基于PLC的交通灯设计说明.doc
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1、 .基于PLC的交通灯设计摘 要自动控制装置的先进程度是体现工业自动化水平的重要标志。随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展,可编程序控制器已经成为工业控制的标准设备之一。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器,简化控制线路、提高系统可靠性,是PLC的最大优点;根据实际工艺要求,借助于顺序功能图和梯形图来编制用户控制程序,实现单台设备或生产过程的顺序控制,则是PLC的主要功能之一。本课题是对可编程控制器的顺序控制进行实际的应用,通过西门子的STEP7可编程控制软件对十字路口交通灯编写来研究顺序控制在使用中的作用。随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关
2、注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分关键字 交通控制 交通灯 事件发生器 定时器目 录1 绪论1.1 课题的背景和意义1.2 国内外现状1.3 方案比较1.3.1 采用数字逻辑电路设计1.3.2 PLC设计1.4 可编程控制器1.5 课题设计内容2 系统设计2.1 控制要求2.2 系统硬件设计2.2.1 机型选择与I/O分配2.2.2 内存变量表2.3 软件设计3 系统检测与调试3.1检测与调试4 结论与展望结束语致谢参考文献附
3、录 可编程逻辑控制器程序1 绪论1.1 课题的背景和意义当今,红绿灯安装在各个道口上,已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。社会的发展,人们的消费水平不断的提高,私人车辆不断的增加。人多、车多道路窄的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心,采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档,相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的有车放行,减少十字路口的车辆滞流,缓解交通拥挤、实现最优控制,从而提高了交通控制系统的效率.PLC的应用正在不断地走向
4、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。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。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中,PLC往往是作为一个核心部件来使用。1.2 国内外现状21世纪,PLC会有更大的发展。从技术上看,计算机技术的新成
5、果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现;从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作
6、为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。在中国机动车量的不断增加,许多大城市如北京、上海、南京等地出现了交通超负荷运行的情况,交通事故的问题也越来越严重。并且由于各种特殊车辆(如120急救车、119火警车、110警车及各种特种车辆)在紧急情况之下不受红灯限制,也给交通带来很多不便,甚至造成交通事故。而且,目前大多数交通灯在同一时刻都会出现两个或两个以上方向同时为绿灯的情况,也增加了交通事故的发生率。因此,设计一种专为特殊车辆通过而不至于引发任何交通事故、正常交通控制时任何时刻只有一个方向通行绿灯的现代化智能交通灯控制系统是迫切需要的。1.3
7、 方案比较1.3.1 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
8、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。1.3.2 PLC设计采用计算机和西门子S7系列PLC,在计算机上编
9、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.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。本系统采用PLC是基于以下四个原因: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
10、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。1.4 可编程控制器可编程序控制器(program logical controller),简称PLC,是一种专为在工业环境应用而设计的数字运算电子系统,它是以微处理机为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术等现代科技而发展起来的一种新型工业自动控制装置,是当今工业发达国家自动控制的标准设备之一。由于PLC采用了“三机一体化”的综合技术即集计算机、仪器仪表、电气控制于一身,具有高可靠
11、性、强抗干扰能力、组合灵活、编程简单、维修方便和低成本等诸多特点,因而与其它控制器相比它更加适合工业控制环境和市场的要求;再加上PLC发展过程中产品的系列化、产业化和标准化,使之从早期的逻辑控制、顺序控制迅速扩展到了连续控制,开始进入批量控制和过程控制领域,并迅速成为工业自动化系统的支柱。目前,PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃。PLC具有以下特点:(l)可靠性高。PLC的高可靠性得益于软、硬件上一系列的抗干扰措施和它。特殊的周期循环扫描工作方式。(2)具有丰富的I/O接口模块。PLC针对不同的工业现场信号,有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备直接连接。另外为了提高操
12、作性能,它还有多种人机对话的接口模块;为了组成工业局部网络,它还有多种通讯联网的接口模块。(3)采用模块化结构。为了适应各种工业控制需要,除了单元式的小型PLC以外,绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件,包括CPU、电源、I/O等均采用模块化设计,由机架及电缆将各模块连接起来,系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。(4)编程简单易学。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式,对使用者来说,不需要具备计算机的专门知识,因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。(5)安装简单,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。各种模块上均有运行和故障指示装
13、置,便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构,因此一旦某模块发生故障,用户可以通过更换模块的方法,使系统迅速恢复运行。由于PLC强大功能和优点,使得其在我国的水工业自动化中得到广泛的应用。PLC在水工业自动化中的应用主要有水厂监控系基于PLC的变频恒压供水系统的设计统、自动控制系统、自动加氯、自动加矾、水泵变频调速、SCADA系统和供水管网信息管理系统等。其主要功能是进行工艺参数的采集、生产过程控制、信息处理、设备运行状态监测以及水质监测等。PLC的软件可分为系统软件和用户程序两大部分:(l)系统软件:也称之为常驻的操作系统软件。它又包括基本控制单元软件和编程软件两部分。另外,一些特
14、殊功能模块也带有自己的操作系统软件。通常,一个PLC机架只能容纳一定数量的模块插件,这种包含主机模块和部分I/O模块的机架称为基本控制单元。基本控制单元软件固化在主机模块的EPROM中,其主要功能为:进行PLC自身的管理和监督(如开机自检,运行中监督CPU、电池电压是否正常);循环解释运行用户程序;集中进行输入信号的扫描和输出控制的更新编程器软件用来支持用户程序的输入,也可以用来监控用户程序的执行过程。当用户程序己装入PLC的存储器,编程器就可以被分离,基本控制单元将自动进入执行用户程序状态。考虑到PLC内部结构的复杂性,系统软件应有专业技术人员进行设计,一般用户不允许直接设计系统的内部操作。
15、用户程序:这是用户应用PLC进行控制所需要编制的程序。目前,在PLC中普遍使用梯形图编程方法。这种编程方法是在传统继电器梯形图基础上进行一定演变而形成的,突出了各编程原件之间的逻辑关系。与硬接线的梯形图不同,PLC梯形图逻辑是由软件实现的,因此既形象直观便于编写,又易于扩展和修改功能。1.5 课题设计内容按照城市交通控制的需要,本文讨论了用PLC实现正常有序的控制方式,进而对十字路口的交通实现智能控制。 当启动开关接通时,系统开始工作,首先是东西通行,即东西绿灯亮,南北红灯亮。东西绿灯工作到40秒时,开始五秒钟的闪烁,然后变为黄灯,黄灯工作5秒后,东西路口的红灯亮50秒。与此同时南北方向交通灯
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