基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

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1、基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)姓 名: 學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師:摘要為了解決十字路口的交通擁擠狀況,本文提出了一種基于PLC、車流量檢測(cè)系統(tǒng)和數(shù)值比較器的十字路口交通燈實(shí)時(shí)控制方案。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了交通燈控制系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)。通過車流量檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字路口車流量的智能檢測(cè),并根據(jù)車流量的變化,實(shí)時(shí)地對(duì)紅綠燈時(shí)間進(jìn)行合理調(diào)配,從而提高了十字路口的通行能力。關(guān)鍵詞:PLC 車流量 檢測(cè)第一章 緒論1.1交通信號(hào)燈的研究意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通,并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的

2、交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng),使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況,成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈,通常的做法是:事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而,實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的,有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運(yùn)行、較適用的方案,仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的,統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀,更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。目前,大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍仍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制

3、方法。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的,采用固定時(shí)間的控制方法,經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi),出現(xiàn)空等現(xiàn)象,影響了道路的暢通。為此,采用不依賴數(shù)學(xué)模型的根據(jù)車流量控制的方法設(shè)計(jì)交通燈控制器,能較好地解決這個(gè)問題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用,城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重,為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。1.2 PLC發(fā)展的現(xiàn)狀可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡稱PC或PLC,是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件,是美國數(shù)字公司(DEC )為美國通用公司(GM)研

4、制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上,可編程控制器自此誕生。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制,但隨著技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化,其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展,同時(shí)推動(dòng)了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展,現(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。第二章 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的、有按預(yù)定時(shí)間段改變通行時(shí)間的,有以電視監(jiān)控信息來干預(yù)的等多種方法與手段,各有特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)以車流量為核心的智能交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng),通過使用一種車流量檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)車量,實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。根據(jù)

5、車流量檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)出的車流量,利用數(shù)值比較器進(jìn)行比較,將南北和東西兩個(gè)方向車流量的比較結(jié)果送入PLC進(jìn)行控制,從而調(diào)節(jié)兩個(gè)方向紅綠燈時(shí)間的長短。2.2十字路口交通燈布置圖根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可分析得出,本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)值比較器、PLC和紅綠燈。其布置圖如圖2-1所示:圖2-1 十字路口布置圖2.3系統(tǒng)的控制要求如果十字路口實(shí)行交通燈智能控制系統(tǒng),則相當(dāng)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的交警對(duì)各方向的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì),根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時(shí)間,從而進(jìn)行合理的調(diào)配,防止車輛的堵塞,較好地解決了上述問題,這是代替模擬控制的有效辦法。交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下:1.信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開關(guān)控制,

6、當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí),檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)數(shù)值比較器,將結(jié)果送給PLC。系統(tǒng)開始工作,且先南北綠燈亮,東西紅燈亮。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí),所有信號(hào)燈都熄滅。2.南北綠燈亮維持一段時(shí)間后南北黃燈閃爍,同時(shí)東西紅燈亮相同時(shí)間后紅燈閃爍。3.南北黃燈閃爍5秒。南北紅燈亮一段時(shí)間,同時(shí)東西紅燈閃爍5秒,東西綠燈亮與南北方向相同時(shí)間。4.南北紅燈亮維持一段時(shí)間后南北紅燈閃爍5秒,熄滅。同時(shí)東西綠燈維持相同時(shí)間后,東西黃燈閃爍5秒,熄滅。5.周而復(fù)始。 第三章 系統(tǒng)的資源配置3.1I/O地址分配PLC與電氣回路的接口,是通過輸入輸出部分(I/O)完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路,其輸入暫存器反映輸入信號(hào)

7、狀態(tài),輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。在本系統(tǒng)中要用到接通延時(shí)定時(shí)器,接通延時(shí)型定時(shí)器是各種PLC中最常見最基本的定時(shí)器,這種定時(shí)器在 SIEMENS的PLC中,稱為SD型定時(shí)器。其定時(shí)時(shí)間T=PTS,即定時(shí)時(shí)間=設(shè)定值精度。1ms: T32, T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25根據(jù)系統(tǒng)的控制要求可分析得出PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表見表3-1。表3-1 PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表輸入信號(hào)定時(shí)元件輸出信號(hào)名稱代號(hào)輸入點(diǎn)編號(hào)T37,T38,T39,T40,T41,T42,T43,T44,T45,T46,T47,T48名稱代號(hào)輸出點(diǎn)編號(hào)工作開關(guān)

8、SB1I0.0T37,T41,T45分別代表南北綠燈亮30秒,20秒,25秒,東西紅燈亮30秒,20秒,25秒南北綠燈L0Q0.0比較結(jié)果Y0I0.1T38,T42,T46:南北黃燈閃爍5秒,東西紅燈閃爍5秒南北黃燈L1Q0.1比較結(jié)果Y1I0.2T39,T44,T47分別代表南北紅燈亮20秒,30秒,25秒,東西綠燈亮20秒,30秒,25秒南北紅燈L2Q0.2比較結(jié)果Y2I0.3T40,T45,T48:南北紅燈閃爍5秒,東西黃燈閃爍5秒東西綠燈L3Q0.3東西紅燈L4Q0.4東西黃燈L5Q0.53.2交通燈系統(tǒng)的接線形式端口I0.0為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號(hào),端口Q0.0接南北綠燈,端口Q0.

9、1接南北黃燈,端口Q0.2接南北紅燈,端口Q0.3接?xùn)|西綠燈,端口Q0.4接?xùn)|西黃燈,端口Q0.5接?xùn)|西紅燈。I0.0 接線圈M0.0,I0.1接線圈M0.1,I0.2接線圈M0.2。第四章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及模擬4.1系統(tǒng)的程序思想設(shè)南北方向最大車流量為A,東西方向最大車流量為B。其流程圖如圖4-1、圖4-2、圖4-3、圖4-4所示:圖4-1 主程序流程圖 圖4-2 狀態(tài)S1流程圖 圖4-3 狀態(tài)S2流程圖 圖4-4 狀態(tài)S3流程圖4.2系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)及說明系統(tǒng)的主梯形圖如下所示:圖4-5 南北方向車流量比東西方向大圖4-6 南北方向車流量比東西方向小圖4-7 兩個(gè)方向車流量相等I0.1、I0.

10、2、I0.3由數(shù)字比較器的結(jié)果控制,當(dāng)南北方向車流量比東西方向大時(shí),I0.1為1,I0.2、I0.3為0,線圈M0.0通電,當(dāng)南北方向車流量比東西方向小時(shí)。I0.2為1,I0.1、I0.3為0,線圈M0.1通電當(dāng)兩個(gè)方向車流量相等時(shí),I0.3為1,I0.1、I0.2為0,線圈M0.2通電。其梯形圖如圖4-5、圖4-6、圖4-7所示。圖4-8 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M0.0控制通斷當(dāng)線圈M0.0通電時(shí),計(jì)時(shí)器T37、T38、T39、T40開始計(jì)時(shí),30秒后T37通電,35秒后T38通電,55秒后T38通電,60秒后計(jì)時(shí)器T37、T38、T39、T40均斷電。圖4-9 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M

11、0.1控制通斷當(dāng)線圈M0.1通電時(shí),計(jì)時(shí)器T41、T42、T43、T44開始計(jì)時(shí),20秒后T41通電,25秒后T42通電,55秒后T43通電,60秒后計(jì)時(shí)器T41、T42、T43、T44均斷電。圖4-10 設(shè)定的紅綠燈的時(shí)間由線圈M0.2控制通斷當(dāng)線圈M0.2通電時(shí),計(jì)時(shí)器T45、T46、T47、T48開始計(jì)時(shí),20秒后T45通電,25秒后T46通電,55秒后T47通電,60秒后計(jì)時(shí)器T45、T46、T47、T48均斷電。圖4-11 開關(guān)控制南北綠燈啟動(dòng)開關(guān)I0.0閉合,當(dāng)線圈M0.0通電時(shí),南北綠燈亮30秒;當(dāng)線圈M0.1通電時(shí),南北綠燈亮20秒;當(dāng)線圈M0.2通電時(shí),南北綠燈亮25秒。圖4

12、-12 表示說明南北黃燈閃爍5秒當(dāng)T37通電時(shí)南北黃燈閃爍,5秒后T38通電,常閉開關(guān)動(dòng)作,閃爍結(jié)束,其余同理。圖4-13 南北紅燈亮,然后閃爍5秒當(dāng)T38通電時(shí),南北紅燈亮,維持到T39通電,T39常閉開關(guān)動(dòng)作;接著南北紅燈閃爍5秒,其余同理。圖4-14 東西綠燈亮當(dāng)T38通電時(shí),東西紅燈亮,20秒后T39通電,T39常閉開關(guān)動(dòng)作,紅燈熄滅;當(dāng)T42通電時(shí),東西紅燈亮,30秒后T43通電,T43常閉開關(guān)動(dòng)作,紅燈熄滅;當(dāng)T46通電時(shí),東西紅燈亮,25秒后T47通電,T47常閉開關(guān)動(dòng)作,紅燈熄滅。圖4-15 東西黃燈閃爍5秒當(dāng)T39通電時(shí),南北黃燈開始閃爍,5秒后T40通電,T40常閉開關(guān)動(dòng)作

13、,東西黃燈熄滅;當(dāng)T43通電時(shí),南北黃燈開始閃爍,5秒后T44通電,T44常閉開關(guān)動(dòng)作,東西黃燈熄滅;當(dāng)T47通電時(shí),南北黃燈開始閃爍,5秒后T48通電,T48常閉開關(guān)動(dòng)作,東西黃燈熄滅。圖4-16 東西紅燈亮然后閃爍5秒按下啟動(dòng)按鈕I0.0時(shí),當(dāng)線圈M0.0得電時(shí),東西紅燈開始亮,30秒后T37通電,T37常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈開始閃爍,5秒后T38得電,T38常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈熄滅;當(dāng)線圈M0.1得電時(shí),東西紅燈開始亮,20秒后T41通電,T41常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈開始閃爍,5秒后T42得電,T42常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈熄滅;當(dāng)線圈M0.2得電時(shí),東西紅燈開始亮,25秒后T45通電,

14、T45常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈開始閃爍,5秒后T46得電,T46常閉開關(guān)動(dòng)作,南北紅燈熄滅。4.3設(shè)計(jì)程序仿真本設(shè)計(jì)基于IASIMU107B S7200 PLC仿真軟件進(jìn)行仿真,由于仿真過程大致相同,以下只對(duì)當(dāng)線圈M0.0通電時(shí)的仿真進(jìn)行詳細(xì)的圖文解釋。當(dāng)開關(guān)SB1合上時(shí),根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果,相應(yīng)線圈得電。即當(dāng)南北車流量比東西方向大時(shí),線圈M0.0得電。當(dāng)線圈M0.0得電時(shí),T37通電待30秒后動(dòng)作(南北綠燈熄滅),南北黃燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向紅燈亮30秒后熄滅,接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮20秒,接著紅燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向綠燈亮20秒后,黃燈閃爍5秒。

15、此處再次表明端口含義:端口I0.0為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號(hào),端口Q0.0接南北綠燈,端口Q0.1接南北黃燈,端口Q0.2接南北紅燈,端口Q0.3接?xùn)|西綠燈,端口Q0.4接?xùn)|西黃燈,端口Q0.5接?xùn)|西紅燈。在仿真程序載入.awl用戶程序,將端口I0.0、I0.1勾選,運(yùn)行程序,即表示線圈M0.0通電,如圖4-17所示。即T37通電待30秒后進(jìn)行南北綠燈熄滅,東西方向紅燈亮30秒后熄滅動(dòng)作,如圖4-18所示。圖4-17 M0.0閉合,南北綠燈亮30秒,東西紅燈亮30秒圖4-18 南北綠燈亮30秒,東西紅燈亮30秒南北綠燈亮30秒,東西紅燈亮30秒后,隨即南北黃燈閃爍5秒,東西紅燈閃爍5秒,其模擬顯

16、示如圖4-19 所示。圖4-19 南北黃燈閃爍5秒,東西紅燈閃爍5秒南北黃燈閃爍5秒,東西紅燈閃爍5秒后,隨即南北紅燈亮20秒,接著東西方向綠燈亮20秒,其模擬如圖4-20 所示。圖4-20 南北紅燈亮20秒,東西方向綠燈亮20秒南北紅燈亮20秒,東西方向綠燈亮20秒后,隨即南北紅燈閃爍5秒,東西方向黃燈閃爍5秒,其模擬如圖4-21 所示。圖4-21 南北紅燈閃爍5秒,東西黃燈閃爍5秒同理當(dāng)開關(guān)SB1合上時(shí),根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果,相應(yīng)線圈得電,即當(dāng)南北車流量比東西方向小時(shí),線圈M0.1得電;一樣多時(shí),線圈M0.2得電。當(dāng)線圈M0.1得電時(shí),T37通電待20秒后動(dòng)作(南北綠燈熄滅),南北

17、黃燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向紅燈亮20秒后熄滅,接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮30秒,接著紅燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向綠燈亮30秒后,黃燈閃爍5秒。當(dāng)線圈M0.2得電時(shí),T37通電待25秒后動(dòng)作(南北綠燈熄滅),南北黃燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向紅燈亮25秒后熄滅,接著紅燈閃爍5秒。南北黃燈閃爍5秒后紅燈亮25秒,接著紅燈閃爍5秒,與此同時(shí),東西方向綠燈亮25秒后,黃燈閃爍5秒。自南北紅燈閃滅及東西黃燈閃亮?xí)r間達(dá)到相應(yīng)時(shí)間后,T40、T45、T48的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,T37、T41、T45動(dòng)斷觸點(diǎn)復(fù)位,線圈M0.0、M0.1、0.2重新得電,只要沒有斷開按鈕SB1,系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去。12

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