隧道内汽车双向行驶控制

1、 第1章章 绪 论1.1 课题题研究的目的的意义近年来，我国公公路交通得到到长足的发展展，山区高速速公路建设带带动了山区的的经济、社会会发展。然而而，公路交通通运输在为国国民经济和社社会发展做出出重大贡献的的同时，又因因交通事故造造成了大量人人员伤亡和巨巨大经济损失失。隧道是山山区高速公路路的主要结构构物，在山区区高速公路中中占有越来越越高的比例。由由于高速公路路隧道建设有有着复杂的地地理环境和特特殊建筑结构构，给高速公公路交通安全全管理工作带带来了一定难难度。近年来来。隧道交通通事故已屡见见不鲜，很多多隧道已经成成为高速公路路交通事故多多发区和控制制区。西南地地区某高速公公路2004年1月2

2、005年1月，共发生生交通事故1181起，其其中隧道交通通事故就达556起，约占占全线事故总总数的31。控制制隧道交通事事故的发生已已成为刻不容容缓的工作。因因此，从隧道道交通事故发发生的原因着着手分析、探探讨改进隧道道的汽车安全全行驶问题有有着重要的意意义。高速公路隧道事事故多样性的的原因分析据据调查，发生生隧道交通事事故的原因主主要有以下几几个方面：（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，隧道内一

3、般为水泥路面，而隧道外多为沥青路面。因此，隧道内外路面附着系数存在差异；（3）隧道内外光线存在明显差异。在较长的隧道中，光线照人较少，虽然隧道内设置有照明装置，但是终究存在较大的隧道内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

4、的就就是为了从安安全指示方面面解决特长单单向隧道的汽汽车安全行驶驶问题。1.2 国内内外研究现状状建国后30年所所修建的公路路等级均较低低，线形指标标要求不高。五五十年代，我我国仅有公路路隧道30多座，总总长约25000m，且单单洞长度都很很短。六、七七十年代，我我国干线公路路上曾修建了了一些百米以以上的隧道，但但标准也很低低。进入八十十年代，公路路隧道的发展展逐渐加快，具具有代表性的的工程有深圳圳梧铜山隧道和珠海板樟山隧隧道，福建鼓鼓山隧道和马马尾隧道，甘甘肃七道梁隧隧道等。到11990年底底，我国建成成的千米以上上隧道已有十十余座。在大大型公路隧道道建设中，技技术也随着不不断提高，并并学习

5、和引进进了很多国外外先进技术。福福建鼓山隧道道，洞内设有有照明、吸音音、防潮、通通讯、防火等等装置和闭路路电视监控及及雷达测速系系统，这是我我国第一座现现代化的公路路隧道。“八五”“九九五”期间是是我国公路隧隧道建设迅速速发展的时期期。“九五”期期间新建隧道道504座，27.88万延米。还还建成了多座座特长或宽体体扁坦隧道，如如中梁山隧道道(31000m2)、缙缙云山隧道(2450mm2)、大大溪岭隧道(4116mm2)、二二郎山隧道(4200mm2)、飞飞鸾岭隧道、真真武山隧道等等。据不完全全资料统计，我我国已建成公公路隧道12208座，总总里程3622km。“十五”期间，我我国铁路、公公路

6、等领域合合计约有总长长3000公里里的隧道工程程需要修建，隧隧道长度大于于10公里的约约占10左右。现在国外的隧道道发展迅速，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。此隧道跨越津轻海峡连接日本的北海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 课题题背景及要求求1.3.1 课题背景随着我国城市化化，现代化进进程的加快，交交通流量变的的越来越大，为为了缓解或有有效解决日益益严重的城市市交通问题，提提高道路的空空间利用率，修修建各种城市市隧道

7、或地下下构筑物已成成为急剧增长长的趋势。城城市隧道对减减少城市道路路用地、缩短短城市行车里里程、疏导城城市交通起到到积极的作用用。目前我国国已建成的隧隧道超过10069座，单单通道延长超超过340公公里，建成的的3000米米以上的隧道道13座，随随着国家加大大公路建设的的步伐和力度度，隧道的安安全问题日益益引起关注。公路隧道作为高高速公路的特特殊结构，不不仅车速高和和流量大，结结构也相对封封闭，加之行行驶经过的车车辆排放大量量的有害物质质，所以车辆辆的行驶环境境与条件相对对较差，比较较容易发生交交通事故，并并且事故的处处理与救援亦亦相对比较困困难，对于长长大和特长隧隧道而言更是是如此。因此此，

8、高速公路路隧道成为高高速公路监控控与管理的重重中之重，进进而我们要进进行特长隧道道双向行驶安安全指示PLLC控制系统统的设计。随着电气工业的的发展，PLLC价格的不不断降低和用用户需求的不不断扩大，越越来越多的中中小设备开始始采用PLCC进行控制，PPLC在我国国的应用增长长十分迅速。随随着中国的经经济高速发展展和基础自动动化水平的不不断提高，今今后一段时期期内PLC在我国国将保持高速速增长势头。1A口检测装置B口检测装置KA2停3Y3停3停2SB4SB3B口A口检测装置B口检测装置KA2停3Y3停3停2SB4SB3B口A口A口红灯LED1A口绿灯LED2B口绿灯LED4B口红灯LED3启动S

9、B1停1SB2报警Y控制台KA1图1-1 现现场模拟图1.4 论文主主要内容(1) 总体体方案的设计计(2) PLLC原理与系系统各模块选选择(3) 各部部分硬件设计计(4) 软件件设计(5) PLLC整体电路路的干扰与预预防1.5 总体方方案设计及创创新点1.5.1 总总体方案设计计PLC作为现代代控制系统中中最重要的控控制器之一，我我们当然不能能忽视它。采采取它来进行行我们系统的的设计，不但但能提高系统统的稳定性、可可靠性，还具具有很强的性性价比，还可可以通过通信信联网，实现现分散控制，集集中管理。而而且在程序编编制上也不需需要费太大的的工夫， 所所以我们用PLC来进行行这样的一种种系统设

10、计是是无可后非的的。本方案中中，隧道口交交通灯控制系系统以PLCC作为控制核核心。利用可可行的传感器器采集汽车到到达隧道口的的信号，传感感器作为输入入信号设备，它它将采集到的的控制信号送送入PLC。作为为对来自传感感器输入信号号的响应，PPLC产生输输出控制信号号去控制隧道道A、B口的信号灯灯工作，从而而实现了单向向隧道汽车的的顺利通行。PLC还接受来自两个附加开关的输入信号，两个开关安装在隧道130M 和260M 位置，它们主要功能是在出现交通意外，或着是信号灯出现故障的情况下，可以利用这两个开关将系统程序停止运行，以便及时处理，减少更多的意外。在设计中，还安装了报警电铃，它在隧道的A、B口

11、都有，如果系统出错导致A、B口绿灯同时亮，这时报警电铃工作，可以告知隧道口欲进入隧道的汽车，从而保证了隧道汽车通行的安全性。1.5.2论文文创新点本方案设计要求求中，两个道道口安装有红红外线自动监监测装置，检检测车辆进入入隧道的情况况，并通过小小型的继电器器触点KA11和KA2，把信信号输入PLLC。经过查查阅资料，我我发现一般的的传感器在现现场将光信号号转化成了模模拟信号，然然后经过模数数转换后输入入到PLC中，然然后进行PLLC模块的控控制。在本次次设计中，使使用的光电传传感器的内部部电路比普通通的传感器多多加了一个比比较电路，使使得输出的信信号是一个高高电平和一个个低电平，起起到了代替小

12、小型继电器线线圈的作用。因因而省去了一一部分的外部部电路，起到到了简化的作作用。第2章 PLLC原理及各各模块的选择择2.1 PLCC 原理介绍绍.PLC基本工作作原理：PLLC由CPUU，存储器、II/0接口、内内嵌的精简高高效操作系统统组成。用户户可以根据自自己的需要配配置（扩展）自自己的I/00(输入、输输出)的类型型及数量，用用户按自己的的控制需求编编写控制程序序下载到PLLC的存储器器内，PLCC在运行的时时候，PLCC内的操作系系统能运行用用户的程序，根根据用户程序序通过输入端端子完成输入入信号（开关关、触点、传传感器等）的的读取，并进进行处理运算算，把运算处处理的结果输输出到输出

13、端端子，以控制制用户的执行行机构（阀门门、线圈、指指示灯等）1。从而而完成用户所所需的控制功功能。PLCC采用“顺序序扫描，不断断循环”的工工作方式。每每次扫描过程程。集中对输输入信号进行行采样。集中中对输出信号号进行刷新。输输入刷新过程程。当输入端端口关闭时，程程序在进行执执行阶段时，输输入端有新状状态，新状态态不能被读入入。只有程序序进行下一次次扫描时，新新状态才被读读入。一个扫扫描周期分为为输入采样，程程序执行，输输出刷新。元元件映象寄存存器的内容是是随着程序的的执行变化而而变化的。扫扫描周期的长长短由三条决决定。（1）CCPU执行指指令的速度（22）指令本身身占有的时间间（3）指令令条

14、数。由于于采用集中采采样2。集中中输出的方式式。存在输入入/输出滞后后的现象，即即输入/输出出响应延迟。2.2 PLCC 发展历程程在工业生产过程程中，大量的的开关量顺序序控制，它按按照逻辑条件件进行顺序动动作，并按 照逻辑关系系进行连锁保保护动作的控控制，及大量量离散量的数数据采集。传传统上，这些些功能是 通通过气动或电电气控制系统统来实现的。11968年美美国GM（通通用汽车）公公司提出取代代继电气 控控制装置的要要求，第二年年，美国数字字公司研制出出了基于集成成电路和电子子技术的控制制装置， 首首次采用程序序化的手段应应用于电气控控制，这就是是第一代可编编程序控制器器，称Proogram

15、mmable Contrrollerr（PC）3。个人人计算机（简简称PC）发发展起来后，为为了方便，也也为了反映可可编程控制器器的功能特点点，可编程序序控制器定名名为Proggrammaable LLogic Contrrollerr（PLC）。上上世纪80年年代至90年年代中期，是是PLC发展展最快的时期期，年增长率率一直保持为为30400%。在这时时期，PLCC在处理模拟拟量能力、数数字运算能力力、人机接口口能力和网络络能力得到大大幅度提高，PPLC逐渐进入过过程控制领域域，在某些应应用上取代了了在过程控制制领域处于统统治地位的DDCS系统4。PLLC具有通用用性强、使用用方便、适应应面

16、广、可靠靠性高、抗干干扰能力强、编编程简单等特特点5。PLLC在工业自自动化控制特特别是顺序控控制中的地位位，在可预见见的将来，是是无法取代的的。2.3 PLCC 的应用现现状自20世纪600年代中期以以来PLC产产品在电力、冶冶金、化工等等行业发挥了了重大作用,尤其近200年来计算机机和信息技术术的飞速发展展不断成倍扩扩大的功能和和成倍降低的的价格,使PPLC、通讯讯联网技术、过过程控制软件件都获得了长长足进步，也使PLCC的广泛应用用成为可能。下下面通过两组组数据(引自自工控网)说说明PLC的的应用现状6。PLLC在冶金行行业的市场将将持续增加22003年中中国的工业出出现了快速增增长,工

17、业产产值同比增长长在12%以以上,而且中中国的最大钢钢铁出口对象象美国在22003年下下半年取消了了钢铁附加税税,中国钢材材对其出口也也将迅速回升升。这些有利利因素刺激了了中国冶金行行业的投资。据据调查,中国国冶金行业对对设备的投资资同比增长接接近50%。冶冶金设备的大大量增长带动动了PLC在在该行业的增增长,20003年PLCC在冶金行业业的市场达到到216亿元元，2004年年有望达到33亿元。PLLC在纺织行行业的应用分分析7。在中中国，PLC在纺纺织机械上的的运用已经有有17年的历历史了，从最早的进进口合成纤维维生产设备到到目前的中小小型纺机，PLC无处处不在。占各各类纺织机械械60%以

18、上上的织机平均均每台带有一一个小型的PPLC，主要用于检检测、报警、速速度控制 和和机器启停控控制。纺机的的比例在纺织织机械中不到到5%，却用到更多多的PLC，单台纺纱机机最多用到117台PLCC,主要是660个I/O点以下的的微型产品。梳梳棉机也用微微小型PLCC控制。其它它各类纺织机机械基本上都都采用PLCC控制，只有一些相相对简单的设设备采用单片片机或者其它它控制方式。纺纺织机械的辅辅助设备也主主要由PLCC控制，如循环水系系统、空调系系统、蒸气系系统、废水处处理系统、包包装线等。实实际上PLCC在中国的应应用已分布到到各行各业，根据工控网网的调查，2003年年中国控制类类产品市场PPL

19、C的占有有率已超过550%，而且保持着着10% 15%的发发展速度88。2.4 PLCC 控制系统统的发展前景景现在，虽然出现现了性能更加加优越的DCCS和FCSS控制系统，PLC控制制也终将会被被先进的 FFCS控制所所取代，但是目前以以及今后相当当长的一段时时间，PLC还会会与DCS和和FCS共存存，这主要基于于以下原因：（1）现在企业的的确正在朝着着自动化、信信息化、开放放化的方向发发展，但这并不意意味着要将现现有控制系统统推倒重来。企企业投入大量量的人力和财财力建立起来来的PLC控控制系统已经经成型,如果果要完全推翻翻再建立新的的DCS或FFCS控制系系统,需要更更大的资金投投入，将造

20、成很大大的浪费。（2）基于以上市市场需求，许多软件厂厂商（例如:华富富惠通软件公公司）正在考虑如如何利用企业业已经成型的的控制系统及及新建的厂级级网络，开发控制系系统软件，帮助企业实实现工厂自动动化、信息化化，为企业提供供控制系统与与管理网络的的集成。（3）目前，PLC的功功能增强、结结构优化，IO模块趋趋向分散化、智智能化，编程工具和和编程语言更更具标准化和和高级化。（4）PLC的联联网通信能力力增强，向高速度、多多层次、大信信息量、高可可靠性及开放放式的通信发发展。(5)现在的PLCC系统与DCSS技术、现场场总线IO技术相结结合,结构开开放、扩展方方便、技术先先进、价格低低廉。由以上上分

21、析可以预预见，未来PLC将朝着着多功能化、集集成化、智能能化、标准化化、开放化的的方向发展,故PLC虽然面面临其它自动动化控制系统统的挑战,但但同时也在吸吸收它们的优优点,互相融融合,不断创创新,在今后后一段时间内内将与其它先先进控制方式式并存,共同同发展9。2.5 可编编程序控制器器PLC的分分类可编程序控制器器PLC的分分类PLC产产品种类繁多多，其规格和和性能也各不不相同。对PPLC的分类类，通常根据据其结构形式式的不同、功功能的差异和和I/O点数数的多少等进进行大致分类类。按结构形式分类类根据PLCC的结构形式式，可将PLLC分为整体体式和模块式式两类。整体式PLC整整体式PLCC是将

22、电源、CCPU、I/O接口等部部件都集中装装在一个机箱箱内，具有结结构紧凑、体体积小、价格格低的特点。小小型PLC一一般采用这种种整体式结构构。整体式PPLC 由不不同I/O点点数的基本单单元（又称主主机）和扩展展单元组成。基基本单元内有有CPU、II/O接口、与与I/O扩展展单元相连的的扩展口，以以及与编程器器或EPROOM写入器相相连的接口等等。扩展单元元内只有I/O和电源等等，没有CPPU7。基本本单元和扩展展单元之间一一般用扁平电电缆连接。整整体式PLCC一般还可配配备特殊功能能单元，如模模拟量单元、位位置控制单元元等，使其功功能得以扩展展。模块式PLC 模块式PLLC是将PLLC各组

23、成部部分，分别做做成若干个单单独的模块，如如CPU模块块、I/O模模块、电源模模块（有的含含在CPU模模块中）以及及各种功能模模块。模块式式PLC由框框 架或基板板和各种模块块组成。模块块装在框架或或基板的插座座上。这种模模块式PLCC的特点是配配 置灵活，可可根据需要选选配不同规模模的系统，而而且装配方便便，便于扩展展和维修。大大、中型 PPLC一般采采用模块式结结构。还有一一些PLC将将整体式和模模块式的特点点结合起来，构构成所谓叠装装式PLC。叠叠装式PLCC其CPU、电电源、I/OO接口等也是是各自独立的的模块，但它它们之间是靠靠电缆进行联联接，并且各各模块可以一一层层地叠装装。这样，

24、不不但系统可以以灵活配置，还还可做得体积积小巧6。（2）按功能能分类根据PPLC所具有有的功能不同同，可将PLLC分为低档档、中档、高高档三类。低低档PLC具具有逻辑运算算、定时、计计数、移位以以及自诊断、监监控等基本功功能，还可有有少量模拟量量输入/输出、算术术运算、数据据传送和比较较、通信等功功能。主要用用于逻辑控制制、顺序控制制或少量模拟拟量控制的单单机控制系统统。中档PLLC除具有低低档PLC的的功能外，还还具有较强的的模拟量输入入/输出、算术术运算、数据据传送和比较较、数制转换换、远程I/O、子程序序、通信联网网等功能。有有些还可增设设中断控制、PPID控制等等功能，适用用于复杂控制

25、制系统。高档档PLC 除除具有中档机机的功能外，还还增加了带符符号算术运算算、矩阵运算算、位逻辑运运算、平方根根运算及其它它特殊功能函函数的运算、制制表及表格传传送功能等。高高档PLC机机具 有更强强的通信联网网功能，可用用于大规模过过程控制或构构成分布式网网络控制系统统，实现工厂厂 自动化。（33）按I/OO点数分类根根据PLC的的I/O点数数的多少，可可将PLC分分为小型、中中型和大型三三类。小型PLCI/O点数数小于2566点；单CPPU、8位或或16位处理理器、用户存存储器容量44K 字以下下。中型PLLCI/O点数255620448点；双CCPU，用户户存储器容量量28K。大大型PL

26、CI/O点点数 20048点；多多CPU，116位、322位处理器，用用户存储器容容量8166K.今后一一段时间内将将与其它先进进控制方式并并存,共同发发展。CPUU的构成从结结构上分，PPLC分为固固定式和组合合式（模块式式）两种。固固定式PLCC包括CPUU板、I/OO板、显示面面板、内存块块、电源等，这这些元素组合合成一个不可可拆卸的整体体4。模块块式PLC包包 括CPUU模块、I/O模块、内内存、电源模模块、底板或或机架，这些些模块可以按按照一定规则则组合配置。CCPU是PLLC的核心，起起神经中枢的的作用，每套套 PLC至至少有一个CCPU，它按按PLC的系系统程序赋予予的功能接收收

27、并存贮用户户程序和数据据，用扫描的的方式采集由由现场输入装装置送来 的的状态或数据据，并存入规规定的寄存器器中，同时，诊诊断电源和PPLC 内部部电路的工作作状态和编程程过程中的语语法错误等。进进入运行后，从从用户程序存存贮器中逐条条读取指令，经经分析后 再再按指令规定定的任务产生生相应的控制制信号，去指指挥有关的控控制电路。CCPU主要由由运算器、 控制器、寄寄存器及实现现它们之间联联系的数据、控控制及状态总总线构成，CCPU 单元元还包括外 围芯片、总总线接口及有有关电路。内内存主要用于于存储程序及及数据，是PPLC不可缺缺少的组成单单元。在使用用者看来，不不必要详细分分析CPU的的内部电

28、路，但但对各部分的的工作机制还还是应 有足足够的理解。CCPU的控制制器控制CPPU工作，由由它读取指令令、解释指令令及执行指令令。但 工作作节奏由震荡荡信号控制。运运算器用于进进行数字或逻逻辑运算，在在控制器指挥挥下工作。寄寄存器参与运运算，并存储储运算的中间间结果，它也也是在控制器器指挥下工作作。CPU速速度和内存容容量是PLCC的重要参数数，它们决定定着PLC的的工作速度，IIO数量及软软件容量等，因因此限制着控控制规模。I/O模块：PLC与电气回回路的接口是是通过输入输输出部分（II/O）完成成的。I/OO模块集成了了PLC的II/O电路，其其输入暂存器器反应输入信信号状态，输输出点反

29、应输输出锁存器状状态。输入模模块将电信号号变换成数字字信号进入PPLC系统，输输出模块相反反。I/O分分为开关输入入（DI）开开关输入量（DDO）模拟量量输入（AII），模拟量量输出（AOO）等模块。常用的I/O分分类如下：开开关量：按电电压水平分，有有220VAAC,1100VAC,224VDC,按隔离方式式分，有继电电器隔离和晶晶体管隔离。模模拟量：按信信号类型分，有有电流型（44-20Maa,0-200mA）,电电压型等，按按精度分有112bit，114bit，116bit等等。出来上述述通用的IOO外，还有特特殊的I/OO模块，如热热电阻，热电电偶，脉冲等等模块。按II/O点数确确定模

30、块规格格及数量，II/O模块可可多可少，但但是其最大数数受CPU所所能管理的基基本配置的能能力，即受最最大的底板或或机架槽数限限制。电源模块：PLC的电源用用于为PLCC的各模块的的集成电路提提供工作电源源。同时，有有时还为输入入电路提供224V的工作作电源，电源源输入类型有有：交流电源源（220VVAC/1110VAC）直直流电源（常常用的为244VDC），底底板或机架大大多数模块式式PLC使用用底板或机架架，其作用是是：电气上，实实现各模块间间的联系，使使CPU能访访问底板上的的所有模块，机机械上，实现现各模块间的的连接，使各各模块构成一一个整体。2.6 PLLC的选择PLC按结构分分为整

31、体型和和模块型两类类，按应用环环境分为现场场安装和控制制室安装两类类；按CPUU的字长分为为1位、4位、8位、16位、32位、64位等，从从应用的角度度出发，通常常可按功能控控制或输入输输出点数选型型。整体型PPLC的I/O点数固固定，因此用用户选择的余余地较小，用用于小型控制制系统，模块块型PLC提供多多种I/O卡件或或插卡，因此此用户可较合合理的选择和和配置控制系系统的I/OO点数，功能能扩展方便灵灵活，一般用用于大中型控控制系统。2.7 输入入输出模块的的选择输入输出模块的的选择应考虑虑与应用要求求的统一。例例如对输入输输出模块，应应考虑信号电电平、信号传传输距离、信信号供电方式式等应用

32、要求求。对输出模模块，应考虑虑选用的输出出模块类型，通通常继电器输输出模块具有有价格低、使使用电压范围围广、寿命短短、响应时间间较长等特点点，可控硅输输出模块适用用于开关频繁繁，电感性低低功率因数负负荷场合，但但价格较贵，过过载能力较差差。输出模块块还有直流输输出、交流输输出和模拟量量输出等，与与应用要求应应一致。可根根据应用要求求，合理选用用智能型输入入输出模块，以以便提高控制制水平和降低低应用成本。考考虑是否需要要扩展机架或或远程I/OO机架等9。2.8 电源源的选择PLC的供电电电源，除了引引进设备时同同时引进PLLC应根据产产品说明书要要求设计和选选用外，一般般PLC的供电电电源应设计

33、计选用2200VAC电源源，与国内电电网电压一致致。重要的应应用场合，应应采用不间断断电源或稳压压电源供电10。为为防止外部高高电压电源因因误操作而引引入PLC，对输输入和输出信信号的隔离是是必要的，有有时也可采用用简单的二极极管或熔丝管管隔离。第3章 各部部分硬件设计计3.1 PLLC的外连电电路设计本次设计的隧道道口信号灯控控制器电路原原理图。利用用可行的传感感器探测汽车车到达隧道口口的信号，本本设计所采用用的传感器是是光电传感器器，去感知汽汽车到达，作作为输入设备备，输入信号号送入到PLLC中，作为为对来自传感感器输入信号号的响应，PPLC产生输输出控制信号号去驱动信号号等工作，从从而实

34、现隧道道隧道口红绿绿灯的变化。PLC还接受来自隧道口中两个故障停止工作开关的输入信号一个安装在距A隧道口130m处，另一个安装在距A隧道口260m处，它们用于处理故障情况下信号灯的停止控制从设计要求中可可以看出，设设计需要PLLC的输入输输出点数并不不多，输入点点中两个点是是由传感器采采集到的信号号输入信号。一一个点是起停停控制开关，另另外两个输入入点是故障控控制系统停止止开关，输入入点一共是五五个点。输出出点接隧道口口的四个红绿绿指示灯，和和一个报警电电铃。因此可可以确定其硬硬件部分主要要有PLC，光电电传感器、红红绿交通信号号灯，报警电电铃以及一些些辅助设备组组成。图3-1 PPLC外部接

35、接线图3.2 系统统原理框图本设计是利用PPLC接受红红外传感器接接收的信号和和手动控制信信号，然后通通过PLC发发送控制信号号，控制各个个交通灯的亮亮灭，从而达达到指挥交通通，避免发生生交通事故的的效果。如图图3-2所示示。报警电铃B口绿灯报警电铃B口绿灯B口红灯A口绿灯A口红灯PLC机 红外传感器信号手动控制信号图3-2 系系统原理框图图3.3 传感感器的选择及及安装本设计利用光电电传感器来感感知汽车的到到达，下面就就光电传感器器做下介绍。图3-3 传传感器原理框框图光电传感器是通通过把光强度度的变化转换换成电信号的的变化来实现现控制的。光光电传感器在在一般情况下下，有三部分分构成：他们们

36、分为发送器器、接收器和和检测电路。发发送器对准目目标发射光束束，发射的光光束一般来源源于半导体光光源，发光二二级管、激光光二极管及红红外发射二极极管。光束不不间断的发射射，或者改变变脉冲宽度。接接受器由光电电二极管、光光电三极管、光光电池组成。在在接受器前面面，装有光学学元件如透镜镜和光圈等。在在其后面是检检测电路，她她能滤出有效效信号和应用用该信号。此此外，光电开开关的结构元元件中还有发发射板和光导导纤维。三角角反射板是结结构牢固的发发射装置。它它由很小的三三角锥反射材材料组成，能能够使光束准准确的从反射射板中返回，具具有实用意义义。它可以在在于光轴0到到25 的范范围内改变发发射角，使光光

37、束几乎是从从一根发射线线，经过反射射后，还是从从这根反射线线返回。光电电式传感器工工作原理：光光电传感器是是采用光电元元件作为检测测元件的传感感器，它首先先把被测量的的变化转换成成光信号的变变化，然后借借助光电元件件进一步将光光信号转换成成电信号，光光电传感器一一般由光源，光光学通路和光光电元件三部部分组成。光光电检测方法法具有精度高高，反应快，非非接触等优点点，而且可测测参数多，传传感器的结构构简单，形式式灵活多样，体体积小。近年年来，随着光光电技术的发发展，光电传传感器已成为为系类产品，其其品种及产量量日益增加，用用户可根据需需要选用各种种规格产品，在在各种轻功自自动机上获得得广泛的应用用

38、10。分类和工作方式式槽型光电传感器器把一个光发发射器和一个个接收器面对对面的装在一一个槽的两侧侧的是槽型光光电。发光器器能发出红外外光或可见光光，在无阻情情况下光接收收器能收到光光。但当被检检测物体从槽槽中通过时，光光被遮挡，光光电开关便动动作。输出一一个开关控制制信号，切断断或接通负载载电流，从而而完成一次控控制动作。槽槽型开关的检检测距离因为为受整体结构构的限制一般般只有几厘米米。对射型光电传感感器若把发光光器和收光器器分离开，就就可使检测距距离加大。由由一个发光器器和一个收光光器组成的光光电开关就称称为对射分离离式光电开关关，简称对射射式光电开关关。它的检测测距离可达几几米甚至几十十米

39、。使用时时把发光器和和收光器分别别装在检测物物体用过路径径的两侧，检检测物通过时时阻挡光路，收收光器就动作作输出一个开开关信号。反反光板型光电电开关把发光光器和收光器器装如同一个个装置内，在在它的前方装装一块反光板板，利用反射射原理完成光光电控制作用用的称为反光光板反射式（或或反射镜反射射）光电开关关。正常情况况下，发光器器发出的光被被反光板反射射回来被收光光器收到，一一旦光路被检检测物体物挡挡住，收光器器收不到光时时，光电开关关就动作，输输出一个开关关控制信号它它的检测头里里也装有一个个发光器和收收光器，但前前方没有反光光板。正常情情况下发光器器发出的光收收光器是找不不到的。当检检测物通过时

40、时挡住了光，并并把光部分反反射回来，收收光器就收到到光信号，输输出一个开关关信号。基于于光电传感器器的众多优点点，所以在本本设计中采用用这种传感器器来采集汽车车信号。而对对射型光电传传感器可以检检测到大距离离的信号，所所以针对隧道道口汽车的检检测，我们采采用对射型光光电传感器作作为PLC的的信号采集器器传感器要准准确无误的检检测到汽车的的到来，这需需要对传感器器的安装位置置进行很好的的设计，传感感器安装的位位置不对，可可能人或动物物都会对信号号采集有影响响。由于汽车车体积较大，我我们选择4只只光电传感器器，在隧道AA、B口各安安两只，采用用两只光电传传感器，便可可以可靠地检检测汽车的到到来。光

41、电传传感器采集到到的汽车到达达信号后，各各输出一个高高电平，将两两个信号相与与后，输出的的高电平送至至PLC中，通通过驱动信号号灯工作。采采用这种采集集系统，只有有当两个传感感器都采集到到信号时，PPLC的输入入继电器才会会动作，不会会因为在小的的物体触及到到一个传感器器而使信号灯灯工作，具有有很高的可靠靠性。以下为传感器基基本原理图（RRPR2200光电传感器器）。图3-3 传传感器内部原原理图若检测到光，刚刚RPR2220的3脚输输出一个电压压与基准电压压比较，若RRPR2200的3脚的电电压比基准电电压大，则LLM339的的2脚就输出出一个低电平平。相反检测测不到光，则则LM3399的2

42、脚就输输出一个高电电平。3.4 辅助助设备设计与与选型 （1）按钮：系系统需要的按按键有3个，一一个启动键，一一个130mm控制键，还还有一个2660m的控制制键，三个按按钮通过通信信线与PLCC相连，直接接将控制信号号输送到PLLC中，按钮钮选用LA119-11型型号。（2）报警电铃铃：利用电磁磁继电器原理理制造的，通通电时，电磁磁铁有电流通通过，产生磁磁性，把小锤锤下方的弹性性片吸过来了了，是小捶打打击电铃发出出声音，同时时电路断开，电电磁铁失去了了磁性，小锤锤又被弹回，电电路闭合，不不断重复，电电铃便发出连连续击打声了了。电铃在隧隧道口A，BB口各安装一一个，对系统统出现问题时时，能够及

43、时时报警通知即即将进入隧道道的汽车，起起到了安全保保障作用。第4章 软件件设计4.1 梯形形图程序设计计PLC是以程序序的形式进行行工作的，所所以必须把控控制要求变换换成PLC能能接受并执行行的程序，编编制程序采用用编程语言。它它是一种图形形语言，沿用用传统控制图图中的继电器器触点、线圈圈、串联等术术语和一些图图形符号构成成，左右的竖竖线称为左右右母线。梯形形图中接点（触触点）只有常常开和常闭，接接点可以是PPLC输入点点接的开关也也可以是PLLC内部继电电器的接点或或内部寄存器器、计数器等等的状态。梯梯形图中的接接点可以任意意串、并联，但但线圈只能并并联不能串联联。内部继电电器、计数器器、寄

44、存器等等均不能直接接控制外部负负载，只能做做中间结果供供CPU内部部使用。PLC是按循环环扫描事件，沿沿梯形图先后后顺序执行，在在同一扫描周周期中的结果果留在输出状状态暂存器中中所以输出点点的值在用户户程序中可以以当作条件使使用。语句表表语言，类似似于汇编语言言。逻辑功能能图语言，沿沿用半导体逻逻辑框图来表表达，一般一一个运算框表表示一个功能能左边画输入入、右边画输输出。4.2 程序序设计思想本系统的设计思思想，当系统统上电以后进进入初始状态态，X0作为为整个系统的的启动停止开开关，当X00被按下时，系系统启动进入入程序的运行行，当X0再再次按下时，整整个系统停止止工作。当启启动按钮被按按下时

45、，系统统开始执行无无车程序，XX2，X4是是隧道A,BB口的信号继继电器开关，如如果A、B隧隧道口均无车车时，系统循循环运行此程程序。假如隧隧道口A口有有车到达时，通通过我们的红红外传感器探探测到信号后后，将其信号号输送到PLLC中，即如如流程图中，中中断无车程序序转为A口有有车程序，当当执行相应的的程序。B口口和A口的程程序所执行的的条件一样。X10和X11作为隧道130m和260m的系统故障急停开关，在任何时候只要拨动开关，都可以对整个系统进行停止控制，当检修完线路后，将X10和X11拨回原位，又可以启动系统。是系统进入正常工作状态。在程序设计中，33段程序都是是独立的顺序序功能程序，所所

46、以我采用的的是STL步步进顺控指令令，这种指令令是专门顺序序控制而设计计的指令。在在工业领域许许多的控制过过程都可用顺顺序控制的方方式来实现，使使步进指令实实现顺序控制制既方便又便便于阅读修改改。YYB口有车程序A口有车B口有车？A口有车程序两口均无车程序初始状态开始YNN启动 图4-1 程程序流程图采用这种指令进进行顺序执行行，主要是为为了在设计程程序中，如果果A、B隧道道口有车时，我我们能够采用用一些简单办办法立即停止止当前执行的的无车程序，并并转移到有车车程序。三段段程序都是顺顺序的，任意意一段程序执执行的前提条条件满足时，我我们能够立即即转移到当前前的程序段，并并执行相应的的程序。4.

47、3 无车车通过隧道式式的程序设计计根据设计要求，画画出A，B口口信号灯的工工作时序图如如图4-2所所示。图4-2 AA，B口信号号灯的工作时时序图从上面的时序图图可以分析AAB口各个信信号灯的工作作情况，系统统启动后，首首先A口的绿绿灯亮，B口口的红灯亮。55s后A口绿绿灯闪2s后后熄灭，7ss后A口红灯灯亮，B口绿绿灯亮，同样样5s后B口口绿灯闪2ss熄灭，而后后反复循环此此过程。无车程序的设计计必须在整个个程序的前面面，因为在系系统启动信号号来时，当没没有车在隧道道口时，就直直接进入到无无车程序，并并循环执行。如如图4-3和和图4-4。图4-3 无无车通过梯形形图程序初始状态。AA、B两入

48、口口均亮红灯。按按启动按钮SSB1，程序序启动，B口口红灯亮。在在计时5s内内，A口亮绿绿灯。当A口口无车进入时时，计时5ss，计时5ss后，A口绿绿灯闪烁2ss。A口无车车进入且A口口绿灯闪烁22s后，程序序转向S411。S41启动，AA口红灯亮。BB口绿灯亮55s的时间。BB口无车进入入时，计时55s，5s后后，B口绿灯灯闪烁2s，77s后，B口口有车进入，程程序跳转向SS42。图4-4 无无车通过梯形形图4.4 有车车通过隧道时时的程序设计计A口：图4-5 AA口有车通过过隧道时时序序图从上面的时序图图可以分析出出AB口各个个信号灯的工工作情况，系系统转为执行行A口有车程程序时，首先先A

49、口绿灯亮亮，B口的红红灯亮。200s后A口绿绿灯闪2s后后熄灭，随之之A口红灯点点亮，90ss后B口红灯灯熄灭绿灯亮亮，在A口的的红灯亮755s后，即系系统默认汽车车通过隧道，这这时程序返回回无车程序。图4-6 AA口有车通过过隧道时梯形形图S31启动，BB口红灯亮。TT2计时200s，即A口口进车开始计计20s。TT3计时900s，即A口口进车到待其其从B口全部部开出的总计计时时间。在在A口进车开开始的20ss内，A口绿绿灯亮。A口口绿灯亮在220s后闪烁烁2s。222s后，A口口亮红灯。990s后程序序跳转向S441，B口允允许汽车进入入。3个停止止触点并联，控控制程序跳转转向S0初始始状

50、态。Y22、Y4同时时得电，即AA、B绿灯同同时亮时，程程序转向S551。B口：图4-7 BB口有车通过过隧道时时序序图从上面的时序图图可以分析出出A、B口各各个信号灯的的工作情况，系系统转为执行行B口有车程程序时，首先先A口红灯亮亮，B口的绿绿灯亮。200s后B口绿绿灯闪2s后后熄灭，随之之B口红灯点点亮，90ss后A口红灯灯熄灭绿灯亮亮，在B口的的红灯亮755s后，即系系统默认汽车车通过隧道，这这时程序返回回无车程序。图4-8 BB口有车通过过隧道时梯形形图A口亮红灯，TT7计时900s，即B口口进车到待其其从A口全部部开出的总时时间。T8计计时20s，即即B口进车开开始的20ss内，B口

51、绿绿灯亮。B口口绿灯在亮220s后，闪闪烁2s。22s后，B口口红灯亮。990s后，程程序跳转到SS21，A口口允许进车。4.6 时序序图周期为11s的方波0.5S0.5SM100：T10：图4-9 时时序图周期为为1s的方波波图在控制绿灯闪烁烁时可采用串串接周期为11s的方波来来实现，因而而在程序开始始时常加入一一段方波发生生程序,以上上是该程序的的时序图。SFC状态转移移图如图4-10所示X1X1Y2 Y4X1T0T9T6T4k20Y1X0X5Y1Y5Y4Y2Y2Y4X1X2X3T7Y4T8T8T9 M100T8T9K20T6 M100T5Y4T6K20Y4X5T5X2X3X1T3T4T2

52、T4 M100Y2T2T2k200Y3T3k900T1X4Y2T1M100X4T0M8002S21S31S41S42S51S0Y3Y2T0K50T1K20Y2Y1S41S0Y1Y1T7k900T8K200Y4Y3S21S0ENDRETY3Y3S21S0S51Y2 Y4S0S51 图44-9 SSFC状态转转移图以上状态转移图图充分的说明明了程序执行行的过程。4.7 I/OO分配表表4-1 II/O分配表表输 入输 出器件号地址号功 能器件号地址号功 能SB1X0启动LED1Y1A口红灯SB2X1停止1LED2Y2A口绿灯SB3X2停止2LED3Y3B口红灯SB4X3停止3LED4Y4B口绿灯K

53、A1X4A口检测装置YY5报警KA2X5B口检测装置4.8 有汽车车通过隧道和和无汽车通过过隧道程序的的衔接 根据设计要求求，在执行无无车程序时，如如果隧道口有有车来到时，要要立刻停止当当前的无车程程序转到有车车程序，这就就需要对如何何进行转换进进行很好的设设计，这也是是在编程上最最大的难题。考考虑到用中断断调用，不能能够在执行完完无车程序后后返回有车程程序并从头开开始执行，所所以我们不采采用中断调用用，如果用跳跳转指令也会会遇到同样的的问题。基于于上述问题，在在编程上我们们采取步进指指令编写，它它的特点顺序序执行时，无无论在执行任任何程序段，只只要当前步执执行的条件满满足都不会受受到其他因素

54、素的影响。用用步进指令的的执行条件，我我们就能够解解决在执行无无车程序的任任何时刻，当当有车信号到到来时，都能能够立即转为为到车程序的的起始位置。图4-10 程序示意图图4.9 控制开开关在程序中中的设计在设计要求中，要要在隧道1330m和2660m处设计计一个控制开开关，起到系系统故障时，作作为急停使用用。控制开关关在打开时，要要解决两个问问题，一是关关闭整个系统统，让信号灯灯停止工作，二二是要让整个个系统复位，以以致系统恢复复时，能够让让系统从开始始执行。图4-11 程序示意图图S？是程序中中的“步”，也就是在在程序中的每每一步都要编编写上面的程程序，当S？为活动步步，X10被被打开时，S

55、S0被置1，并并且系统被复复位，S0为为1时，X110非为0，因因此不会执行行无车程序，整整个系统也不不会执行。第5章 PLLC整体电路路的干扰与预预防PLC由于使用用灵活、故障障率低、程序序设计使用方方便、维护方方便等优点，已已在工业生产产的各个领域域得到了广泛泛的应用。但但是现场的条条件往往比较较恶劣，如各各种工业电磁磁波、声光、辐辐射，所以需需采用合理的的抗干扰措施施，保证PLLC的可靠工工作。对于我我们的隧道监监视系统，一一般没有交通通警察的现场场指挥，车辆辆多的情况下下，如果PLLC被外界的的信号干扰了了，红绿灯工工作不正常，那那可能就会造造成车祸事故故，还可能因因此造成公路路交通堵

56、塞，所所以隧道的PPLC抗干扰扰也是不容忽忽视的。下面面我们就一般般的干扰信号号及干扰措施施做一个详细细的介绍。一般的干扰源的的产生，主要要有以下几个个方面：一是是电源系统的的引入干扰；二是输入输输出电路的引引入干扰：三三是接地系统统引入的干扰扰。5.1 电源源系统引入的的干扰市电不要直接进进入PLC电电源模块，首首先用功率相相匹配的低通通滤波器，为为了保证交流流供电的稳定定，使用交流流稳压器，然然后使用隔离离变压器输出出各种电压，隔隔离变压器需需要满足两点点：一是屏蔽蔽层要有良好好的接地，初初级线圈的屏屏蔽接到电网网的地，次级级的屏蔽接入入本系统的地地;二是次级级连接最好用用双绞线，因因为双

57、绞线能能有效的防止止线间寄生电电容的存在，减减少电磁干扰扰。这样的话话就会除掉来来自电源的多多种干扰，提提高PLC的的抗干扰能力力。5.2 感性性负载引起的的干扰由于工业现场存存在着大量的的感性负载,如交、直流流继电器、接接触器、变压压器和交直流流电磁铁等,当对其进行行投切操作时时,会在电感感线圈的两端端产生极高反反向电动势,引起强烈的的高频电磁干干扰,而且会会使触点间隙隙产生电弧击击穿,并通过过传导作用而而施于电源侧侧的计算机,严重影响附附近工作的计计算机控制系系统的正常运运行。交流信号并接RRC保护回路路，吸收感应应电动势一般般负荷容量在在10KVAA以下，采用用120+0.1MMT，在1

58、00kVA以上上采用47+0.477MT，直流流输入时，根根据楞次定律律，并接该二二极管，释放放反向电动势势，保护PLLC不受过量量反向电动势势影响。这样样的话可以减减少感性负载载所引起的干干扰，进而达达到保护电路路的目的，这这也是我们所所追求的一个个回路。这样样的话就会除除掉来自电源源的多种干扰扰，提高PLLC的抗干扰扰能力。图5-1 RC保护回回路5.3 输出出信号的抗干干扰措施图5-2 RRC浪涌的吸吸收器如果是交流，在在负载二端并并接RC浪涌涌的吸收器，RRC越靠近越越好。如果是是直流负载，在在负载两端并并接二极管，二二极管的反向向耐压应是负负载的4倍。5.4 抑制制外部配线干干扰的措

59、施(1)交流输入入输出信号与与直流输入输输出信号分别别使用各自的的电缆。(2)输入输出出信号与高电电压大电流的的动力线分开开铺设，铺设设时如用全封封闭电缆槽要要接地。(3)输入输出出信号线，必必须使用屏蔽蔽电缆，屏蔽蔽电缆必须单单侧接地，接接地点应在PPLC控制器器外。(4)为了实现现信号在电气气上完全隔离离，最好用光光电隔离。图5-3 输输入和人输出出电路 结论与展望6.1 结论论本次的设计从实实际出发，我我们对隧道当当中汽车的双双向行驶的交交通灯控制部部分进行了深深入的研究和和设计。取得得了几个方面面的成果：（1）设计了控控制系统的硬硬件部分，根根据实际的需需要对PLCC的型号，输输入输出

60、点进进行了分配，设设计了PLCC的外部接线线图。（2）设计了PPLC的控制制程序，介绍绍了PLC的的设计方法，并并设计了相应应的PLC程序。这这种设计方法法简单易学，节节约了大量的的时间。（3）最后对交交通灯进行了了安装与调试试，对于调试试过程中出现现的问题进行行了分析，提提出来解决方方案，并成功功地解决了问问题。6.2展望本设计在现在的的基础上可以以更加深入的的进行细化，比比如汽车在隧隧道中出现故故障时，利用用信号灯的指指示来避免汽汽车事故的发发生，还有我我们可以利用用PLC来控控制检测隧道道的结构安全全等。参考文献1 郁汉琪琪主编.电气气控制与可编编程序控制器器应用技术.南京:东南南大学出