智能交通实验报告.docx

基于plc的智能交通控制综合设计实验实验报告基于plc的智能交通控制综合设计实验实验报告华中科技大学控制科学与工程系自动化0807班张有超 u200813586张 贺 u200813535左洪志 u200813521目录一、实验名称2二、实验目的2三、实验设备和软件2四、实验基本理论7五、实验内容7六、实验步骤8七、控制方案详述8八、i/o分配表10九、程序功能注释12十、实验总结16十一、附录：完整程序20基于plc的智能交通控制综合设计实验一、实验名称：基于plc的智能交通控制综合设计实验二、实验目的：1、对allen-bradley公司的slc系列产品，特别是微型可编程控制器有深入的了解。2、学会操作rslogix500软件包。学会使用rslinx软件包，对系统进行组态及通信。3、学习可编程控制器的基本指令的功能及应用。4、通过编程运行来实现单个十字路口交通控制情况的模拟。5、通过实验，使同学们在可编程控制器的软、硬件方面得到综合的学习和锻炼，从而提高其动手能力、综合设计能力及创新能力。三、实验设备和软件：1）micro-plc两种： micrologix1200 micrologix1500 2）交通实验台： 交通指挥灯：dcv 24v供电 接线示意图： 路况模拟(灯)：dcv 24v供电接线示意图： 数码管时间显示：dcv 5v供电个位和十位上的数码管分别由一组a、b、c、d四个端口来控制，为8421码。接线示意图：3）实验软件：rslogix500编程软件rslinx 通讯软件rsview32组态软件四、实验基本理论：plc原理，slc及micro1000指令集，交通控制规则五、实验内容：总的来说就是模拟十字路口交通控制情况。具体要模拟的功能，比如：1） 交通指挥灯控制（每通行相位15秒以上）；2） 路况模拟（分主次干道）；3） 过渡灯（黄灯）功能；4） （数码管）通行时间显示；5） 急车通行模拟；6） 其它功能；六、实验步骤： 1、按照交通运行规则及实验设备现有的端口情况确定实验方案。2、确定端口分配表。3、根据端口分配表接线。4、编程。并在编程的过程中不断调试。5、完成实验，验收。 七、控制方案详述：1、交通信号灯控制实验设计时我们想严格按照现实中十字路口的交通控制来模拟，尽可能的做到功能完善。车流通行情况和实际一样，a、b、c、d四个方向向右方向的信号灯常亮，因为向右方向通行的车完全不会影响到其他方向的车。当a、d方向左转和直行的信号灯均灭时，b、c方向车辆通行，且通行情况完全相同，我们设直行方向为主干道，所以此时b、c方向直行方向的信号灯先亮，设置时间为25秒，直行方向通行时间完成后，左转方向信号灯亮，设置时间为15秒，左转方向通行时间完成后，b、c方向直行信号灯和左转信号灯均灭，a、d方向车辆开始通行，通行方式类似b、c方向。2、路况模拟我们最初想了几种方法来模拟路况，本来是想通过箭头依次变亮来模拟，但是这样的话需要很多端口，而三个模块的端口加起来也不能满足，所以最终决定将每个方向的箭头分为两组，通过依次亮灭来模拟车辆的前行。除此之外，我们也设计了分主次干道的功能，通过两组箭头亮灭的频率不同来区分主次干道。我们设直行方向为主干道方向，因此直行方向的箭头亮灭循环频率要快一些，即两组箭头亮灭交替比其他方向要快一点。这样，就实现了路况模拟。3、过渡灯（黄灯）功能通过和其他组的交流，发现其他组都用信号灯或者数码管在最后三秒的闪烁来模拟黄灯功能，但是我们感觉这样和实际的交通信号灯并不一样，因此我们准备设计一个更加真实的模拟。因为交通实验台上没有黄灯，所以我们就用红灯来代替黄灯。黄灯是一个过渡灯，用在红灯和绿灯转换之间，以及直行等和左转灯转换之间。我们设定过渡灯时间为3秒，比如，当绿灯转红灯的时候，绿灯时间走完以后，黄灯亮（用红灯代替），此时各个方向除了右转方向以外，其他方向都不能通行，根据交通规则，此时没有过白线的车要停下来，已经过白线的车继续通行，过渡灯的3秒是一个缓冲过程，为了保证处于路口的车辆能尽快离开而不造成交通拥堵。同理，红灯转绿灯、左转灯和直行灯转换之间也都利用过渡灯来过渡。4、数码管通行时间显示数码管通行时间显示是一个基本功能，用来显示一个通行过程的时间。黄灯、红灯、绿灯的通行时间都通过数码管来显示，这些可以通过端口利用程序来实现。5、急车通行模拟现实生活中的十字路口有设有急车通行模式，当有救护车、消防车等车通行时，需要优先让这些急车通行。当急车通行方向刚好为绿灯的时候，不用启动急车通行模式，当急车通行方向为红灯时候，就需要将急车通行方向变为绿灯，其他正在通行的不影响急车通行的方向依然可以通行，而影响急车通行的方向都要变为红灯，等急车通过后，信号灯要变为转变之前的状态，十字路口恢复正常通行状态。我们实验过程中就是严格按照这个标准来实现的。6、车辆等待模拟为了更加真实的模拟十字路口的的交通状况，我们设计了车辆等待模拟，即当一个通行方向为红灯的时候，该方向白线后面的第一个箭头亮始终亮着，用来模拟在白线后面等待的车辆。整个状态为除了通行方向上箭头一次亮灭表示通行，其他方向白线后面第一个箭头都为亮，来模拟车辆等待。急车通行模拟时也是这样。八、i/o分配表：1、基本模块0，为ad方向信号灯和车流控制，其中端口0到3和信号灯对应，4到9和车流对应。因为向右方向车流可以一直流通，所以为了简便，将ad和bc方向的向右方向的端口模块合二为一。模块端口交通实验台对应端口信号灯端口0（右灯）ad、bc1（ad）a、d2（ad）a、d3（ad）a、d车流端口4（ad1）52 43 41 30 33 42 44 555（ad2）46 36 39 496（ad1）53 47 19 25 32 38 10 47（ad2）59 62 64 578（1）28 50 51 12 1 35 34 179（2）22 56 45 6 7 29 40 232、扩展模块1，为bc方向信号灯和车流控制，其中1到3和信号灯对应（bc方向向右信号灯和ad方向向右信号灯合二为一），4到7和车流对应。模块端口交通实验台对应端口信号灯端口01（bc）b、c2（bc）b、c3（bc）b、c车流端口4（bc1）27 16 14 5 2 13 15 245（bc2）21 11 8 186（bc1）26 20 37 31 3 9 48 547（bc2）61 63 58 603、扩展模块2，为数码管控制模块。模块端口交通实验台对应端口0a11b12c13d14a25b26c27d2九、 程序功能注释：1、计时模块本程序共有六个计时模块，其中：t4：0仅计时两秒，用于控制车流灯的闪烁；t4：1t4：4分别用于控制交通灯的ad向直行灯、ad向左转灯、bc向直行灯和bc向左转t4：5为黄灯控制（由禁止通行灯代替）t4:0的梯级条件设为使ton自动循环启动，使t0:0.acc/0位不断在0和1间循环，车流灯判断该位即可实现闪烁t4：1t4：4由计数器c0控制，保证4个计时器依次启动。ctu记录与控制t4：1t4：4的计时状态，如当t4：1计时完成时，其dn位置1，则过渡灯计时器t4:5启动，t4:5完成后，c5:0加1，然后t4：1复位，t2开始计时注：上面的b3:0各位为急车通行用2、数码管模块当计时器启动时，相应减法模块将相应计时pre减去acc放入n7:0中。随后n7:0减1得到真实时间后，转换为bcd码放入n7:1中最后将n7:1的相应位送入数码管即可3、急车通行模块本模块由b3的04们分别控制adbc向的直行左转急车当相应的位被置1，ons-b3:3/1接通，将计数器当前的值存入n7:2，然后把c5:0.acc置成相应急车对应计数器的值（0-t4:1,1-t4:2,2-t4:3,3-t4:4）；当急车取消后，ons-b3:3/2接通，n7:2重新赋给c5:0.acc，恢复正常通行计时。4、灯光信号控制跟据相应计时器的运行与否进行控制，逻辑较为简单，不在赘述。5、对梯级功能的说明：03：急车通行控制4：车流灯闪烁计时器58：通行计时器（t4:1-ad向直行t4:2-ad左转t4:3-bc直行t4:4-bc左转）9：黄灯计时器，计时状态计数器10：计时器复位11：ad向通行信号灯及非等待车流灯输出（禁行时不亮，通行时闪烁）12：ad向直行车流等待灯输出（禁行时常亮，通行时闪烁）13：ad向左转车流等待灯输出（禁行时常亮，通行时闪烁）14：bc向通行信号灯及非等待车流灯输出（禁行时不亮，通行时闪烁）15：bc向直行车流等待灯输出（禁行时常亮，通行时闪烁）16：bc向左转车流等待灯输出（禁行时常亮，通行时闪烁）17:禁行灯18：数码管显示数值计算19：数码管显示数值转换为bcd码2021:数码管显示输出2223：右转车流灯输出十、实验总结：1、张有超智能交通实验是一个实践性相当高的实验，难度也比较大，要在四次实验中初步掌握一种新的编程语言梯形图语言，初步学会操作rslogix500软件包，学会使用rslinx软件包，对系统进行组态及通信。虽然是一种新的语言，刚接触的时候比较陌生，但是经过我们三个人的精诚合作，最终顺利的完成了实验，实现了十字路口智能交通的模拟过程。第一次理论课上，我在老师的讲解下对plc和梯形图语言有了初步的了解，也了解了很多关于plc的知识，plc的发展以及目前哪些公司比较强大，这些知识可能对这个实验没有什么用处，但是对我以后的学习、求职、工作等都有很大的作用。我了解了一个新东西。第二次上课开始就开始做实验。我们组起步还算比较快，在实验台上研究了一番，弄清楚各部分的功能之后就开始分配端口，因为我们想尽可能的把模拟做的更真实一些，所以想了好几种表现方式，最终在表现效果和端口数量的综合考虑下，决定采用两组箭头交替闪烁来模拟车流。根据这种效果，我们将每个方向的车流都分成了两组，四个方向右转可以设为一组，因此最终有十组端口来模拟车流。分配好端口以后，我们就开忙着接线，我们的想法是先把线接好，然后开始编程，这样编程过程中每实现一个功能，都可以立即运行来检验，以便修改和调试。就这样，我们很快就将线路连好，准备编程。几个基本功能很好实现，但是基本的通行状况模拟完成后，就陷入了一个困境，附加功能比较难。由于对软件操作不熟练，有一些软件设置问题也困扰了我们很久，最终在助教的帮助下才得以解决，这也浪费了不少时间。第三次和第四次实验主要是附加功能的实现，做车辆等待功能的时候发现我们端口分配不是很合理，为了效果更逼真我们又临时修改了一些端口的分配。这两次实验最主要的是过渡灯的实现和急车通行功能的实现，花费了很多精力，出现了很多bug，但是最终都在大家的努力和老师的帮助下实现了功能。添加了几个功能之后，想添加一些更为复杂的功能，但是由于时间和能力的限制，最终放弃了。总的来说，这次实验比较顺利，同时也学到了不少东西。但是，实验过程还算是比较艰难的，从开始计划分工到完成实验，每个人都遇到了一些问题，大到解决程序中的bug，小到怎样接线更加美观，我们都思考了很久，不仅在程序调试上花了很多功夫，就连接线也反复接了三次。三个人的态度都比较端正，也能静下心来做事，甚至晚上十点半了还不舍得离开实验室。通过这次实验，我们初步掌握了plc,学会了梯形图语言这种新的编程语言，同时我们又一次在团队工作中学到了很多，提升了各方面的能力。最后感谢这次实验机会，因为它带给我们的不仅是知识水平上的提高，更是思想和能力上的提高。2、张贺本次实验的我主要负责了程序的编写，总的来说，程序的编写较为顺利，但这其中有些是我较为得意的，有些则是不十分令人满意的。当然，由于时间较为紧张，我本人对于整个程序的结构及逻辑设计很不满意，其中有较多的冗余设计，而且程序的可读性和可维护性都有待提高。首先，较为满意的部分包括了ton计时器t4:0的自动复位设计，没有使用res命令，并且在一人梯级实现了全部定时器功能。此外，定时器部分由于使用了多定时器，如何使之顺次运行便成了问题，开始使用ton计时器，故只要将每个定时器的梯级条件设置为当其它三个定时器不运行时为真，即可实现顺次运行的功能。但这样不利于黄灯（过渡灯）功能的插入和急车通行后的恢复，于是将之改为rto计时器，并用计数器和res命令对计时器进行控制。这样其实还有利于别块的逻辑设计，但由于时间原因，没有对车流和信号灯进行相应的改动。最后就是数码管的设计我认为基本不需要进行改动了。不令人那么愉快的部分首先就是整个程序的结构。不得不说，虽然我已经对整个结构进行了一次大规模的整理，但是由于经验不足和设计顺序的问题，整体结构还是基于基本功能（即不包括黄灯和急车等功能）而设计的，因而随着功能的不断扩展而限制了了整体程序的可读性与维护性。另外，同样由于设计顺序的问题，没有进行分模块设计，信号灯和车流灯有部分混在了同一梯级，使等待灯的设计逻辑稍显混乱。好在所有设计功能已经全部实现，同组成员们的设想也都顺利的完成，对于plc也有了初步的认识，基本达到了实验目的。而且通过本次实验，我发现虽然各种程序设计语言规则和方法天差地别，但其总的设计思想却有很多相通之处。经过本次实验，相信下次再进行plc的相关设计时，我们一定会有更好的表现。最后，建议智能交通实验可以适当的增加一点课时，以便让同学们有充足的时间反思修改自己的设计；此外，希望老师能够在开始实验前就plc编程的一些基本思想和结构的设计方式提点一下同学们，以防在大部分程序设计完成后才发现结构不太合理却没时间修改。3、左洪志这次