智能交通系統(tǒng)plc設(shè)計說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第1章 PLC的概述2</p><p>　　1.1 PLC的發(fā)展歷程2</p><p>　　1.2 PLC的構(gòu)成2</p><p>　　1

2、.3 CPU的構(gòu)成3</p><p>　　1.4 I/O模塊3</p><p>　　1.5 電源模塊4</p><p>　　1.6 底板或機架4</p><p>　　1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備4</p><p>　　1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)4</p><p>　　第2章

3、 題目分析及編程方案6</p><p>　　2.1 題目可行性分析6</p><p>　　2.2 車輛的存在與通過的檢測6</p><p>　　2.2.1 感應(yīng)線圈(電感式傳感器)6</p><p>　　2.2.2 電路7</p><p>　　2.2.3 硬件配置7</p><

4、;p>　　2.2.4 車輛計數(shù)13</p><p>　　2.3 用PLC實現(xiàn)智能交通燈控制14</p><p>　　2.3.1 控制系統(tǒng)的組成14</p><p>　　2.3.2 車流量的計量14</p><p>　　第3章 智能交通系統(tǒng)PLC編程16</p><p>　　3.1 十字路口交

5、通信號燈控制系統(tǒng)的控制要求16</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的控制要求17</p><p>　　3.2.1 正常循環(huán)運行17</p><p>　　3.2.2 急車強通控制19</p><p>　　3.3 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的PLC選型21</p><p>　　3.3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)

6、成圖22</p><p>　　3.3.2 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的資源分配22</p><p>　　3.4 程序時序圖24</p><p>　　第4章 程序編程和調(diào)試26</p><p>　　4.1 編程軟件簡介26</p><p>　　4.1.1 畫面構(gòu)成及各部名稱26</p>

7、<p>　　4.1.2 PLC程序調(diào)試27</p><p>　　4.2 程序調(diào)試29</p><p>　　4.2.1 模擬定時循環(huán)控制29</p><p>　　4.2.2 模擬定時調(diào)整控制30</p><p>　　4.3 源程序31</p><p>　　4.3.1 智能交通系統(tǒng)PLC設(shè)計

8、程序31</p><p>　　4.3.2 智能交通系統(tǒng)模擬定時程序31</p><p>　　4.3.3 智能交通系統(tǒng)模擬調(diào)整程序31</p><p>　　結(jié) 論38</p><p>　　致 謝39</p><p>　　參 考 文 獻40</p><p>&

9、lt;b>　　摘 要</b></p><p>　　目前國內(nèi)十字路口的交通燈控制一般是定時切換控制的。在當(dāng)今高速發(fā)展的社會里，交通問題成為大家關(guān)注的社會問題，汽車數(shù)量的直線上升及現(xiàn)有的定時切換控制交通方式的局限性都使得我們有必要尋求一種智能的交通控制系統(tǒng)，基于此本論文的思路是:通過探測器(即電磁感應(yīng)線圈)探測出汽車的流量后自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。車輛的流量記數(shù)、交通燈的時長控制可由可編程控制器(

10、PLC)來實現(xiàn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 智能交通；探測；車流量；可編程控制器</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條

11、是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費。 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個先進國家已采用智能方式來控制交通信號，其中主要運用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近

12、的地下按要求埋設(shè)交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計數(shù)，按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。 比較傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不</p><p>　　本畢業(yè)論文分為以下幾部分

13、組成：PLC基礎(chǔ)知識簡介，題目分析編程方案，智能交通系統(tǒng)PLC編程，程序編程和調(diào)試。</p><p>　　第1章 PLC的概述</p><p>　　在自動化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（16.4%）、化學(xué)/制藥（14.6%）、金屬/礦山（11.5%）、紙漿/造紙（11.3%）等行業(yè)。</p

14、><p>　　1.1 PLC的發(fā)展歷程</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣

15、控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）?！　€人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC），現(xiàn)在，仍常常將PLC簡稱PC?！　LC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而編程。它采

16、用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易</p><p>　　1.2 PLC的構(gòu)成</p><p>　　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

17、塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。</p><p>　　1.3 CPU的構(gòu)成</p><p>　　CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入

18、規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路?！　PU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。　　在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各

19、部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作?！　PU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。</p><p>　　1.4 I/O模塊</p>

20、<p>　　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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊?！　￠_關(guān)量是指只有開和關(guān)（或1和0）兩種狀態(tài)的信號，模擬量是指連續(xù)變化的量。常用的I/O分類如下：　　

21、開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離?！　∧M量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。 除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。</p><p>　　按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可

22、多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。</p><p><b>　　1.5 電源模塊</b></p><p>　　PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VAC）。</p>&

23、lt;p>　　1.6 底板或機架</p><p>　　大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。</p><p>　　1.7 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備</p><p>　　1、編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編

24、程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當(dāng)編程器?！　?、人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機界面非常普及?！　?、輸入輸出設(shè)備：用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，如EPROM、EEPROM寫入器、條碼閱讀器，輸入模擬量的電位器

25、，打印機等。</p><p>　　1.8 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)</p><p>　　依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法?！　LC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC

26、具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口?！　LC的通信，還未實現(xiàn)互操作性，IEC規(guī)定了多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PLC各廠家均有采用?！　τ谝粋€自動化工程(特別是中大規(guī)?？刂葡到y(tǒng))來講，選擇網(wǎng)絡(luò)非常重要的。首先，網(wǎng)絡(luò)必須是開放的，以方便不同設(shè)備的集成及未來系統(tǒng)規(guī)模的擴展；其次，針對不同網(wǎng)絡(luò)層次的傳輸性能要求，選擇網(wǎng)絡(luò)的形式，這必須在較深入地了解該網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、機制的前提下進行；再次，綜合考慮系統(tǒng)成本、設(shè)備兼容性、現(xiàn)

27、場環(huán)境適用性等具體問題，確定不同層次所使用的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　第2章 題目分析及編程方案 </p><p>　　2.1 題目可行性分析</p><p>　　據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是

28、空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費。 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個先進國家已采用智能方式來控制交通信號，其中主要運用GPS全球定位系統(tǒng)等。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的

29、地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計數(shù)，按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。 比較傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言</p><p>　　2.2 車輛的存在與通過

30、的檢測</p><p>　　2.2.1 感應(yīng)線圈(電感式傳感器)</p><p>　　電感式傳感器其主要部件是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線(特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預(yù)埋，老路則需開挖再埋)。當(dāng)有高頻電流通過電感時，公路面上就會形成如圖2.1中虛線所形成的高頻磁場。當(dāng)汽車進入這一高頻磁場區(qū)時，汽車就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方

31、時，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開這高頻磁場區(qū)時，該感應(yīng)線圈電感逐漸復(fù)原到初始狀態(tài)。由于電感變化該感應(yīng)線圈中流動的高頻電流的振幅(本論文所涉及的檢測工作方式)和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測相位或振幅變化的檢測器，就可得到汽車通過的電信號。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過。 電感式傳感器的高頻電流頻率為60kHz，尺寸為  2×3m，電感

32、約為100μH.這種傳感器可檢測的電感變化率在0.3％以上。 電感式傳感器安裝在公路下面，從交通安全和美觀考慮, 它是理想的傳感器。傳感器最好選用防潮性能好的原材料。</p><p>　　圖2.1 車輛檢測原理圖及檢測電路電壓脈沖輸出波形</p><p><b>　　2.2.2 電路</b></p><p>　　檢測汽車存在

33、的具體實現(xiàn)是在感應(yīng)線圈的始端連接上檢測電感電流變化的檢測器, 并將之轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖電壓輸出。其具體電路圖由三部分組成:信號源部分、檢部分、比較鑒別部分。原理框圖如圖2.2所示, 輸出脈沖波形見圖</p><p>　　圖2.2  車輛存在與檢測電路原理框圖</p><p>　　2.2.3 硬件配置</p><p>　　1 60KHZ信號源：&l

34、t;/p><p>　　RC橋式振蕩電路如圖2.3所示，它由兩部分組成，即放大電路和選頻網(wǎng)絡(luò)。由圖中可知由于Z1、Z2和R1、Rf正好形成一個四臂電橋，因此這種振蕩電路常稱為RC橋式振蕩電路。</p><p>　　圖 2.3 RC橋式振蕩電路</p><p>　　由圖可知，在時，經(jīng)RC反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭\放同相端的電壓與同相，即有和。這樣，放大電路和由Z1、Z2組成的反饋網(wǎng)

35、絡(luò)剛好形成正反饋系統(tǒng)，可以滿足相位平衡條件，因而有可能振蕩。</p><p>　　實現(xiàn)穩(wěn)幅的方法是使電路的/ 值隨輸出電壓幅度增大而減小。起振時要求放大器的增益 >3,例如，Rf用一個具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻代替，當(dāng)輸出電壓增加使的功耗增大時，熱敏電阻減小，放大器的增益下降，使的幅值下降。如果參數(shù)選擇合適，可使輸出電壓幅值基本恒定，且波形失真較小。</p><p>　　由于集成運放接

36、成同相比例放大電路，它的輸出阻抗可視為零，而輸入阻抗遠比RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的阻抗大得多，可忽略不計，因此，振蕩頻率即為RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成正弦振蕩電路的正反饋,在處,正反饋系數(shù)，而和當(dāng)構(gòu)成電路中的負反饋，反饋系數(shù)。F+ 與F-的關(guān)系不同，導(dǎo)致輸出波形的不同。</p><p>　　選用R等于13.25K的電阻， 選用C等于200PF的電容， 、分別選用250 K 和100K。</p>&l

37、t;p>　　2 感應(yīng)線圈電流檢測電路：</p><p>　　圖 2.4 信號源電流檢測電路</p><p>　　我們采用單相半控橋式整流電路即整流電路中的整流元件有半數(shù)是二極管，其余半數(shù)是晶體管。半控整流電路的輸出也是完全可以連續(xù)平滑控制的。下圖表示單相半控橋式電阻電感負載電路及其波形，設(shè)負載電流因電感足夠大而平直。</p><p>　　當(dāng)電源U2正半波，

38、在=a時觸發(fā)VT1后，VT1，VD2導(dǎo)通，電流通路為：VT1－l－r－VD2，電流由電源提供；當(dāng)＝Π后，電源電壓u2經(jīng)零變負，但由于電感電勢的作用，電流仍將使，電感通過r－VD1－VT1回路放電。在＝Π處，二極管VD2電流換給VD1，電流iVD2及i2終止，在＝Π－（Π＋a）區(qū)間電流由電感釋放電能提供。</p><p>　　當(dāng)＝（Π＋a）時觸發(fā)VT2導(dǎo)通，由于VT2的 導(dǎo)通才能使VT1承受反壓而關(guān)斷，其后的工作過

39、程與前半周類似。由此可見，VT1觸發(fā)導(dǎo)通后，需VT2的觸發(fā)導(dǎo)通才能關(guān)斷。因此流過晶體管的電流在一周期內(nèi)各占一半，其換流時刻由門極觸發(fā)脈沖決定；而二極管VD1，VD2的 導(dǎo)通與關(guān)斷僅由電源的 正負半波決定，在＝n×Π處換流，所以單相半控橋式整流電路電感負載時各元件導(dǎo)通角均為180度，電源在a區(qū)間內(nèi)停止對負載供電。</p><p>　　半控橋式整流電路中的整流二極管VD1，VD2本身兼有續(xù)流二極管的作用，因

40、此電路中不需要另加續(xù)流二極管。但如果在工作中出現(xiàn)異常，比如VT2的觸發(fā)脈沖消失，則VT1由于電感續(xù)流作用將不能關(guān)斷，等到下一個正半波到來時，VT1無需觸發(fā)仍使導(dǎo)通，結(jié)果是，一只晶體管與兩只二極管之間輪流導(dǎo)電，其輸出電壓失去控制，這種情況稱為失控。失控時的輸出電壓相當(dāng)于單相半波不可控整流的電壓波形。</p><p>　　為了防止這種失控現(xiàn)象，仍須在半控式電路中加上續(xù)流二極管。</p><p>

41、;　　圖2.5感應(yīng)線圈電流檢測電路</p><p>　　電阻電感負載個電流電壓圖形如下：</p><p>　　圖2.6 圖2.7</p><p>　　圖2.8 圖2.9</p><p>　　圖2.10

42、 圖2.11</p><p><b>　　圖2.12</b></p><p><b>　　3 比較鑒別電路</b></p><p>　　我們采用電壓比較器，當(dāng)U－大于u＋時輸出－Uom，當(dāng)U－小于u＋時輸出＋Uom?？梢暈榭捎妹}沖。</p><p>　　圖2.

43、13 脈沖產(chǎn)生電路</p><p>　　上面的電路都要有脈沖才能實現(xiàn)控制，所以下面介紹脈沖產(chǎn)生電路。</p><p>　　4 單結(jié)晶體管觸發(fā)電路</p><p>　　改變電位器RP的數(shù)值可以調(diào)節(jié)輸出脈沖電壓的頻率。但是（RP＋R）的阻值不能太小，否則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通之后，電源經(jīng)過RP和R供給的電流較大，單結(jié)晶體管的電流不能降到谷點電流之下，電容電壓始終大于谷點電

44、壓，因此，單結(jié)晶體管就不能截止，造成單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。選用谷點電流大一些的管子，可以減少這種現(xiàn)象。當(dāng)然，（RP＋R）的阻值也不能太大，否則充電太慢，使晶閘管的最大導(dǎo)通角受到限制，減小移相范圍。一般（RP＋R）是幾千歐到幾十千歐。</p><p>　　單結(jié)晶體管觸發(fā)電路輸出的脈沖電壓的寬度，主要決定于電容器放大電的時間常</p><p>　　數(shù)。R1或C太小，放電快，觸發(fā)脈沖的寬度小，不

45、能使晶閘管觸發(fā)。因為晶閘管從阻斷狀態(tài)到完全導(dǎo)通需要一定時間，一般在10以下，所以觸發(fā)脈沖的寬度必須在10以上。如選用C＝0.11F，R1=250100Ω，就可得到數(shù)十微秒的脈沖寬度。但是，若C值太大，由于充電時間常數(shù)（RP+R）C的最小值決定于最小控制角，則（RP+R）就必須很小，如上所述，這將引起單結(jié)晶體管的直通現(xiàn)象。如果R1太大，當(dāng)單結(jié)晶體管尚未導(dǎo)通時，其漏電流就可能在R1上產(chǎn)生較大的電壓，這個電壓加在晶閘管的控制極上而導(dǎo)致誤觸發(fā)。

46、一般規(guī)定，晶閘管的不觸發(fā)電壓為0.150.3V，所以上述電壓不應(yīng)大于這個數(shù)值。</p><p>　　脈沖電壓的幅度決定于直流電源電壓和單結(jié)晶體管的分壓比。如電源電壓為20V，晶體管的分壓比為0.5，則在單結(jié)晶體管導(dǎo)通時，電容器上的電壓約為10V，除去管壓降外，可以獲得幅度為78V的輸出脈沖電壓。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，輸出脈沖的寬度和幅度都能滿足觸發(fā)晶閘管的要求。</p><p>　　圖 2.14

47、中的電阻R2是作溫度補償用的。因為在UP＝UBB＋UD的式中，分壓比幾乎不隨溫度而變，而UD將隨溫度上升而略有下降。這樣，UP就要隨溫度而變，這是不希望的。當(dāng)接入R2（及R1）后，UBB是由穩(wěn)壓電源的電壓UZ經(jīng)R2、RBB、R1分壓而得，而RBB隨溫度上升而增大，因此在溫度上升后，RBB增大，電流</p><p>　　就減小，R1和R2上的壓降也相應(yīng)減小，UBB就增大一些，于是補償了UD因溫度上升而下降之值，從而

48、使峰點電壓UP保持不變。</p><p>　　圖2.14 由單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相半控橋式整流電路</p><p>　　2.2.4 車輛計數(shù) </p><p>　　車輛計數(shù)是智能控制的關(guān)鍵，為防止車輛出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象，環(huán)狀絕緣電線在地下的鋪設(shè)我們設(shè)采取在每個車行道上中的出口地以及在離出口地一定遠的進口的地方各鋪設(shè)一個相同的傳感器，方案如圖3.15以典型的十子路口為

49、例)，同一股道上的兩傳感器相距的距離為該股道正常運行時所允許的最長停車車龍為好。</p><p>　　圖2.15 傳感器的鋪設(shè)</p><p>　　2.3 用PLC實現(xiàn)智能交通燈控制</p><p>　　2.3.1 控制系統(tǒng)的組成</p><p>　　車輛的流量記數(shù)、交通燈的時長控制可由可編程控制器(PLC)來實現(xiàn)。當(dāng)然，也可選用其他種

50、類的計算機作為控制器。本例選用PLC作為控制器件是因為可編程控制器核心是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而編程制造的計算機。它具有高可靠性豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力;它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程;它采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡單，安裝簡單，維修方便。 利用PLC，可使上述描敘的各傳感

51、器以及各道口的信號燈與之直接相連，非常方便可靠，如圖2.16。</p><p>　　圖2.16用PLC實現(xiàn)智能交通燈控制原理框圖</p><p>　　本編程例中,PLC選用松下FP SIGMA系列，其輸入端接收來自各個路口的車輛探測器測得的輸出標(biāo)準(zhǔn)電脈沖，輸出接十字路口的紅綠信號交通燈。信號燈的選擇:在本例中選用紅、黃、綠發(fā)光二極管作為信號燈(箭頭方向型)。</p><

52、p>　　2.3.2 車流量的計量</p><p>　　車流量的計量有多種方式: (1) 每股行車道的車流量通過PLC分別統(tǒng)計。當(dāng)車輛進入路口經(jīng)過第一個傳感器1(見圖3.1)時，使統(tǒng)計數(shù)加1，經(jīng)過第二個傳感器2出路口時，使統(tǒng)計數(shù)減1，其差值為該股車道上車輛的滯留量(動態(tài)值)，可以與其他道的值進行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時長的依據(jù)。 (2) 先統(tǒng)計每股車道上車輛的滯留量，然后按大方向原則累加統(tǒng)

53、計。如，將東西向的左行、直行、右行道上的車輛的滯留量相加，再與其它的3個方向的車流量進行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時長的依據(jù)。 (3) 統(tǒng)計每股車道上車輛的滯留量后按通行最大化原則(不影響行車安全的多道相向行駛)累加統(tǒng)計。如，東、西相向的2個左行、直行道上的車輛的滯留量全部相加，再與南北向的總車流量進行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時長的依據(jù)(下面的例子就是按此種方式)。</p><p>　　以上計算判別全部由P

54、LC完成?？梢园岩陨喜煌嬃颗袆e方式編成不同的子程序，方便調(diào)用。</p><p>　　附：自適應(yīng)滯環(huán)控制規(guī)律 自適應(yīng)滯環(huán)比較(本例的核心控制規(guī)律)增加的時間的確定若東、西向車輛滯留量≥南、北向一個偏差量σ(如30輛車或其它值)時，先讓東、西向的左轉(zhuǎn)彎車左行10s(定時控制，值可改)，再讓直行車直行30s(直行時間的最小值，值可改)后再加一段延時保持，直至東、西向的車輛滯留量比南、北向的車輛滯留量還要少一個

55、偏差量σ，才結(jié)束該方向的通行，切換到其它路上，否則一直延時使通行下去，直至到達最大通行時間而強制切換。滯環(huán)特性如圖3.17。實際應(yīng)用時σ的值需整定，過小則導(dǎo)致紅綠燈切換過頻，過大又不能實現(xiàn)適時控制。</p><p>　　圖2.17自適應(yīng)調(diào)整時間的滯環(huán)特性</p><p>　　第3章 智能交通系統(tǒng)PLC編程</p><p>　　本畢業(yè)編程采用松下的PLC，對十字路口

56、交通燈進行控制。采用PLC進行控制主要是考慮PLC具有很強的環(huán)境適應(yīng)能力，同時其內(nèi)部定時器資源非常豐富，可對交通燈進行精確控制。由于PLC內(nèi)部配有實時定時時鐘，因此通過PLC控制可實現(xiàn)全天候無人化管理。另外因為PLC具有通信功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，這樣可以縮短車輛等候時間，實現(xiàn)科學(xué)化管理。</p><p>　　3.1 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的控制要求</p>

57、;<p>　　十字路口交通信號布置圖</p><p><b>　　南 </b></p><p>　　東 西</p><p><b>　　北</b></p><p>　　圖3.1 十字路口交通信號布置圖</p>

58、;<p><b>　　1.南北主干道</b></p><p>　　南北主干道的交通燈有9個，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、右轉(zhuǎn)紅燈、右轉(zhuǎn)綠燈、右轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、直行綠燈和直行黃燈。</p><p><b>　　2.東西主干道</b></p><p>　　東西主干道的交通燈也有9個，分別是左轉(zhuǎn)紅燈、左轉(zhuǎn)

59、綠燈、左轉(zhuǎn)黃燈、右轉(zhuǎn)紅燈、右轉(zhuǎn)綠燈、右轉(zhuǎn)黃燈、直行紅燈、直行綠燈和直行黃燈。</p><p><b>　　3.南北人行道 </b></p><p>　　南北人行道的交通燈有2個，分別是紅燈和綠燈。</p><p><b>　　4.東西人行道</b></p><p>　　東西人行道的交通燈有2個，分別

60、是紅燈和綠燈。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)的控制要求</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的要求是實現(xiàn)“正常循環(huán)運行”和“急車強通控制”兩種控制方式。</p><p>　　3.2.1 正常循環(huán)運行</p><p>　　正常循環(huán)運行分為定時加調(diào)整型的和純定時循環(huán)型兩種：</p><p>　　(1)定時加調(diào)整型

61、具體控制要求如下：如圖 3.2</p><p>　　按啟動按鈕后，交通燈控制系統(tǒng)開始工作。先程序初始化，記數(shù)器清零并開始記數(shù)，剛開始采用定時控制。查詢各個路口車輛記數(shù)，若達到路口滿溢值（可設(shè)置）采用定時循環(huán)控制，若不滿溢，東西向車流量減南北車流量相差一個偏差值〉=σ（可設(shè)置）?若是，東西向左拐綠燈亮10 S；東西左轉(zhuǎn)黃燈亮2S，左轉(zhuǎn)紅燈亮78S，左轉(zhuǎn)綠燈滅的時候直行綠燈亮30S，然后綠燈閃爍3S，黃燈亮2S，然后

62、紅燈亮45S；啟動45 S定時器；查詢各個路口的車流量；東西向車流減南北車流量相差偏差值〈=σ（可設(shè)置）？若是，直接跳到南北向控制程序；若不是，東西向直行綠燈保持，在45 S內(nèi)循環(huán)直到條件不滿足跳到南北向控制程序：南北向左拐綠燈亮10 S；南北左轉(zhuǎn)黃燈亮2S，左轉(zhuǎn)紅燈亮78S，左轉(zhuǎn)綠燈滅的時候直行綠燈亮30S，然后綠燈閃爍3S，黃燈亮2S，然后紅燈亮45S；若不是，判斷南北向車流減東西車流量相差偏差值〉=σ（可設(shè)置）？若是，南北向左拐綠

63、燈亮10 S；南北左轉(zhuǎn)黃燈亮2S，左轉(zhuǎn)紅燈亮78S，左轉(zhuǎn)綠燈滅的時候直行綠燈亮30S，然后綠燈閃爍3S，黃燈亮2S，然后紅燈亮45S；啟動45 S定時器；查詢各個路口的車流量；南北向車流減東西車流</p><p>　　Y </p><p><b>　　N</b></p><p>　　N

64、 </p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　Y Y</p><p>　　N

65、 N</p><p>　　N N </p><p>　　Y Y</p><p><b>　　圖 3.2</b></p>

66、<p>　　(2)純定時循環(huán)型具體控制要求如下：如圖 3.3</p><p>　　按下啟動按鈕后，交通燈控制系統(tǒng)開始工作。先亮南北方向綠燈和東西方向紅燈，再亮東西方向綠燈和南北方向紅燈，然后再亮南北方向綠燈和東西方向紅燈，這樣一直循環(huán)運行</p><p>　　南北向和東西向主干道均設(shè)有左轉(zhuǎn)綠燈，持續(xù)亮10S，左轉(zhuǎn)黃燈，持續(xù)亮2S，左轉(zhuǎn)紅燈持續(xù)亮78S，左轉(zhuǎn)綠燈滅的同時直行綠燈

67、亮，持續(xù)30S，綠燈閃爍3S，黃燈2S。和紅燈45S。當(dāng)南北主干道紅燈點亮?xí)r，東西主干道應(yīng)依次點亮左轉(zhuǎn)綠燈，直行綠燈，綠燈閃爍和黃燈；反之，當(dāng)東西主干道紅燈點亮?xí)r，南北主干道依次點亮左行綠燈，直行綠燈，綠燈閃爍和黃燈</p><p>　　南北向和東西向人行道均設(shè)有綠燈，黃燈，紅燈。人行道上的“紅黃綠”與同向主干道上的直行“紅黃綠”運行方式一樣</p><p>　　3.2.2 急車強通控制

68、</p><p>　　1.急車強通控制受強通開關(guān)控制。無急車時，按正常循環(huán)時序控制，有急車來時，打開急車強通開關(guān)，不管原來信號狀態(tài)如何，一律強制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車過為止，短開急車強通開關(guān)，信號的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行的綠燈閃亮3秒。隨后按正常時序控制。</p><p>　　2.急車強通信號只能響音一條路上的來車，若兩條交叉的路（東西或南北）先后都來車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響

69、應(yīng)另一方。</p><p>　　3.具體控制要求流程如圖3.4</p><p><b>　　圖 3.3</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b>&

70、lt;/p><p><b>　　Y </b></p><p>　　N N</p><p>　　Y Y</p><p><b>　　N</b></p>

71、<p><b>　　Y</b></p><p><b>　　圖3.4</b></p><p>　　3.3 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的PLC選型</p><p>　　3.3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖</p><p>　　控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.5所示</p><p&g

72、t;<b>　　圖3.5</b></p><p>　　3.3.2 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的資源分配</p><p>　　1 數(shù)字量輸入部分</p><p>　　這個控制系統(tǒng)的輸入共有3個輸入點：啟動按鈕、東西方向強通開關(guān)、南北方向強通開關(guān)。具體的輸入分配如下：</p><p>　　數(shù)字量輸入地址分配表3.1<

73、;/p><p>　　2 數(shù)字輸出部分：</p><p>　　數(shù)字量輸出地址分配表3.2</p><p>　　3 輔助繼電器分配：</p><p>　　輔助繼電器地址分配表3.3</p><p>　　4 數(shù)據(jù)寄存器分配：</p><p>　　數(shù)據(jù)寄存器地址分配表3.4</p>&l

74、t;p>　　故我們選用松下FP SIGMA PLC。因為其有16輸入點16輸出點。滿足編程要求。</p><p><b>　　3.4 程序時序圖</b></p><p>　　圖 3.6 正常循環(huán)運行時序圖</p><p>　　圖 3.7 急車強通控制時序圖</p><p>　　第4章 程序編程和調(diào)試</

75、p><p>　　4.1 編程軟件簡介</p><p>　　編程軟件采用日本松下公司為其生產(chǎn)的PLC而編程的編程軟件FPWIN GR。</p><p>　　FPWIN GR軟件的介紹：</p><p>　　4.1.1 畫面構(gòu)成及各部名稱</p><p><b>　　圖4.1</b></p>

76、;<p>　　1.標(biāo)題欄 2. 菜單欄</p><p>　　3.工具欄 4. 編輯畫面</p><p>　　5.狀態(tài)欄 6. 功能鍵欄</p><p>　　7.輸入?yún)^(qū)段欄 8. 輸入欄</p><p>　　9.注釋顯示欄 10. 數(shù)字鍵欄</p><p>　　4.1.2 PLC程

77、序調(diào)試</p><p>　　檢查PLC主機內(nèi)的程序。在發(fā)現(xiàn)錯誤時，顯示錯誤信息。</p><p>　　本功能在在線狀態(tài)下、PLC為PROG.模式時可以動作。</p><p>　　編輯畫面中所顯示的程序與PLC本身所存儲的程序有可能不同，因此在執(zhí)行總體檢查之前，請務(wù)必進行[程序核對]。</p><p><b>　　1.總體檢查:<

78、;/b></p><p>　　(1)啟動總體檢查時，請利用菜單欄選擇[調(diào)試] => [總體檢查]。</p><p>　　畫面將顯示以下窗口。</p><p><b>　　圖4.2</b></p><p>　　(2)選擇[執(zhí)行]后，開始進行總體檢查。</p><p>　　下圖為程序中存在

79、錯誤時的示例。</p><p><b>　　圖4.3</b></p><p>　　在存在錯誤的情況下，畫面中將顯示這些錯誤的數(shù)量、地址以及錯誤內(nèi)容。</p><p>　　將光標(biāo)移動到需要查找的地址、選擇[跳轉(zhuǎn)]后，編輯畫面中的光標(biāo)將跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的錯誤地址。</p><p>　　將光標(biāo)移動到需要查換的地址后、選擇[跳轉(zhuǎn)后關(guān)閉

80、]或者雙擊，則關(guān)閉本對話框，編輯畫面中的光標(biāo)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的錯誤地址。</p><p>　　當(dāng)前處于活動狀態(tài)的編輯畫面中的程序與PLC主機內(nèi)、或其他編輯窗口內(nèi)程序進行比較對照，檢查二者是否一致。</p><p><b>　　2.核對程序:</b></p><p>　　核對時按照系統(tǒng)寄存器、程序大小、程序代碼的順序進行。</p><

81、;p>　　(1)啟動核對程序的方法有以下2種。</p><p><b>　　利用菜單欄操作:</b></p><p>　　請利用菜單欄，選擇[調(diào)試] => [程序核對]。</p><p><b>　　利用鍵盤操作:</b></p><p>　　請按住[Ctrl]鍵，同時按[E]鍵。<

82、;/p><p>　　畫面將顯示以下對話框</p><p><b>　　圖4.4</b></p><p>　　被核對比較的源程序始終是當(dāng)前活動編輯窗口中的程序。</p><p>　　(2)請選擇核對對象。</p><p>　　(3)選擇[執(zhí)行]后，開始核對程序。</p><p>

83、　　隨后，在核對內(nèi)容以及核對結(jié)果的欄目中顯示核對結(jié)果。例：</p><p><b>　　圖4.5</b></p><p>　　例如程序代碼不一致的情況，按 按鍵后，顯出以下對話框。</p><p>　　(顯示核對源程序中不一致內(nèi)容的地址。)</p><p><b>　　圖4.6</b></p

84、><p><b>　　4.2 程序調(diào)試</b></p><p><b>　　圖4.7</b></p><p>　　由于硬件設(shè)施條件限制，我們通過軟件設(shè)置來模擬：</p><p>　　4.2.1 模擬定時循環(huán)控制</p><p><b>　　圖4.8</b>

85、;</p><p>　　由程序流程圖我們可以看出，執(zhí)行定時循環(huán)控制的條件是：四個路口的車流量都大于MAX或南北車流量等于東西車流量。因此我們設(shè)置如下：</p><p>　　DT0 =20 DT1=0 DT2 =20 DT3 =0 DT4 =20 DT5 =0 DT6 =20 DT7 =0</p><p>　　4.2.2 模擬定時調(diào)整控制</p

86、><p>　　由程序流程圖我們可以看出，執(zhí)行定時調(diào)整控制的條件是：南北減東西大于偏移量σ。執(zhí)行先一周期定時后調(diào)整時期，直到南北減東西不大于偏移量σ跳轉(zhuǎn)到東西調(diào)定時調(diào)整控制</p><p><b>　　圖4.9</b></p><p><b>　　4.3 源程序</b></p><p>　　4.3.1

87、 智能交通系統(tǒng)PLC設(shè)計程序</p><p>　　此程序為完整程序，有待調(diào)試見附錄A</p><p>　　4.3.2 智能交通系統(tǒng)模擬定時程序</p><p>　　模擬定時程序只要稍微改動即可，改動部分見附錄B</p><p>　　4.3.3 智能交通系統(tǒng)模擬調(diào)整程序</p><p>　　模擬調(diào)整程序只要稍微改動即

88、可，改動部分見附錄C</p><p><b>　　附錄A</b></p><p><b>　　附錄B</b></p><p><b>　　附錄C</b></p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　

89、通過本畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)，我熟悉了松下plc的外部硬件和編程軟件，熟悉了工程設(shè)計的思想，增加了解決問題的才干。</p><p>　　通過本畢業(yè)設(shè)計對自己在大學(xué)中所學(xué)的知識進行一次良好的回顧，并在次基礎(chǔ)上有所提高，對自己將來從事的工作進行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，從而鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題、思考問題解決問題的能力，并培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶I(yè)精神，為以后參加國家的工業(yè)化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)，為早日實現(xiàn)國家的大爺現(xiàn)代化貢獻一份力量。<

90、;/p><p>　　書到用時方恨少！在以后的工作崗位中，我一定更要及時充電，學(xué)習(xí)先進的科學(xué)技術(shù)，永攀科學(xué)高峰。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　轉(zhuǎn)眼又要離開了這個美麗的校園，心中的不舍難以言表。生活在這里的日子是我有生以來最難忘的時光，感謝這里的每一寸土地，感謝我敬愛的老師、同學(xué)，感謝在學(xué)校的回憶。<

91、;/p><p>　　在?？茖W(xué)位論文即將完成之際，我想向曾經(jīng)給我?guī)椭椭С值娜藗儽硎局孕牡母兄x。首先要感謝我的導(dǎo)師楊金鵬老師，他們在學(xué)習(xí)和設(shè)計方面給了我大量的指導(dǎo)，讓我學(xué)到了知識，掌握了科研的方法。他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對我的嚴(yán)格要求以及為人處世的坦蕩將使我終身受益。除此之外，他們對我生活的關(guān)心和照顧也使得我得以順利完成?？频膶W(xué)業(yè)。在此祝愿他們身體健康，全家幸福！</p><p>　　感謝我的宿舍

92、同學(xué)，他們是我學(xué)習(xí)和生活上的伙伴，也是面對困難和挑戰(zhàn)時的戰(zhàn)友。從他們身上，我學(xué)到很多東西，和他們在一起的日子是做設(shè)計期間快樂的時光。</p><p>　　最后，衷心感謝我的家人。我的家人在20多年來對我的無限關(guān)愛成為我不斷向前的動力，感謝我的父母給了我良好的教育環(huán)境，我永遠愛他們。</p><p>　　由于個人的能力有限，設(shè)計尚有諸多不足之處懇請老師大力支持，在此不勝感謝。</p&g

93、t;<p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 袁贛南、李金. 分布式多處理機控制系統(tǒng).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.1998</p><p>　　[2] 求是科技. PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐.人民郵電出版社.2005</p><p>　　[3] 白英彩. 分布式處理系統(tǒng). 科學(xué)出版社.1987</p

94、><p>　　[4] 袁贛南. 分布式書記總線技術(shù)研究. 中國船舶科技報告.1996</p><p>　　[5] 王常力. 集散控制系統(tǒng)原理及應(yīng)用. 清華大學(xué)出版社.1993</p><p>　　[6] 林德杰. 電氣測試技術(shù). 機械工業(yè)出版社.2002</p><p>　　[7] 劉迎春等. 新型傳感器及其應(yīng)用. 國防科技大學(xué)出版社.1991&