓宽,其他的路基本是以前的样子。而阳泉市的汽车保有量在逐年增加。在市政府新建了新泉桥,桃源桥之后,将桃河两岸的交通堵塞问题基本上解决了,但这只是部分的解决,因为在桃河桥以西,一直到四矿桥,中间很长的距离没有桥,这就成为影响矿区,桃河桥西地区的交通瓶颈。阳泉市城市道路太窄,交通问题尤其严重,每到上下班时道路拥挤不堪,人车混在一起甚是危险。因此设计
10、一套切实可行的交通灯控制方案必然会对阳泉市交通问题的缓解起到重要作用。在天桥,步行街那仍旧没有红绿灯,步行街每到下午是阳泉市人最多的地方,而车辆也很多“车穿行在人之间,人穿行在车之间”,这样既给行人,车主都带来极大不便,浪费了很多时间,而后面又有很多车辆造成道路拥堵,过者怨声载道。这样下去势必成为制约阳泉经济发展的瓶颈,也给市民出行带来很大不便。1.4 阳泉市未来交通控制1.4 阳泉市未来交通控制阳泉市区日益复杂的道路交通秩序,急需要好的治理,阳泉市每年新增机动车的上万辆,但报废数量却极少,而且报废车中有一部分流入郊区一些乡镇里充当黑出租或个湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)3
11、人用车继续上路行驶,市区道路数量极少而且路面极窄,最宽路面为双向四车道,而最窄的路面只够单相通行,而且道路损坏严重。这些问题都导致市区一到高峰期就全面拥堵,严重的路段几乎瘫痪。面对这样的交通环境,我认为治理的措施主要有三种;第一种是治理道路;首先应当拓宽路面,新增道路,立交桥,修地下停车场。四车道一下的道路应该取消,全部升级为八车道,俗话说,要想富,先修路,好的道路对城市的发展起着相当重要的作用。还有在道路划线规划中应当注意,比如河下义平路的道路规划就有问题,明明已经设立非机隔离带了又划出了非机动车道,市区内有些道路也存在类似的问题。第二种是规划好交通秩序,创造良好的交通环境,深圳的道路有些也
12、是很窄的,但是那里的交通秩序十分好,大家各行其道,道路的中间隔离带,人行道的护栏,人行横道的红绿灯。防护措施做的好,管理力度也相当强,行人过马路不走人行横道会被警察抓,这使得那里的交通秩序相当好,虽也有堵车,但相对与阳泉而言却强百倍。第三种是加大交通附属设施的建设,尤其是交通灯的建设。这就于我的设计有关了,合理控制交通灯必然会起到重要作用。目前,要从桃南东路,新建路一线到南大街一线,一是从桃河桥,泉中路经过。二是上天桥,过沙江小市到达南大街,三就是从一公司,经过火车站,到达南大街。因此就造成了现在上下班高峰期,天桥人与车争道,泉中路和桃河桥车辆行进缓慢,一公司经常堵车。火车站附近经常性堵车。而
13、这其中几个关键的路口:一公司,天桥(包括南、北两个口),火车站(包括物资大厦的路口),市政府门前的丁字路口,泉美转盘。我想若在凯旋广场,阳泉市图书馆那修建立交桥,下层南北方向车辆通行,上层东西方向车辆通行,可以缓解那块的拥挤情况。在沙家小市那安装红绿灯,步行街进口处可建设天桥,上层行人,下层过车,可以使那畅通。阳泉交通目前最大的问题就是人流和车流无法有效地隔开。因此就造成了现在这种现象:人多了挤占车道,车多了挤占人行道(自行车道)。人不让车,车不让人,人们走在路上没有安全感,开车的也提心吊胆。像滨河世纪城前边,黑桥北口等五条道路的交汇点,如果修建一个转盘的话,会安全很多。火车站(包括物资大厦的
14、路口),市政府门前的丁字路口,泉美转盘。这三个点都是我市车流辆非常大的路口。如果现在这三个路口修建行人过街天桥,将会极大缓解目前的状况。天桥地区是阳泉市繁华的商业区,每天的人流非常多,车辆经过也非常繁忙。但是中巴车在那里设站,长时间地占着本来就狭小的道路,而且经常是五六辆车一起停车占道(天桥北口),或者十几二十多辆车占道(天桥南口),造成与之相连的德盛街,新建路的道路不畅。在火车站,很多去平定,昔阳等地的中巴车经常停车拉人,造成车辆行驶缓慢,甚至堵车。因此我建议,撤湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)4销中巴车在天桥南北口的停车站点,转移到其他合适地点,严查火车站附近乱停拉客的中
15、巴车。所以,阳泉的道路交通只要下大力度改革,必然会奏效,而且阳泉的道路改革势 必会带动阳泉的经济发展,使得阳泉有一个更好的明天。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)5第二章 可编程控制器第二章 可编程控制器2.1 可编程控制器的定义2.1 可编程控制器的定义PLC 即可编程控制器(Programmable logic Controller),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在 1987 年国际电工委员会(International ElectricalCommittee)颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义:PLC 英文全称 Programmable Lo
16、gic Controller,中文全称为可编程逻辑控制器,定义是:一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是可编程逻辑电路,也是一种和硬件结合很紧密的语言,在半导体方面有很重要的应用,可以说有半导体的地方就有 PLC。PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式
17、的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。国际电工委员会(IEC)在其标准中将 PLC 定义为:可程式逻辑控制器是一种数位运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。2.2 PLC 的构成2.2 PLC 的构成从结构上分,PLC 分为固定
18、式和组合式(模块式)两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心,起神经中枢的作用,每套 PLC 至少有一个 CPU,它按 PLC 的系湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)6统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,
19、从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据,是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来,不必要详细分析 CPU 的内部电路,但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。CPU 速
20、度和内存容量是 PLC 的重要参数,它们决定着 PLC 的工作速度,IO 数量及软件容量等,因此限制着控制规模。I/O 模块。PLC 与电气回路的接口,是通过输入输出部分(I/O)完成的。I/O 模块集成了 PLC的 I/O 电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统,输出模块相反。I/O 分为开关量输入(DI),开关量输出(DO),模拟量输入(AI),模拟量输出(AO)等模块。常用的 I/O 分类如下:开关量:按电压水平分,有 220VAC、110VAC、24VDC,按隔离方式分,有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量:按信号类型
21、分,有电流型(4-20mA,0-20mA)、电压型(0-10V,0-5V,-10-10V)等,按精度分,有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外,还有特殊 IO 模块,如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量,I/O 模块可多可少,但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块。PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有:交流电源(220VAC 或 110VAC),直流电源(常用的为 24VDC)。底板或机架大多数模块式 PLC
22、 使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使 CPU 能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)72.3 PLC 系统的其它设备2.3 PLC 系统的其它设备编程设备:编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况,但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器,目前一般由计算机(运行编程软件)充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面:最简单的人机界面是指示灯和按钮,目前液晶屏(或触摸屏
23、)式的一体式操作员终端应用越来越广泛,由计算机(运行组态软件)充当人机界面非常普及。PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC 具有通信联网的功能,它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232接口,还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC 的通信现在主要采用通过多点接口(MPI)的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。PLC 提供的编程
24、语言:标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言,它有以下特点:它是一种图形语言,沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成,左右的竖线称为左右母线。梯形图中接点(触点)只有常开和常闭,接点可以是 PLC 输入点接的开关也可以是PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联,但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载,只能做中间结果供 CPU内部使用。PLC 是按循环扫描事件,沿梯形图先后顺序执行,在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。语句表语言,类似于汇
25、编语言。逻辑功能图语言,沿用半导体逻辑框图来表达,一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计(论文)82.4 PLC 的工作原理2.4 PLC 的工作原理图 2.1PLC 开关量输出控制原理图PLC 开关量输出控制示意图:图 2.2PLC 开关量控制示意图PLC 利用 1.6M 到 30M 频带范围传输信号。在发送时,利用 GMSK 或 OFDM 调制技术将用户数据进行调制,然后在电力线上进行传输,在接收端,先经过滤波器将调制信号滤出,再经过解调,就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M-45M 之间。PLC 设备分局端
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