交通灯控制正文

目目 录录 第 1 章 交通灯控制系统工艺分析 1 1 1 交通灯系统控制要求 1 1 2 交通灯变换时序的软件实现 1 1 3 交通灯运行时间减计数的设计思想和方法 3 第 2 章 交通灯控制系统要求 6 2 1 交通灯控制系统硬件 6 2 2 交通灯控制系统软件 6 2 3 交通灯控制系统方案分析 7 第 3 章 基于组态王的交通灯控制系统监控程序设计 8 3 1 交通灯控制系统主控界面 8 3 2 交通灯控制系统趋势界面 9 第 4 章 结论与体会 12 参考文献 13 控制系统综合实验 1 第第 1 1 章章 交通灯控制系统工艺分析交通灯控制系统工艺分析 1 11 1 交通灯系统控制要求交通灯系统控制要求 1 交通灯时序变换方面要求 用户随时根据路口的交通情况设定东西 绿灯 南北绿灯的运行时间 设有白天和夜晚信号灯亮灯情况转换 白天按绿 黄 红3 种信号灯交替轮流点亮 夜晚在23 时后到凌晨6 时前只有黄灯闪烁 并 设有紧急情况处理 当路口发生交通堵塞或紧急状况时 可只让东西方向或南北 方向绿灯亮 允许该方向的车辆通行 2 计数方面要求 在正常运行状态时 只要东西和南北方向有交通灯 亮时 就要求能够实现这两个方向的交通灯运行时间的倒计数 当遇到紧急情 况 要求南北或东西方向强制通行或者在深夜时段时 要求计数器的值始终为 零 3 在组态王界面上可以实时实现对交通灯的监控 能显示对当前的交 通灯运行时间的倒计数 以及车辆运行的动画连接 同时通过组态王也能够查 询到交通系统当前实时信息和历史信息以及实现对登录人员进行用户管理和设 置权限 交通灯对我们人类来说是个必不可少的交通信号工具 它关系着我们的人 身安全 尤其在大城市里 绝容不得有半点失误 本文的控制要求如下 按启 动按钮X0 交通灯开始工作 按停止按钮X1 交通灯停止工作 系统启动后 南北方向红灯亮25S 同时东西方向绿灯亮20S 到20S时东西方向绿灯开始闪亮 3S后熄灭 然后过渡到东西方向黄灯亮2S后熄灭 之后东西方向红灯亮 南北 方向红灯熄灭 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮30S 在此同时南北方向绿灯 亮25S 到25S时南北方向绿灯开始闪亮 闪亮3S后熄灭 然后过渡到南北方向 黄灯亮2S后熄灭 之后又回到南北方向红灯亮 东西方向红灯熄灭 东西方向 绿灯亮的状态 两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为0 5S 两个方向的信号灯 按上面的要求周而复始地进行工作 1 21 2 交通灯变换时序的软件实现交通灯变换时序的软件实现 交通灯变换时序的软件实现本系统采用三菱公司的Q 系列PLC 它是由基板 Q33B 电源模块Q62P Q02CPU 模块 输出模块QY10 及输出模块QX40 组成 其 中输出模块和输入模块分别有16 个点数 满足本系统所需要的4 个输入点 6 个输出点 PLC 的输入 输出地址如表1 所示 控制系统综合实验 2 表1 PLC的I O输入地址 输入输出 X0 启动复位开关 Y0 南北绿灯 X1 南北方向强通 Y1 南北黄灯 X2 东西方向强通 Y2 南北红灯 X3 夜间模式 Y4 东西绿灯 Y5 东西黄灯 Y6 东西红灯 实现交通灯变换时序的主流程如图1 1 所示 图1 1 交通灯变换时序的主流程图 按下按钮后开始工作 首先是东西方向绿灯亮 其运行时间由程序开始时 设定的东西绿灯时间决定 绿灯时间结束后变为绿灯闪3s 接着是黄灯亮2s 控制系统综合实验 3 在此运行时间内南北方向红灯一直亮 在东西黄灯亮时间结束后变为南北绿灯 亮 同时东西红灯亮 南北绿灯时间同样由程序开始时设定的东西绿灯时间决 定 绿灯时间结束后变为绿灯闪3s 接着是黄灯亮2s 在此运行时间内东西方 向红灯一直亮 当南北方向黄灯亮时间结束后又变为开始状态时的东西方向绿 灯亮 同时南北红灯亮 如此反复进行 当遇到紧急情况 要求南北或东西方 向强制通行时 则要求该方向绿灯一直亮 同时另一方红灯一直亮 在深夜时 段时交通系统处于夜间模式下只有南北 东西方向只有黄灯闪烁 1 31 3 交通灯运行时间减计数的设计思想和方法交通灯运行时间减计数的设计思想和方法 为了使监控界面更加符合实际情况 方便人们对交通时间的把握 提高交 通效率 因此在组态王监控界面上设置了对当前交通灯时间的计时显示 这也 就要求我们在软件编程中应有专门数据寄存器保存计时数据 下面来介绍下编 程中有关时间计数思想 当系统处于强制通行状态或者夜间模式时 此时要求东西 南北方向计 数器值均为零 实现方法如图1 2 所示 图1 2 强制通行和夜间模式下计数器清零程序部分 当系统处于正常运行状态时 要求当某一方向灯亮时 该方向的计数器 同时显示减计数 由于设计时用一个数据寄存器来记录各个时间段的倒计数值 因此直接采用对各时间阶段赋初值来实现减计数的方法则需用到多个数据寄存 器 而且程序编程较为繁琐 为此 本文介绍另一种实现各时间段自动减1 并 且周期循环的计数方法 该方法具有思路清晰 且编程容易实现特点 具体思 路如下 先做自动加1 计数 在某些时刻适时清零从而实现在对某一阶段的计 数 在每一阶段开始时都用该阶段的赋值减去当前计数值 如此循环进行从而 实现自动减1 计数 下面以东西方向计数为例说明实现自动减1 计数的方法 初始赋值 东西绿灯D5 5s 南北绿灯D3 5s 绿灯闪3s 黄灯2s 则东西红灯 D4 控制系统综合实验 4 南北绿灯D3 绿闪3 黄灯2 10s 对东西方向的数据寄存器D1 实现加1 计数如表2 所示 表2东西方向的加计数器在一周内的显示数值 各 阶 段 值 绿灯计数 绿闪 计数 黄 灯 计 数 红灯计数 D1012 34 5678 910111213141516171819 分别在绿闪 黄灯以及红灯开始时刻对当前计数值清零 如表3 所示 表3东西方向的加计数器在各个时间段的显示数值 各 阶 段 值 绿灯计数 绿闪 计数 黄 灯 计 数 红灯计数 D1012 34 012010123456789 分别用各灯的时间设定值减去当前的计数值 从而实现循环减1 计数 如表4 所示 表4东西方向的减计数器在各个时间段的显示数值 各 阶 段 值 绿灯计数 D21 D5 D1 绿闪 计数 D21 3 D1 黄灯计数 D21 2 D21 红灯计数 D21 D4 D1 D215 4 3 21012010123456789 考虑到在编写PLC 程序的方便性 在实际的编写中只是在绿闪和黄灯开始对 当前值清零 表2 中的各值应如表5 所示 表5东西方向的加计数器在各个时间段显示数值 各 阶 段 值 绿灯计数 绿闪 计数 黄 灯 计 数 红灯计数 D1012 34 01201234567891011 控制系统综合实验 5 实现循环减1 计数采用如下公式 如表6 所示 表6 东西方向的减计数器在各时间段的显示数值 各 阶 段 值 绿灯计数 D21 D5 D1 绿闪 计数 D21 3 D1 黄灯计数 D21 2 D21 红灯计数 D21 D4 D1 D215 4 3 213212110987654321 基于表5 中D1 的计数规律 在表6 中给出了交通灯在各时间段的计数计算 公式 从而实现了东西方向的交通灯在运行时同时对其运行时间进行减计数显 示的设计 同样的设计思想也应用于南北方向的交通灯在运行时同时对其运行 时间进行减计数显示的设计 控制系统综合实验 6 第二章第二章 交通灯系统控制要求交通灯系统控制要求 交通灯对我们人类来说是个必不可少的交通信号工具 它关系着我们的人 身安全 尤其在大城市里 绝容不得有半点失误 本文的控制要求如下 按启 动按钮 X0 交通灯开始工作 按停止按钮 X1 交通灯停止工作 系统启动后 南北方向红灯亮 25S 同时东西方向绿灯亮 20S 到 20S 时东西方向绿灯开始闪 亮 3S 后熄灭 然后过渡到东西方向黄灯亮 2S 后熄灭 之后东西方向红灯亮 南北方向红灯熄灭 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮 30S 在此同时南北方 向绿灯亮 25S 到 25S 时南北方向绿灯开始闪亮 闪亮 3S 后熄灭 然后过渡到 南北方向黄灯亮 2S 后熄灭 之后又回到南北方向红灯亮 东西方向红灯熄灭 东西方向绿灯亮的状态 两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为 0 5S 两个方向的 信号灯 按上面的要求周而复始地进行工作 2 12 1 系统硬件系统硬件 根据系统的控制要求所设计的硬件电路组成见图 2 1 系统的硬件主要由 计算机 PC 机 可编程序控制器 PLC 及交通灯等构成 其中 PLC 选用三菱 公司 FX2N 一 48MR 系列可编程序控制器 其输出端可以直接驱动继电器 接触 器等负载 构成一个自动化的交通控制系统 在系统成功完成后 只需安装相 应的机电设备如红绿灯即可投入实际运行 其中用 KingView 组态软件设计的人 机界面则成为系统的监控部分 具有较大的实用价值 图 2 1 系统结构图 2 22 2 系统软件系统软件 PLC 程序设计语言有很多种 它们是梯形图语言 LAD 1adder Diagram 语 句表 STL Statement List 功能块图 FBD 逻辑方程式等 其中 梯形图语 言形象直观 容易掌握 是 PLC 中用得比较多的一种编程语言 按照系统的控 控制系统综合实验 7 制要求 采用三菱公司的梯形图编程软件 FXGP WIN C 编写了系统的控制程序 给出交通灯控制系统的流程图和部分梯形图控制程序 启动 kingview 组态软件的组态环境以后 在组态王 画面 上创建十字 路口红 黄 绿交通信号灯的控制示意图 建立启动和停止按钮 并将各个控 制信号灯及启动和停止按钮与所建立相应变量关联 进行动画连接 接着在工 程管理器中 选择 数据库 数据词典 双击 新建图标 弹出 变量属性 对话框 定义 FX2N 48MR PLC 相应寄存器 并建立数据库变量 实时数据库是工 程的数据交换和数据处理中心 数据库中的基本单元就是数据变量 建立实时 数据库的过程也是定义数据变量的过程 定义数据对象的内容主要包括 指定 数据变量的名称 类型 初始值和数值范围 确定与数据变量存盘相关的参数 如存盘的周期 存盘的时间范围等 建立的部分实时数据库见表1 由图形对象 构成的图形画面是静止不动的 需要对这些图形对象进行动画设计 真实地描 述外界对象的状态变化 达到过程实时监控的目的 kingview 实现图形动画设 计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性 连接 并设置相应的动画属性 当变量的值改变时 在画面上以图形对象的动 画效果表现出来 或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值 在系统 运行过程中 图形对象的外观和状态特征 由数据对象的实时采集值驱动 从 而实现图形的动画效果 系统组态完成后 在确认没有错误的情况下即可进入 kingview 的运行环境仿真 2 32 3 交通灯控制系统方案分析交通灯控制系统方案分析 按启动按钮X0 交通灯开始工作 按停止按钮X1 交通灯停止工作 系统 启动后 南北方向红灯亮25S 同时东西方向绿灯亮20S 到20S时东西方向绿灯 开始闪亮3S后熄灭 然后过渡到东西方向黄灯亮2S后熄灭 之后东西方向红灯 亮 南北方向红灯熄灭 南北方向绿灯亮 东西方向红灯亮30S 在此同时南北 方向绿灯亮25S 到25S时南北方向绿灯开始闪亮 闪亮3S后熄灭 然后过渡到 南北方向黄灯亮2S后熄灭 之后又回到南北方向红灯亮 东西方向红灯熄灭 东西方向绿灯亮的状态 两个方向的绿灯闪亮间歇时间均为0 5S 两个方向的 信号灯 按上面的要求周而复始地进行工作 控制系统综合实验 8 第第 3 3 章章 基于组态王的交通灯控制系统监控程序设计基于组态王的交通灯控制系统监控程序设计 3 13 1 交通灯控制系统主控界面交通灯控制系统主控界面 启动组态软件的组态环境以后 在组态王 画面 上创建十字路口红 黄 绿交通信号灯的控制示意图 建立启动和停止按钮 并将各个控制信号灯及启 动和停止按钮与所建立相应变量关联 进行动画连接 接着在工程管理器中 选择 数据库 数据词典 双击 新建图标 弹出 变量属性 对话框 定 义FX2N 48MR PLC相应寄存器 并建立数据库变量 实时数据库是工程的数据交 换和数据处理中心 数据库中的基本单元就是数据变量 建立实时数据库的过 程也是定义数据变量的过程 定义数据对象的内容主要包括 指定数据变量的 名称 类型 初始值和数值范围 确定与数据变量存盘相关的参数 如存盘的 周期 存盘的时间范围等 建立的部分实时数据库见表1 由图形对象构成的图 形画面是静止不动的 需要对这些图形对象进行动画设计 真实地描述外界对 象的状态变化 达到过程实时监控的目的 kingview实现图形动画设计的主要 方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接 并 设置相应的动画属性 当变量的值改变时 在画面上以图形对象的动画效果表 现出来 或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值 在系统运行过程 中 图形对象的外观和状态特征 由数据对象的实时采集值驱动 从而实现图 形的动画效果 系统组态完成后 在确认没有错误的情况下即可进入组态王的 运行环境仿真 为了能够实时地反映交通路口各灯的工作状态 实现对交通灯的远程控制 采用了组态王作为上位机的管理软件 其主要作用在于 当上下位机连接成功后 PLC 对交通灯进行控制 就能通过串口采集数据改变上位机画面中模拟信号灯的 颜色和显示当前计数值 以实现对路口的监测 反之 通过上位机参数的改变 把 相应的值写入到PLC 的中间继电器中 实现对路口交通灯的控制 同时在组态界 面上还能通过实时报表和历史报表使操作者可以方便了解路口的实时和历史工 作情况 从而可以改善和提高交通系统的效率 下面将介绍如何在组态王中设计 交通灯监控系统界面 1 新建工程 打开组态王软件 点击 新建 按照新 建工程配置向导建立一个名为 交通灯监控系统 的新工程 并将此设为组态 王的当前工程 2 设备连接进行串行通讯 3 设备配置 在组态王浏览器 目录内容显示区内双击所设COM口对应的 新建 图标 会弹出 设备配置向导 对 话框 依次选择如下 设备驱动 PLC系列 三菱系列 Q系列 三菱EZSocket 协议 安装设备的唯一逻辑名称 Q02PLC 串口为COM1 设备地址 极为关键 控制系统综合实验 9 Q02 PRG 通信参数设置如表7所示 表7 PLC 与上位计算机所连串口 COM 的参数设置 波特率 数据位 停止位 奇偶检查为 通信方式 9600 8 1 偶检查 RS232 4 构成数据库 数据库是 组态王 软件的核心部分 在工程管理器中 选择 数据库 数据词典 双击 新建图标 弹出 变量属性 对话框 定义三菱 Q02PLC寄存器如表8 表8 在组态王的数据词典中定义的变量 3 23 2 交通灯控制系统趋势界面交通灯控制系统趋势界面 本文组态王的控制系统向导如图3 2所示 先在上位机系统中需要安装组态 王软件和三菱 PLC 编程软件 FXGP WIN C 下位机采用三菱公司生产的 FX2N 一 48MR 型 PLC PC 机 上位机 通过 RS 232串行接口 利用通信电缆 SC 一09与 PLC 连接 在 PC 机中通过 PLC 编程软件把已编译的控制程序下载到下位机 PLC 接着实现设备驱动的具体方法是在设备窗口内配置不同类型的设备构件 并根据外部设备的类型和特征 设置相关的属性 在 KingView 组态中一般都包 控制系统综合实验 10 含有一个或多个用来读取或者输出数据的物理通道 KingView 组态把这样的物 理通道称为设备通道 设备通道只是数据交换用的通路 而进行数据交换的对 象 则必须由用户指定和配置 所有的设备通道都必须与实时数据库相连接 所谓通道连接 即是由用户指定设备通道与数据对象之间的对应关系 这是设 备组态的一项重要工作 最后 在上位计算机已安装组态 KingView 环境下运行 已开发的实验项目 同时使 PLC 下位机进入运行状态 通过鼠标和键盘操作界 面上的图形对象就可以进行控制系统的模拟仿真对画面运行系统调试启动组态 王运行系统 TOUCHVIEW 运行交通灯组态界面的控制 将 PLC 开关指向 RUN 状态 按下启动按钮 观察交通信号灯系统的控制结果 观察软件界面的变化 如下图3 1所示 图3 1 交通灯控系统界面 3 33 3 交通灯控制系统仪表界面交通灯控制系统仪表界面 控制系统综合实验 11 图3 2 交通灯监控仪表界面 实验结果表明 软件界面和交通灯控制实验板指示灯的变化是同步的 系 统运行正常 动画效果良好 也就是说组态软件系统能有效的填平抽象与现实 之间的思维鸿沟