課程設(shè)計(jì)---基于plc的十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)（說明書）</b></p><p>　　基于PLC的十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)</p><p><b>　　目    錄</b></p><p>　　摘要.......................................................&

2、lt;/p><p>　　第一章 緒論................................................</p><p>　　第二章 PLC的基礎(chǔ)知識......................................</p><p>　　2.1 PLC概述......................................

3、.................</p><p>　　2.2 PLC的由來.....................................................</p><p>　　2.3 PLC的定義.....................................................</p><p>　　2.4 PLC的

4、工作原理.................................................</p><p>　　2.5 PLC的結(jié)構(gòu).....................................................</p><p>　　2.6 PLC的基本性能指標(biāo)............................................

5、.</p><p>　　第三章 PLC網(wǎng)絡(luò)與可編程控制器...............................</p><p>　　3.1歐姆龍網(wǎng)絡(luò).....................................................</p><p>　　3.2可編程控制器通信與網(wǎng)絡(luò)概述..........................

6、...........</p><p>　　3.3可編程控制器控制網(wǎng)絡(luò)與可編程控制器通信網(wǎng)絡(luò)的概念...............</p><p>　　第四章 交通信號控制系統(tǒng)實(shí)況.................................</p><p>　　4.1十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述.................................

7、.</p><p>　　4.2 結(jié)合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖..............................</p><p>　　第五章 可編程控制器程序設(shè)計(jì)..................................</p><p>　　5.1 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖 ...............................

8、...</p><p>　　5.2可編程控制器I/O端口分配.........................................</p><p>　　5.3程序梯形圖及語句表...............................................</p><p>　　第六章 總結(jié)..........................

9、........................</p><p>　　6.1 程序調(diào)試.........................................................</p><p>　　6.2 難點(diǎn)分析.........................................................</p><p>

10、;　　6.3 PLC智能化控制交通燈的方法........................................</p><p>　　6.4 收獲與體會(huì).......................................................</p><p>　　結(jié)束語..............................................

11、..................</p><p>　　致謝...................................................................</p><p>　　參考文獻(xiàn)..............................................................</p><p>

12、<b>　　摘要</b></p><p>　　近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的

13、三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。</p><p>　　同時(shí)，PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時(shí)檢測和自動(dòng)控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一

14、個(gè)核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。十分形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵字：PLC 交通燈 程序 報(bào)告 設(shè)計(jì)</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通

15、車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。</p><p>　　1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使

16、警察受傷，遂被取消。</p><p>　　電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。</p><p>　　1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，

17、就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進(jìn)行

18、分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時(shí)長也按一定的規(guī)律分檔. 這樣就可以實(shí)現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時(shí)長，達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率.</p><p>　　交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控

19、制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。</p&g

20、t;<p><b>　　第二章 方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述</p><p>　?。?）南北方向綠燈和東西方向的綠燈不能同時(shí)亮；如果同時(shí)亮，則應(yīng)自動(dòng)立即關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立即發(fā)出報(bào)警信號。</p><p>　?。?）系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持25s；與此同時(shí)，東西綠燈亮，并維持2

21、0s時(shí)間，到20s時(shí)，東西黃燈閃亮，閃亮5s后熄滅。</p><p>　　（3）在東西黃燈熄滅時(shí)，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。</p><p>　?。?）東西紅燈亮并維持25s；與此同時(shí)，南北綠燈亮并維持2s；然后，南北黃燈閃亮5s后熄滅。</p><p>　?。?）南北黃燈熄滅時(shí)，同時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)。</p>

22、;<p>　　2.2十字路口交通燈的路況畫出模擬圖</p><p>　　2.3 結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn)</p><p>　　在PLC交通燈模擬模塊中，主干道東西南北每面都有3個(gè)控制燈，分別為：</p><p>　　禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色）</p><p>　　準(zhǔn)備禁止通行燈 （亮?xí)r為黃

23、色）</p><p>　　直通燈 （亮?xí)r為綠色）</p><p>　　另外行人道東西南北每面都有2個(gè)控制燈,分別為：</p><p>　　禁止通行燈 （亮?xí)r為紅色）</p><p>　　直通燈 （亮?xí)r為綠色） </p><p>　　結(jié)合十字路口

24、交通燈實(shí)際情況設(shè)計(jì)交通燈模擬控制系統(tǒng)如下：</p><p>　　當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有綠燈 20S，黃燈閃亮3S（亮1s 滅1s）,紅燈25S。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西住干道應(yīng)依次點(diǎn)亮綠燈，黃燈閃亮，反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮綠燈，黃燈閃。南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北主干道綠燈點(diǎn)亮?xí)r點(diǎn)亮，當(dāng)南北主干道

25、黃燈閃亮?xí)r南北行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點(diǎn)亮是點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道黃燈閃亮?xí)r東西行人道綠燈也要對應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。除此之外另設(shè)兩個(gè)功能，使用2個(gè)脈沖開關(guān)。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同，另外兩個(gè)脈沖開可以控制車流量，當(dāng)東西向主干道等待車量較多的時(shí)候，按下東西向控制脈沖開關(guān)，東西向主干道延長綠燈點(diǎn)亮?xí)r間到35秒。東西向行人道綠燈也要對應(yīng)延長。南北向脈沖開關(guān)對應(yīng)東西向功能相同。</

26、p><p>　　第三章 交通燈控制硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 本系統(tǒng)選擇的PLC</p><p>　　本次交通燈設(shè)計(jì)用的是來自三菱公司的可編程控制器。</p><p>　　產(chǎn)品規(guī)格：CPM1A CPU單元CPM1A 在編程環(huán)境等方面，它不僅具備了以往的小型PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有10點(diǎn)-100點(diǎn)輸入輸出

27、點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成。而且還可 連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運(yùn)用。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求，AC電源輸入，繼電器輸出，能加擴(kuò)展單元。</p><p>　　3.2 本系統(tǒng)選擇的傳感器</p><p>　　3.3 本系統(tǒng)選擇的脈沖減法計(jì)數(shù)器</p><p>　　所選擇的型號為：ADAM-4080/4

28、080研華 計(jì)數(shù)器/頻率輸入，生產(chǎn)的公司為北京華宇偉業(yè)科技有限公司，此計(jì)數(shù)器帶有LED顯示，所以可以通過PLC每一秒送出一個(gè)脈沖，通過脈沖計(jì)數(shù)器設(shè)定最大值，接受一個(gè)脈沖就減一，減到0后又自行跳轉(zhuǎn)到最大值，依次循環(huán)。</p><p>　　3.4 可編程控制器I/O端口分配</p><p>　　根據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟與停止按鈕信號；輸出有東西

29、方向、南北方向各兩組指示信號和故障指示驅(qū)動(dòng)信號。由于每一個(gè)方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時(shí)工作，為了節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為2，輸出點(diǎn)數(shù)為7，全部是開關(guān)量，則可將I//O分配用表3-4表示。</p><p>　　表3-4 交通指揮燈的I/O分配表</p><p>　　3.5 PLC的外部接線圖</p><p>　　

30、根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點(diǎn)數(shù)只有9點(diǎn)，故選用CPM2AH微型PLC即可。但本書還是以CS1為例，則PLC外部輸入輸出的信號接線如圖3-5所示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用PLC的同一個(gè)輸出點(diǎn)。</p><p>　　第四章 交通燈控制系統(tǒng)軟件件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖</p><p>　　交通指揮

31、信號燈控制系統(tǒng)工作時(shí)，對指揮燈的控制要求按一定時(shí)序進(jìn)行，如圖6-18所示。</p><p><b>　　4.2 流程圖</b></p><p>　　根據(jù)交通燈的實(shí)際控制情況，可得出其流程圖如下：</p><p><b>　　4.3程序梯形圖</b></p><p>　　根據(jù)對交通信號燈的控制要求及P

32、LC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，其梯形圖如圖6-20所示，</p><p><b>　　第5章 總結(jié)</b></p><p><b>　　5.1程序調(diào)試</b></p><p>　　經(jīng)過設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤。剛開始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈

33、亮不起來而且在完成了一個(gè)周期后就循環(huán)不起來了。那時(shí)真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時(shí)候第二周期就再?zèng)]有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個(gè)循環(huán)的繼電器

34、號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯(cuò)誤也找出來了。雖然找錯(cuò)誤是一個(gè)枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動(dòng)西。</p><p><b>　　5.2難點(diǎn)分析</b></p><p>　　其實(shí)現(xiàn)場實(shí)況車輛的流量是變化的，本設(shè)計(jì)只是對其路燈起到一個(gè)開關(guān)的作用，即開關(guān)量控制系統(tǒng)。由于所學(xué)知識及設(shè)備有限，無法對其路燈進(jìn)行智能化控制，所以在編程時(shí)就沒把智能控制

35、這一塊加上去，再加上編程軟件無法下載，在畫梯形圖方面受到一點(diǎn)阻礙。下面我就對智能化控制路燈作一些原理上的介紹。</p><p>　　本程序在設(shè)計(jì)過程遇到了一些難點(diǎn)我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)問題。</p><p>　　(1)行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對應(yīng)關(guān)系</p><p>　　因?yàn)閷?shí)際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對應(yīng)關(guān)系的，所以在編

36、程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時(shí)簡化程序、減少PLC不必要的運(yùn)算 。</p><p>　　(2)自動(dòng)動(dòng)車流控制按鍵的控制方式</p><p>　　手動(dòng)車流控制按鍵是對相應(yīng)的主干道綠燈延長的進(jìn)行控制，但不能使它在按下時(shí)使改變當(dāng)時(shí)的紅綠燈顯示情況，如現(xiàn)在是南北紅燈東西綠燈時(shí)按下南北綠燈延長按鍵就不能使它變成南北綠燈東西紅燈。這就涉及到了一個(gè)請求和響應(yīng)的關(guān)系。</p>&l

37、t;p>　　較死板閃爍頻率不能控制。</p><p><b>　　(3)交通燈的閃亮</b></p><p>　　交通燈綠燈在實(shí)際運(yùn)行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)計(jì)程序中也要加入這個(gè)功能，參考了一些PLC的交通燈程序介紹時(shí)發(fā)現(xiàn)PLC中有一些繼電器可以實(shí)現(xiàn)閃爍這些繼電器也就是PLC內(nèi)部的功能繼電器，這是一種硬件實(shí)現(xiàn)功能的方法，雖然程序可以減少但比較死板閃爍頻率不能控