狭窄隧道汽车双向行的PLC控制设计方案

1、狭窄隧道汽车双向行的PLC控制设计方案第一章绪论1.1课题研究的目的意义近年来，我国公路交通得到长足的发展， 山区高速公路建设带动了山区的经济、社会发展。然而，公路交通运输在为国民经济和社会发展做出重大贡献的同时，又因交通事故造成了大量人员伤亡和巨大经济损失。隧道是山区高速公路的主要结构物，在山区高速公路中占有越来越高的比例。由于高速公路隧道建设有着复杂的地理环境和特殊建筑结构，给高速公路交通安全管理工作带来了一定难度。近年来。隧道交通事故已屡见不鲜，很多隧道已经成为高速公路交通事故多发区和控制区。 西南地区某高速公路 2004 年 1 月 2005 年 1 月，共发生交通事故 181 起，其

2、中隧道交通事故就达 56 起，约占全线事故总数的 31。控制隧道交通事故的发生已成为刻不容缓的工作。因此，从隧道交通事故发生的原因着手分析、探讨改进隧道的汽车安全行驶问题有着重要的意义。高速公路隧道事故多样性的原因分析据调查，发生隧道交通事故的原因主要有以下几个方面：（ 1）隧道的人口路段线型为弯道、坡道路段。用地条件制约着道路线型及道路走向的选择，因此，部分隧道的人口为弯道、坡道路段，有的甚至是多弯道、长下坡路段； （2）隧道人口段一般为两种不同路面材料的过渡区域。由于沥青具有可燃性，不利于隧道消防，隧道一般为水泥路面，而隧道外多为沥青路面。因此，隧道外路面附着系数存在差异；（ 3）隧道外光

3、线存在明显差异。在较长的隧道中，光线照人较少，虽然隧道设置有照明装置，但是终究存在较大的隧道外光线明暗程度的差异； （4）隧道人口处积水问题较难解决。在某些地区，雨天隧道人口处往往积水较多，影响了车辆行驶的安全性； （5）隧道的空气环境较差。隧道是一个相对封闭性的通道，空气环境较差，车辆排放的废气和车辆的扬弃废尘不易排除，废尘和废气在一段时间后容易沉积在路面上，降低了路面的附着系数。由于隧道区段的上述特点，决定了隧道交通事故分布特征具有多样性、复杂性。因此，决定我们要努力去改进隧道汽车的行驶安全。本设计的目的就是为了从安全指示方面解决狭窄单向隧道的汽车安全行驶问题。1.2国外研究现状建国后 3

4、0 年所修建的公路等级均较低，线形指标要求不高。五十年代，我国仅有公路隧道 30 多座，总长约 2500m，且单洞长度都很短。六、七十年代，我国干线公路上曾修建了一些百米以上的隧道，但标准也很低。进入八十年代，公路隧道的发展逐渐加快，具有代表性的工程有梧铜山隧道和板樟山隧道，鼓山隧道和马尾隧道，七道梁隧道等。到 1990 年底，我国建成的千米以上隧道已有十余座。在大型公路隧道建设中，技术也随着不断提高，并学习和引进了很多国外先进技术。鼓山隧道，洞设有照明、吸音、防潮、通讯、防火等装置和闭路电视监控及雷达测速系统，这是我国第一座现代化的公路隧道。 “八五”“九五”期间是我国公路隧道建设迅速发展的

5、时期。 “九五”期间新建隧道 504 座， 27.8 万延米。还建成了多座特长或宽体扁坦隧道， 如中梁山隧道 (3100m×2) 、缙云山隧道 (2450m× 2) 、大溪岭隧道 (4116m×2) 、二郎山隧道 (4200m× 2) 、飞鸾岭隧道、真武山隧道等。据不完全资料统计，我国已建成公路隧道 1208 座，总里程 362km。“十五”期间，我国铁路、公路等领域合计约有总长 3000 公里的隧道工程需要修建，隧道长度大于 10 公里的约占 10左右。现在国外的隧道发展迅速，青函隧道：目前世界最长的铁路隧道，全长53.9公里，海底长度 23.3 公里

6、。此隧道跨越津轻海峡连接日本的道和本州美国的德拉瓦隧道：世界最长的输水隧道，全长 169 公里。 美国纽约的林肯隧道：跨越哈德逊河连接纽约市和纽泽西州，是世界最繁忙的公路隧道之一，长度2.4 公里。1.3课题背景随着我国城市化， 现代化进程的加快， 交通流量变的越来越大， 为了缓解或有效解决日益严重的城市交通问题，提高道路的空间利用率，修建各种城市隧道或地下构筑物已成为急剧增长的趋势。城市隧道对减少城市道路用地、缩短城市行车里程、疏导城市交通起到积极的作用。随着国家加大公路建设的步伐和力度，隧道的安全问题日益引起关注。公路隧道作为高速公路的特殊结构，不仅车速高和流量大，结构也相对封闭，加之行驶

7、经过的车辆排放大量的有害物质，所以车辆的行驶环境与条件相对较差，比较容易发生交通事故，并且事故的处理与救援亦相对比较困难，对于长大和特长隧道而言更是如此。因此，高速公路隧道成为高速公路监控与管理的重中之重， 进而我们要进行狭窄隧道双向行驶安全指示PLC控制系统的设计。 随着电气工业的发展， PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国的经济高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期PLC 在我国将保持高速增长势头。1.1设计方案B 口检测装置KA 2B 口B 口绿灯 LED 4B 口红灯 LED 3第二章总体

8、设计方案A 口红灯 LED 1A 口绿灯LED 2停3停2A 口SB 4SB3KA 1A 口检测装置启动SB1控制停 1SB2报警 Y台图 1-1 设计方案图有一地下隧道，宽约 3.3 米，仅能通过一辆面包车，长 350m，一般从早上 6 时到夜里 10 时才使用，南道口简称 A 口，北道口简称 B 口，车辆时速严格控制为 25-30km/h, 全程需 45-56s, 设计时留有约 12s 的余量 . 采用 PLC控制。1.2控制流程1) 无人值班指挥，能错开时序双向行车。2) 按动启动按钮， A 口绿灯亮， B 口红灯亮，信号灯控制系统开始工作。3) 两道口绿灯不能同时亮，如果万一同时亮，系

9、统停止工作并报警。4)从 A 口绿灯开始亮时计算，在持续5S 如果无车辆进入A 口，则 A 口绿灯闪烁 2S 后熄灭且红灯亮，而 B 口红灯熄灭绿灯亮。同样，如果 B 口绿灯持续亮 5S 无车辆进入 B 口，则 B 口绿灯闪烁 2S 熄灭而此时 A 口绿灯亮 。这是两道口均无车进入隧道的要求。5) 当 A 口绿灯亮时，从 A 口进入第一辆车算起， B 口红灯持续亮 90S，同时 A 口绿灯持续亮 20S 接着闪烁 2S 后熄灭，红灯亮 68S（B 口红灯仍亮着）。即将从 A 口进入隧道的汽车全部开出后， B口才能进车。6) 当 B 口绿灯亮时，从 B 口进入第一辆车算起， A 口红灯持续亮 9

10、0S， B 口绿灯持续亮 20S，接着闪烁 2S 熄灭，此后，两道口红灯同时亮 68S（A 口红灯仍亮着）。即将从 B 口进入隧道的汽车全部开出后， A 口才能进车。7) 周而复始。8) 两道口出入处，在隧道中从 A 口算起 130M和 269M处各安装一个停止信号灯控制系统工作开关 S，作为交通事故时的总停用。9) 两道口安装有红外线自动检测装置， 检测车辆进入隧道的情况， 并通过小型继电器的触点， KA1和 KA2，把信号输入 PLC。第三章硬件设计3.1 PLC 的选型日本三菱 FX2nFX2n系列 PLC的主机成为基本单元，包括CPU、存储器、输入输出口及电源，是 PLC的主要部分。为

11、主机备有的扩展其输入输出的扩展单元，扩展模块及特殊功能模块单元扩展单元是用于增加 I/O 点数的装置，部设有电源。扩展模块用于增加 I/O 四谙熟及改变 I/O 比例，部无电源，由基本单元一起使用。 FX2n系列 PLC输入继电器及输出继电器的序号为8 进制，其余器件的序号为十进制。从元件的最大序号可以了解可编程序控制器可能具有某类器件的最大数量。例如输入继电器的编号围为X0X177,为 8 进制编号，可计算出 FX2n系列 PLC可能接入的最大输入信号数为 18 点，这是以 CPU所能介入的最大输入信号数量标示的，并不是一台具体的基本单元或扩展安装的输入口的数量。FX2n系列 PLC有基本指

12、令 27 条；步进梯形指令 2 条；应用指令 128 种，298条。 FX2n系列 PLC的步进梯形指令是采用步进梯形图编制顺序控制状态转移图程序的指令，它包括STL和 RET 两条指令。其中步进梯形指令STL是利用部状态软元件，在顺序控制程序上进行工序步进控制的指令；返回RET指令是表示状态流程结束用于返回主程序的指令。德国西门子 S7S7-200 系列属于整体式小型PLC，用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。 整体式 PLC将 CPU模块、I/O 模块和电源装在一个箱型机壳。 S7-200 系列 PLC提供多种具有不同I/O 点数的 CPU模块和数字量、模拟量 I

13、/O 扩展模块供用户选用， CPU模块和扩展模块用扁平电缆连接。美国通用GE Fanuc PLC 系列 90-70 GE Fanuc 系列 90 家族中高性能，大规模的系列系统机架采用标准的VME总线结构可构成完全同步的CPU热备冗余配置 ESD双重化和三重化 GMR系统配置具有梯形图逻辑， C，SFC，STATE LOGIC等多种编程能力 系列 90-30 成本低，性能高 , 易于组态，便于安装可构成同步的 CPU热备冗余配置 VersaMax "Six Sigma" 品质控制原则 多种诊断功能 活的通讯端口 功能强大的处理器 网络接口和特殊模块 系列 90-Micro

14、一体化结构设计 极强的通讯功能 适合低成本的小规模控制场合 ，最具竞争力系列 90-30PLC是 GE Fanuc系列 90 可编程序控制器家族的一员， 提供最先进的编程特性， 易于组态，便于安装，独有的创新结构开辟了一条最经济的工业控制途径。领先的技术 系列 90-30PLC 成本低，性能高，能方便地取代从简便的继电器到复杂的中型自动化应用系统场合。几年前需由高档PLC完成的任务现在则由系列90-30 来代替。 GE Fanuc 不断地推出新产品，扩大使用围，显示了其技术的领先地位，它的CPU具有强大的功能，如装 PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。另外系

15、列 90-30PLC有功能很强的特殊模块可供选择，包括轴定位模块，高速计数器模块， BASIC和 C 语言协处理器模块及Genius 通讯模块。 GEFanuc 丰富的开关量 I/O 和模拟量 I/O 、简化启动和故障自诊以及容易与其他PLC、计算机集成一体的特性，使您确信，系列90-30 是现在与未来 PLC的明智选择。促进与第三方的合作促进与第三方的合作为了及时解决用户的需求，GE Fanuc提供第三家工业设备和软件包，合作的结果进一步扩大了系列90-30 的能力，通用的产品包括：热电偶、热电阻、步进电机模块、大电流继电器模块。NATURALLANGUAGESTATELOGICCONTRO

16、L为那些在系列90-30 编程方面没有经验的用户提供了新的编程方式。有些厂家具有数据采集和控制软件产品，将用系列 90-30 与个人计算机连机。 这些软件包提供的软件和系列 90-30 之间的结合天衣无缝，许多操作接口使用 SNP通讯协议与具有装接口的系列 90-30 进行通讯。由于各类 PLC的 工作原理、控制方法及编程程序语言的差别不太大，并且在校期间学过三菱公司的PLC ，所以选用 FX2N32MR型号 PLC。3.2 I/O接口分配表表 3-1 I/O 接口分配表输入输出元件代号输入点功能元件代号输出点功能SBX0启动LEDY1A 口红灯11SBX1停止 1LEDY2A 口绿灯22SB

17、X2停止 2LEDY3B 口红灯33SBX3停止 3LEDY4B 口绿灯44KAX4A 口检测装置YY5报警1KA2X5B 口检测装置3.3电气原理图图 3-2 电气原理图第四章软件设计4.1控制程序流程图开始A、 B 口红灯打开是否按下启动按钮A 口绿灯亮，计时5S 后，闪烁2SA 口是否有车进入是否A 口绿灯亮20S 后，闪烁B 口绿灯亮，计时5S 后，闪烁2S2S 后熄灭，接着亮红灯68SB 口是否有车进入是否按下停止按钮否是B 口绿灯亮 20S 后，闪烁 2S后熄灭，接着亮红灯68S是是否按下停止按钮是否结束图 4-1 程序流程图4.2梯形图及程序说明图 4-2 梯形图（ a）图 4-

18、3 梯形图（ b）4.3 SFC 图4.4 时序图1周期为 1S的方波：图 4-4 周期为 1S 的方波图2A、 B两入口都无车进入的情况：图 4-5 A 、 B 两入口都无车进入的情况图3A 口有车进入时：图 4-6 A口有车进入时的情况图4B 口有车进入时：图 4-7 B口有车进入时的情况图第五章总结通过这次设计使我学会如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己， 超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，从为人类造福的意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战胜别人，超越前人。同时，更重要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇过，也战胜了，胜利的钟声也就一定会为我们而敲响。参考文献1王国海可编程序控制器及其应用M :中国劳动社会保障.20072 廖常初 FX2N系列