基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）課題:PLC交通燈設(shè)計(jì)學(xué)生:廖雪嬌 系部:電子信息系班級(jí):電子信息094學(xué)號(hào):000639指導(dǎo)教師:彭克發(fā) 裝訂交卷日期: 4月13日裝訂次序:（1）封面（2）畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）成績(jī)?cè)u(píng)定統(tǒng)計(jì)（3）標(biāo)題、中文摘要及核心詞（4）正文（5）附錄（6）參考文獻(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）成績(jī)?cè)u(píng)定統(tǒng)計(jì)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（包含學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)期間的體現(xiàn)）:成績(jī)（平時(shí)成績(jī)）:指導(dǎo)教師簽名：年月日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)（評(píng)閱成績(jī)）:評(píng)閱教師簽名：年月日答辯狀況統(tǒng)計(jì):答辯成績(jī):答辯委員會(huì)主任(或答辯教師小組組長(zhǎng))簽名:年月日總評(píng)成績(jī):注：1.此表合用于參加畢業(yè)答辯學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）成績(jī)?cè)u(píng)定；2.平時(shí)成績(jī)占20%、卷面評(píng)閱成績(jī)占50%、答辯成績(jī)占30%，在上面的評(píng)分表中，可分別按20分、50分、30分來(lái)量化評(píng)分，三項(xiàng)相加所得總分即為總評(píng)成績(jī)，總評(píng)成績(jī)請(qǐng)轉(zhuǎn)換為優(yōu)秀、良好、中檔、及格、不及格五等級(jí)計(jì)分。教務(wù)處制畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）成績(jī)?cè)u(píng)定統(tǒng)計(jì)表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（包含學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)期間的體現(xiàn)）:成績(jī)（平時(shí)成績(jī)）:指導(dǎo)教師簽名：年月日評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)（評(píng)閱成績(jī)）:評(píng)閱教師簽名：年月日總評(píng)成績(jī):注：1.此表合用于不參加畢業(yè)答辯學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)（報(bào)告）成績(jī)?cè)u(píng)定；2.平時(shí)成績(jī)占40%、卷面評(píng)閱成績(jī)占60%，在上面的評(píng)分表中，可分別按40分、60分來(lái)量化評(píng)分，二項(xiàng)相加所得總分即為總評(píng)成績(jī)，總評(píng)成績(jī)請(qǐng)轉(zhuǎn)換為優(yōu)秀、良好、中檔、及格、不及格五等級(jí)計(jì)分。教務(wù)處鄭重聲明本人呈交的畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告（設(shè)計(jì)），是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)習(xí)和研究工作所獲得的成果，全部數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告（設(shè)計(jì)）的成果不包含別人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告（設(shè)計(jì)）所涉及的實(shí)習(xí)和研究工作做出奉獻(xiàn)的其它個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告（設(shè)計(jì)）的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于作者與培養(yǎng)單位。學(xué)生簽字摘要本文用可編程的控制器PLC，來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口的紅綠燈自動(dòng)控制系統(tǒng)功效的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)充足運(yùn)用了PLC的特性，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)含有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功效完善，合用性強(qiáng)，易學(xué)易用，維護(hù)方便，易于改造，體積小，重量輕，能耗低等眾多優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)在應(yīng)用于交通控制中較為抱負(fù)和科學(xué)的一種方式。核心詞：PLC；交通燈；程序；設(shè)計(jì)目錄1PLC控制交通燈系統(tǒng)1.1十字路口交通燈控制實(shí)際狀況…………41.2結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn)……………41.3交通燈控制流程圖………52交通燈硬件設(shè)計(jì)2.1硬件及外圍元器件的選擇………………62.2PLC外部接線圖的設(shè)計(jì)……………………62.3交通燈的保護(hù)方法…………72.4干擾的來(lái)源…………………82.5抗干擾方法…………………83交通燈控制程序設(shè)計(jì)3.1十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖………93.2可編程控制器I/O端口分派表…………113.3控制程序梯形圖…………133.4程序設(shè)計(jì)…………………174設(shè)計(jì)總結(jié)4.1難點(diǎn)分析……………………204.2調(diào)試的錯(cuò)誤與修改辦法……………………204.3設(shè)計(jì)的體會(huì)及心得……………21致謝…………………22參考文獻(xiàn)……………22第一章PLC控制交通燈系統(tǒng)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，交通問(wèn)題日益凸顯，也越來(lái)越受到人們的重視。如今，人、車、路三者間的關(guān)系已成為交通管理部門一種棘手問(wèn)題之一。例如西永微電園，一種擁有龐大人流量和車流量的匯聚中心，擁堵已是家常便飯，交通事故屢屢發(fā)生。因此，如何在復(fù)雜的交通環(huán)境中，協(xié)調(diào)好人車關(guān)系是一種不容無(wú)視的問(wèn)題，交通紅綠燈以其自動(dòng)控制車流及人流，疏導(dǎo)交通，呈現(xiàn)出其無(wú)可替代的作用。本文基于對(duì)西永收費(fèi)站十字路口的觀察和部分有關(guān)資料的借鑒參考，對(duì)交通燈模擬控制系統(tǒng)的電路原理、設(shè)計(jì)計(jì)算等問(wèn)題進(jìn)行具體分析討論。實(shí)現(xiàn)路口交通系統(tǒng)的控制辦法諸多，鑒于PCL可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，配套齊全，功效完善，合用性強(qiáng)，易學(xué)易用，維護(hù)方便，易于改造，體積小，重量輕，能耗低等眾多優(yōu)點(diǎn)，最后我選擇了用可編程的控制器PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功效的設(shè)計(jì)，完畢本次設(shè)計(jì)的題目。1.1十字路口交通燈控制實(shí)際狀況在普通的十字路口都有紅、黃、綠三個(gè)信號(hào)燈對(duì)交通實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1．1．1交通燈控制方式交通燈控制方式為：?jiǎn)?dòng)開(kāi)關(guān)合上后，南北紅燈維持30S，同時(shí)東西紅綠亮25S后，東西黃燈亮5s，并隨著每秒一次的閃爍。然后，東西紅燈維持30S，同時(shí)南北綠燈亮25S后，閃亮3S，南北黃燈亮2S，之后始終循環(huán)。1．1．2循環(huán)控制方式交通燈變化次序表（單循環(huán)周期30秒）：1.系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持30S；與此同時(shí)，東西綠燈亮并維持25S，到25S時(shí)，東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮維持5S并隨著每秒一次的閃爍。到55時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮；同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。2.東西紅燈亮并維持30S；在此同時(shí)，南北綠燈亮并維持25S，到25S時(shí)，南北綠燈熄滅。南北綠燈熄滅時(shí)，南北黃燈亮維持5S并隨著每秒一次的閃爍。到5S時(shí)，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮；同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一種工作循環(huán)。1.2結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實(shí)驗(yàn)1．2．1交通燈控制模式在PLC交通燈模擬模塊中，東西南北每面都有3個(gè)控制燈，分別為：★嚴(yán)禁通行燈（亮?xí)r為紅色）★準(zhǔn)備嚴(yán)禁通行燈（亮?xí)r為黃色）★直通燈（亮?xí)r為綠色） 1．2．2交通燈控制關(guān)系結(jié)合十字路口交通燈實(shí)際狀況設(shè)計(jì)交通燈模擬控制系統(tǒng)以下：當(dāng)交通燈系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，系統(tǒng)開(kāi)始工作，首先南北紅燈亮并維持30S；與此同時(shí)，東西綠燈亮并維持25S，到25S時(shí)，東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮維持5S并隨著每秒一次的閃爍。到55時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮；同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮并維持30S；在此同時(shí)，南北綠燈亮并維持25S，到25S時(shí)，南北綠燈熄滅。南北綠燈熄滅時(shí)，南北黃燈亮維持5S并隨著每秒一次的閃爍。到5S時(shí)，南北黃燈熄滅，南北紅燈亮；同時(shí)東西紅燈熄滅，東西綠燈亮。至此，結(jié)束一種工作循環(huán)。1.3十字路口交通燈流程圖東西黃燈閃5s東西綠燈亮25s東西黃燈閃5s東西綠燈亮25s南北紅燈亮30s東西紅燈亮30s南北綠燈亮25s南北黃燈閃5s結(jié)束啟動(dòng)開(kāi)關(guān)第二章交通燈硬件設(shè)計(jì)2.1交通燈硬件及外圍元器件的選擇根據(jù)信號(hào)燈的規(guī)定，全部器件有：三菱FX系列PLC，紅黃綠色信號(hào)燈各4個(gè)，多個(gè)傳感器以及若干導(dǎo)線。 2.2PLC外部接線圖的設(shè)計(jì)輸入，輸出接口連線以下圖所示：由圖可見(jiàn)：?jiǎn)?dòng)按鈕SB1接于輸入繼電器X0端，停止按鈕SB2接于輸入繼電器X1端，東西方向綠燈接于輸出繼電器Y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器Y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器的Y3端，南北方向的綠燈接于輸出繼電器的Y2端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器的Y1端，南北方向的紅燈接于輸出繼電器的Y0端。將輸出端的COM1和COM2用導(dǎo)線相連，輸出端的電源為交流220V。如果信號(hào)燈的功率較大，一種輸出繼電器不能帶動(dòng)兩只信號(hào)燈，能夠采用一種輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一只信號(hào)燈，也能夠采用輸出繼電器先帶動(dòng)中間繼電器，再由中間繼電器驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。2.3交通燈的保護(hù)方法2.3.1感應(yīng)線圈(電感式傳感器)電感式傳感器其重要部件是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線(特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預(yù)埋，老路則需開(kāi)挖再埋)。當(dāng)有高頻電流通過(guò)電感時(shí)，公路面上就會(huì)形成如圖中虛線所形成的高頻磁場(chǎng)。當(dāng)汽車進(jìn)入這一高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，汽車就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開(kāi)始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開(kāi)這高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，該感應(yīng)線圈電感逐步復(fù)原到初始狀態(tài)。由于電感變化該感應(yīng)線圈中流動(dòng)的高頻電流的振幅(本論文所涉及的檢測(cè)工作方式)和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測(cè)相位或振幅變化的檢測(cè)器，就可得到汽車通過(guò)的電信號(hào)。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測(cè)振蕩頻率的變化即可懂得汽車的存在和通過(guò)。電感式傳感器的高頻電流頻率為60kHz，尺寸為2×3m，電感約為100μH.這種傳感器可檢測(cè)的電感變化率在0.3％以上。電感式傳感器安裝在公路下面，從交通安全和美觀考慮,它是抱負(fù)的傳感器。傳感器最佳選用防潮性能好的原材料。檢測(cè)汽車存在的具體實(shí)現(xiàn)是在感應(yīng)線圈的始端連接上檢測(cè)電感電流變化的檢測(cè)器,并將之轉(zhuǎn)化為原則脈沖電壓輸出。其具體電路圖由三部分構(gòu)成:信號(hào)源部分、檢測(cè)部分、比較鑒別部。2.3.2傳感器的鋪設(shè)車輛計(jì)數(shù)是智能控制的核心，為避免車輛出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象，環(huán)狀絕緣電線在地下的鋪設(shè)我們?cè)O(shè)采用在每個(gè)車行道上中的出口地(停車線處)以及在離出口地一定遠(yuǎn)的進(jìn)口的地方各鋪設(shè)一種相似的傳感器，方案如圖3(以典型的十子路口為例)，同一股道上的兩傳感器相距的距離為該股道正常運(yùn)行時(shí)所允許的最長(zhǎng)停車車龍為好。2.4干擾的來(lái)源所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪音或造成惡劣影響的變化部分的總稱。干擾源有的在設(shè)備內(nèi)部，有的在設(shè)備外部。2.4.1外部干擾涉及：電臺(tái)及雷達(dá)發(fā)射的電磁波；太陽(yáng)及其它天體輻射的電磁波；氣象條件、空中雷電、氣溫、濕度、地磁場(chǎng)影響；周邊電氣裝置如高壓輸電線、汽車、日光燈、家用電器發(fā)出的電或磁的干擾；電機(jī)、接觸器的啟停和通斷；供電電源的波動(dòng)；各接地點(diǎn)間的點(diǎn)位差等。2.4.2內(nèi)部干擾有：信號(hào)線互相之間的串?dāng)_；多點(diǎn)接地造成的電位差；寄生振蕩；元件熱噪音、觸點(diǎn)電勢(shì)的影響；饋電系統(tǒng)電壓或電流突變引發(fā)的浪涌干擾；相鄰回路之間的耦合；數(shù)字地和摸擬地的影響等；在實(shí)際工作環(huán)境中，干擾總是客觀存在的。內(nèi)部干擾與系統(tǒng)構(gòu)造有關(guān)，它能夠通過(guò)精心設(shè)計(jì)，變化構(gòu)造布局和生產(chǎn)工藝等辦法，將內(nèi)部干擾克制到工程所允許的程度。外部干擾是隨機(jī)的，它與系統(tǒng)構(gòu)造無(wú)關(guān)，因而難以對(duì)干擾源加以限制，而只能針對(duì)不同狀況，采用不同的辦法來(lái)解決。2.5抗干擾方法2.5.1無(wú)論控制系統(tǒng)的規(guī)模如何，在總體設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)當(dāng)充足考慮系統(tǒng)的抗干擾方法，盡量提高它的抗干擾能力。在具體的電路設(shè)計(jì)上，應(yīng)注意一下幾個(gè)方面：提高系統(tǒng)電平、采用選通脈沖輸出、去耦電容、模擬量輸入辦法、A/D轉(zhuǎn)換器的選用。2.5.2在信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)中，為了避免形成接地環(huán)路引入的電位差，同時(shí)也是為了切斷干擾噪音的通道，需要將輸入和輸出的信號(hào)與系統(tǒng)本體在電路上分開(kāi)，我們把這種方法稱之為信號(hào)隔離。固然，采用了隔離方法之后，系統(tǒng)的信號(hào)傳輸功效仍應(yīng)保持不變。信號(hào)可分為開(kāi)關(guān)量（或稱數(shù)字量）和模擬量?jī)纱箢愋?，信?hào)隔離辦法諸多，重要有：開(kāi)關(guān)隔離、光電耦合、固態(tài)繼電器、隔離放大器。第三章交通燈控制程序設(shè)計(jì)3.1十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖南北紅南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃25s5S25S5S25s5S十字路口交通信號(hào)燈控制示意圖和時(shí)序圖啟動(dòng)ON3.2PLC的I/O分派與接線3.2.1P啟動(dòng)開(kāi)關(guān)X0停止開(kāi)關(guān)X0東西道綠燈Y0南北道紅燈Y3東西道紅燈Y1南北道黃燈Y4東西道黃燈Y2南北道綠燈Y53.2.2P啟動(dòng)SB1啟動(dòng)SB1RUNX0SAY0Y1Y2Y3Y4Y5東西黃燈東西綠燈東西紅燈南北紅燈南北黃燈南北綠燈COMCOMNL220SB23.3控制程序梯形圖3.4程序設(shè)計(jì) 0 LD M8002 1 OR M0 2 AND M1 3 OUT MO 4 LD MO 5 AND XOOO 6 ORP XOOO 8 LD M6 9 AND T6 10 ORB 11 OR M1 12 ANI M2 13 OUT M1 14 OUT T1 K250 17 LD M1 18 AND T1 19 OR M2 20 ANI M3 21 OUT M2 22 OUT T2 K30 25 LD M2 26 AND T2 27 OR M3 28 ANI M4 29 OUT M3 30 OUT T3 K20 33 LD M3 34 AND T3 35 OR M4 36 ANI M5 37 OUT M4 38 OUT T4 K250 41 LD M4 42 AND T4 43 OR M5 44 ANI M6 45 OUT M5 46 OUT T5 K30 49 LD M5 50 AND AND 51 OR M6 52 ANI M1 53 OUT M6 54 OUT T6 K20 57 LD M1 58 OUT M100 59 OUT M110 60 LD M2 61 OUT M111 62 AND M8013 63 OUT M101 64 LD M3 65 OUT M103 66 OUT M1112 67 LD M4 68 OUT M104 69 OUT M114 70 LD M5 71 OUT M105 72 AND M8013 73 OUT M115 74 LD M6 75 OUT M106 76 OUT M119 77 LD M110 78 OR M101 79 OUT Y000 80 LD M104 81 OR M105 82 OR M106 83 OUT Y001 84 LD M103 85 OUT Y002 86 LD M110 87 OR M111 88 OR M112 89 OUT Y003 90 LD M119 91 OUT Y004 92 LD M114 93 OR M115 94 OUT Y005 95 LDF X000 97 ZRST M0 M6 102 END 103

第四章難點(diǎn)分析4.1難點(diǎn)分析4.1.1在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中是規(guī)定黃燈閃爍的，因此在設(shè)計(jì)程序中也要加入這個(gè)功效，參考了某些PLC的交通燈程序介紹時(shí)發(fā)現(xiàn)，PLC中有某些繼電器能夠?qū)崿F(xiàn)閃爍。這些繼電器也就是PLC內(nèi)部的功效繼電器，這是一種硬件實(shí)現(xiàn)功效的辦法。即使程序能夠減少，但比較死板，閃爍頻率不能控制。由于對(duì)PLC內(nèi)部的功效繼電器不太熟悉（不同型號(hào)的PLC內(nèi)部功效繼電器編號(hào)也不同），我想了一種用程序?qū)崿F(xiàn)的辦法。此辦法能夠說(shuō)是軟件實(shí)現(xiàn)功效的辦法，即使程序加長(zhǎng)了，但閃爍頻率能夠控制比較靈活。4.2.2在計(jì)數(shù)器的使用時(shí)，一定要設(shè)立計(jì)數(shù)器的初始化復(fù)位，并在計(jì)數(shù)器使用完畢后一步使其復(fù)位。否則，將不能使用設(shè)立好的計(jì)數(shù)器，或者不能按設(shè)立規(guī)定來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)。4.2調(diào)試及修改程序?qū)懞煤蟮膶?shí)際運(yùn)行中暴露出某些問(wèn)題需要調(diào)試和修改4.2.1在程序運(yùn)行早期，有些燈不能點(diǎn)亮，并且在運(yùn)行一周期過(guò)后無(wú)法實(shí)現(xiàn)循環(huán)。對(duì)此又無(wú)從下手，只得逐個(gè)檢查才發(fā)現(xiàn)把一條指令的常閉寫(xiě)成了輸出，真正的輸出口就沒(méi)有收到信號(hào)。然后燈即使亮了但仍無(wú)法循環(huán)，又從梯形圖認(rèn)真的看了一遍仍看不出問(wèn)題出來(lái)。忽然想起來(lái)編程器還能夠進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時(shí)候第二周期就再?zèng)]有反映了，涉及里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)是程序前面沒(méi)有并上完畢這個(gè)循環(huán)的繼電器號(hào)。后來(lái)就這樣把加上其它功效出現(xiàn)的錯(cuò)誤也找出來(lái)了。4.2.2輸完指令后執(zhí)行程序，設(shè)立好控制輸出的燈沒(méi)有完全亮,闡明控制該燈的步不對(duì)的或是死步。檢查梯形圖后，發(fā)現(xiàn)東西方向的輸出未寫(xiě)入梯形圖，修改梯形圖并轉(zhuǎn)換為指令，插入到程序中，再運(yùn)行程序，全部設(shè)立輸出均正常。4.2.3交通燈未出現(xiàn)閃爍，并且未進(jìn)入到下一步狀態(tài)，闡明控制該步轉(zhuǎn)換條件的定時(shí)器有問(wèn)題，是根據(jù)西門子的定時(shí)器來(lái)設(shè)計(jì)的，可能會(huì)有區(qū)別。查看三菱PLC參