plc控制交通灯经典毕业设计.pdf

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向道路处于禁止通行的状态,南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中,东西红灯亮30S,需计时器设定延时8:..30秒,才会转入下一状态东西绿灯亮;同时,南北方向道路也一起亮绿灯25S,需计时器设定延时25秒,才会转下一状态南北绿灯闪烁;南北绿灯闪烁3S,需振荡器或脉冲源(秒/次)动作使南北绿灯闪烁,还要需计时器设定延时3秒,才会转下一状态南北黄灯亮;南北黄灯亮2S,需计时器设定延时2秒,才会转入下一状态南北红灯亮,如此循环下去。另外,当断开系统,所有信号灯熄灭;需要按钮SB1动作断开系统,停此输入信号入可编程控制器,而最快的方法,是使可编程控制器不动作,那么肯定无信号输出。而且,南北、东西绿灯同时亮,报警。可编程控制器要输出一个信号,驱动一个报警灯。综上所述,可编程控制器要满足一个信号输入(作系统接通、断开作用),七个信号输出,十字路口有十二个交通信号灯,但南北、东西两个为一组用一个输出信号控制,再加上一个报警信号驱动的报警灯。通过如下的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开,将十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。表2-3-1十字路口交通灯状态分析表南北方红灯亮25S向绿灯亮绿灯闪黄灯亮交通灯25S3S2S状态东西方向绿灯亮绿灯闪黄灯亮红灯亮30S交通灯20S3S2S状态十字路口交通灯状态的分析:十字路口交通灯如下图2-3-1所示,将12个交通灯进行编号9:..2-3-2十字路口交通灯状态图这12个交通灯共有四个状态:状态1:南北红灯(1、7)亮,东西绿灯(6、12)亮。状态2:南北红灯(1、7)继续亮,东西绿灯(6、12)闪。状态3:南北红灯(1、7)继续亮,东西黄灯(5、11)亮。状态4:东西红灯(4、10)亮,南北绿灯(3、9)亮。状态5:东西红灯(4、10)继续亮,南北绿灯(3、9)闪。状态6:东西红灯(1、7)继续亮,南北黄灯(2、8)亮。10:..章系统程序设计硬件的设计的结构及工作原理PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。其结构如图2-1所示。中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢,它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态;并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后,按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内,等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行直到停止运行。图3-1-1PLC的结构图11:..PLC工作原理当PLC投入运行后,其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间,PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段,PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据,并将它们存入I/O映象区中的相应得单元内。输入采样结束后,转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中,即使输入状态和数据发生变化,I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此,如果输入是脉冲信号,则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期,才能保证在任何情况下,该输入均能被读入。2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段,PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时,又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路,并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算,然后根据逻辑运算的结果,刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态;或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态;或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后,PLC就进入输出刷新阶段。在此期间,CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路,再经输出电路驱动相应的外设。输输输用用输入程出输输写出户入映序映出户入锁输输端象读执象端锁存出入子寄行寄子存器设设存存器读器器备备图3-1-2PLC扫描工作过程图12:..输入刷新输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期图3-1-3PLC的扫描周期图的选型从上面的分析可以知道,系统共有开关量输入点1个,开关量输出点7个,如果选用CPU222/PLC,也需要扩展单元PLC,参照西门子S7-200系列特性(见附录),选用主机为CPU224(14输入/10继电器输出)。其外形图3-1-4如上:输入电路采用了双向光电耦合器,24VDC极性可任意选择,1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。13:..另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。的地址分配列出交通信号灯PLC的输入/输出点分配表,见表3-2。定时器T=PT×S;定时实际时间=设定值×精度1ms:T32,T9610ms:T33~T36,T97~T100100ms:T37~T63,T101~T255输入信号定时元件输出信号输出代输入点T33:南北红灯名称名称代号点编号编号工作25S号工作T97:::::::-1-5交通信号灯PLC的I/O输出点分配表14:..PLC的接线形式图3-1-5PLC控制接线图如图3-1-,,,,,,,。15:..-2-1主程序流程图16:..图3-2-2正常时序流程图17:..-2-:..19:..20:..-2-4急车强通流程图急车强通信号受急车强通开关控制;无急车时,信号灯接正常时序控制;有急车来时,将急车强通开关接通,不管原来信号灯的状态如何,一律强制让急车方向的绿灯亮,使急车放行,直至急车通过为止;急车一过,将急车强制开关断开,信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次,随后按正常时续控制;急车强通信号只能响应一路方向的急车,若两个方向先后送急车,则响应先来的一方,随后再响应另一方。交通路段经常会出现紧急情况的发生。比如一台救护车需要急救,强通十字路口,为了病人的生命安全保障,需把此路段畅通,让救护车通过。21:..?查询各路口的车流量东西车流量总和大于南北N东西向为空道否?Q车流量总和吗?FN东,西向绿灯左行15SY南北车流量总和〉=N东西车流辆总和否Q1南北向为空否?其他东,西向绿灯直行15S启动15S定时器Y启动45S定时器查询各路口的车流量查询个路口车流量南北车流量总和〈=东西车流辆总和否东西车流辆总和〈=,NY南北车流量总和否南北向绿灯执行保持NYN东,西向绿灯直行保持T=45s?NYT=45S否FY南北向绿灯左行15S南北向绿灯直行30S图3-2-4十字路口PLC自动调整红绿灯时长的程序流程图流程图中的15s、30s、75s等时间分别为交管部门定的车辆左转弯时间、直行最小时间、允许的最大通行时间;σ为车流量的偏差量。以上值及其4个路口车流量的满溢值均可在程序初始化中任意更改。车辆左转弯是造成交通堵塞很重要的一个方面,应加以适当限制,故车辆左转弯始终采用最小定时控制,以减小系统的复杂程度,提高可靠性。车辆通行的时间中包含绿、黄灯闪烁的时间,红、黄、绿各灯的切换与现用的方式相同。人行道的红绿灯接线与现用的方式相同,其绿灯点亮的时刻与该方向车辆直行绿灯点亮的时刻同步一致,但要较车辆直行绿灯提前熄灭,采用定时控制,如绿灯定时亮22:..18s。其目的是不让右转弯车辆过分受人行道灯的限制。若是人车分流,右转弯车辆不受限制。(1)每股行车道的车流量通过PLC分别统计。当车辆进入路口经过第一个传感器1(见图11)时,使统计数加1,经过第二个传感器2出路口时,使统计数减1,其差值为该股车道上车辆的滞留量(动态值),可以与其他道的值进行比较,据此作为调整红绿灯时长的依据。(2)先统计每股车道上车辆的滞留量,然后按大方向原则累加统计。如,将东西向的(见图5)左行、直行、右行道上的车辆的滞留量相加,再与其它的3个方向的车流量进行比较,据此作为调整红绿灯时长的依据。(3)统计每股车道上车辆的滞留量后按通行最大化原则(不影响行车安全的多道相向行驶)累加统计。如,东、西相向的2个左行、直行、右行道上的车辆的滞留量全部相加,再与南北向的总车流量进行比较,据此作为调整红绿灯时长的依据(下面的例子就是按此种方式)。图3-11车流量的计算23:..图3-2-5程序流程图上述所描述的车流量统计方式,十字路口PLC自动调整红绿灯时长的程序流程图如图8所示,其行车顺序与现实生活中执行的一样,只是时间长短不一样。程序的控制规律如下:(1)当各路口的车辆滞留量达一定值溢满时(相当于比较严重的堵车),红绿灯切换采用现有的常规定时控制方式;(2)当东、西向路口的车辆滞留量比南、北向路口的大时(反之亦然),该方向的通行时间=最小通行定时时间+自适应滞环比较增加的延时时间(是变化的),但不大于允许的最大通行时间。其中最小定时时间是为了避免红绿灯切换过快之弊;最大通行时间是为了保障公平性,不能让其它的车或行人过分久等。进一步的说明在后面的注释中。(3)自适应滞环比较(本例的核心控制规律)增加的时间的确定。若东、西向车辆滞留量≥南、北向一个偏差量σ(如30辆车或其它值)时,先让东、西向的左转弯车左行15s(定时控制,值可改),再让直行车直行30s(直行时间的24:..最小值,值可改)后再加一段延时保持,直至东、西向的车辆滞留量比南、北向的车辆滞留量还要少一个偏差量σ,才结束该方向的通行,切换到其它路上,否则一直延时继续通行下去,直至到达最大通行时间而强制切换。滞环特性如图9所示。实际应用时σ的值需整定,过小则导致红绿灯切换过频,过大又不能实现适时控制。,+2500南北红灯25S4LDT335TONT97,+,+2000东西绿灯20S10LDT9811TONT99,+300东西绿灯闪烁3S12LDT9913TONT100,+200东西黄灯2S14LDT3325:..T34,+2500南北绿灯25S16LDT3417TONT35,+300南北绿灯闪烁3S18LDT3519TONT36,+====:..T3540AT3241OLD42===,+50052LDT3253TONT96,+500系统程序分析当开关SB1合上时,,T33通电待25秒后动作(南北红灯熄灭),T98通电待20秒后动作(东西绿灯闪烁),,南北红灯亮;,,东西绿灯亮。维持到20秒,T98的动合触点接通,T99通电待3秒后动作(东西黄灯亮),,从而使东西绿灯闪烁。又过3秒,T100通电待2秒后动作(东西黄灯灭),T99的动断触点断开,,东西绿灯灭;此时T99的动合触点闭合,,东西黄灯亮。27:..2秒后,T100的动断触点断开,,东西黄灯灭。此时自开关闭合南北红灯亮起累计时间达25秒,T33的动断触点断开,,南北红灯