毕业设计PLC在城市道路交通信号控制系统中的应用

烟台大学文经学院 毕 业 论 文 设 计 PLC 在城市道路交通信号控制系统中的应用在城市道路交通信号控制系统中的应用 申请学位 院 系 机电工程系 专 业 机电一体化 姓 名 滕耀埔 班 级 文专机 131 1 学 号 201390611125 指导老师 徐天娇 2016 年 5 月 1 日 烟台大学文经学院 PLC 在城市道路交通信号控制系统中的应用在城市道路交通信号控制系统中的应用 姓 名 滕耀埔 导 师 韩旭艳 2016 年 5 月 1 日 烟台大学文经学院 烟台大学文经学院毕业论文 设计 任务书烟台大学文经学院毕业论文 设计 任务书 院 系 机电工程系 姓名滕耀埔学号 2013906111 25 毕业届别 2016 专业机电一体化 毕业论文 设计 题目PLC 在城市道路交通信号控制系统中的应用 指导教师学历职称所学专业 具体要求 主要内容 基本要求 主要参考资料等 进度安排 指导教师 签字 年 月 日 院 系 意见 教学院长 主任 签字 年 月 日 备注 摘 要 随着我国城市和交通的迅速发展 交通管制日趋重要 原有的信号灯控制器已 不能满足现实需要 城市道路交通信号PLC控制系统运行可靠 可实现交通信号管制的自 动开停 控制方案的调整及优化简单易行 使用范围广 寿命长 文章对该控制系统的 设计过程设计思路 编程方法做了详尽的介绍 具有一定的参考价值和实用价值 关键词 城市交通信号灯 PLC控制 周期信号交通表 目 录 一 设计任务分析 综合 1 一 控制流程的化简 1 1 对红绿灯设计图的分析 1 2 对交通流向管循环图分析 1 3 进一步对循环图各步流信号流向分析 1 二 灯路控制的设计 2 1 设计思想和工作原理 3 2 路灯的亮度检测电路 3 3 温度和电流检测 3 二 系统组成 4 三 路灯控制I O分配表 5 四 控制梯形图 5 五 应用程序的设计 6 一 周期循环定时器的设定 6 二 带参数子程序的使用 6 三 实时时钟读写指令的使用 7 四 TD一200文本显示器组态 7 六 结语 8 参考文献 9 烟台大学文经学院毕业论文 1 随着我国城市道路和交通运输的迅速发展 交通管制显得越来越重要 不仅要依据实 际车流 人流量来设计具体路口的交通红绿灯信号控制方案 而且还要根据当期流量统 计 及时进行方案的调整及优化 保证道路畅通和单位时间流量最大化 采用逻辑集成 电路组成的信号灯控制器 已经不能满足现实需要 计算机技术的迅猛发展 使小型 PLC 可编程控制器的指令功能日趋强大 用 PIE 控制城市交通信号灯 不仅可以完全满足现 实需要 而且投资少 周期短 人机对话界面良好 控制方案更简单 适合于各种情况 一 设计任务分析 综合 一 控制流程的化简 1 对图1红绿灯设置图的分析 1 主支干道上下两侧 每一侧有车流方向信号灯装置3套 分别为右转弯 左转弯 直 行 人流 人行横道 信号灯装置2套 每侧计5套 总共20套 2 信号灯装置上有红 黄 绿灯各1个 3 以上共计有20套信号灯装置 60个信号灯 2 对图2交通流向管制循环图分析 1 主 支干道上下两侧信号灯控制是中心对称的 即无论主干道还是支干道上下两侧同 方向的信号灯控制是同步的 2 人流 人行横道 信号灯无论主支干道 两侧4个信号灯装置控制是同步动作的 因而 只需主干道 支干道2个控制输出点 3 据以上分析 总共需要控制输出点组 车流信号灯装置12套用6个输出点组 人流 人 行横道 信号灯装置8套用2个输出点组 若用M表示主干道 S表示支干道 H表示人行横 道 R表示右转弯 L表示左转弯 D表示直行 这8个信号灯控制输出点组可表示为 MR ML MD SR SL SD MH SH 而每个输出点组中有r 红灯 Y 黄灯 g 绿灯 3 烟台大学文经学院毕业论文 2 个输出点 3 进一步对循环图各步信号流向分析 烟台大学文经学院毕业论文 2 如图2 a 中 车流主干道右转弯 MR 和支干道左转弯 sL 又是同步的 同样 在其他 各图中均可以找出类似的规律 因此 上述8套信号灯控制输出点组又可以合并为4个控 制信号输出点组 即MR SL ML SR MD SH MI I SD 4大组 每大组中仍包括 r Y g 3个控制信号输出点 经过上述分析 综合 逐步简化 就从原来直观观察需60 个控制信号输出点变成只需4 3 12个控制信号输出点 每个控制信号输出点可再用功率 器件控制4个同步变化的相关信号灯 周期交通信号状态表 的绘制 交通流向管制是一个循环控制过程 只需编出一个循环内的分步执行程序即可 该循环 分为4步 每一步又有3个时段 1 对应放行方向的绿灯亮 2 绿灯灭之前闪烁最后 3s 3 绿灯灭后黄灯亮3s 可画出一个循环的时序控制图如图3所示 2 灯路控制的设计 烟台大学文经学院毕业论文 3 1 设计思想和工作原理 港城东大街与港城西大街带有十字路口交通灯的路灯控制系统 白天路灯自动关闭 当光线较暗且处于交通高峰期时 路灯全部开启 交通高峰期后 进入按比例开启 午夜后按 60 开启 凌晨之间时段 路灯开启比例降为 40 任意一路路灯的工作 电流和温度可随时查询 当路灯发生漏电或损坏时可实现报警 对港城东大街与港城 西大街路段的路灯进行以下编号 1A 1B 2A 2B 3A 共 5 路 2 路灯的亮度检测电路 为了让路灯能在白天自动关闭 而光线较暗的时刻开启 需有一个亮度检测装置 图 1 为路灯的亮度检测电路 图中 4 个电阻构成一个电桥 J 为继电器 Rcds 为光敏 电阻 作为电桥一臂 检测灵敏度由 Rb Rc 决定 Rb Re 时灵敏度最高 即为桥的最 高灵敏度 当有光照在光敏电阻上时 Rcds 的电阻值为 100kO Ra 50mr2 Rb 1 18mQ 经过计算 当光线较强时 a b 两端的电压为 5V 继电器会动作 路灯停止工作 当光线较暗时 Rcds 电阻值在 50mQ 左右 为平衡电 桥 a b 问的电压为 0V 继电器不会动作 路灯开始工作 3 温度和电流检测 对路灯的温度和电流进行检测 采用 ADC0809 来实现 每块 ADC0809 负责对其中一 路 4 个路灯的温度和电流进行检测 ADC0809 的工作流程图如图 2 所示 不同时刻关 闭相应的 AD 转换器 否则在路灯关闭后 其温度 电流会快速降低 检测电路还在 工作 将产生误报 可通过 PLC 内部寄存器 D1 和 8 选 1 数据选择器 74LSl5 1 来实现 其 DO D4 端分别接每块 ADC0809 的片选端 而 D1 中的数作为地址 通过改变 D1 的 值 使 74LSl51 相应的输出端输出高电平 即可使相应的 ADC0809 工作 任意一路路 灯的工作电流和温度随时可查 采用 ADC0809 对 2A 2B 3A 1A 1B 路进行检测 ADC0809 可检测 8 个状态 在连接时 将表示 ADC0809 检测地址的地址线与 1 块 74LSl38 的地址端相连 而 74LSl38 的 Y0 一 Y7 口则与 8 路显示译码器 CD4511 的 LE 端相连 在实际工作中 在显示数据送至数码管显示后 随即会在 LE 端产生一个低 烟台大学文经学院毕业论文 3 电乎 将数据锁存在 CD451l 烟台大学文经学院毕业论文 4 6 内部 由此形成了 8 路的动态显示 为保证 2A 2B 3A 1A 1B 每一路的数据都可 查询 用一个数字拨码盘 由该开关向 PLC 内部输入数字 例如当输入数字是 0 时 表示第 2A 路检测时的显示 以此类推 2 系统组成 1 PIE选用西门子s7 224 CPU基本单元 输出点不够时 选用EM222 8路数字量输出 扩 展模块 2 选用西门子为人机对话界面 可实现以下功能 用于CPU224时钟系统的校正 由于CPU224 的时钟精度为2min 月 实际使用时 需要定期校正时钟及Et历 信号灯控制方案的 参数修改 利用TD一200文本显示器面板上的附加按键 作为手动 开 关 交通信号灯管制的 主令按钮 无需另配开关 3 数字量输出口与功率器件 固态继电器连接 由其控制信号灯 发光二极管点阵模 块 负载能力可以不考虑 即可通过选用不同功率的固态继电器来增加控制信号灯的数 量 具体输出点所控制的信号灯组名称见表1所示 烟台大学文经学院毕业论文 5 三 路灯控制三 路灯控制 I OI O 分配表分配表 路灯控制 I O 分配表如表 2 所示 3 控制梯形图 路灯控制部分梯形图如图 3 所示 电流和温度检测控制部分梯形图如图 4 所示 用 PLC 设计的路灯自控系统 具有调试简单 操作方便 使用安全 运行可靠 效率高 故障率低等特点并降低了管理人员的劳动强度 由于软硬件采用模块化结构 方便安装 调试和维修等 烟台大学文经学院毕业论文 6 8 4 应用程序的设计 一 周期循环定时器的设定 根据表1可知一个控制周期为77s 分为4步 共12个时间段 因此可用一个循环定时器 来控制周期时间 用各时段时间与该定时器当前值比较即可获得各时段切人点 用以调 用相应子程序 二 带参数子程序的使用 表1中的12个时间段中 分为3种情况 1 每分步的第1个时间段有4个输出点的状态需 要改变 如1 4 7 10时间段 2 每分步的第2个时间段有1个输出点的状态需要改变 为闪烁状态 如2 5 8 11时间段 3 每分步的第3个时间段有2个输出点的状态需要 改变 如3 6 9 12时间段 因此 若采用带参数子程序只需2个子程序 一个子程序 带4个参数 使 1 3 两种情况的时间段共用一个子程序 另用一个带参数子程序用于 2 情况 采用带参数子程序 子程序中包含要传递的参数 在西门子s7 200可编程控 制器的SIMATIC指令中规定 一个子程序最多可以传递16个参数 要传递的参数在编制子 程序时必须加以定义 参数必须有一个符号名 最多8个字符 并确定其变量类型和数据 类型 变量类型共分为4种 1 输入型 该子程序被调用时 调用处将指定位置的参 数值传递到子程序的对应该变量类型参数中 参与子程序的运行 该参数运行结果值并 烟台大学文经学院毕业论文 6 9 不再传回 烟台大学文经学院毕业论文 7 10 调用处 2 一OUT 输入 输出型 调用处将指定位置的参数值传递到对应子程序的对 应该变量类型参数中 参与子程序的运行 该参数运行结果值再返回调用处所指定的同 一地址 常数不可以作为输入 输出型参数 3 OUT 输出型 该参数不需从调用处取 值 而仅需将从子程序来的结果值返回到调用处所指定的参数位置 4 TEMP 暂存型 不能 用来传递参数 只能在子程序内部暂时存储数据 当子程序所带的参数均巳定义 其他 程序需要调用该子程序时 必须同时给出同样数量的参数地址或数值 并与子程序中的 参数地址一一对应 上文中 1 3 两种情况的时间段共用一个子程序时 对于 3 情况 因其只需传递2个参数 剩余2个参数可作冗余处理 即利用s7 200的Q1 2 Q1 7为无 效输出口 任选2个El作为剩余2个参数的传递地址 这样 一个循环的12个时间段只用2 个带参数子程序即可满足设计要求 每个带参数子程序要分别调用8次和4次 只不过每 次调用时要根据程序要求传递不同参数地址 由此可见 带参数子程序特别适合同样一 个子程序需多次被调用 且每次调用参数的名称都不相同 或者说 每次调用参数的实 际地址都不相同 充分利用带参数子程序的特点 就可以大大简化程序 起到事半功倍 的效果 而不带参数的子程序使用也很广泛 通常用于精干主程序 将部分程序用子程 序形式表示 使用时再调用该子程序 也用于一段程序可能多次重复使用 但该段程序 中的参数为全局变量 无须进行参数值传递 此时即可使用不带参数的子程序 本项目 中共有4个子程序 其中 子程序1 2为带参数的子程序 而子程序0 3为不带参数的子 程序 三 实时时钟读写指令的应用 由于设计任务要求每日6 00 23 l00为交通管制时间 所以必须利用s7 200的实时 控制时钟指令进行实时控制 s7 200的实时时钟指令有两条 一条是写指令可用于将系 统日历按当时的实际日期和时间来设置 使其同步 另一条是读指令 随时可以读出系 统的日历和时间 以便程序使用 无论读写实时时钟指令 s7 200都是用一块8字节的 缓冲区存放时钟信息 设T为该缓冲区的首字节地址 可由编程人员自由决定 其中每个 字节必须用两位BCD码 二 十进制编码 表示 因此年份只用最低两位表示 如2000 年表示为o0 T 6字节恒为0 星期为01 0r7 当写为0时 表示禁用星期 要实现每日 6 00开始执行交通管制 23 o0后取消交通管制 主程序就必须有读实时时钟指令 并 要设置一个8字节的数据缓冲区 读出实时时钟后 再将实时时钟的h min两字节 由 T 3 T 4组成 个字 与开启时间06 o0及23 o0两个时刻相比较 如06 o0 T 3 23 o0时 则开始实行交通管制 反之 则为无交通管制时段 关闭交通管制 所有黄 灯呈闪烁状态 PLC每扫描一次程序 都将执行一次实时时钟读写指令和比较指令 实时 时钟指令主要用于实时控制系统 如无塔供水泵的定时开停 运行及备用设备的定日自 动更换 自动润滑站定期加油等等 用途十分广泛 四 TD一200文本显示器组态 TD一200文本显示器可用s7 200WIN32编程软件中的专门菜单项TD一200 Wizard进行组 烟台大学文经学院毕业论文 7 11 态 新的TD一200版本支持中文字符 将指示灯控制方案中的调整参数如信号灯管制的起 止时刻 各时段时间等作为可修改的变量编入各屏显示内容中 每次修改控制方案时 包 烟台大学文经学院毕业论文 8 12 括第1次使用 只需用TD一200文本显示器对可修改的变量赋新值即可 在使用TD一200 Wizard组态软件时 必须设置实时时钟功能为使能 经此设定后 利用TD一200的主菜单 项就可以实现实时时钟的校正 在组态时 还设置了TD一200的密码 其为一个4位十进 制数 设定后 只有授权人员在TD一200中输入该密码 才能进行参数修改及时钟校正 上述参数修改 时钟校正均可以在程序运行中 通过对TD一200文本显示器的操作来完成 六 结语 用PLC组成城市道路交通信号控制系统 可完全满足实际需要 并具有以下特点 1 由于