交通信號燈plc控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1總體概述</b></p><p><b>　　1.1 概述 </b></p><p>　　隨著社會(huì)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(jì)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(dòng)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(jì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)調(diào)試等問題來進(jìn)行具體分析討論。實(shí)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(shí)現(xiàn)。</p><

3、;p>　　1.1.1 PLC的定義</p><p>　　可編程控制器（Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)人計(jì)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(jì)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(huì)（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(jì)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(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)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(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。”</p><p>　　1.1.2 PLC的結(jié)構(gòu)</p><p

6、>　　PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)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(gè)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(jì)目的</p><p>　　PLC原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)領(lǐng)域重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)之一，主要以小型實(shí)用性PLC控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)為主。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dòng)手能力。</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　利用PLC設(shè)計(jì)控制十字路口交通燈的全自動(dòng)運(yùn)行，系統(tǒng)啟動(dòng)后，根據(jù)設(shè)置好的東西南北方向的通車時(shí)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(gè)周期工作后自動(dòng)進(jìn)入下一個(gè)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(gè)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(gè)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(shí)一段時(shí)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(shí)南北路口的綠燈亮，南北路口方向開始通車，延時(shí)一段時(shí)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(jì)</b></p>

10、<p>　　2.1 原理分析設(shè)計(jì)</p><p>　　首先，詳細(xì)分析被控對象的工藝過程及工作特點(diǎn)， 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(diǎn)數(shù)。采用合適的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)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(diǎn)，PLC還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實(shí)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(shí)差，把N臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)到一臺(tái)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(jì)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(gè)系統(tǒng)可能是單個(gè)機(jī)器，機(jī)群或一個(gè)生產(chǎn)過程。</p><p>　?。?）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>　?。?）判斷一下所要控制設(shè)備或

13、系統(tǒng)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)是否符合可編程控制器的點(diǎn)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(dòng)開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)開關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止工作。控制對象有八個(gè)：東西方向紅燈兩個(gè) ， 南北方向紅燈兩個(gè)，東西方向黃燈兩個(gè) , 南北方向黃燈兩個(gè)，東西方向綠燈兩個(gè) , 南北方向綠燈兩個(gè)。東西南北四個(gè)方向各設(shè)有人行道指示燈紅燈兩個(gè)，綠燈兩個(gè)。&

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(shí)間的可行性分析，是為了更科學(xué)的，更加合乎實(shí)際的確定車輛行駛時(shí)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(shí)器定時(shí)，進(jìn)行系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動(dòng)開關(guān) ON 則系統(tǒng)工作；起動(dòng)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(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件資源及其分配</p><p&

16、gt;　　硬件實(shí)施方面主要是進(jìn)行控制柜（臺(tái)）等硬件的設(shè)計(jì)及現(xiàn)場施工。主要內(nèi)容有：</p><p>　?。?） 設(shè)計(jì)控制柜和操作臺(tái)等部分的電器布置圖及安裝接線圖。</p><p>　　（2）設(shè)計(jì)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(jì)與硬件實(shí)施可同時(shí)進(jìn)行

17、，因此PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)按鈕SB1、停止按鈕SB2、東西方向紅綠黃燈有3個(gè)交通信號燈；南北方向紅綠黃燈有3個(gè)交通信號燈，并在東西南北四個(gè)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(dòng)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(gè)，南北方向同樣設(shè)有紅綠燈4個(gè)。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(gè)輸出繼電器不能帶動(dòng)兩只信號燈，可以采用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一只信號燈，也可以采用輸出繼電器先帶動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動(dòng)信號燈。</p><p>　　3.3系統(tǒng)的操作面板</p><p>　　實(shí)驗(yàn)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(diǎn)Y2、Y1、Y0，東西紅、黃、綠燈R、Y、G分別接主機(jī)的輸出點(diǎn)Y5、Y4、Y3，模擬南北向行駛車的燈接主機(jī)的輸出點(diǎn)Y6，模擬東西向行駛車的燈接主機(jī)的輸出點(diǎn)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(shí)驗(yàn)面板圖</p><p>　　3.4 交通燈控制過程</p><p>

21、　　當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)SD合上時(shí)，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(jì)時(shí)器接通其T1的常閉觸點(diǎn)打開是東西南北紅燈同時(shí)熄滅但其常開觸點(diǎn)接通使南北紅燈和東西綠燈亮。當(dāng)再過三十秒時(shí)T2計(jì)時(shí)器接通使T2的常閉觸點(diǎn)斷開同時(shí)南北紅燈和東西綠燈熄滅。但T2的常開觸點(diǎn)接通使南北紅燈和東西黃燈亮。同時(shí)東西紅燈亮南北紅燈亮。當(dāng)再過十秒T0計(jì)時(shí)器接通使T0常閉觸點(diǎn)打開同時(shí)南北紅燈和東西黃燈熄滅。但T2的常開觸點(diǎn)接通使南北綠燈和

22、東西紅燈亮。當(dāng)再過十秒T4計(jì)時(shí)器接通使T4的常閉觸點(diǎn)打開同時(shí)南北綠燈和東西紅燈熄滅。但T4的常開觸點(diǎn)接通使南北黃燈閃爍和東西紅燈亮。當(dāng)再過二十秒T5計(jì)時(shí)器接通使T5的常閉觸點(diǎn)打開同時(shí)南北黃燈和東西紅燈熄滅。上述是五個(gè)工作過程，周而復(fù)始的進(jìn)行。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 時(shí)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(jì)方法來設(shè)計(jì)PLC程序。在PLC上電后，一般都要做一些初始化的操作，為啟動(dòng)作必要的準(zhǔn)備，避免系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。初始化程序?qū)δ承?shù)據(jù)區(qū)、計(jì)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(jì)基本完成時(shí)再添加。</p><p><

24、;b>　　圖4.1 時(shí)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(jì)方法來設(shè)計(jì)PLC程序。程序要以滿足系統(tǒng)控制要求為主線，逐一編寫實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)要求的功能，在FX2N中根據(jù)時(shí)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(jì)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(shí)按下停止按鈕可以停止系統(tǒng)運(yùn)行，或者等待100個(gè)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(diǎn)亮的PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)運(yùn)行。本例用電路板上四邊放置的4組共12個(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M].北京：人民郵