基于PLC的交通灯控制系统设计概要

毕业设计(论文(说明书题目:基于PLC的交通灯限制系统设计姓名:王朝阳学号:20112001868平顶山工业职业技术学院年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文任务书姓名王朝阳专业班级电气自动化3班任务下达日期年月日设计(论文起先日期年月日设计(论文完成日期年月日设计(论文题目:基于PLC的交通灯限制系统设计指导老师孙慧峰系(部主任年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文答辩委员会记录自动化与信息工程学院电气自动化技术专业,学生王朝阳于年月日进行了毕业设计(论文答辩。设计题目:基于PLC的交通灯限制系统设计专题(论文题目:指导老师:孙慧峰答辩委员会依据学生提交的毕业设计(论文材料,依据学生答辩状况,经答辩委员会探讨评定,赐予学生王朝阳毕业设计(论文成果为。答辩委员会人,出席人答辩委员会主任(签字:答辩委员会副主任(签字:答辩委员成员:,,,,,,,。平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文评语第页毕业设计(论文及答辩评语:平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书1摘要目前,我国很多大中城市的交通压力都特别大。部分交通路口的信号灯工作时间不合理,交通违章或肇事记录不准确。所以,改善与提高现有的交通系统的工作效率,加强交通路口的信号灯限制和平安状况的监控是特别重要的。本设计主要设计利用PLC来实现十字路口交通灯的限制与监控。通过交通中心的主机依据详细城市各路口的须要限制各个十字路口的PLC,从而限制十字路口交通灯的改变,实现对城市十字路口的合理限制与监控。【关键词】:十字路口;交通灯;PLC限制平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书书目第一章概述(11.1课题设计背景(11.2课题设计任务(2其次章设计方案分析与确定(32.1单片机限制(32.2继电器限制(32.3可编程逻辑限制器限制(32.4限制方案确定(4第三章交通灯硬件设计(63.1硬件系统框图(63.2交通灯限制过程(63.3硬件选型(73.4扩展模块选择(93.5PLC交通灯的硬件连接图(113.6监控系统(12第四章交通灯软件设计(134.1系统限制过程(134.2流程刚好序图(134.3限制梯形图(17结论(25致谢(26参考文献(27附录(28平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书第一章概述1.1课题设计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,交通问题成为制约我国社会经济发展的一个大问题,上路的车辆越来越多,而道路建设却往往跟不上城市发展的速度,因此城市交通的问题日益突出,常常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞状况。我国人口众多,现在大多数城市都经会出现这样的交通拥堵现象,人、车、路三者关系的协调,已经成为交通管理部门须要解决的重要问题之一。随着社会的发展,一个城市的交通是否便捷是衡量起是否具有发展潜力的重要指标。在这个时候,道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。目前我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象,特殊是大城市,随着城市机动车量的不断增加,如北京、上海、南京等出现了交通超符合运行的状况。因此,自80年头后期,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,它们也曾有效的改善了交通状况。然而,我国城市十字路口的交通灯限制系统基本上都采纳定时限制方式。这样必定产生如下弊端:当某条道路的车流量很大却要等待红灯,而此时另一条空道或车流量相对少得多的道路却依旧按原定时间亮着绿灯,这种现象是未对道路的实际状况进行实时监控所造成的。这样的交通限制系统效率低,简洁造成交通拥挤,而且也奢侈人力、物力。所以,如何采纳合适的限制方法,最大限度的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,可见改善城市交通灯限制系统是多么的重要近年来,随着车辆社会拥有量的增加,这难题日显突出,特殊是在上下班的高峰期。有很多学者多年来始终探讨舒缓这个难题(谈不上解决的方法。其中包括近来提出的在车道(红绿灯前安装车流量传感器,统计车流量再限制绿灯的放行时间;设定定时器在上、下班高峰期增加绿灯的放行时间以及对各个路口违章、肇事的监控与记录等等问题。在这样的背景下,我们有必要寻求一种具有更完善的交通限制系统。这种交通限制系统能够依据车流量的改变自动调整红绿灯的时间长度,最大限度地削减十字路口的车辆滞流现象,有效的缓解交通拥挤、实现交通限制系统的最优限制,大大的提高了交通限制系统的效率。随着我国人民生活水平的不断提高,城市化的推动与私家车数量的猛增,道路交通拥挤的问题日益突出,可以预见,智能交通限制系统将具有广阔的应用前景。1平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书1.2课题设计任务本设计采纳PLC做限制器,完成对十字路口交通灯的自动限制,主要实现城市交通路口信号灯自动限制,救援应急限制等,从而保证了车辆在城市道路各路口顺畅通行以及平安。2平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书其次章设计方案分析与确定2.1单片机限制单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支,也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机,特殊适用于限制领域,故又称为微限制器。通常,单片机由单块集成电路芯片构成,内部包含有计算机的基本功能部件:中心处理器、存储器和I/O接口电路等。因此,单片机只须要和适当的软件及外部设备相结合,便可成为一个单片机限制系统。运用单片机设计交通灯限制系统采纳MSC-51系列单片机ATSC51和可编程并行I/O接口芯片8255A为中心器件来设计交通灯限制器,实现了能依据实际车流量通过8051芯片的P1口设置红、绿灯燃亮时间。运用单片机设计的优点在于它们的CPU功能在增加,内部资源在增多,引角的多功能化,以及低电压底功耗。但是编程困难,对环境的要求较高,出现故障时进行调试不便利,牢靠性不高。2.2继电器限制采纳继电接触式限制系统设计交通灯限制系统,主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成,其限制方式是断续的,所以又称为断续限制系统。虽然这种系统也具有结构简洁、价格低廉、维护简洁、抗干扰实力强等优点,但这种限制系统的缺点是采纳固定接线方式,接线多,敏捷性差,工作频率低,触电易损坏,牢靠性差。2.3可编程逻辑限制器限制可编程限制器简称PC(ProgrammableController,它经验了可编程序矩阵限制器PMC、可编程序依次限制器PSC、可编程序逻辑限制器PLC(ProgrammableLogicController和可编程序限制器PC几个不同时期。为与个人计算机(PC相区分,现在把可编程逻辑限制器简称为PLC。它主要用来取代继电接触器逻辑限制,系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。可编程序限制器限制系统是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境而设计。它采纳了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、依次限制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,限制各种类型机械的生产过程。它具有很强的抗干扰实力,广泛的适应实力和应用范围。这也是区分于其他一般微型限制系统的一个重要特征。假如采纳PLC作为十字路口交通灯限制系统作为限制核心,只需将程序下载到PLC内即可。并可通过通信随时对限制系统进行调试。PLC适应环境的实力特别强,抗干扰3平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文说明书等方面实力都特别强大,性能价格比也很高。2.4限制方案确定可编程限制器限制技术与继电-接触器限制技术、单片机限制技术的异同点:1.功能强,性能价格比高在实时检测和自动限制的单片机应用系统中,单片机往往作为一个核心部件来运用,仅单片机方面学问是不够的,还应依据详细硬件结构软硬件结合,加以完善。继电器是用于逻辑限制,起到过渡作用的,亦可限制小负载。PLC是可编程逻辑限制器,是用软件来进行逻辑限制的,而继电器是用硬件结构来限制的。一台小型PLC内有成百上千个可供用户运用的编程元件,有很强的功能,可以实现特别困难的限制功能。与相同功能的继电器相比,具有很高的性能价格比。可编程序限制器可以通过通信联网,实现分散限制,集中管理。2.硬件配套齐全,用户运用便利,适应性强可编程序限制器产品已经标准化,系列化,模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。用户能敏捷便利的进行系统配置,组成不同的功能、不规模的系统。楞编程序限制器的安装接线也很便利,一般用接线端子连接外部接线。PLC有很强的带负载实力,可以干脆驱动一般的电磁阀和沟通接触器。3.牢靠性高,抗干扰实力强单片机是靠程序的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件须要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。而PLC的编程更比单片机通俗易懂。传统的继电器限制系统中运用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良,简洁出现故障,PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器,仅剩下与输入和输出有关的少量硬件,接线可削减互继电器限制系统的1/10--1/100,因触点接触不良造成的故障大为削减。PLC实行了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰实力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以干脆用于有剧烈干扰的工业生产现场,PLC已被广阔用户公认为最牢靠的工业限制设备之一。4.系统的设计、安装、调试工作量少PLC用软件功能取代了继电器限制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件,使限制柜的设计、安装、接线工作量大大削减。PLC的梯形图程序一般采纳依次限制设计方法。这种编程方法很有规律,很简洁驾驭。对于困难的限制系统,梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。PLC的用户程序可以在试验室模拟调试,输入信号用小开关来模拟,通过PLC上的4发光二极管可视察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后,在现场的统调过程中发觉的问题一般通过修改程序就可以解决,系统的调试时间比继电器系统少得多。5.编程方法简洁梯形图是运用得最多的可编程序限制器的编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相像,梯形图语言形象直观,易学易懂,熟识继电器电路图和单片机的电气技术人员只要花几天时间就可以熟识梯形图语言,并用来编制用户程序。梯形图语言事实上是一种面对用户的一种高级语言,可编程序限制器在执行梯形图的程序时,用说明程序将它“翻译”成汇编语言后再去执行。6.修理工作量少,修理便利PLC的故障率很低,且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以依据PLC上的发光二极管或编程器供应的住处快速的查明故障的缘由,用更换模块的方法可以快速地解除故障。这些都是继电器和单片机无法比拟的。7.体积小,能耗低对于困难的限制系统,运用PLC后,可以削减大量的中间继电器和时间继电器,小型PLC的体积相当于几个继电器大小,因此可将开关柜的体积缩小到原来的确1/2-1/10。PLC的配线比继电器限制系统的配线要少得多,故可以省下大量的配线和附件,削减大量的安装接线工时,可以削减大量费用。将PLC用于对交通信号灯的限制,主要是考虑其具有对运用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源特别丰富,可对目前普遍运用的“渐进式”信号灯进行精确限制,特殊对多岔路口的限制可便利的实现。目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟,通过编程限制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。综合以上优点,所以,本设计采纳可编程序限制器限制交通灯系统。第三章交通灯硬件设计3.1硬件系统框图交通灯限制系统结构图如图3-1所示。图3-1交通灯限制系统框图3.2交通灯限制过程信号灯受启动及停止按钮的限制,当按下启动按钮时,信号灯系统起先工作,并周而复始地循环工作,当按下停止按钮时,系统将停止在初始状态,全部信号灯都熄灭。交通灯示意图如图3-2所示,在东西南北两个方向均安装信号灯,两个方向各6个灯,分为三个方向红、黄、绿三种颜色。限制要求:南北主干道:左转绿10S直行绿30S绿闪3S黄2S红45S右行红10S绿78S东西人行道:绿27S绿闪3S红60S东西主干道:红45S右行红10S绿78S左转绿10S直行绿30S绿闪3S黄2S南北人行道:红60S绿27S绿闪3S1.正常循环限制方式交通灯改变依次表(单循环周期90秒(1南北向(列和东西向(行主干道均设有左行绿灯10S,直行绿灯30S,绿灯闪亮3S,黄灯2S和红灯45S。当南北主干道红灯点亮时,东西主干道应依次点亮左行绿灯,直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯;反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮左行绿灯,直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯。(2南北向和东西向人行道均设有通行绿灯和禁行红灯。南北人行道通行绿灯应在南北向主干道直行绿灯点亮3S后才允许点亮,然后接3S绿闪,其他时间为红灯;同样,东西人行道通行绿灯于东西向主干道直行绿灯点亮3S后才允许点亮,然后接3S绿闪,其它时间为红灯。2.急车强通限制方式(1急车强通信号受急车强通开关限制。无急车时,按正常循环时序限制,有急车来时,将急车强通开关接通,不管原来信号状态如何,一律强制让急车来车方向的绿灯亮,直到急车通过为止,将急车强通开关断开,信号的状态马上转为急车放行方向的绿灯闪亮3次。随后按正常时序限制。(2急车强通信号只能响应一路方向的来车,若两个方向先后来急车,则响应先来的一方,随后再响应另一方。图3-2交通灯示意图3.3硬件选型依据设计要求,本设计共须要I/O点数为4输入/22输出。详细须要的输入输出点数如表3-1和表3-2所示。表3-1输入点数安排表3-2输出点数安排依据表3.1和表3.2可以确定PLC以及扩展模块的选型。对于这种中小型自动限制中,应用德国西门子公司生产的S7-200系列PLC无疑是特别明智的选择。在主机模块中,常用的主机有CPU222,CPU224,CPU226三种。方案一:若选择CPU222作为主机,由于CPU222有8输入/6输出,与此设计的4输入/22输出相差16点数字量输出。还须要扩展16点数字量输出。方案二:若选择CPU224作为主机,仍旧缺少8点数字量输出,和前者相比,CPU224的存储容量增大了一倍,它可以有7个扩展模块,并且有内置时钟,有更强的模拟量和高速计数处理实力。是运用的相对较多的S7-200产品。方案三:假如选用CPU226作为主机,CPU226主机为24输入/16输出,与4输入/22输出较为接近,只需扩展一片8点数字量输出的扩展模块即可。和CPU224相比,CPU226增加了通讯口的数量,使得它的通信实力大大增加,可以用于点数较多,要求较高的小型或者中型限制系统。经过价格、性能、扩展模块的数量的比较,以及设计的要求等多方面的考虑,选择CPU226作为主机是最合理的。3.4扩展模块选择1.扩展模块的选择S7-200系列CPU供应肯定数量的主机数字量I/O点,但在主机I/O点数不够的状况下,就必需运用扩展模块的I/O点。由于本设计的输入点很少,只要PLC主机的输入点足以满意要求。须要扩展6点输出,EM222是8DC输出,这样扩展一个EM222就满意系统要求,且比较经济合理,所以,选择EM222作为输出扩展模块。2.扩展模块与主机的连接形式主机和扩展模块上均有一个连接口,用专用的连线将两个接线口连通即可。如图3-4所示。图3-4CPU226与EM222的连接图3.I/O安排如表3-3、表3-4所示,优先安排主机CPU226的地址,后安排扩展模块EM222(8输出数字量模块的地址。表3-3输入点安排表3-4输出点安排3.5PLC交通灯的硬件连接图如图3-5所示,主机和扩展模块的输入/输出分别接在一起。图3-5硬件连接电路图3.6监控系统本节简洁介绍了对道路十字路口的监控,主要采纳干脆的摄像与录象方式进行监控,之后将数据通过光缆传回监控中心进行人工截取保存,以便对违章肇事事务进行见证和查询。第四章交通灯软件设计4.1系统限制过程系统由传感器、输入接口电路、PLC、信号灯、电源等组成。以下面一个十字路口为例,该路口限制为一般采纳的方式,依次放行依次南、东、西、北。按绿灯指示方向行驶(向左、直行和向右,人行道在南面车辆放行时,东面人行道放行,依此类推,依次为东、北、南、西,绿灯的放行时间初始设定值为30秒,时间结束后绿灯闪三次(1秒一次,黄灯亮2秒,黄灯灭,红灯亮,三秒后黄灯灭,红灯亮。每个方向循环一次90秒。人行道只有绿灯和红灯,由放行车道的绿、红灯并联限制,绿灯结束后,绿灯闪耀三秒后常亮。4.2流程刚好序图1、限制流程图(1交通灯正常循环运行逻辑流程图如图4-1所示。图4-1交通灯正常循环运行流程图续图4-1(1交通灯正常循环运行流程图续图4-1(2交通灯正常循环运行流程图(2急车强通限制的逻辑流程图如图4-2所示。图4-2急车强通限制流程图续图4-2(1急车强通限制流程图(2限制时序图交通灯工作时序图如图4-3所示。图4-3交通灯南北工作时序图图4-4交通灯东西工作时序图4.3限制梯形图本设计采纳S7-200系列编程软件STEP-Mirco/WIN32编程软件进行编程。STEP-Mirco/WIN32编程软件是基于Windows的应用软件,由西门子公司特地为S7-200系列可编程限制器设计开发。它功能强大,主要为用户开发限制程序运用,同时也可实时监控用户程序执行状态。它是西门子S7-200用户不行缺少的开发工具。现在加上汉化程序后,可在全汉化的界面下进行操作,使中国的用户运用起来更加便利与好用。本设计采纳依次限制指令进行编程,详细程序如下:网络1:置位初始状态。网络2:状态S0.0起先。网络3:在状态S0.0中,实现东西、南北方向交通灯以及人行道交通灯的复位和置位。网络4:若启动按钮有效,分支起先,依次状态转移到状态S0.1。网络5:复位状态S0.0。网络6:状态S0.1起先。网络7:状态执行,南北同时左转绿、直行红、右转红10S南北左转绿灯闪3秒南北黄灯亮2秒南北人行道绿灯亮27秒南北左转红30秒东西右转、南北直行、南北人行同时绿灯闪3秒程序执行43秒时对南北直行绿、南北人行绿、东西右行绿进行复位南北直行黄、东西右行黄2秒程序执行45秒时对南北直行黄、东西右行黄、东西左转红进行复位东西左转绿、东西右行红10秒程序执行45秒时对南北直行红进行置位东西左转绿灯闪3秒程序执行55秒时对东西直行绿、东西右行绿进行置位,对东西直行红进行复位定时器T37设定植58秒网络8:T37有效,依次状态转移S0.2。网络9:依次状态转移结束。网络10:状态S0.2。网络11:东西左转黄灯亮2秒东西人行道绿灯复位东西人行红道红灯复位东西左转红置位东西人行绿、南北右行绿、东西直行绿闪2秒计时器T38设定值30秒网络12:T38有效,依次状态转移S0.3。网络13:依次状态转移结束。网络14:状态S0.3。网络15:南北直行黄置位东西人行红、南北右行黄置位东西人行绿复位南北直行绿、南北右行绿复位定时器T39设定值2秒网络16:T39有效,依次状态转移S0.0。假如有急车来时,将急车强通开关接通,不管原来信号状态如何,一律强制让急车来车方向的绿灯亮,直到急车通过为止,将急车强通开关断开,信号的状态马上转为急车放行方向的绿灯闪亮3次。随后按正常时序限制。急车强通限制梯形图17,梯形图18。网络17:东西方向急车强通限制梯形图:网络18:南北方向急车强通限制梯