課程設(shè)計(jì)-基于PLC控制的交通紅綠燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)專心---專注---專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上專心---專注---專業(yè)《機(jī)電一體化》課程設(shè)計(jì)交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)班級：工學(xué)院機(jī)電1003班指導(dǎo)老師：_________小組成員：______________________________________________________________________________日期：2013年6月28日【摘要】隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)水平的不斷提高，私家車不斷增加，城市人多、車多道路少的交通狀況越來越引起人們的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，在各個(gè)道口安裝紅路燈已經(jīng)成為了疏導(dǎo)交通車輛最為常見和最有效的手段。PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了按車流量規(guī)模給定綠燈時(shí)長，達(dá)到最大限度的車輛放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高交通控制系統(tǒng)的效率。PLC具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并廣泛用于工業(yè)過程的自動控制中。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部的定時(shí)器資源十分豐富，可對目前較為普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，能夠方便實(shí)現(xiàn)對多岔路口紅綠燈的控制，因此PLC被越來越多地應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。PLC還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可將同一條道路上的信號燈連成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時(shí)檢測和自動控制PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC大都是作為一個(gè)核心部件來設(shè)計(jì)使用的?！娟P(guān)鍵詞】PLC；交通燈；控制系統(tǒng)目錄2345555677777812121212124.3MOVEX1～MOVEY2的腳本編輯................................................................................................ 131515附表：PLC梯形圖指令表 16附圖：交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相片 18第一章緒論1.1PLC及WinCC介紹1.1.1PLC簡單概述（一）什么是PLC可編程序控制器，英文稱ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們習(xí)慣地用PLC來作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器作為核心的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式以及模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破魍度脒\(yùn)行后，其工作過程可分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出三個(gè)階段。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)互相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)之中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作和維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不涉及專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖作為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的程序的編制工作，就可方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。圖1PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器通斷狀態(tài)在輸出刷新階段傳送至輸出鎖存器中，并通過相應(yīng)的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應(yīng)輸出設(shè)備工作。1.1.2WinCC介紹WinCC1.2十字路口交通燈控制任務(wù)1.3研究目的和意義在十字路口設(shè)置交通燈用來對交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的人身安全提供了強(qiáng)有力的保障。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題?？删幊炭刂破鹘煌舻目刂葡到y(tǒng)集成了自動控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)等于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分利用了分散式控制系統(tǒng)及集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。另外隨著高科技技術(shù)在日常生活中的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾的日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇能夠在惡劣的電磁干擾的環(huán)境下正常工作的PLC也是必要的。1.4設(shè)計(jì)方案采用計(jì)算機(jī)和FX2N系列PLC，在計(jì)算機(jī)上編譯調(diào)試交通燈控制程序，啟動PLC寫入程序，經(jīng)過運(yùn)行后，輸出十字路口南北、東西二個(gè)方向的控制信號?？删幊炭刂破鹘煌艨刂频奶攸c(diǎn)：編程簡單，維修方便；聯(lián)機(jī)自動就地工作；上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式；由上位機(jī)通過串口向下位機(jī)傳送設(shè)定配方參數(shù)來實(shí)現(xiàn)自動控制；自動啟動、自動停機(jī)控制方式。采用PLC基于以下四個(gè)原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障使用時(shí)間在30萬小時(shí)以上；②編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都可以方便地用軟件來實(shí)現(xiàn)；③抗干擾能力強(qiáng)，目前各種電磁干擾狀況日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了在惡劣的電磁干擾環(huán)境下依然能夠正常工作的PLC；④安裝簡單維修方便，PLC不需要專門的機(jī)房，能夠在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC中相應(yīng)的I/O端連接，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。第二章交通信號控制系統(tǒng)實(shí)況2.1十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述2.1.1控制任務(wù)要求信號燈受一個(gè)啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時(shí)，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時(shí)，所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持10秒，南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持5秒。到5秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3次后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持10秒。南北綠燈亮維持5秒，然后閃亮3次后熄滅，同時(shí)南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。2.2結(jié)合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖如圖2所示。圖2十字路口交通燈路況模擬圖2.3交通燈控制流程圖根據(jù)交通燈的實(shí)際控制情況，可得出其流程圖如圖3所示。圖3交通燈控制流程圖第三章可編程控制器程序設(shè)計(jì)3.1可編程控制器I/O端口分配根據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動控制方式，輸入有系統(tǒng)開啟與停止按鈕信號；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號。甲模擬東西向車輛行駛狀況；乙模擬南北向車輛行駛狀況由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為1，輸出點(diǎn)數(shù)為8，全部是開關(guān)量，則I//O分配如表1所示。PLC的外部接線圖3.2.1輸入/輸出接線列表如表1所示。 表1輸入/輸出接線列表3.2.2PLC外部接線原理圖根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點(diǎn)數(shù)只有9點(diǎn)，故選用FX2N-48MR微型PLC即可。則PLC外部輸入輸出的信號接線如圖4所示?！瑿OM5…@Y2南北GCOM0X0乙燈甲燈東西R東西Y東西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y1Y0COM1南北YSB…COM5…@Y2南北GCOM0X0乙燈甲燈東西R東西Y東西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y1Y0COM1南北YSB圖4PLC外部接線原理圖3.3程序梯形圖及其說明根據(jù)對交通信號燈的控制要求以及PLC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，其梯形圖如圖5、圖6所示。圖5程序梯形圖圖6程序梯形圖下面對所設(shè)計(jì)的梯形圖作幾點(diǎn)說明：第四章十字路口交通燈的組態(tài)控制過程4.1工程的建立和變量定義4.1.1工程的建立利用WinCC圖形編輯器建立工程（過程略）。4.1.2變量的定義 首先對系統(tǒng)中的各個(gè)變量進(jìn)行定義，各變量定義如表2所示。變量名變量類型初始值注釋Y0開關(guān)量0南北路綠燈信號Y1開關(guān)量0南北路黃燈信號Y2開關(guān)量0南北路紅燈信號Y3開關(guān)量0東西路綠燈信號Y4開關(guān)量0東西路黃燈信號Y5開關(guān)量0東西路紅燈信號Y6開關(guān)量0外部輸入南北通車信號Y7開關(guān)量0外部輸入東西通車信號MOVEX1數(shù)值型0東西向1號車位置信號MOVEX2數(shù)值型0東西向2號車位置信號MOVEY1數(shù)值型0南北向1號車位置信號MOVEY2數(shù)值型0南北向2號車位置信號表2各變量定義表4.2組態(tài)動畫的建立交通紅綠燈組態(tài)動畫如圖7所示。圖7交通紅綠燈組態(tài)動畫4.3MOVEX1～MOVEY2的腳本編輯如下：MOVEX1：staticintMOVEX1=230;intA,B;A=GetTagWord("Y7"); B=GetTagWord("Y4"); if(A==1){if(MOVEX1<=625||MOVEX1>=1458)MOVEX1=MOVEX1+50;elseMOVEX1=MOVEX1+25;}if(B==1){if(MOVEX1<747&&MOVEX1>=625)MOVEX1=MOVEX1+10;elseif(MOVEX1==747)MOVEX1=MOVEX1+0;elseif(MOVEX1<=1336&&MOVEX1>747)MOVEX1=MOVEX1+25;elseMOVEX1=MOVEX1+50;}returnMOVEX1;MOVEX2：staticintMOVEX2=1900;intA,B;A=GetTagWord("Y7")B=GetTagWord("Y4")if(A==1){if(MOVEX2<=625||MOVEX2>=1458)MOVEX2=MOVEX2-50;elseMOVEX2=MOVEX2-25;}if(B==1){if(MOVEX2<=1458&&MOVEX2>1336)MOVEX2=MOVEX2+10;elseif(MOVEX2==1336)MOVEX2=MOVEX2+0;elseif(MOVEX2<=1336&&MOVEX2>747)MOVEX2=MOVEX2+25;elseMOVEX2=MOVEX2+50;}returnMOVEX2;MOVEY1：staticintMOVEY1;intA,B;A=GetTagWord("Y6"); B=GetTagWord("Y1"); if(A==1){if(MOVEY1<=108||MOVEY1>=890)MOVEY1=MOVEY1+50;elseMOVEY1=MOVEY1+25;}if(B==1){if(MOVEY1<226&&MOVEY1>=108)MOVEY1=MOVEY1+10;elseif(MOVEY1==226)MOVEY1=MOVEY1+0;elseif(MOVEY1<=690&&MOVEY1>226)MOVEY1=MOVEY1+25;elseMOVEY1=MOVEY1+50;}returnMOVEY1;MOVEY2：staticintMOVEY2=980;intA,B;A=GetTagWord("Y6"); B=GetTagWord("Y1"); if(A==1){if(MOVEY2<=108||MOVEY2>=890)MOVEY2=MOVEY2-50;elseMOVEY2=MOVEY2-25;}if(B==1){if(MOVEY2<890&&MOVEY2>690)MOVEY2=MOVEY2-10;elseif(MOVEY2==690)MOVEY2=MOVEY2-0;elseif(MOVEY2<690&&MOVEY2>226)MOVEY2=MOVEY2-25;elseMOVEY2=MOVEY2-50;}returnMOVEY2;第五章小組總結(jié)通過這次《機(jī)電一體化》課程設(shè)計(jì)，我們掌握了通過PLC實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場信息采集、控制以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)、梯形圖設(shè)計(jì)、組態(tài)設(shè)計(jì)和現(xiàn)場調(diào)試一整套PLC設(shè)計(jì)過程。本次交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓我們很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論相聯(lián)系于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到了問題怎樣用理論去解決。在這次的課程設(shè)計(jì)中，我們了解了WinCC組態(tài)軟件的制作和調(diào)試工作。在組態(tài)軟件的制作中較好的掌握了組態(tài)軟件的應(yīng)用。在組態(tài)軟件中最重要的是建立好實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)各種變量的采集、表達(dá)、控制的關(guān)鍵元件，數(shù)據(jù)庫控制著整個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出和運(yùn)行，它實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行信號的采集，運(yùn)行控制和運(yùn)行監(jiān)視。當(dāng)然，在整個(gè)課程設(shè)計(jì)中，我們也遇到了不少問題，比如在仿真過程中，我們嘗試在電腦里將WinCC組態(tài)畫面與PLC控制系統(tǒng)連接，但由于所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與組態(tài)軟件屬不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)