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电工技师论文
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维修电工技师论文
(国家职业资格二级)
论文题目:浅谈PLC控制交通信号灯的应用
目录
摘要……………………………………………………………………1
概述……………………………………………………………1
二、总机设计…………………………………………………………2
三、硬件设计过程……………………………………………………4
四、软件设计过程……………………………………………………8
五、调试与检测………………………………………………………10
六、总结与展望………………………………………………………12
浅谈PLC控制交通信号灯的应用
杨赫
江苏省宿迁市淮海技师学院
【摘要】:PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,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。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯控制系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,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。在该设计中,模拟十字路口红绿灯闪亮,十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。
【关键词】:PLC;交通控制
概述
1交通灯现状与发展
据不完全统计,目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制,这样必然会产生弊端,当某一条路段的东西方向车流量很大,却要等待红灯,而南北方向是空道或车流量相对很少,却长时间亮的是绿灯,这种现象在我们生活中屡屡出现,也一直困惑着我们在等红灯的司机们,而且对人力和物力资源也是一种浪费。但是随着社会经济的快速发展,原来的交通灯控制系统已经不能胜任现在的交通状况,我给予多方面考虑给予了红绿灯系统的设计--智能控制交通系统。
智能控制交通系统是目前研究的方向,也已经取得不少成果,在几个发达国家已采用智能方式来控制交通信号,主要运用GPS全球定位系统等。先根据便捷和效果的综合考虑,我们采用PLC方案来控制交通路况。
运用PLC于交通灯的优势
传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制相比,能清晰的看出后者的最大优点在可以减缓滞流现象,也不会出现空道占时的情形,提高了红绿灯控制交通通行率,较采用GPS全球定位系统而言成本更低。
二、总机设计
1PLC系统配置结构
PLC是微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物,是一种以微处理器为核心的用作数字控制的特殊计算机。它的硬件配置与一般微机装置类似,主要由中央处理单元(CPU)、输入单元、输出单元、编程器、电源和特殊输入输出单元等组成。(如图2—1)
图2-1 PLC系统配置结构图
可编程控制器的工作原理:
PLC控制是能完成是建立在其硬件的支持下,通过执行逻辑时序控制的用户程序来实现的,是和计算机的工作原理一致的。PLC并不是单纯像普通计算机那样工作,而是发展了一种叫做巡回扫描的工作机制。
PLC的循环扫描,即是对整个程序循环行列扫描的工作方式,也就是说用户程序的执行不是从头到尾只执行一次,而是执行一次以后,又返回去执行第二次、第三次……直到停机。
2设计指标与思路
交通灯的PLC控制装置的主要技术指标:
1)、用红、黄、绿灯构成交通指示控制系统,可实现东西、南北方向直通行指示、右转弯指示、左转弯指示及人行道指示。
2)、控制交通灯的启动与停止,东西、南北向的紧急通行。
设计思路
控制系统设计的基本原则
(1)必须满足被控对象的控制要求。
(2)应该考虑到系统的升级和改进,设计PLC系统时要有适当余量。
(3)应力求使该系统具有较高的性能价格比。
(4)确保控制系统的安全、可靠。
设计任务书在技术方面应包括以下几点:
(1)PLC控制系统的名称。
(2)控制任务和范围。指明控制对象范围及必须完成的动作。
(3)检测和控制的参数表(I/O)表。根据工艺指标、操作
3系统设计
图(2—2)是可编程控制器系统设计流程框图
图2—2
三、硬件设计过程
1十字路口交通灯布置图
十字路口交通灯示意图如图3-1所示。在是字路口的东、西、南、北方向装有主干道“红黄绿”灯、人行道“红绿”灯,其中主干道的“红黄绿”灯又分为左转、右转“红黄绿”灯和直行“红黄绿”。具体交通灯布置如下:
1).南北主干道
南北主干道的交通灯有9个。分别是直行红灯、直行黄灯、直行绿灯,左转红灯、左转黄灯、左转绿灯,右转红灯、右转黄灯、右转绿灯。
2).东西主干道
东西主干道的交通灯有9个。分别是直行红灯、直行黄灯、直行绿灯,左转红灯、左转黄灯、左转绿灯,右转红灯、右转黄灯、右转绿灯。
3).南北人行道
南北人行道的交通灯有2个,分别是红灯、绿灯。
4).东西人行道
东西人行道的交通灯有2个,分别是红灯、绿灯
图3-1十字路口交通灯布置图
2PLC与交通灯的硬件连接
该装置用FXON可编程控制器进行控制。系统的输入信号有:3个按钮;分别是启动信号、东西强通信号、南北强通信号。系统的输出信号共有12个,包含所有的交通灯信号。输入/输出端子地址分配如表(3-1)所示。
I/O地址分配采用自动分配的方式,输入地址和输出地址分配如表3-1所示
输入继电器
输入端子
输出继电器
输出端子
起行开关SA0
X0
东西方向直通红灯
Y0
东西强通开关SA1
X1
东西方向直通绿灯
Y1
南北强通开关SA2
X2
东西方向直通黄灯
Y2
东西方向左转绿灯
Y3
东西方向右转绿灯
Y4
东西方向人行道灯
Y5
南北方向直通红灯
Y6
南北方向直通绿灯
Y7
南北方向直通黄灯
Y10
南北方向左转绿灯
Y11
南北方向右转绿灯
Y12
南北方向人行道绿灯
Y13
表3—1输入端子和输出端子分配表
3控制系统构成图
1)控制系统构成图如3-3所示
图3-3交通灯控制系统图
2)模块功能概述
(1)电源模块采用24V直流电源,它通过基架,供电给其他模块。
(2)PLC模块采用FX2n模块,它控制整个系统有条不紊地工作。它有输入24个输入点,本系统中它将接收自启动按钮、强通开关的输入信号。
(3)数字量输出模块采用它主要用来控制信号的输出到相应的交通灯,实现控制。Y0--Y27模块有24个输出点。
4直流驱动电源设计
1)直流稳压电源一个
我们CW7824组成的24V稳压电源,分别对PLC的输出设备和驱动电路供电。如图3-4
由一个200V/24V的变压器、IN4007整流二极管四个、电容3300μf/50V和470μf/25V各一个、散热器一个、保险丝一个、接线柱若干、导线和电子万用板一块
图3-4 24V电源原理图
2)继电器实现弱电控制强电
是根据某种输入信号来接通或断开小电流控制电路,实现远距离控制和保护的自动控制的电路。我们采用的是DC24V继电器JZC—23F实现24V直流驱动控制220V的交通灯。
图3-5驱动电路图
3)原器件清单
Fx0N-40MR 型号PLC实验箱一台,航空插件6组,4个自锁开关,14个DC24V继电器JZC—23、交通信号灯(红、黄、绿)28个,接头和排线若干,24V稳压电源一个
四、程序设计过程
交通信号灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”和“急车强通控制”两种控制方式:
正常循环运行
交通信号灯正常循环运行的逻辑流程图如图4-1所示。具体控制要求如下:
4-1交通信号灯正常循环运行图
急车强通控
急车强通控制的逻辑流程图如图4-2所示。具体控制如下:
如图4-2交通信号灯急车强通控制流程图。
2梯形图的设计
根据控制要求编写的梯形图如图(4—3)所示
图4-3控制交通信号灯的梯形图
五、调试与检测
1软件调试
把程序写入PLC后,为了检验程序的正确性,需要对程序进行调试。这里我们介绍实验室模拟运行调试法。
本设计中,只有3个输入点,具体调试步骤如下:
初始状态;3个输入点X0~X3均为OFF,12个输出继电器Y0~Y13的交通指示灯也均为OFF,Y0~Y13对应的指示灯亮,相当于显示交通指示信号,一段时间后自动切换。
正常循环启动操作;模拟按下启动按钮SB1的操作,此时Y0~Y13对应的交通指示灯,从东西方向到到南北方向循环指示显示,每一盏灯对应着一种交通指示信号,能够正常控制交通系统。
紧急强通信号;当发生一种紧急事件时,能够让某一方向通行,另一方向静止通行。
,东西方向强通,即:东西方向绿灯亮,南北方向红灯亮。
,南北方向强通,即:南北方向绿灯亮,东西方向红。
2硬件调试
硬件连接如图5-1
图5-1硬件图
在整个硬件电路焊接好后,我们首先对其电源部分相应参数进行了测试,发现没有异常情况出现,紧接着检查继电器电路的好坏,分别给其加入直流24V,通过看继电器的知识灯和万用表检测来判断继电器的好坏。以上叙述的是线路板上各电路模块正常工作状态。接下来检查的是外接电路。外接电路主要有自锁开关及一些航空插件,检查方法与继电器的检查相同。
3软硬连接调试
针对可编程控制器外部接线作仔细检查,这一环节很重要,外部接线事实上要准确、无误。如果用户程序还没有送到机器里去,可用自行编写的试验程序对外部接线做扫描通电检查,查找接线故障。我们通过相应脚的电压测量法来确定接线的正确与否。当确认接线无误后再接主电路,将模拟调试好的程序送入用户存储器进行总调节器,试用发光二极管来模拟,直到各部分的功能都正常,并能协调一致成为一个完整的整体控制为止。在完成了软件部分与硬件部分的单独调试都正常工作的前提下,我们进行了软硬联调,在联调的过程中,我们把其与模拟调试实施并行工作,这样做的好处就是便于及时发现问题与故障在哪里。在调试过程中,在程序并无任何错误的情况下,按下启动按钮后,看能否正常运行,每个交通指示灯是否得到正常控制。
六、总结
通过本次设计,对三菱系列PLC的特点有了更深的理解。十字路口交通灯控制系统利用了三菱系列PLC的特点,对按钮、开关、交通等输入/输出点进行控制,实现了十字路口交通灯控制的自动化。该系统广泛应用于繁忙的十字路口,对车辆和行人的安全通行起控制作用。PLC具有体积小、可读性好,抗干扰能力强及可性高等优点,且随着配方数目的增加越能体现出其扩展功能的强大及性能价格比上的优势。
在电子技术日益发展的今天,新电路、新器件不断涌现,尤其以利用PLC为核心的电子产品层出不穷,因其高度的性价比而受到企业科研机关及大专院校的喜爱。我们这次做的PLC控制交通灯系统,由于受自己知识技能条件缺乏及实验室的限制,因此大部分都是对他人研究成果的一种"仿真设计"。但作为跨世纪人才的我们来说,要以此次设计为起点,努力钻研,争取能够在这一领域有所作为。通过这次毕业设计我们对PLC的硬件设计和软件调试有了一定的了解,对仿真技术也有了一定的了解,虽然只是一点皮毛,,扩大了自己的知识面。
在当今高速发展的社会里,交通问题成为大家关注的社会问题,汽车数量的直线上升及现有的交通控制方式的局限性都使得我们有必要寻求一种智能的交通控制系统,基于此考虑到十字路口交通信号灯系统的准确性、可靠性、实时性、以及对交通事故的处理,将会在更深、更广的层次上展开对交通信号灯的研究,如:引入全球定位系统控制交通灯,更多特色的工作等待展开。
参考文献:
[1]:
[2]:***
[3]
[4]:
[5]:
[6]:电子工业出版社.