毕业设计67基于PLC的现代城市交通灯系统Word格式.docx
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关键词PLC现代城市交通灯系统
PLC编程软件系统硬件系统
绪论
课题背景
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
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。
随着城市机动车量的不断增加,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况,因此,自80年代后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。
然而,随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速道路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。
所以,如何采用合适的控制方法,最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路,缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
课程简介
本系统是基于PLC的现代城市交通灯指挥灯。
作为交通灯系统,它具备了一般道路交通指挥灯的功能,即通过红/绿黄三灯的亮灭来控制车流人流的通行。
本系统增加道路人车模拟。
其中绿灯亮代表路上有车通行,红灯代表人车停在路上此时禁止通行,灯灭代表此时刻路上无车。
作为创新设计,本课程具有转弯,急车通行,闯红灯报警的功能。
在课程设计中,我们以照顾弱势群体,体现人性化的目的,加入了为红绿色盲和盲人能够识别的功能。
在红绿灯亮的同时,有指针指示车行方向,让色觉异常着也能区分此时行车方向。
系统中有声音提醒功能,。
盲人过路时,盲道上盲人可以触到的开关,只要一接触,便会向控制器输入一个信号,如果此时可以通行,原先设置好的声音系统便会发出告诉盲人此时无车可以通行,如果此时不可以通行,就不发声,表示此时禁止通行。
课程的意义
通过课程的设计,使我们能够建立PLC控制系统总体的设计思路;
了解PLC控制系统设计的基本原则。
掌握PLC控制系统设计的步骤和设计方法。
软件上:
更加熟悉PLC软件的应用。
编程能力上得到进一步提升,不在象以前那样只能编一些小程序。
编程思路比以前清晰,掌握更多的编程方法,能够为将来学习PLC打下一个坚实的基础。
硬件上:
以前的PLC都在实验台上进行调试,做了好几次,都不知PLC如何接线很正常,太过于理论化了,很难适用应用。
通过本次设计,能够真正学会PLC的接线方法。
对电路的设计及连接的能力有了进一步提高。
硬件设计中,能够接触到一些传感器及其他电子元件,在应用它们的过程中,学到了许多书本上没有的东西。
更加巩固所学知识。
第一章基于PLC的现代城市交通灯系统
1.1PLC概述
可编程控制器(ProgrammableController)是计算机家族中的一员是为工业控制应用而设计制造的,早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController),简称PLC。
它主要用来代替继电器实现逻辑控制,随着技术的发展这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围。
因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。
但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。
1.2PLC的定义
PLC问世以来尽管时间不长,但发展迅速,为了使其生产和发展标准化,美国电气制造商协会NEMA
(NationalElectricalManufactoryAssociation)经过四年的调查工作,于1984年首先将其正式命名为PC(ProgrammableController),并给PC作了如下定义:
PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令用来执行诸如逻辑顺序、计时、计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序一部数字电子计算机;
若是从事执行PC之功能着亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。
以后国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿、第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的,它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程,可编程控制器及其有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
总之可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机,它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力,但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置,其软件需根据控制要求进行设计编制。
图〈1〉PLC实物图
1.3PLC的主要特点
(一)高可靠性
1.所有的I/O接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离
2.各输入端均采用R-C滤波器其滤波时间常数一般为10~20ms.
3.各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰
4.采用性能优良的开关电源
5.对采用的器件进行严格的筛选
6.良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况CPU立即采用有效措施以防止故障扩大
7.大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高
(二)丰富的I/O接口模块
PLC针对不同的工业现场信号如
•交流或直流
•开关量或模拟量
•电压或电流
•脉冲或电位
•强电或弱电等
有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备如
•按钮
•行程开关
•接近开关
•传感器及变送器
•电磁线圈
•控制阀
直接连接另外为了提高操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等等。
(三)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。
(四)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。
(五)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,使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接即可投入运行,各种模块上均有运行和故障指示装置,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。
1.4PLC的功能
1、逻辑控制
2、定时控制
3、计数控制
4、步进(顺序)控制
5、PID控制
6、数据控制,PLC具有数据处理能力
7、通信和联网
8、其它PLC还有许多特殊功能模块,适用于各种特殊控制的要求,如定位控制模块、CRT模块。
1.5系统简介
系统平面图
盲人过路时,盲道上盲人可以触到的开关,只要一接触,便会向控制器输入一个信号,如果此时可以通行,原先设置好的声音系统便会发出告诉盲人此时无车可以通行,如果此时不可以通行,就发出禁止通行的声音。
1.5.1系统特点
1.本系统实现了急车过道。
2.本设计加入光电传感器实现闯红灯报警。
3.加入指针指示功能能够为色觉异常者成功指示方向。
4.具有语音系统成功为盲人服务。
5.利用PLC进行全局的总控制;
6.利用传感器进行信号的检测;
7.利用双色二极管的红绿色来模拟道路的人车通行
1.5.2系统实现的功能和控制方法
城市十字路口交通信号灯模拟系统是模拟红绿黄拐灯的亮灭和路上人车的流动。
其中东西方向的红,绿,拐,黄灯;
南北方向的绿,拐,黄,红灯按一定的时续轮流发亮。
路上的人车用双色二极管来模拟。
红色代表车停留;
绿色代表车通行;
灭代表无车。
正常通车
(1)时序控制
信号灯受一个启动开关控制。
当启动开关接通时,信号灯系统开始工作。
先南北绿灯亮,东西红灯亮。
南北绿灯亮35S后,开始闪烁。
闪烁周期为1S。
绿灯闪烁5S后熄灭。
南北拐灯亮,维持25S后,南北拐灯以1S为周期,连续闪烁5次熄灭,南北黄灯开始亮,5S后熄灭。
这一过程东西红灯一直亮并和南北黄等一起熄灭。
南北黄灯熄灭后,南北红灯开始亮。
此时东西方向,先是绿灯亮35S后熄灭,接着以1S周期闪烁5次熄灭。
拐灯亮25S后熄灭,拐灯又以1S为周期连续闪烁5次。
黄灯亮5S后熄灭转为红灯,东西黄灯熄灭的同时,南北红灯熄灭,绿灯开始亮转入第二个周期。
以后周而复始的循环。
当关闭开关动作时,所有信号灯都熄灭,系统停止工作。
(2)急车通过
急车强通信号受急车强通开关控制。
无车时,信号灯按正常时续控制。
有急车时,将急车强通开关接通,不管原来信号的状态如何,一律强制让急车来的方向亮绿灯,使急车放行。
直至急车通过为止。
急车一通过,将急车强通开关断开,信号的状态立即转为非急车路上的绿灯,随后按正常时序控制。
急车强通信号只能响应一路方向的急车,若两方向先后将来急车,则先响应
先来的一方,随后在响应另一方。
举例说明:
某时刻南北方向正在通车即Y0(南北绿灯)和Y6(东西红灯)有输出,但是此时在东西方向有一辆急需要过路的车辆,我们怎么办呢?
?
我们可以在十字路口安装一个传感器!
(3)道路模拟
南北通车
(1)绿灯亮时2、5、14、17亮绿灯
10~12、22~24、1、3、16、18、亮红灯其余灯不亮
此时表示:
南北路车辆直通,要转弯的车停靠在南北路右边直行道两边(六车道),等待转弯。
东西方向右边车道有车停靠等待通行,左边车道暂无车辆停靠。
(2)拐弯灯亮时1、3、16、18、19、21、7、9亮红灯2、17、10~12、22~24亮绿灯
其余灯不亮
南北方向上右边车道上的车开始转弯,其中直行道左边的车左传;
右边的右转。
东西方向右边车道上的车仍在等待。
(3)黄灯亮时2、17、22~24、10~22亮红灯其余灯不亮
此时刻转弯结束,持续时间较短属缓冲时段。
只有少数车道有车停靠
以上过程东西方向一直亮红灯
东西通车
(1)绿灯亮时8、11、20、23亮绿灯16~18、1~3、10、12、22、24、亮红灯其余灯不亮
东西路车辆直通,要转弯的车停靠在东西路右边直行道两边(六车道),等待转弯。
南北方向右边车道有车停靠等待通行,左边车道暂无车辆停靠。
(2)拐弯灯亮时10、12、22、24、4、6、13、15亮红灯11、23、16~18、1~3亮绿灯其余灯不亮
东西方向上右边车道上的车开始转弯,其中直行道左边的车左传;
南北方向右边车道上的车仍在等待。
(3)黄灯亮时11、23、16~18、1~3亮红灯其余灯不亮
以上过程南北方向一直亮红灯
(4)闯红灯报警
本系统具有闯红灯报警功能。
通过光电传感器来感应人车,此时道路如果允许通行。
光电传感器感测的信号进入系统后,蜂鸣器不发声,人车正常通行。
道路一旦禁止通行时,光电传感器检测到信号送入系统后,便使蜂鸣器发出报警通知行人,此时已经闯红灯.加入闯红灯报警能够不时地检测到闯红灯现象,降低道路危险,以此保证人车安全。
(5)指针指示方向
交通灯虽然能很好指挥道路的人车通行.但不能保证所有人都能看懂。
人群中有些红绿色盲,患者由于无法识别红绿颜色也就不能看懂指示灯,因此我们在该系统中加入了指针指示标志。
这个功能由电机,指针和位移传感器来实现。
在该过程中通过控制电机的正反转来带动指针转动,通过位移传感器来确定指针停靠位置,比如,此时南北通行,指针便会指向南北方向,以此来给红绿色盲患者带来便利。
(6)声音系统
本系统加入音频功能,盲人过路时,触摸开关,若此时可以通行,则音频系统开始工作,向盲人可以通行发出信号,反之音频发出不可以通过的信号。
在真正的道路上可以用传感器加智能声音系统来实现,在这里由于受条件限制,我们只能用开关和录音机来实现.
第二章系统硬件设计
2.1硬件框图
2.2硬件简介
2.2.1双色二极管简介
3mm/5mm双色灯,可以根据自己需求做成共阴或共阳、透明或雾状,颜色可以根据实际情况调整。
2.2.2接近传感器
产品信息
产品编号:
TL0001
型号:
TL-Q5MC12MBYOMC
规格:
直流3线,DC12-24V
产品说明:
非屏蔽,检测距离5mm,NPNNO,方柱型
2.2.3开关电源
采用进口元器件,可靠性高
·
内置EM滤波器,抗干扰性能好
直流纹波小,工作效率高
设计软启动电路,交流浪涌电流限制
工作温度低,使用寿命长
输入电压范围宽,符合全球使用标准
绝缘性能好,搞电强度高
具有短路、过载、过压保护功能
满负荷高温烧机,100%老化测试
体积小、重量轻、外观美
型号
输出
S-15-24
24V/0.7A
S-25-24
24V/1.1A
S-35-24
24V/1.5A
S-40-24
24V/1.8A
S-50-24
24V/2.1A
S-60-24
24V/2.5A
S-100-24
24V/4.5A
S-100F-24
S-145-24
24V/6A
S-150-24
24V/6.5A
S-200-24
S-240-24
24V/10A
S-280-24
27V/10A
S-320-24
24V/12.5A
S-350-24
24V/14.6A
S-450-24
24V/18A
S-500-24
24V/20.8A
2.2.4蜂鸣器
尺寸图:
输出电压
115dbmin12VDC/10cm
工作电流
250mAmax
最大输入电压
15VDCmax
工作温度范围
-20-70
储存温度范围
-30-80
重量
50gms
2.2.5中间继电器
性能指标
最大开关电压:
250VAC125DC最大开关电流:
5A
接触电阻:
50mΩ以下
动作时间:
20ms以下复位时间:
20ms以下
2.2.6光电传感器
检测距离
10cm
反馈反射型
2cm
直流10~36VDC
NPN
NO
JWKE3F-DS10C4
JWKE3F-R2C4
NC
JWKE3F-DS10C2
JWKE3F-R2C2
NO+NC
JWKE3F-DS10C3
JWKE3F-R2C3
PNP
JWKE3F-DS10P4
JWKE3F-R2P4
JWKE3F-DS10P2
JWKE3F-R2P2
JWKE3F-DS10P3
JWKE3F-R2P3
交流90~250VAC
SCR可控硅
JWKE3F-DS10Y1
JWKE3F-R2Y1
JWKE3F-DS10Y2
JWKE3F-R2Y2
继电器输出
5cm
控制输出
200mA
JWKE3F-5DC4
消耗电流
<
35mA/<
3W
JWKE3F-5DC2
响应时间
2ms/20ms
JWKE3F-5DC3
指向角
3度~10度/3度~20度
JWKE3F-5DP4
检测物体
透明或不透明体
JWKE3F-5DP2
工作环境温度
-25度~55度
JWKE3F-5DP3
工作环境照度
太阳光10KLX以下白炽灯3KLX以下
JWKE3F-5DY1
外壳材料
金属/塑料
JWKE3F-5DY2
防护等级
IP66
光电传感器JWKE3F(E18)系列
第三章 系统软件介绍
3.1PLC编程
3.1.1课程设计原则、方法
PLC控制系统的总体设计原则
根据控制任务,在最大限度地满足生产机械或生产工艺对电气控制要求的前提下,运行稳定,安全可靠,经济实用,操作简单,维护方便。
任何一个电气控制系统所要完成的控制任务,都是为满足对象(生产控制设备,自动化生产线,生产工艺过程等)提出的个项性能指标,提高劳动生产率,保证生产质量,减轻劳动强度和危害程度,提高自动化水平。
因此在设计PLC控制系统时,应遵循的基本原则如下:
1最大限度的满足被控制对象提出的各项性能指标
2确保控制系统的安全可靠
3力求控制系统简单
4留存有恰当的余
PLC课程设计的方法
1.经验设计法
梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法.这种方法没有普遍的规律可以遵循,具有很大的试探性很随意性,最后的结果不是唯一的.该方法的核心是输出线圈.以下是一些经验设计方法的基本步骤.
(1)分解控制功能,画出输出线圈梯级.以输出线圈为核心,画出该线圈的启动条件(得电条件).保持条件(自锁条件)和停止条件(失电条件).
(2)建立辅助位梯级,对线圈进行条件分析后,根据下列原则进行辅助位梯级的设计,仅启动条件不同,可采用并联启动条件的方法;
若停止条件不同的,要把不同的停止条件分成不同的梯级.采用辅助继电器设计的方法.
(3)画互锁和保护条件
2逻辑设计法
逻辑设计法的理论基础是逻辑代数.而继电器控制系统的本质是逻辑线路.看一个电气控制线路都会发现,线路的接通和断开,都是同过继电器等元件的触点来实现的,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开.合两种状态.因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路,它符合逻辑运算的基本规律.具体步骤如下:
(1)明确控制任务和控制要求.通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图,取得电气元件执行功能表.
3.1.2系统流程图
启动
循环
3.1.3子程序
道路直通
X0启动Y10导通并自锁,记时器T3开始记时。
5S后T3常闭触点动作断开Y10,同时T3常开触点动作Y11导通并自锁,记时器T4开始记时。
5S后T4常闭触点动作断开Y11,同时T4常开触点动作Y12导通并自锁,记时器T5开始记时。
5S后T5常闭触点动作断开Y12,同时T5常开触点动作Y13导通并自锁,记时器T6开始记时。
5S后T6常闭触点动作断开Y13,同时T6常开触点动
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