多时段交通灯项目设计方案.doc

多时段交通灯项目设计方案第一章 可编程序控制器（PLC ）的概况1.1 PLC的基本简介 在PLC诞生之前，继电器控制系统已广泛应用于工业生产的各个领域，起着不可替代的作用。随着生产规模的逐步扩大，继电器控制系统已越来越难以适应现代工业生产的要求。继电器控制系统通常是针对某一固定的动作顺序或生产工艺而设计，他的控制功能也局限于逻辑控制、定时、计数等一些简单的控制，一旦动作顺序或生产工艺发生变化，就必须重新进行设计、布线、装配和调试，造成时间和资金的严重浪费。继电器控制系统体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需求，并能在竞争激烈的汽车工业中占有优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置，为此，拟定了10项公开招标的技术要求，即： 根据招标的技术要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC，并在通用汽车公司自动装配线上试用成功。这种新型的工控装置，以其体积小、可变性好、可靠性高、使用寿命长、简单易懂、操作维护方便等一系列优点，很快就在美国的许多行业里得到推广应用，也受到了世界上许多国家的高度重视。1971年，日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了他们的第1台PLC。1973年，西欧国家也研制出他们的第1台PLC。我国从1974年开始研制，到1977年开始应用于工控领域。在这一时期，PLC虽然采用了计算机的设计思想，但实际上PLC只能完成顺序控制，仅有逻辑运算等简单功能，所以人们将它称为可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）简称为PLC。1.2 PLC的特点PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点。1) 可靠性高，抗干扰能力强2）通用性强，使用方便3) 采用模块化结构，使系统组合灵活方便4) 编程语言简单、易学，便于掌握5) 系统设计周期短6) 对生产工艺改变适应性强7) 安装简单、调试方便、维护工作量小8）体积小、重量轻、功耗低第二章 多时段交通灯的系统设计2.1 设计任务分析交通信号灯控制系统受一个起动按钮、一个停车按钮控制。按动起动按钮，则系统开始工作，按动停车按钮，则系统停止工作。系统控制的对象有九个：东西方向红灯两个，南北方向红灯两个；东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个；东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个；东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个，报警喇叭一个。整个控制过程分三个时段进行：高峰时段、正常时段、晚上时段。各个时段具体的时间分配，参见时序图一(见附图)。各个时段之间切换时，应插入10秒黄灯闪亮时间。系统启动后，能自动连续运行。 若因故障使东南西北的绿灯同时亮，系统能自动报警并关闭所有信号灯。系统进入高峰时段时，按时序图二（见附图）所示的规律运行。绿灯、左转弯绿灯、黄灯的闪亮规律为：亮 0.5 秒，暗 0.5 秒，反复循环。图二系统进入正常时段时，按时序图三（见附图）所示的规律运行，绿灯、左转弯绿灯、黄灯的闪亮规律为：亮 0.5 秒，暗 0.5 秒，反复循环。晚上时段按警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮规律为：亮 0.5 秒，暗 0.5 秒，反复循环。图三多时段交通灯的平面示意图如下：2.2 方案设计本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用FX2N-16MR4型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。因为不同时间段的时间所对应的时序图是不同的，因而会用到时间比较指令TCMP指令，可以将两个时间数据进行比较。同时，每个时间段的运行的程序不同，我们可以通过TCMP指令对应的M来作为每个时间段的开始的开关。并且每一个时间段，利用顺序指令来编写程序。中间10s闪烁的过渡时间转移到晚间时段，中间加一个定时器T来达到效果。2.2.1 状态转移图及分析晚间时段（k4和k6改为k5） 高峰时段状态转移图 正常时段状态转移图（T2 k250改为T2 k300，T7 K250改为T7 K200）晚间时段： M4或M5或M33或者M100（其中M100置位的时候，是各个时段之间切换，插入10秒黄灯亮）置位，则S30置位，东西黄灯Y6、南北黄灯Y2亮，同时计数器T10开始计时，0.5S后T10的常开触头闭合，S31置位，东西黄灯Y6、南北黄灯Y2熄灭，同时T11开始计时，0.5S后T11常开触头闭合，S30置位，至此晚间时间段一个周期工作完毕，如此循环工作。正常时段：（M3和M4）同时置位或者（M18和M19）同时置位或者（M31和M30）同时置位的时候，则S40置位，东西红灯Y3、南北红灯Y7、南北左转绿灯Y0亮，同时计数器T15开始计时，5S后S41置位，南北左转绿灯Y0闪烁，T16开始计时，5S后S42置位，南北红灯Y7、南北左转绿灯Y0熄灭，南北绿灯Y1亮，T17开始计时，25S后S43置位，T18开始计时，Y1闪烁，5S后S44置位，南北绿灯Y1熄灭，南北黄灯Y2亮，同时T19开始计时，5S后S45置位，南北红灯Y7、东西左转绿灯Y4亮，T20开始计时，5S后S46置位，东西左转绿灯Y4闪烁，同时T21开始计时，5S后S47置位，东西红灯Y3、南北左转绿灯Y4熄灭，东西绿灯Y5亮，同时T22开始计时，25S后S48置位，东西绿灯Y5闪烁，同时T23开始计时，5S后S49置位，东西绿灯Y5熄灭，东西黄灯Y6亮，同时T24开始计时，5S后S40置位，至此正常时间段一个周期工作完毕，如此循环工作。.高峰时段：（M12和M13）同时置位或（M24和M25）同时置位后，则S20置位，南北左转绿灯Y0、东西红灯Y3、南北红灯Y7亮, 同时T0开始计时,5S后S21置位,南北左转绿灯Y0闪烁，T1开始计时，5S后S22置位，南北左转绿灯Y0、南北红灯Y7熄灭，南北绿灯Y1亮，同时T2开始计时，30S后S23置位，南北绿灯Y1闪烁，同T3开始计时，5S后S24置位，南北绿灯Y1熄灭，南北黄灯Y2亮，同时T4开始计时，5S后S25置位，南北黄灯Y2熄灭，南北红灯Y7亮，东西左转绿灯Y4亮，同时T5开始计时，5S后S26置位，东西左转绿灯Y4闪烁，同时T6开始计时，5S后S27置位，东西红灯Y3、东西左转绿灯Y4熄灭，东西绿灯Y5亮，同时T7开始计时，20S后，S28置位，东西绿灯Y5闪烁，同时T8开始计时，5S后S29置位，东西绿灯Y5熄灭，东西黄灯Y6亮，同时T9开始计时，5S后S20置位，至此高峰时间段一个周期工作完毕，如此循环工作。2.2.2 I/O地址分配及接线图输 入输入继电器输入元件作用X0SB1启动按钮X1SB2停止按钮输 出Y0KM1控制南北左转绿灯继电器Y1KM2控制南北绿灯继电器Y2KM3控制南北黄灯继电器Y3KM4控制东西红灯继电器Y4KM5控制东西左转绿灯继电器Y5KM6控制东西绿灯继电器Y6KM7控制东西黄灯继电器Y7KM8控制南北红灯继电器2.2.3 硬件接线图2.3 程序以及仿真2.3.1 梯形图2.3.2 指令表2.3.3 GX Simulater模拟不同的时段程序运行的效果不同，为了了解各个时段的情况，将电脑时间随机调整，观察GX Simulater仿真效果。当时间为如下所示时候 观察模拟情况，部分图像如下：当将时间调到如下一开始之前运行的是如图1（正常时段）接着到16:29:50时候如下图（此时候黄灯闪烁）最后到16:30以后，调到如下（高峰时段）当时间调到如下模拟显示效果如下（此时黄灯闪烁）由以上实际验证可以知道，在程序切换之间，都有10秒的黄灯闪亮，并且改变不同的时间，出现的效果符合题目的要求。该多时段交通灯的plc控制系统正确符合要求。第三章 设计结束语 这次课程设计，通过这个多时段plc交通灯的设计之后，我对plc的应用范围和实用之处有了更加深刻的了解，毕竟以前学习的都是课本上的知识，没什么机会让我们亲自动