十字路口交通灯PLC控制系统设计

PAGE/NUMPAGES目录摘要………………………………………………………………………2前言………………………………………………………………………2第一章设计任务……………………………………………………4第二章硬件及接线……………………………………………………6第三章交通信号灯的软件设计…………………………………7第四章安装、调试与运行……………………………………………11结束语…………………………………………………………………12参考文献………………………………………………………………12十字路口交通信号灯PLC控制系统与调试摘要：文中根据十字路口交通灯的控制要求，介绍了应用PLC实现对交通灯控制系统的设计。实践结果明，该系统设计合理，可靠性高，达到预期目标，运行效果好。关键词：PLC（可编程序控制器）；梯形图；交通灯；设计前言PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛应用。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。在采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关设备，都按照易于与工业控制系统形成一个统一的整体、易于扩充其功能的原则设计。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等特点，PLC具有平均无敌故障运行时间已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再确定PLC的硬件配置和I/O的我部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，而且有A/D、D/A转换，数值运算和数据处理等功能。因此，它既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需要根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。此外，PLC还具有编程方法简单、容易掌握的特点。PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图进行。在最初的梯形图中，主要由人们熟悉的常开触点、常闭触点和线圈、计时、计数等符号组成，对于使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员甚至技术工人所理解和掌握。在用户的维修方面，由于PLC的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能，可用更换模块的方法，迅速排除PLC的故障，因此维修极为方便。通过用PLC控制对三个时间段（高峰时间段、正常时间段、晚间时间段）的交通信号灯进行更合理设计，和以往的交通灯设计相比之下达到更人性化的设计。该系统用PLC控制，由东西、南北两组，共16盏灯组成，每组由一对红灯、一对绿灯、一对黄灯、一对左转弯绿灯共8盏灯组成。控制系统如图1。设计任务书控制要求：1．系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。2．控制对象有八个：东西方向红灯（R-EW）两个,南北方向红灯（R-SN）两个，东西方向黄灯（Y-EW）两个,南北方向黄灯（Y-SN）两个，东西方向绿灯（G-EW）两个,南北方向绿灯(G-SN)两个，东西方向左转弯绿灯(L-EW)两个，南北方向左转弯绿灯(L-SN)两个。3．控制规律：1）高峰时段按时序图二（7：00—8：15，16：30—19：00）运正常时段按时序图三（6:30—7:00,8:15—16:30,19:00—21:00运行，晚上时段(21:00—6:30)按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。2）高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行。硬件及结线根据上述要求可见，系统所需红、绿、黄各4只信号灯，本案由两个信号灯箱实现；系统需要启动和停止两个按钮，由按钮箱实现。可编程控制器的输入/输出端子分配及硬件连接分别由表1及图2所示。其中SA开关代表可编程控制器自身的运行开关。表1端子分配表序号端口；连接器件1X0启动按SB12X2停止按扭SB23Y1南北左转弯绿灯4Y2南北绿灯5Y3南北黄灯6Y4东西红灯7Y5东西左转弯绿灯8Y6东西绿灯9Y7东西黄灯10Y10南北红灯交通信号灯的软件设计顺序功能图的实现顺序功能图是一种位于其它编程语言之上的可编程控制器，一般是将顺序功能图作为一种设计工具，首先根据系统对控制的要求，用手工画出的顺序功能图，然后根据顺序力能图，画出梯形图，用图形编程器将梯形图写入编程序控制器，或者将梯形图转换成指令表后，再将指令编程器将它写入可编程序控制器。图4信号灯步进梯形图步进梯形图的实现在本子模块中，我们采用步进梯形指令单编程实现，其状态转移图如图3所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作视为一个顺序动作，每一个时序同时有两个输出，一个输出控制东西方向的信号灯，另一个输出控制南北方向的信号灯。状态转移图对应的步进梯形图如图4所示，现简单分析一下工作原理。当启动按钮SB1按下时，X0接通，S0置1，系统进入S20状态，驱动Y3、Y7、T0、C0，东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。当到达6：30时C0计数次数到C0接通，状态转移条件满足，系统将转移到S21状态，在S20状态下，Y4、Y1、Y10被驱动，即东西方向的红灯及南北方向的红灯和南北方向左转弯绿灯亮，同时驱动定时器T1，定时器的设定时间为5秒，5秒后状态转移到S22，在S22状态下，Y4继续保持，但Y1受控于M1，而M1是由两个定时器T11和T12控制，T13、T14组成一个1秒的震荡器，即南北方向的左转弯绿灯闪亮。在本状态下，同时也驱动定时器T2，定时时间为5秒，5秒时间到，状态转移到S23，在S23状态下，Y4仍然被驱动，东西方向红灯继续亮，同时驱动T3、Y2，南北方向的红灯及左转弯绿灯灭，Y2口驱动的是南北方向的绿灯，故南北方向的绿灯亮，红灯停。T3的定时时间为25秒，25秒时间到，状态转移到S24，在S24状态下，Y4、Y2继续保持，东西方向的红灯继续亮，而南北方向的绿灯驱动口Y2受控于M1，M1是震荡周期为1秒的震荡器，故南北方向的绿灯闪亮。，T4的定时时间为5秒，5秒时间到，状态转移到S25。在S25状态下，驱动Y4、Y3、T4，东西方向的红灯继续亮，南北方向的绿灯亮。T4的定时时间是5秒，5秒后，状态转移到S26。在S26状态下，同时驱动Y4、Y10、Y5及T6，即东西方向的红灯及左转弯绿灯、南北的红灯亮，T6定时器的定时时间为5秒，5秒时间到，定时器的定时时间到，状态转移到S27。在S27状态下，同时Y4、Y5、Y10继续保持，即东西方向的红灯、南北的红灯亮及东西方向的左转弯绿灯闪亮，T7定时器的定时时间为5秒，5秒时间到，定时器的定时时间到，状态转移到S28。在S28状态下，同时驱动Y10、Y6、T8，即南北红灯亮，东西绿灯亮，T8定时器的定时时间为25秒，25秒时间到，定时器的定时时间到，状态转移到S29。在S29状态下，Y10、Y6继续保持，即南北红灯亮，而东西方向的绿灯驱动口Y6受控于M1，M1是震荡周期为1秒的震荡器，故南北方向的绿灯闪亮。，T9的定时时间为5秒，5秒时间到，状态转移到S30。在S30状态下，驱动Y10、Y7，即南北红灯继续亮，东西黄灯亮，定时时间5秒，5秒时间到，T10的触点接通，状态又重新转移到S20。即南北方向的红灯、东西方向的绿灯亮，系统将重复上述的动作顺序，周而复始的继续工作，同时检验计数是否计数次数到，当C1计数次数到时，即进入高峰时间段，定时器T3、T8禁用，定时器T11、T12代替T3、T8使用。当C2计数次数到时，进入正常时间段，T3、T8代替T11、T12使用，进而达到周而复始的工作目的。安装、调试与运行将上述程序综合起来，并进行调试，然后将其写入PLC中，确认端子接线无误后，交通灯系统可投入运行。从实际的效果展示，系统运行稳定，达到预期目标。同时，该系统只要稍加改动，便可应用于更多十字路口的交通灯控制。结束语将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控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，所以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。我国人口众多，交通道路拥挤已严重制约经济快速持续发展，影响人们的日常生活。本系统作为城市十字路口交通灯系号的控制系统，为我国“智能交通系统”全面开发提供了有利的支持，具有一定的实践价值。参考文献DavidG.Johnson.“ProgrammableControllersforFactoryAutomation”.MarcelDekker,Inc.NewYoukBasel,1987.中华人民共和国国家标标准。电气制图。北京：中国标准出版社，1987。MITSUBISHIELECTERICCORPORATION。FX2N微型可编程序控制器编程手册。1998MITSUBISHIELECTRICCORPORATION.FX-20P-EPROGRAMMINGPANELOPERATIONMANUAL,1992.廖常初。可编程序控制器的编程方法与工业应用。重庆：重庆大学出版社，2001廖常初。可编程序控制器的原理与应用。电工技术，1990，（10）——1991，（2）廖常初等。PLC的顺序控制编程方法。工业自动化（香港），1997，（）8~1999（5）廖常初。PLC梯形图程序的设计方法与技巧。电工技术，1999，（7）~2000，（4）廖常初周林。PLC的功能指令。电工技术，1999，（7），2000（4）张进秋，陈永利，张中民。可编程控制器原理及应用实例。机械工业出版社，2003。（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）