交通信號燈plc控制系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　1總體概述</b></p><p><b>　　1.1 概述 </b></p><p>　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)

2、控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 隨著城市機(jī)動車量的不斷增加，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。本文就城鄉(xiāng)交通燈模擬控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計計算和實驗調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。實現(xiàn)路口交通燈系統(tǒng)的控制方法很多，可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯器件、可編程序控制器PLC、單片機(jī)等方案來實現(xiàn)。</p><

3、;p>　　1.1.1 PLC的定義</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作

4、可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(jī)（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱PLC。</p><p>　　可編程控制器，簡稱PLC（Programmable logic Controller）,是指以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對PLC做了如下

5、定義：“PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計?！?lt;/p><p>　　1.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p

6、>　　PLC實質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存板、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包塊CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定原則組合配置。</p><p>　　圖1.1.2 PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><

7、p>　　1.2 課程設(shè)計目的</p><p>　　PLC原理及應(yīng)用課程設(shè)計是電氣工程及其自動化專業(yè)領(lǐng)域重要的實踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實用性PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計為主。</p><p>　　課程設(shè)計的目的和任務(wù)：全面熟練掌握PLC的硬件組成以及各種指令的應(yīng)用，使學(xué)生掌握小型PLC應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的步驟，熟悉和掌握PLC開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用和軟件調(diào)試過程，通過設(shè)計過程中對故障的分析、判斷、檢

8、修進(jìn)一步鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。</p><p>　　1.3 設(shè)計任務(wù)和要求</p><p>　　利用PLC設(shè)計控制十字路口交通燈的全自動運(yùn)行，系統(tǒng)啟動后，根據(jù)設(shè)置好的東西南北方向的通車時間控制東西南北方向指示燈按照一定的規(guī)律運(yùn)行，完成一個周期工作后自動進(jìn)入下一個周期繼續(xù)運(yùn)行。城市路口交通燈控制系統(tǒng)用于十字路口的車輛以及行人的交通管理，每個方向具有左拐、右拐、直行以及行人4種通行指示燈。

9、執(zhí)行程序，初始態(tài)為四個路口的紅燈全亮之后，東西路口的綠燈亮，南北路口的紅燈亮，東西路口方向通車，延時一段時間后路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃爍，閃爍若干次后，東西路口紅燈亮，而同時南北路口的綠燈亮，南北路口方向開始通車，延時一段時間后，南北路口的綠燈熄滅，黃燈開始閃爍，閃爍若干次后，再切換到東西路口方向，之后重復(fù)以上過程。</p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計</b></p>

10、<p>　　2.1 原理分析設(shè)計</p><p>　　首先，詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點， 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，確定系統(tǒng)所需的全部輸入設(shè)備（如：按紐、位置開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)及各種傳感器等）和輸出設(shè)備（如：接觸器、電磁閥、信號指示燈及其它執(zhí)行器等），從而確定與PLC有關(guān)的輸入/輸出設(shè)備，以確定PLC的I/O點數(shù)。采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫

11、實現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能。</p><p>　　2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計方案 </p><p>　　城市交通燈控制采用PLC比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡單、通用性強(qiáng)等特點，PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實測各十字路口之間的距離、車流量和車速等，合理確定各路口信號燈之間的時差，把N臺PLC聯(lián)網(wǎng)到一臺控制電腦上，以方便操作、管理和監(jiān)控，從而極

12、大地提高城市道路交通管理能力。</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本步驟</p><p>　?。?）分析所控制的設(shè)備和系統(tǒng)。PLC最主要的目的是控制外部系統(tǒng)。這個系統(tǒng)可能是單個機(jī)器，機(jī)群或一個生產(chǎn)過程。</p><p>　　（2）判斷一下所要控制的設(shè)備或系統(tǒng)的復(fù)雜程度，分析內(nèi)存容量。</p><p>　　（3）判斷一下所要控制設(shè)備或

13、系統(tǒng)的輸入輸出點數(shù)是否符合可編程控制器的點數(shù)要求。</p><p>　　2.13 系統(tǒng)控制要求</p><p>　　系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動開關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止工作?？刂茖ο笥邪藗€：東西方向紅燈兩個 ， 南北方向紅燈兩個，東西方向黃燈兩個 , 南北方向黃燈兩個，東西方向綠燈兩個 , 南北方向綠燈兩個。東西南北四個方向各設(shè)有人行道指示燈紅燈兩個，綠燈兩個。&

14、lt;/p><p>　　2.2 調(diào)研十字路口運(yùn)行狀況</p><p>　　調(diào)研邵陽市某地段十字路口車輛流量，是對交通燈定時間的可行性分析，是為了更科學(xué)的，更加合乎實際的確定車輛行駛時間，更加方便車輛的通順。</p><p>　　圖2.2 邵陽市某地段車輛流量圖</p><p>　　2.21 十字路口交通燈示意圖</p><p

15、>　　在十字路口的東西南北方向分別設(shè)置紅、綠、黃三盞燈，分別用定時器定時，進(jìn)行系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動開關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止工作。</p><p>　　圖2.21 交通燈示意圖</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 硬件資源及其分配</p><p&

16、gt;　　硬件實施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺）等硬件的設(shè)計及現(xiàn)場施工。主要內(nèi)容有：</p><p>　　（1） 設(shè)計控制柜和操作臺等部分的電器布置圖及安裝接線圖。</p><p>　?。?）設(shè)計系統(tǒng)各部分之間的電氣互連圖。</p><p>　?。?）根據(jù)施工圖紙進(jìn)行現(xiàn)場接線，并進(jìn)行詳細(xì)檢查。</p><p>　　由于程序設(shè)計與硬件實施可同時進(jìn)行

17、，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計周期可大大縮短。  </p><p>　　3.2系統(tǒng)的PLC外部接線圖</p><p>　　根據(jù)信號燈的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC、起動按鈕SB1、停止按鈕SB2、東西方向紅綠黃燈有3個交通信號燈；南北方向紅綠黃燈有3個交通信號燈，并在東西南北四個方向分別設(shè)有紅燈和綠燈來控制人行道的交通。輸入／輸出端口接線如圖3.2所示。</p&g

18、t;<p>　　圖3.2 十字路口交通燈PLC外部接線圖</p><p>　　由圖可見：起動按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，停止按鈕SB2接于輸入繼電器Xl端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器Y0端，東西方向綠燈接于輸出繼電器Y1端，東西方向的黃燈接于輸出繼電器Y3端，南北方向紅燈接于輸出繼電器Y7端，南北方向的綠燈接于輸出繼電器Y10，南北方向黃燈接于輸出繼電器Y10。并且東西方分別設(shè)人行道信號燈紅

19、燈、綠燈4個，南北方向同樣設(shè)有紅綠燈4個。輸出端的COM1、COM2和COM3用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流220V。如果信號燈的功率較大，一個輸出繼電器不能帶動兩只信號燈，可以采用一個輸出點驅(qū)動一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動信號燈。</p><p>　　3.3系統(tǒng)的操作面板</p><p>　　實驗面板圖中，右框中的南北紅、黃、綠燈R、Y、G分別接主

20、機(jī)的輸出點Y2、Y1、Y0，東西紅、黃、綠燈R、Y、G分別接主機(jī)的輸出點Y5、Y4、Y3，模擬南北向行駛車的燈接主機(jī)的輸出點Y6，模擬東西向行駛車的燈接主機(jī)的輸出點Y7；右框中的SD接主機(jī)的輸入端X0?？蛑械臇|西南北三組紅綠黃三色發(fā)光二極管模擬十字路口的交通燈。</p><p>　　圖3.3 實驗面板圖</p><p>　　3.4 交通燈控制過程</p><p>

21、　　當(dāng)啟動開關(guān)SD合上時，X000觸電接通，Y002、Y005得電，東西南北紅燈亮；當(dāng)三十秒以后T1計時器接通其T1的常閉觸點打開是東西南北紅燈同時熄滅但其常開觸點接通使南北紅燈和東西綠燈亮。當(dāng)再過三十秒時T2計時器接通使T2的常閉觸點斷開同時南北紅燈和東西綠燈熄滅。但T2的常開觸點接通使南北紅燈和東西黃燈亮。同時東西紅燈亮南北紅燈亮。當(dāng)再過十秒T0計時器接通使T0常閉觸點打開同時南北紅燈和東西黃燈熄滅。但T2的常開觸點接通使南北綠燈和

22、東西紅燈亮。當(dāng)再過十秒T4計時器接通使T4的常閉觸點打開同時南北綠燈和東西紅燈熄滅。但T4的常開觸點接通使南北黃燈閃爍和東西紅燈亮。當(dāng)再過二十秒T5計時器接通使T5的常閉觸點打開同時南北黃燈和東西紅燈熄滅。上述是五個工作過程，周而復(fù)始的進(jìn)行。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1 時序圖</b>&l

23、t;/p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計PLC程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動作。初始化程序?qū)δ承?shù)據(jù)區(qū)、計數(shù)器等進(jìn)行清零，對某些數(shù)據(jù)區(qū)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)，對某些繼電器進(jìn)行置位或復(fù)位，對某些初始狀態(tài)進(jìn)行顯示等等。然后檢測、故障診斷和顯示等程序。這些程序相對獨(dú)立，一般在程序設(shè)計基本完成時再添加。</p><p><

24、;b>　　圖4.1 時序圖</b></p><p><b>　　4.2 順序功能圖</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，采用合適的設(shè)計方法來設(shè)計PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實現(xiàn)各控制功能或各子任務(wù)的程序，逐步完善系統(tǒng)指定的功能.</p><p>　　圖4.2 順序功能圖</p>

25、;<p><b>　　4.3 程序梯形圖</b></p><p>　　梯形圖是PLC程序設(shè)計的一種編程語言，根據(jù)交通燈的PLC控制要求，結(jié)合硬件實現(xiàn)要求的功能，在FX2N中根據(jù)時序圖和其功能編制梯形圖，PLC的梯形圖如圖4.2所示: </p><p>　　5 系統(tǒng)監(jiān)控的設(shè)計調(diào)試運(yùn)行</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)

26、調(diào)試</b></p><p>　?。?）硬件調(diào)試：接通電源，檢查三菱FX2N-48MR可編程控制器是否可以正常工作，接頭是否接觸良好，然后把其與電腦的通信口連接。 （2）軟件調(diào)試：按要求輸入梯形圖，轉(zhuǎn)換成指令表，并進(jìn)行語法的檢查，正確后設(shè)置正確的通信口，將指令讀入到指定的可編程控制器ROM中，進(jìn)行下一步的調(diào)試。 （3）運(yùn)行調(diào)試：在硬件調(diào)試和軟件調(diào)試正確的基礎(chǔ)上，打開三菱FX2N-48MR可

27、編程控制器的“RUN”開關(guān)進(jìn)行調(diào)試；觀察運(yùn)行的情況，看是否是隨時按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運(yùn)行，或者等待100個脈沖后，系統(tǒng)是否停止運(yùn)行。根據(jù)以上的調(diào)試情況，本彩燈循環(huán)點亮的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計符合要求。</p><p>　　5.2 運(yùn)行工作模式</p><p>　　在運(yùn)行工作模式下，PLC運(yùn)行程序滿足要求后，手持編程器可拔去,最后做負(fù)載考驗運(yùn)行。本例用電路板上四邊放置的4組共12個發(fā)光二極管

28、模擬十字路口交通燈,接在PLC對應(yīng)的輸出端口上，接通電源，撥動輸入端相應(yīng)的開關(guān)，發(fā)光二極管按要求循環(huán)發(fā)亮，說明達(dá)到了控制要求。</p><p>　　圖5.2 十字路口交通燈調(diào)試</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)：[1]廖常初. PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社[2]史國生. 電氣控制與可編程控制

29、器技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003[3]孫振強(qiáng). 可編程控制器原理及應(yīng)用教程.北京：清華大學(xué)出版社[4]阮友德. 電氣控制與PLC實訓(xùn)教程.北京：人民郵電出版社，2006</p><p>　　[5]胡漢才.PLC原理及其接口技術(shù) [M]. 北京：清華大學(xué)出版，1996[6]付家才. PLC控制工程實踐技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.5[7]潘新民.微型計算機(jī)控制技術(shù) [M].北京：人民郵