十字路口交通燈自控程序的分析與設(shè)計(共14頁)

1、PAGE 畢 業(yè) 設(shè) 計設(shè)計(shj)題目十字路口交通燈自控程序(chngx)的分析與設(shè)計專業(yè)(zhuny)班級 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)員姓名 指導(dǎo)教師 十字路口交通燈自控程序(chngx)的分析與設(shè)計摘 要隨著社會的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加(zngji)。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進(jìn)行分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔. 這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的

2、車輛滯流，緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率。 可編程控制器在工業(yè)(gngy)自動化中的地位極為重要，廣泛應(yīng)用各個行業(yè)?？萍嫉陌l(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程控制器具有可靠性高、維護(hù)方便，用法簡單，通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。解決好公路交通燈控制問題將是保障交通有序、安全、快捷運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。 關(guān)鍵詞 PLC 交通燈 計時器 繼電器目 錄摘要(zhiyo) (2)關(guān)鍵詞 (2）第一章、緒論(xln) (3)第二章、PLC的的特點(diǎn)(tdin)及應(yīng)用 （3） 2、1 PLC的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) (3) 2、2

3、PLC的應(yīng)用 (4)第三章、PLC的分類及工作原理 (5) 3、1 PLC的分類 (5) 3、2 PLC的工作原理 (5)第四長、十字路口交通燈控制 (6)第五章、十字路口交通燈控制工作原理及梯形圖 (6)第六章、 I/O配線圖 (8)結(jié)束語 (9)致謝(11)參考文獻(xiàn)(12) 第一章 緒論(xln)隨著社會的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進(jìn)行分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分

4、檔. 這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠(yngj)、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率。我國是14億多人口的大國，到2004年，全國的機(jī)動車保有量超過了6000萬，而全國公路通車總里程(lchng)只有14.3萬公里。靜態(tài)比例為：人均車輛約0.5輛，而人均道路只有0.00011公里；每輛車平均道路占有量約為0.002公里；且其中90%的道路屬于機(jī)動車與非機(jī)動車和行人混雜。車輛的增加反映出了國家的整體進(jìn)步，但是也給人民帶來了其他的一些負(fù)面的影響。今后幾年機(jī)動車輛數(shù)字還在急劇增加，道路超負(fù)荷承載，致使交通事故逐年增加。在一

5、個交通十字路口，如果還是像以前一樣由單純的一種信號燈和交通警察的協(xié)調(diào)來維持交通是不夠的。根據(jù)統(tǒng)計每年因交通事故死亡的人數(shù)占所有事故死亡總?cè)藬?shù)的80%，而且這個比例還在不斷的增加。如果將每個交通十字路口的多余交通警察撤回，安排在最不利于管理和事故高發(fā)的地方，不但可以大大的降低交通事故的發(fā)生率，而且可以節(jié)省大量的人力財力。在十字路口設(shè)置交通燈可以進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。PLC可編程控制器是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。它以體積小、功能強(qiáng)、可靠性高、以及應(yīng)用安裝方便的優(yōu)點(diǎn)，很快在我國的工業(yè)控制中占據(jù)了主導(dǎo)地位，并且還在不斷地發(fā)展。根據(jù)這一發(fā)展形勢，全國各

6、地高校、各類職業(yè)技術(shù)學(xué)校都將PLC教學(xué)納入教學(xué)任務(wù)，作為電子、電氣、以及工業(yè)自動化類專業(yè)的一門必修課?；赑LC的以下優(yōu)勢，在十字路口交通系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用：1、PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時間都在30萬小時以上；2、編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來實現(xiàn)；3、抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；4、近年來PLC的性能價格比有較大幅度的提高，使得實際應(yīng)用成為可能。本文設(shè)計的交通控制系統(tǒng)具有自動化程度高、可靠性好、功能完備、可擴(kuò)展、可編程、便于升級(shng j)、獨(dú)

7、立性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)了以前的交通指示燈的那種信號單一，處理應(yīng)急事故的能力差的缺點(diǎn)。 第二章 PLC的特點(diǎn)(tdin)及應(yīng)用 2、1 PLC的結(jié)構(gòu)(jigu)及特點(diǎn) PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同。包括：中央處理單元（CPU)、輸入寄存器、輸出寄存器、存儲器、電源。 1、中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)，檢查電源、存儲器、I/O及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)PLC投入運(yùn)行時，首先，它以掃描的方式接受現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存

8、入I/O映像區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映像區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)等所有的用戶程序執(zhí)行完畢后，最后將I/O映像區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置。如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。輸出寄存器 輸出寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸出開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。輸出寄存器 輸出寄存器的每一位都表明了PLC在下一個時間段的輸出值，而程序循環(huán)執(zhí)行開始的輸出處寄存器的值，表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中，CPU可以讀其值，并作為條件參加控制，還可以修改

9、其值，而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段輸出，即只有最后的修改才對輸出接點(diǎn)的真實值產(chǎn)生影響。存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放(cnfng)應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器 電源(dinyun) PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的，可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，PLC的制造(zhzo)商對電源設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其他措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)中。 PLC的結(jié)構(gòu)決定了它有如下特征： 1、可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 2、通用性高，使用

10、方便程序設(shè)計簡單，易學(xué)易懂采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組合靈活方便系統(tǒng)設(shè)計周期短對生產(chǎn)工藝改變適應(yīng)性強(qiáng)，可進(jìn)行柔性生產(chǎn)2、2 PLC的應(yīng)用 目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)。使用情況大致可歸納為如下幾類：1、開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本，最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代了傳統(tǒng)的繼電器電路。實現(xiàn)邏輯控制，順序控制。即可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動化流水線。模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如：溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現(xiàn)模擬量和數(shù)字量

11、之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。3、運(yùn)動控制 PLC可用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能。廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、電梯等場合。過程(guchng)控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)(tioji)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用的較多的調(diào)節(jié)方法。目前，過程控制在冶金、化工、熱處理等場合非常廣泛使用.5、數(shù)據(jù)處

12、理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集，分析處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定(ydng)的控制操作，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)出理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)。通信及網(wǎng)絡(luò) PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨計算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的很快，各PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出自己的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。3、PLC的分類及工作原理3、1 PLC的分類（1）按PLC的結(jié)構(gòu)形式分類：1）整體式 2）模塊式按PLC 的I/O點(diǎn)數(shù)分類：1）小型256點(diǎn)

13、以下 2）中型256點(diǎn)以上 2048點(diǎn)以下 3）大型2048點(diǎn)以上（3）按PLC功能分類：低檔型 中檔型 高檔型3、2 PLC的工作原理 當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分三個階段，即輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱做一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。輸入(shr)采樣階段 在 輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次的讀入所輸狀態(tài) 和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映像區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，

14、如果輸入是脈沖(michng)信號，則該脈沖信號寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。（2）用戶程序執(zhí)行(zhxng)階段 在用戶執(zhí)行階段 ，PLC總是有上而下的順序依次掃描用戶程序。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描 梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右，先上而下的對由觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲器中對應(yīng)位的狀態(tài)?；蛩⑿略撦敵鼍€圈在I/O映像區(qū)中 的對應(yīng)位的狀態(tài)，或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 （3）輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段，在此期間，CPU

15、按照I/O映像區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)，這時才是PLC的真正輸出。第四章 十字路口交通燈控制圖2-1所示是十字路口交通燈示意圖。在十字路口的東、西、南、北各個方向裝紅、綠、黃燈各一套。圖2-1 十字路口(shzlku)交通信號燈示意圖交通信號燈正常(zhngchng)時的時序圖如圖2-2所示。圖2-2當(dāng)啟動開關(guān)接通時，首先是南、北紅燈亮并維持25s，在南、北紅燈亮的同時，東、西綠燈也亮，但只維持20s。到20s時，東、西綠燈閃亮3s后熄滅(xmi)，東、西黃燈再亮2s，然后東、西黃燈熄滅，東、西紅燈亮，同時南、北紅燈熄滅，南、北綠燈亮。東、西紅燈亮

16、并維持30s。南、北綠燈亮并維持25s，到25s時，南、北綠燈閃亮3s后熄滅，南、北黃燈再亮2s。到2s時，南、北黃燈熄滅，南、北紅燈亮，同時東、西紅燈熄滅，東、西綠燈亮，開始第二周期的動作，以后周而復(fù)始地循環(huán)。綠燈或紅燈閃亮的周期為1s（即亮0.5s，熄0.5s）。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈熄滅。第五章 十字路口交通控制工作原理及梯形圖當(dāng)啟動開關(guān)合上時，M0接通，使Y1和Y5接通，南北紅燈亮、東西綠燈亮，TI開始計時（計時時間為20s），計時時間到，TI動合觸點(diǎn)閉合，TI動斷觸點(diǎn)斷開，通過M1，M1使Y2按照M8013的通斷周期通斷，東西綠燈閃光。T2開始計時，當(dāng)東西綠燈閃3次（時間為3s

17、）時，T2計時到，T2動斷觸點(diǎn)斷開，使M1斷開，東西綠燈閃光熄滅。M2動合觸點(diǎn)閉合使Y3接通，東西黃燈亮，T3開始計時（計時時間為2s），計時時間到，T3動斷觸點(diǎn)斷開，使Y5，Y3斷開，南北紅燈熄滅、東西黃燈熄滅T5開始計時（計時時間為5s）。計時時間到，T5動合觸點(diǎn)閉合，T5動斷觸點(diǎn)斷開，通過M5和T6動斷觸點(diǎn)使Y7按照M8013的通斷周期通斷，南北綠燈閃光。T7開始計時，T7計時3s到，T6動斷觸點(diǎn)斷開，使Y7斷開，南北綠燈閃光熄滅。M7動合觸點(diǎn)閉合，使Y10接通，南北黃燈亮。T8開始計時（計時時間為2s）。計時時間到，T8動斷觸點(diǎn)斷開，使Y4和Y8斷開，東西紅燈和南北黃燈熄滅。同時使T2

18、，T3，T5，T6，T7，T8全部計時器復(fù)位（斷開），于是M7動斷觸點(diǎn)及M8動斷觸點(diǎn)都閉合，分別使南北紅燈亮和東西綠燈亮，開始第二周期的動作，以后周而復(fù)始的進(jìn)行。當(dāng)啟動開關(guān)M8斷開時，使全部計時器斷開，從而使全部輸出繼電器斷開，全部信號燈熄滅。如：圖3-1所示。圖3-1四、I/O配線圖圖4-1如：圖4-1所示輸出(shch)：Y1：東西(dngx)綠燈亮；Y3：東西(dngx)黃燈亮；Y4：東西紅燈亮；Y5：南北紅燈亮；Y6：南北綠燈亮；Y10：南北黃燈亮；當(dāng)KM1得電時，KM4得電，即Y1，Y2亮；當(dāng)KM2得電時，KM6得電，即Y3，Y10亮；當(dāng)KM3得電時，KM5得電，即Y4，Y6亮。結(jié)束語（一）全文總結(jié)通過這次的畢業(yè)設(shè)計，增強(qiáng)了我們的動手能力，并使我們更好地了解了交通燈的原理， 經(jīng)過三個月的課題研究，我在選題、查閱資料、分析原理、故障處理以及畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書寫等方面，得到了系統(tǒng)的鍛煉。我對電子產(chǎn)品的開發(fā)持有濃厚的興趣，通過這次畢業(yè)設(shè)計也使我學(xué)到了很多電路知識、電腦知識以及相關(guān)軟件的知識，通過畢業(yè)設(shè)計這個過程，鞏固了我的理論知識，并提高了我理論知識運(yùn)用到實際項目中的能力。 （二）工