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dq071基于PLC的现代城市交通灯系统,毕业设计
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淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 1 目 录 摘要 2 绪论 3 课题背景 3 课程简介 3 课程的意义 3 第一章基于 PLC 的现代城市交通灯系统 4 1.1 PLC 概述 4 1.2 PLC 的定义 4 1.3 PLC 的主要特点 5 1.4 PLC 的功能 5 1.5 系统简介 6 1.5.1 系 统 特 点 7 1.5.2 系统实现的功能和控制方法 7 第二章 系统硬件介绍 10 2.1 硬件 框图 10 2.2 硬件简介 11 2.2.1 双色二极管简介 11 2.2.2 接近传感器 11 2.2.3 开关电源 12 2.2.4 蜂鸣器 13 2.2.5 中间继电器 13 2.2.6 光电传感器 14 第三章 系统软件介绍 15 3.1PLC 编程 15 3.1.1 课程设计原则、方法 15 3.1.2 系统流程图 16 3.1.2 系统子程序 20 3.1.4PLC 软件使用 23 3.2 系统端 口分配 30 3.3 系统 PLC 程序图 30 结论 31 致谢 31 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 2 参考文献 31 摘要 本论文共分四章，从最基本的 PLC 技术到现代城市交通系统的模型制作，设计者给出了明确的设计思路。 文章刚开始介绍了 PLC 的相关知识，给出了 PLC 的定义、功能、特点及 发展阶段，并引申到在本系统中的应用。在对系统特点的说明中，文章详细的给出了系统实现的功能及其控制方法。 最后介绍了系统的软硬件，文章对此系统中所用到的元器件一一做了详细介绍，并对系统的软件编程及程序编辑做了说明。 关键词 PLC 现代城市交通灯系统 PLC 编程 软件系统 硬件系统 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 3 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 1.1 PLC 概述 可编程控制器 (Programmable Controller)是计算机家族中的一员是为工业nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 4 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(Programmable LogicController) ，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(Personal Computer)的简称混 淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 1.2 PLC 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 (National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作，于 1984年首先将其正式命名为 PC(Programmable Controller),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 1.3 PLC 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nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 5 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 1020ms. 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。 1.4 PLC 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 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 6 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 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 7 系 统 平 面 图 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。1 2 3 4 5 6 2423222120197891011121 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 8 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： nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 9 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 1012 、 2224、 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、 1012、 2224亮绿灯 其余灯不亮 此时表示：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、 2224、 1022 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 1618 、 13、 10、 12、 22、 24、亮红灯其余灯不亮 此时表示：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、 1618、 13亮绿灯其余灯不亮 此时表示：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；右边的右转。南北方向右边车道上的车仍在等待。 （ 3）黄灯亮时 11、 23、 1618、 13 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。 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 10 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 位移传感器 位移传感器 位移传感器 位移传感器 电机 东 北 西 南 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 11 2.1 硬件 框图 2.2 硬件简介 2.2.1 双色二极管简介 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 12 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-Q5MC1 2M BY OMC 规格： 直流 3 线， DC12-24V 产品说明： 非屏蔽，检测距离 5mm， NPN NO，方柱型 2.2.3 开关电源 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 13 2.2.4 蜂鸣器 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 24V/4.5A S-145-24 24V/6A S-150-24 24V/6.5A S-200-24 24V/0.7A 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 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 14 尺寸图： 2.2.5 中间继电器 输出电压 115db min12VDC/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 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 15 性能指标 最大开关电压： 250VAC 125DC 最大开关电流： 5A 接触电阻： 50m以下 动作时间： 20ms 以下复位时间： 20ms 以下 2.2.6 光电传感器 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 16 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 检测距离 10cm 反馈反射型 检测距离 2cm 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-DS10C4 直流1036VDC NPN NO JWKE3F-R2C4 NC JWKE3F-DS10C2 NC JWKE3F-R2C2 NO+NC JWKE3F-DS10C3 NO+NC JWKE3F-R2C3 PNP NO JWKE3F-DS10P4 PNP NO JWKE3F-R2P4 NC JWKE3F-DS10P2 NC JWKE3F-R2P2 NO+NC JWKE3F-DS10P3 NO+NC JWKE3F-R2P3 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-DS10Y1 交流90250VAC SCR可控硅 NO JWKE3F-R2Y1 NC JWKE3F-DS10Y2 NC JWKE3F-R2Y2 继电器输出 继电器输出 检测距离 5cm 控制输出 200mA 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-5DC4 消耗电流 35mA/3W NC JWKE3F-5DC2 响应时间 2ms/20ms NO+NC JWKE3F-5DC3 指向角 3 度 10 度 /3 度 20 度 PNP NO JWKE3F-5DP4 检测物体 透明或不透明体 NC JWKE3F-5DP2 工作环境温度 -25 度 55 度 NO+NC JWKE3F-5DP3 工作环境照度 太阳光 10KLX 以下 白炽灯3KLX 以下 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-5DY1 外壳材料 金属 /塑料 NC JWKE3F-5DY2 防护等级 IP66 继电器输出 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 17 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 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 18 编制程序 明确设计任务和技术条件 系统总体设计 PLC 机型选择 制作控制区 I/O 配线 安装 PLC 局部模拟运行 程序检查调试 联机调试 系统试运行 交付使用 整理系统文件 程序备份 修改软件，硬件 是否满足要求？ N Y nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 19 盲人通行 东西闯红灯 南北绿灯亮 东西红灯亮 南北拐灯亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 东西红灯亮 东西绿灯亮 南北红灯亮 东西拐灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北红灯亮 南北急车完 东西急车 东西急车完 南北急车 盲人通行 南北闯红灯 蜂鸣器 录音机 启动 循环 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 20 启动 循环 道路模拟 1 道路模拟 2 道路模拟 3 道路模拟 5 道路模拟 6 道路模拟 4 电机转动 接近传感器 指针指示 启动 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 21 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 常开触点动作 Y10 导通并自锁，记时器 T3 开始记时。重复前一过程。每一过程 T6 常开触点都会动作给 C4 一个脉冲信号，当信号垒加到 22 次时 C4 常闭触点动作结束循环。 当 PLC 运行后，计数器 T0 得电记时。 0.5S 后， T0 常开触点闭合，计数器 T1 得电记时。0.5S 后， T1 常闭触点断开，计数器 T0 断电。 T0 常开触 点复位，计数器 T1 断电。 T1 常闭触点复位，计数器 T0 得电记时。循环下去。只要将 T0 常开触点或 T1 常闭触点串入其他电路，就会以 1S 的周期进行闪烁。 指针指示 电路启动后电机开始转动，带动指针一起转动，触到 X5 时 X5 断开电机停止转动。当南北绿灯灭时 C0 闭合，电机又恢复转动，触到 X7 时又停止。 以下靠 C1、 C2 来让电机转，X11 和 X13 让电机停。 M3 又让电机转实现循环。 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 22 闯红灯报警 闯红灯报警主要有硬件完成，如图所示，当南北方向拐弯灯亮时（图中的 Y3 有输出）此时手触到光电传感 器，有信号发出，蜂鸣器电路闭合，发出声音进行报警。 当南北方向亮红灯时（图中 Y2 有输出）此时 KA 线圈得电 KA 长闭触头断开防止 Y2输出干扰 Y3 使同一方向上的拐弯灯与红灯同时亮起来造成电路冲突。此时手触到光电传感器，也会有信号发出，蜂鸣器电路闭合，发出声音进行报警。 当南北绿灯亮时， Y2 Y3 无输出，传感器得不到电源，无法进行信号输出也就无法报警。 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 23 东西方向只是 Y6 Y7 代替 Y2 Y3 电路 和控制过程都一致。 就这样完成了对闯红灯报警的控制。 3.1.4PLC 软件使用 编程软件及其应用 1 三菱 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件，是应用于 FX 系列 PLC 的中文编程软件，可在 WINDOWS9X 或 WINDOW3.1 及以上操作系统运行 . (1) SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的主要功能 在 SWOPC-FXGP/WIN-C 中 ,可通过线路符号 ,列表语言及 SFC 符号来创建顺控指令程序 ,建立注释数据及设置寄存器数据 创建顺控指令程序以及将将其储存为文件 ,用打印机打印 . (2) 系统配置 1. 计算机 要求机型 :PC/AT(兼容 );CPU: 486 以上 ;内存 : 8 兆或更高 ;显示器 :分辨率为800 600 点 ,16 色或更高 . 2 编程和通信软件 采用应用与 FX 系列 PLC 的编程软件 SWOPC-FXGP/WIN-C 3 接口单元 采用 FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 转换器 (便携式 )或 FX-232AW 型RS-232C/RS-422转换器 (内置式 )或 FX-232AW型 RS-232C/RS-422转换器 (内置式 ),以及其他指定的转换器 . 4 通信线缆 采用 FX-422CAB 型 RS-422 缆线 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的操作环境 在 WINDOW 9X 上运行 (3) 系统的启动和退出 要想启动 SWOPC-FXGP/WIN-C ， 可 用 鼠 标 双 击 桌 面 上 的 图 标 ：下图为打开的 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口。以鼠标选取 退出 命令，即 可退出 SWOPC-FXGP/WIN-C 系统 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 24 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 25 文件管理 创建新文件：创建一个新的顺序程序的操作方法是：通过选择 文件 -新文件 菜单项，或按 Ctrl+N键操作，然后在 PLC 类型设置对话框中选择顺控程序的目标 PLC类型，如选择 FX2N 后，单击 确定 ，或按 O键操 作即可 打开文件：从一个文件列表中打开一个顺序程序以及诸如注释数据之类的数据，操作方法是：先（文件） -（打开）菜单或按 Ctrl+O键 ,再在打开的文件菜单中选择一个所需的顺序指令程序后，但击 确认 即可 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 26 -文的保存和关闭 :保存当前顺控程序 ,注释数据以及其他在同一文件名下的书记 .如果使第一次保存 ,屏幕显示如下图所示的文件菜单对话框 ,可通过该对话框将当前程序赋名并保存下来 .操作方法是 :执行 文件 保存 菜单或按 CTRL+S键 操作即可 . 以处于打开状态的顺控程序关闭 ,再打开一个已有的程序及相应的注释和数据 ,操作方法是执行 文件 -关闭打开 菜单即可参见上图 梯形图的编程 编程操作 :梯形单元块的剪切拷贝粘贴删除块选择以及行删除和行插入 , 通过执行 编辑 采单栏实现 ,如图所示 .元件名的输入 元件注释 /线圈注释以及梯形图单元的注释 ,可通过执行 菜单 栏实现如图所示 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 27 元件输入 :触点、线圈符号、特殊功能线圈和连接线的输 入，程序的清除，通过执行 工具 菜单栏实现，如图 梯形图的转换：将创建的梯形图转换格式存入计算机中，操作方法是：执行 工具 -转换 菜单操作或 F4 键，如图所示 在转换过程中显示梯形图转换信息，如果在不完成转换的情况下关闭梯形图窗口，被创建的梯形图被抹去。 查找：光标到程序的顶、底和指定程序步显示程序，有关元件接点、线圈和指令的查找，元件类型和编号的改变，元件的替换，通过执行 查找 菜单栏实现，如图所示 指令表编程 执行 视图 - 指 令 表 或按 N 键 操 作 可 实 现 指 令 表 状nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 28 的编程；通过 视图 -指令表 或 梯形图 ， 可实现指令表与图程序之间的转换，如图 程序的检查 执行 选项 -程序检查 ，选择相应的检查内容，然后 确认 ， 可实现对程序的检查。如图 程序的传送 传送功能如下 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 29 读入 ：将 PLC 中的程序传送到计算机中。 写入 ：将计算机中的程序发送到 PLC 中。 校验 ；将计算机与 PLC 中的程序加以比较校验，操作方法是执行 PLC-传送 -读入 、 写出 、 校验 菜单完成操作。当选择 读入 时，应在 PLC 模式设置 对话框中将已连接的 PLC模式设置好，操作菜单如图 传送程序时，应注意以下问题：计算机的 RS232C 端口及 PLC 之间必须用指定的缆线及转换器连接。执行完 读入 后，计算机中程序将被丢失，原有的程序将被读入的程序所替代，PLC 模式改变成被设定的模式。在 写出 时， PLC 应停止运行，程序必须在 RAM 或 EEPROM内存保护关断的情况下写出，然后进行校验 监控操作 在程序运行时，我们可以通过监控的方式了解 PLC 的工作情况。具体的执行为；执行 监控/测试 。如图所示。nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 30 3.2 系统端口分配 输入 ： x0 启动按扭 x1 停止按扭 x4 东西强通按扭 x3 南北强通按扭 输出： Y0 南北绿灯 Y1 南北黄灯 Y2 南北红灯 Y3 南北转弯灯 Y4 东西绿灯 Y5 东西黄灯 Y6 东西红灯 Y7 东西转弯灯 Y10 南北直行闪烁 Y11 南北直行闪烁 Y12 南北直行闪烁 Y13 南北直行闪烁 Y14 东西直行闪烁 Y15 东西直行闪烁 Y16 东西直行 闪烁 Y17 东西直行闪烁 Y21 南北强通 Y22 盲人服务 Y23 盲人服务 Y24 东西强通 Y26 直行路灯指示 Y27 直行路灯指示 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 31 结论 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，就发出禁止通行的声音。本系统的研究集中体现了人性化的设计理念，在社会中必将是一面文明旗帜 致谢 本课题在选题及研究过程中得到高教授、陈老师的悉心指导。高教授、陈老师多次询问研究进程，并为我们指点迷津，帮助我们 开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。高教授一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时三载，却给以终生受益无穷之道。对指导老师的感激之情是无法用言语表达的。 感谢高教授、徐主任、陈老师对我们的教育培养。他们细心指导我们的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。 淮安信息职业技术学院电气工程系徐主任、高教授、陈老师等老师为我们提供了良好的研究条件，谨向各位同仁表示诚挚的敬意和谢忱。 感谢我的同学、阚小伟、王宁、吕攀丽、邵宝镜 在制作城 市十字路口智能交通灯创新实验中，共同努力，相互协作。 参考文献 现代电气控制及 PLC 应用技术 主编： 王永华 北京航空航天大学出版社 电子技术 主编：王延才 高等教育出版社 电气控制与 PLC 实训教程 作者： 阮友德 人民邮电出版社 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 32 附录 名称 数量 PLC （ FX2N 48MR） 1 个 24V 直流电源（ s-75-24） 1 个 空气开关 (dz47-60) 2 个 12V/3.8V 变压器 各 1 个 24V 中间继电器 (my4nj) 12 个 蜂鸣器 2 个 接线端子 2 个 接近 (位置 )传感器（ tl-q5cmc1） 4 个 光电传感器 (e18-ds10c4) 2 个 电机（ rf-370ch-08880） 1 个 道轨 两米 录音系统集成块 2 个 双色二极管（红 /绿） 170 个 按扭 4 个 拨子开关 2 个 有机玻璃 65cm 85cm 不锈钢框架 60cm 60cm 20cm 灯泡 12v 20 个 导线 若干 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 33 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 1 第一章绪论 1.1 课题由来 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。 1.2 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。 1.3 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。 第二章 可编程控制器 概论 可编程控制器 (Programmable Controller)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(Programmable LogicController) ，简称 PLC 。它主要用来代替继电器实现nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 2 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 (Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 、 2.1PLC 的由来 在 60 年代汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的，当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装，随着生产的发展汽车型号更新的周期愈来愈短，这样继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时费工费料，甚至阻碍了更新周期的缩短，为了改变这一现状， 1969 年美国数字设备公司 (DEC) 研制 出第一台 PLC ，在美国通用汽车自动装配线上试用获得了成功这种新型的工业控制装置，以其简单易懂操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到 1971 年已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视， 1971 日本从美国引进了这项新技术很快研制出了日本第一台 PLC ；1973 年西欧国家也研制出它们的第一台 PLC ；我国从 1974 年开始研制，于1977 年开始工业应用。 2.2PLC 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。 、 2.3PLC 的主要特点 2.31 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 1020ms. 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 2.32 丰富的 I/O 接口模块 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 3 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。 2.33 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。 2.34 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。 2.35 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。 2.4 PLC 的功能 1 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 、 2.5PLC 的发展阶段 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 4 虽然 PLC 问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步， PLC 也迅速发展其发展过程大致可分三个阶段： 2.51 早期的 PLC(60 年代末 70 年代中期 ) 早期的 PLC ，一般称为可编程逻辑控制器，这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的义，其主要功能只是执行原先 由继电器完成的顺序控制定时等，它在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进，以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器；另外还采取了一些措施以提高其抗干扰的能力；在软件编程上采用广大电工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式 梯形图。因此早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括：简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示，能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言 梯形图一直沿用至今。 2.52 中期的 PLC(70 年 代中期 80 年代中后期 ) 在 70 年代微处理器的出现，使 PLC 发生了巨大的变化。美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元 (CPU)，这样使 PLC 得功能大大增强，在软件方面除了保持其原有的逻辑运算计时、计数等功能以外，还增加了算术运算数据处理和传送通讯自诊断等功能；在硬件方面除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块，各种特殊功能模块，并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大。 2.53 近期的 PLC(80 年代中后期至今 ) 进入 80 年代中后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片，这样使得 PLC 软硬件功能发生了巨大变化。 、 2.6PLC 的分类 2.61 小型 PLC 小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体，除了开关量 I/O 以外，还可以连接 模拟量 I/O 以及其他各种特殊功能模块。它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术、运算数据处理和传送通讯联网以及各种应用指令。 2.62 中型 PLC 中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间， I/O 的处理方式除了采用一般 PLC 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式即在扫描用户程序的过程中直接读输入刷新输出，它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 2.63 大型 PLC 一般 I/O 点数在 1024 点以上 的称为大型 PLC， 大型 PLC 的软硬件功能极强，具有极强的自诊断功能、通讯联网功能强，有各种通讯联网的模块可以构成三级通讯网实现工厂生产管理自动化，大型 PLC 还可以采用冗余或三 CPU 构成表决式系统使机器的可靠性更高。 nts淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 5 2.7PLC 控制系统设计的基本原则 PLC 控制系统的总体设计原则是：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 2.8PLC 设计的步骤 用 PLC 进行控制系统设计的一般 步骤 可参考流程图 2.81 明确设计任务和技术条件 进行设计之前 ,设计人员首先应该对被空对象进行深入的调查和分析 ,并熟悉工艺流程机设备性能 .根据生产中提出的问题 ,确定系统所要完成的 任务 .与此同时 ,拟订出设计任务书 ,明确各项设计要求 /约束条件及控制方式 .设计任务书是个系统的依据 . 2.82 选择 PLC 机型 目前 ,在国内 PLC 生产厂家生产的 PLC 品种已达数百个 ,其性能各有特点 ,价格也不尽相同 .在设计 PLC 控制系统时 ,要选择最适宜的 PLC 机型 ,一般考虑下列因素 . 系统控制目标 .设计 PLC 控制系统时 ,首要的控制目标就是 :确保控制系统安全可靠地稳定运行 ,提高生产效率 ,保证产品质量等 . PLC 的硬件配置 .包括 CPU 的能力 ,I/O 系统 ,指令系统 ,响应速度 ,性价比等等 . 2.83 系统硬件设计 PLC 控制系统的硬件设计是指对 PLC 外部设备的设计 .在硬件设计中 ,要进行输入设备的选择 (如接触器的线圈 ,电磁阀的线圈 ,指示灯 ),以及控制台 ,柜的设计和选择 ,操作面板的设计 . 通过对用户输入 ,输出设备的分析和整理 ,进行相应的 I/O 分配 ,在 I/O 分配表中 ,应包含 I/O 地址 ,设备代号 ,设备名称及控制功能 ,应尽量将相同类型的信号 ,相同电压等级的信号地址安排在一起 ,以便于施工和补线 ,并依此绘出 I/O 接线图 . 2.84 系统软件设计 控制系统软件的设计就是用梯形图编写控制程序 ,可采用经验设计法或逻辑设计法 .对较大规模的控制系统 可以采用状态编写法 . 系统局部模拟运行 控制程序完成后 ,便有了控制系统的框架 ,要进行模拟调试 .在调试过程中要遵循从上到下 ,先内后外 ,先局部后整体的原则 . 4 控制系统联机调试 7 5 编制系统的技术文件 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 6 编制程序 明确设计任务和技术条件 系统总体设计 PLC 机型选择 制作控制区 I/O 配线 安装 PLC 局部模拟运行 程序检查调试 联机调试 系统试运行 交付使用 整理系统文件 程序备份 修改软件，硬件 是否满足要求？ N Y nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 7 第三章实现功能和控制方法 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。见下图。 系 统 平 面 图 3.1 时序控制 交通灯的时续控制如图所示 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，nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 8 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。 3.2 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。 急车通行道路情况与直通时一致在这里不在说明。 3.3 道路模拟 南北通车 （ 1） 绿灯亮时 2、 5、 14、 17 亮绿灯 1012 、 2224、 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、1012、 2224 亮绿灯 其余灯不亮 此时表示 ：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、 2224、 1022 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 1618 、 13、 10、 12、 22、 24、亮红灯其余灯不亮 此时表示：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、1618、 13 亮绿灯其余灯不亮 此时表示：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；右边的右转。南北方向右边车道上的车仍在等待。 （ 3）黄灯亮时 11、 23、 1618、 13 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 以上过程南北方向一直亮红灯 3.4 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nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 9 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。 3.5 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。 3.6 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 . 第四章系统硬件设计 4.1 电路框图 4.1.1 二极管 KA 4.12 传感器 开关 传感器 P L C电机 灯泡 蜂鸣器 双色二极管 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 10 4.1.3 灯泡 4.1.4 电机 M 4.15 开关 4.16 蜂鸣器 4.2 系统 PLC 端口分配 输入 ： x0 启动按扭 x1 南北盲人过道 X2 东西盲人过道 x3 南北强通按扭 x4 东西强通按扭 X5 南北指针指示 X7 东西拐弯指针 X11 东西指针 X13 南北拐弯指针 输出： Y0 南北绿灯 Y1 南北黄灯 Y2 南北红灯 Y3 南北转弯灯 Y4 东西绿灯 Y5 东西黄灯 Y6 东西红灯 Y7 东西转弯灯 Y10 南北直行闪烁 Y11 南北直行闪烁 Y12 南北直行闪烁 Y13 南北直行闪烁 Y14 东西直行闪烁 Y15 东西直行闪烁 Y16 东西直行闪烁 Y17 东西直行闪烁 Y21 南北强通 Y22 盲人服务 nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 11 Y23 盲人服务 Y24 东西强通 Y26 直行路灯指示 Y27 直行路灯指示 4.3 主要硬件参数 4.31PLC FX2N 系列 产品介绍 FX2N 系列的特点是小型化、高速度和高性能，在 FX 系列中属于最高档次。除输入出 16-25 点的独立用途外，还可以适用于在多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的 PLC。 技术参数 在基本单元上连 接扩展单元或扩展模块，可进行 16-256 点的灵活输入输出组合。 产品目录 可选用 16/32/48/64/80/128 点的主机，可以采用最小 8 点的扩展模块进行扩展。可根据电源及输出形式，自由选择。 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 12 4.32 双色二极管 类型 主波长（ nm) 发光颜色 顺向电压 发光强度 备注 红蓝双色 620-630 红色 1.8-2.4 500-800 顺向电流20mA 条件下 460-470 蓝色 2.8-3.8 1000-2000 红绿双色 620-630 红色 1.8-2.4 500-800 520-530 绿色 2.8-3.8 1000-3000 蓝绿双色 460-470 蓝色 2.8-3.8 1000-2000 520-530 绿色 2.8-3.8 1000-3000 4.33 接近传感器 产品编号： TL0001 型号： TL-Q5MC1 2M BY OMC nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 13 规格： 直流 3 线， DC12-24V 产品说明： 非屏蔽，检测距离 5mm， NPN NO，方柱型 4.34 开关电源 S-50W 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 24V/4.5A S-145-24 24V/6A S-150-24 24V/6.5A S-200-24 24V/0.7A S-240-24 24V/10A nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 14 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 4.35 蜂鸣器介绍 尺寸图： 规格 输出电压 115db min12VDC/10cm 工作电流 250mAmax 最大输入电压 15VDCmax 工作温度范围 -20-70 nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 15 储存温度范围 -30-80 重量 50gms 4.36 中间继电器 性能指标 最大开关电压： 250VAC 125DC 最大开关电流： 5A 接触电阻： 50m以下 动作时间： 20ms 以下复位时间： 20ms 以下 4.37 光电传感器 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 16 光电传感器 JWKE3F(E18)系列 检测距离 10cm 反馈反射型 检测距离 2cm 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-DS10C4 直流1036VDC NPN NO JWKE3F-R2C4 NC JWKE3F-DS10C2 NC JWKE3F-R2C2 NO+NC JWKE3F-DS10C3 NO+NC JWKE3F-R2C3 PNP NO JWKE3F-DS10P4 PNP NO JWKE3F-R2P4 NC JWKE3F-DS10P2 NC JWKE3F-R2P2 NO+NC JWKE3F-DS10P3 NO+NC JWKE3F-R2P3 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-DS10Y1 交流90250VAC SCR可控硅 NO JWKE3F-R2Y1 NC JWKE3F-DS10Y2 NC JWKE3F-R2Y2 继电器输出 继电器输 出 检测距离 5cm 控制 输出 200mA 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-5DC4 消耗电流 35mA/3W NC JWKE3F-5DC2 响应时间 2ms/20ms NO+NC JWKE3F-5DC3 指向角 3 度 10 度 /3 度20 度 PNP NO JWKE3F-5DP4 检测物体 透明或不透明体 NC JWKE3F-5DP2 工作环境温 度 -25 度 55 度 NO+NC JWKE3F-5DP3 工作环境照度 太阳光 10KLX 以下 白炽灯 3KLX 以下 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-5DY1 外壳材料 金属 /塑料 NC JWKE3F-5DY2 防护等级 IP66 继电器输出 nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 17 第五章软件系统设计 5.1 软件流程图 启动 东西 循环 南北急车完 东西急车 盲人通行 东西闯红灯 东西急车完 南北急车 南北闯红灯 盲人通行 南北拐灯亮 东西红灯亮 南北黄灯亮 东西红灯亮 东西拐灯亮 南北红灯亮 东西黄灯亮 南北红灯亮 东西绿灯亮 南北红灯亮 南北绿灯亮 东西红灯亮 蜂鸣器 录音机 nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 18 启动 启动 循环 道路模拟 1 道路模拟 5 道路模拟 2 道路模拟 3 道路模拟 4 道路模拟 6 电机转动 接近传感器 指针指示 nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 19 5.2 PLC 软件设计的方法 5.21 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 . 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 ). 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 .画互锁和保护条件 5.22 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 . (2) 详细绘制电气控制系统的状态转换表 .通常由输出信号状态表 ,输入信号状态表 ,状态主令表和中间记忆状态表四部分组成 . (3) 根据状态转换表进行逻辑设计 (4) 进行程序的完善和补充 . 5.23 状态编程法 状态编程法有可称为顺序控制设计法 ,它的最基本的思想是系统的 一个工作周期划分为若干个顺序相连的阶段 ,这些阶段称之为步 (STEP),并 用编程元件 (例如状态寄存器 S)来代表个步 .步是根据输出量状态变化来划分的 ,即相邻两不步的输出量状态一定不同 .步与步之间的过度则是通过转换条件实现的 ,转换条件可以是外部的输入信号 ;也可以是 PLC 内部产生的信号 ;还可能有多个条件组成 .每一个步有其对应的动作 ,这些动作就是 PLC 的输出信号 . 5.3 常用编程元件 5.31 输入继电器 （ X） PLC 的输入端子是从外部开关接受信号的窗口， PLC 内部与输入端子连接的输入继电器 X 是用光电隔离的电子继电器，它们的编号与接线端子编号一致（按八进制输入），线圈 的吸合或释放只取决于 PLC 外部触点的状态。内部有常开 /常闭两种触点供编程时随时使用，且使用次数不限。输入电路的时间常数一般小于 10ms。各基本单元都是八进制输入的地址，输入为 X000 X007，X010 X017， X020 X027 。它们一般位于机器的上端。 5.32 输出继电器（ Y） PLC 的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。输出继电器的线圈由程序控制，输出继电器的外部输出主触点接到 PLC 的输出端子上供外部负载使用，其余常开 /常闭触点供内部程序使用。输出继电器的电子常开 /常闭触点使用次数不nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 20 限。输出电路的时间常数是固定的 。各基本单元都是八进制输出，输出为Y000 Y007， Y010 Y017， Y020 Y027 。它们一般位于机器的下端。 5.33 辅助继电器（ M） PLC 内有很多的辅助继电器，其线圈与输出继电器一样，由 PLC 内各软元件的触点驱动。辅助继电器也称中间继电器，它没有向外的任何联系，只供内部编程使用。它的电子常开 /常闭触点使用次数不受限制。但是，这些触点不能直接驱动外部负载，外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。如下图中的M300，它只 起到一个自锁的功能。在 FX2N 中普遍途采用 M0 M499，共 500点辅助继电器，其地址号按十进制编号。辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器，如掉电继电器、保持继电器等，在这里就不一一介绍了。 X000 X001 M300 M300 5.34 定时器（ T） 在 PLC 内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲 有 1ms、 10ms、 100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数 K 作为设定值，也可以用数据寄存器（ D）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。 定时器通道范围如下： 100 ms 定时器 T0 T199， 共 200 点，设定值： 0.1 3276.7 秒； 10 ms 定时器 T200 TT245，共 46 点，设定值： 0.01 327.67 秒； 1 ms 积算定时器 T245 T249，共 4 点，设定 值： 0.001 32.767 秒； 100 ms 积算定时器 T250 T255，共 6 点，设定值： 0.1 3276.7 秒； 定时器指令符号及应用如下图所示： X000 K123 设定值（累积） T200 Y000 当定时器线圈 T200 的驱动输入 X000 接通时， T200 的当前值计数器对 10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值 K123 相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的 1.23 秒（ 10 * 123ms = 1.23s）时才动作，当 T200 触点吸合后， Y000 就有输出。当驱动输入 X000 断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。 每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器 有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值。 如果是积算定时器，它的符号接线如下图所示： X001 K345 X002 定时器线圈 T250 的驱动输入 X001 接通时， T250 的当前值计数器对 100 ms的时钟脉冲进行累积计数，当该值与设定值 K345 相等时，定时器的输出触点nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 21 动作。在计数过程中，即使输入 X001 在接通或复电时，计数继续进行，其累积时间为 34.5s（ 100 ms*345=34.5s）时触点动作。当复位输入 X002 接通 ，定时器就复位，输出触点也复位。 5.35 计数器（ C） FX2N 中的 16 位增计数器，是 16 位二进制加法计数器，它是在计数信号的上升沿进行计数，它有两个输入，一个用于复位，一个用于计数。每一个计数脉冲上升沿使原来的数值减 1，当现时值减到零时停止计数，同时触点闭合。直到复位控制信号的上升沿输入时，触点才断开，设定值又写入，再又进入计数状态。 其设定值在 K1 K32767 范围内有效。 设定值 K0 与 K1 含义相同，即在第一次计数时，其输出触点就动作。 通用计数器的通道号： C0 C99，共 100 点。 保持用计数器的通道号： C100 C199，共 100 点。 通用与掉电保持用的计数器点数分配，可由参数设置而随意更改。 举个例子： X010 X011 K 计数器 C 0 由计数输入 X011 每次驱动 C0 线圈 时，计数器的当前值加 1。当第 10 次执行线圈指令时，计数器 C0 的输出触点即动作。之后即使计数器输入 X011 再动作，计数器的当前值保持不变。 * 当复位输入 X010 接通（ ON）时，执行 RST 指令，计数器的当前值为 0，输出接点也复位。 * 应注意的是， 计数器 C100 C199，即使发生停电，当前值与输出触点的动作状态或复位状态也能保持。 5.4 编程软件及其应用 1 三菱 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件，是应用于 FX 系列PLC 的中文编程软件，可在 WINDOWS9X 或 WINDOW3.1 及以上操作系统运行 . (1) SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的主要功能 在 SWOPC-FXGP/WIN-C 中 ,可通过线路符号 ,列表语言及 SFC符号来创建顺控指令程序 ,建立注释数据及设置寄存器数据 创建顺控指令程序以及将将其储存为文件 ,用打印机打印 . (2) 系统配置 1. 计算机 要求机型 :PC/AT(兼容 );CPU: 486 以上 ;内存 : 8 兆或更高 ;显示器 :分辨率为 800 600 点 ,16 色或更高 . 2 编程和通信软件 采用应用与 FX 系列 PLC 的编程软件 SWOPC-FXGP/WIN-C nts基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 22 3 接口单元 采用 FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 转换器 (便携式 )或 FX-232AW 型 RS-232C/RS-422 转换器 (内置式 )或 FX-232AW 型 RS-232C/RS-422 转换器 (内置式 ),以及其他指定的转换器 . 4 通信线缆 采用 FX-422CAB 型 RS-422 缆线 (3) SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的操作环境 在 WINDOW 9X 上运行 (4) 系统的启动和退出 要想启动 SWOPC-FXGP/WIN-C，可用鼠标双击桌面上的图标：下图为打开的 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口。以鼠标选取 退出 命令，即 可退出 SWOPC-FXGP/WIN-C 系统 nts淮 安 信 息 职 业 技 术 学 院 综 合 毕 业 实 践 报 告 23 文件管理 创建新文件：创建一个新的顺序程序的操作方法是：通过选择 文件 -新文件 菜单项，或按 Ctrl+N键操作，然后在 PLC 类型设置对话框中选择顺控程序的目标 PLC 类型，如选择 FX2N后，单击 确定 ，或按 O键操作即可打开文件：从一个文件列表中打开一个顺序
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