毕业设计---PLC控制的交通灯系统设计.docVIP

毕 业 论 文 题 目 plc控制的交通灯系统设计 目录摘 要1第一章绪论21.1前言21.2plc的优点31.3plc的主要特点31.4plc的基本结构框41.5 plc的工作方式4第二章交通信号控制系统62.1 十字路口交通灯控制实际情况62.1.1循环控制方式62.1.2交通灯变化顺序表62.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验62. 3流程图8第三章 可编程控制器程序设计103.1 可编程控制器选择103.2 十字路口交通灯模拟控制时序图113.3 可编程控制器i/o端口分配143.4 程序梯形图153.5 程序设计23第四章 总结254.1 难点分析254. 11 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系254. 12 盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道254. 13 手动车流控制按键的控制方式254. 14 交通灯的闪亮254.2 调试错误与修改方法264.3 plc智能化控制交通灯的方法264.4收获与体会27摘 要根据十字路口交通灯的控制要求,采用plc设计实现正常交通的时序控制,通过传感器完成对交通异常状况的智能判别及处理。在系统的设计中,主要使用了plc可编程序控制器和传感器相结合的一种智能控制方法,使用压轴式传感器采集车辆脉冲,用plc高速计数器对脉冲进行计数,根据取得的数据运用一定的智能控制原则自动调节红绿灯的时间长度,最大限度地减少车辆滞留现象,较好地解决了车流量不均衡、不稳定问题。理论结果表明,该系统设计方案可以达到预期目标。第 27 页 共 29 页第一章绪论1.1前言当今，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。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的plc设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。plc，俗称“电力线上网”，英文全名为power line communication，主要是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。 plc的英文全称是power line communication，即电力线通信。通过利用传输电流的电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据语音视频，以及电力于一体的四网合一！另外，可将房屋内的电话电视音响冰箱等家电利用plc连接起来，进行集中控制，实现智能家庭的梦想。目前，plc主要是作为一种接入技术，提供宽带网络最后一公里的解决方案，适用于居民小区，学校，酒店，写字楼等领域。 广义电力线通信(power line communication,简称plc)技术早在六十多年前就应用在输电线路上，用于发电厂及变电站的调度指挥通信。现在通常所说的plc是指利用低压配电线路传输高速数据、语音、图象等多媒体业务信号的一种通信方式，主要应用于家庭internet“宽带”接入和家电智能化联网控制，即高速数据plc。plc的技术原理 plc利用1.6m到30m频带范围传输信号。在发送时，利用gmsk或ofdm调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5m45m之间。 plc设备分局端和调制解调器，局端负责与内部plc调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的internet。1.2plc的优点1实现成本低 由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。2范围广 电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。plc可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。3高速率 plc能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而4.5m45mbps之间。远远高于拨号上网和isdn，比adsl更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的plc产品正在研制之中。 4永远在线 plc属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源就等于接入网络！5便捷 不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有plc带来的高速网络享受！1.3plc的主要特点 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与wlan媲美。 传输质量高、速度快、带宽稳定，可以很平顺的在线观赏dvd影片，它所提供的14mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。最新的电力线标准homeplug av传输速度已经达到了200mbps；为了确保qos，homeplug av采用了时分多路访问（tdma）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（csma）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设n多个ap才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存在。而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 低成本。充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。相对传统的组网技术，plc成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为50-80元/月左右，这样的价格和很多地方的adsl包月相持平。 适用面广。plc作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一公里”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。它是利用电力线作为通信载体，使得plc具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受4.545mbps的高速网络接入，来浏览网页拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。1.4plc的基本结构框（图如下）：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件 1.5 plc的工作方式 1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 2） 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 第二章交通信号控制系统2.1 十字路口交通灯控制实际情况2.1.1循环控制方式南北主干道 直行绿 27s直行绿闪3s左转绿 10s 左转绿闪 3s 黄2s 红 45s东西人行道 红 45s绿 27s 绿闪3s 红 60s东西主干道 红 45s 直行绿 27s 直行绿闪3s左转绿 10s 左转绿闪 3s 黄2s南北人行道 绿27s 绿闪3s红 60s 2.1.2交通灯变化顺序表（单循环周期90秒）1南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行绿灯27s，直行绿灯闪亮3s，左行绿灯10s，左转绿闪3s，黄灯2s和红灯45s。当南北主干道红灯点亮时，东西主干道应依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯；反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮直行绿灯，直行绿灯闪，左转绿灯，左转绿灯闪亮和黄灯。2 南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯点亮时点亮，当南北主干道直行绿灯闪亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯点亮时点亮，当东西主干道直行绿灯闪亮是东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。2.2 结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验在plc交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为： 禁止通行灯 （亮时为红色） 准备禁止通行灯 （亮时为黄色） 直通灯 （亮时为绿色）另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为： 禁止通行灯 （亮时为红色） 直通灯 （亮时为绿色） 结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：当交通灯系统启动开关接通时，1）南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯 10s，绿灯闪亮2s（亮0.1 灭0.1）,黄灯2s和红灯14s。当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。2）南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮是点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。3） 除此之外另设两个功能，使用10个脉冲开关。实现让盲人可以方便通过十字路口和手动控制车流量。其中8个安装在人行道的两边当东西方向行走的盲人要过马路的时候，按下脉冲开关东西向行人道绿灯亮起，南北向主干道红灯闪亮，延迟10秒恢复原来的控制系统。南北向脉冲开关对应东西向功能相同，另外两个脉冲开可以控制车流量，当东西向主干道等待车量较多的时候，按下东西向控制脉冲开关，东西向主干道延长绿灯点亮时间到15秒。东西向行人道绿灯也要对应延长。南北向脉冲开关对应东西向功能相同。2. 3流程图启动开关东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮东西主干道10s2s2s14s南北红灯亮南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮南北主干道14s10s2s2s启动开关南北红灯亮南北绿灯南北绿灯闪14s10s4s东西绿灯亮东西绿灯闪东西红灯亮10s4s14s东西行人道南北行人道结束结束交通灯模拟控制系统流程图启动开关按下脉冲开关原来控制循环系统行人道绿灯点亮，主干道红灯闪亮结束yn启动开关盲人脉冲按键控制流程图按下脉冲开关对应方向绿灯点亮时间延长到15秒，另一方向红灯点亮延长到15秒再次按下启动开关按此次控制方式进行循环原来方式控制系统结束ynyn手动控制车流量流程图第三章 可编程控制器程序设计3.1 可编程控制器选择 本次交通灯设计用的是来自omron的cpm1a-30cdr-a可编程控制器 产品规格：cpm1a cpu单元cpm1a 在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型plc所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点-100点输入输出点数的弹性构成。而且还可 连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求ac电源输入，继电器输出，能加扩展单元3.2 十字路口交通灯模拟控制时序图和此行人道相交叉的主干道红灯启动行人道绿灯2s10s盲人脉冲按键控制时序图10s十字路口行人道交通灯模拟控制时序图4s14s南北绿东西红东西绿南北红启动启动南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄10s2s2s10s2s2s14s10s2s2sonoff十字路口主干道交通灯模拟控制时序图南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄152s2s10s2s2s14s152s2s东西向绿灯延时时序图启动offon3.3 可编程控制器i/o端口分配启动开关0000停止开关0001东西主干道绿灯1000东西主干道黄灯1001东西主干道红灯1002南北主干道绿灯1003南北主干道黄灯1004南北主干道红灯1005东西行人道绿灯1100东西行人道红灯1101南北行人道绿灯1102南北行人道红灯1103东西向绿灯延迟控制按钮0004南北向绿灯延迟控制按钮0005东西盲人脉冲按钮0003南北盲人脉冲按钮0002 plc000000011000100110021003100410051100110111021103交通灯控制plc i/o端口00020003000400053.4 程序梯形图000000012000020300203002030020001202032030120301tim005tim027tim0022010300012000020000tim000#100tim001#120tim002#140tim00220001tim018tim005202030001tim003#100tim004#120tim005#1400004201000000000120001tim005tim0272010020105201052010220100201022010300012010320001tim016#150tim017#170tim018#1900005tim0180005202000000000120001202000004tim002tim01820205202052020220200202022020300012000220001tim025#150tim026#170tim027#190tim027tim00020000tim0162010300012000320001tim001tim000tim017tim0160001200042020320001tim006#2tim006tim008tim010tim00920004tim00700012000420001tim007#220003200020001200091000100120001tim002tim001tim018tim017000120009110320001tim00220000tim01820103000120009tim00220000tim018201030001201032001520001200142001500011005tim00320001tim025202030001000120005tim004tim00320013tim025000100012000620004tim008#2tim005tim004tim027tim0260001000110042000620005000120013100320013tim00520001tim0272020300010001110120009tim00520001tim027202030001000121000200112100000011002tim026tim002tim001tim0170001000120004tim009#2tim01820007tim005tim004tim0260001000120004tim011#100tim0272000820007200032000220013000111002000820005200062000900011102200090002tim01120009tim010#220009tim012#0102001020011tim013#01020010tim012tim01320010tim014#100200130003tim01420013tim015tim015#0102001420010200133.5 程序设计0ld 00001or 203002and-not 00013and-not 200004out 203005ld 203006and-not 200017and-not 202038out 203019ld 2030110or tim 00511or tim 02712or 2000013and-not tim 00214and-not 2010315and-not 000116out 2000017tim 000 #10018tim 001 #12019tim 002 #14020ld tim 00221or 2000122or tim 01823and-not tim 00524and-not 000125and-not 2020326out 200127tim 003 #10028tim 004 #12029tim 005 #14030ld 000431or 2010032and-not 000033and-not 000534and-not 000135out 2010036ld 2010037and 2010538out 2010239ld tim 00540or tim 02741out 2010542ld 2010243or 2010344and-not 000145and-not tim 01846out 2010347tim 016 #15048tim 017 #17049tim 018 #19050ld 000551or 2020052and-not 000153and-not 000054and-not 000455out 2020056ld tim 00257ld tim 01858out 2020559ld tim 2020060and 2020561out 2020262ld 2020263or 2020364and-not 000165and-not 02766out 2020367tim 025 #150 68tim 026 #17069tim 027 #19070ld 2000071and-not tim 00072ld 2010373and-not tim 01674or ld75and-not 000176out 2000277ld tim 00078and-not tim 00179ld tim 01680and-not tim 01781or ld 82and-not 2000483and-not 000184out 2000385tim 006 #00286ld tim 00687or tim 00888or tim 01089or tim 00990or 2000491and-not tim 00792and-not 000193out 2000494tim 007 #00295ld 2000296or 2000397and-not 000198and-not 2000999out 1000100ld tim 001101and-not tim 002102ld tim 017103and-not tim 018104or ld105and-not 20009106and-not 0001107out 1001108ld 20000109and-not tim 002110ld 20103111and-not tim 018112or ld113and-not 20009114and-not 0001115out 1103116ld20000117and-not tim 002118ld 20103119and-not tim 018120or ld121and-not 20103122and-not 0001123out 20015124ld 20015125or 20014126and-not 0001127out 1005128ld 20001129and-not tim 003130ld 20203131and-not tim 025132or ld133and-not 0001134out 20005135ld tim 003136and-not tim 004137ld tim025138and-not tim 026139or ld140and-not 20004141and-not 0001142out 20006143tim 008 #002144ld 20005145or 20006146and-not 20013147and-not 0001148out 1003149ld tim 004150and-not tim 005151ld tim 026152and-not tim 027153or ld154and-not 0001155and-not 20013156out 1101157ld 20001158and-not tim 005159ld 20203160and-not tim 027161or ld162and-not 20013163and-not 0001164out 1101165ld 20001166and-not tim 005167ld 20203168and-not tim 027169or ld170and-not 0001171and-not 20009172out21000173ld 21000174or 20011175and-not 0001176out 1002177ld tim 001178and-not tim 002179ld tim 017180and-not tim 018181or ld 182and-not 20004183and-not 0001184out 20007185tim 009 #002186ld tim 004187and-not tim 005188ld tim 026189and-not tim 027190or ld191and-not 20004192and-not 0001193out 20008194tim 010 #2195ld 20007196or 20003197or 20002198or 20013199and-not 0001200out 1100201ld 20008202or 20005203or 20006204or 20009205and-not 0001206out 1102207ld 0002208or 20009209and-not tim 011210out 20009211tim 011 #100212ld 20009213and-not 20010214out 20011215tim 012 #010216ld tim 012217or tim 015218or 20010219and-not tim 013220out 20010221tim 013 #010222ld 0003223or 20013224and-not tim 014225out 20013226tim 014 #100227ld 20013228and-not 20010229out 20014230tim 015 #010231end215216217218219220221222223224225第四章 总结4.1 难点分析 本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。4. 11 行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少plc不必要的运算 。4. 12 盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道 盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开4. 13 手动车流控制按键的控制方式 手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。4. 14 交通灯的闪亮 交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些plc的交通灯程序介绍时发现plc中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是plc内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对plc内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的plc内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。4.2 调试错误与修改方法 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。4.3 plc智能化控制交通灯的方法 传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。然