十字路口带倒计时显示的交通.docx
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十字路口带倒计时显示的交通
十字路口带倒计时显示的交通
信号灯控制设计
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目录
绪论········································································1
第一章简述
1.1、PLC的定义与特点·····················································2
1.2、PLC基本结构·························································
1.3、PLC的工作原理·······················································
1.4、PLC的应用···························································
1.5、PLC发展趋势·························································
第二章十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制·································
2.1、设计目的····························································
2.2、控制要求··············································
2.3、交通灯工作时序图·····················
2.4、系统总体方案设计·
2.5、PLC的选择
2.6、设计思路
2.7、梯形图
2.8、指令
第三章外部硬件实现
3.1、PLC外部接线图设计
3.2电气设备明细表
3.3PLC的I/O端口分配表
第四章小结
第五章心得体会
绪论
随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系
的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市
交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通
监控指挥系统中最重要的组成部分。
交通信号灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,
减少交通事故有明显效果。
解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷
运行的重要环节。
为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化。
用可编程
控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实
现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。
分析了现代城市交通
控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出
了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。
随着科
技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工
业中的作用更加突出。
交通信号灯的控制是一种自动循环执行的控制系统,红、绿灯的控制是以时间顺序
为基础,然后按设定的程序点亮红灯、绿灯、黄灯。
像这种以时间为基础,各个状态层
次比较分明的顺序控制系统,采用步进指令编程就比较方便,条理清楚,易于理解。
第一章简述
1.1PLC的定义与特点
可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时,计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。
可编程序的控制器及其有关外围设备,都按易于与工业系统连成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。
可编程序控制器简称PLC,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。
自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来,迄今己30多年,它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变,但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构,使用户程序的编制清晰直观、方便易学,调试和查错都很容易。
用户买到所需PLC后,只需按说明书或提示,做少量的安装接线和用户程序的编制工作,就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。
而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。
这样就破除了“电脑”的神秘感,推动了计算机技术的普遍应用。
可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。
PLC
现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD/CAM、ROBOT)之一,以其可靠性、逻辑功能强、体积小可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能,易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能,同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统,在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。
PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
PLC是综合了继电器接触器控制的优点以计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的,这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点
(1)可靠性高,抗干扰能力强;
(2)通用性高,使用方便;(3)程序设计简单,易学,易懂;(4)采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便;(5)系统设计周期短;(6)安装简便,调试方便,维护工作量小;(7)对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产。
1.2PLC基本结构
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主板、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装配。
1.3PLC工作原理
PLc在确定了工作任务,载入了专用控制程序后,成为一种专用的工业控制计算机,它采用循环扫描工作方式,系统工作任务管理及用户程序执行都是循环扫描方式完成的。
循环扫描的工作方式是PLC的一大特点。
用户程序的完成都是分时完成的,可以分为输入处理阶段、程序执行阶段和输出处理阶段。
程序执行阶段根据PLC梯形图程序的扫描原则,按先左后右,先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。
由于PLC的这种循环扫描工作方式,再加上集中输入、集中输出刷新等特点,使PLC控制结果具有输入/输出滞后现象和多重输出不允许的特殊性。
1.4PLC应用
目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为:
开关量的逻辑控制、模拟量、运动控制、过程控制、数据处理、通信及联网。
1.5PLC发展趋势
21世纪,PLC会有更大的发展。
从技术上看,计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上,会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现从产品规模上看,会进一步向超小型及超大型方向发展;从产品的配套性上看,产品的品种会更丰富、规格更齐全,完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求;从市场上看,各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破,会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面,会出现国际通用的编程语言;从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。
目前的计算机集散控制系统DCS(DistributedControlSystem)中已有大量的可编程控制器应用。
伴随着计算机网络的发展,可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分,将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。
第二章十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
2.1设计目的
(1)通过十字路口带带倒计时显示的交通灯控制装置的设计实践,了解一般电气控制系统的设计过程,设计要求,应完成的工作内容和具体设计方法。
(2)通过设计进一步巩固以往所学的知识,达到灵活应用的目的。
在此过程中培养从事设计工作的整体观念,提高编写和调试语言程序水平。
(3)加强自己的科学研究方法训练和实践锻炼,增强分析问题和解决问题的能力,了解电气控制与可编程控制技术及应用的发展。
2.2控制要求
采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。
系统上电后,交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制。
SA1手柄指向左45°时,接SA1-1接通,交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作,按照如图2-1所示工作时序周而始,循环往复工作。
正常运行时,南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应的指示灯剩余时间值。
SA1手柄指向中间0°时,接点SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西向红灯常亮,数码管显示99不变。
SA1手柄指向右45°时,接点SA1-3接通,交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮,数码管显示99不变。
2.3交通灯工作时序图
2.4系统总体方案设计
交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。
红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。
南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。
交通灯控制示意图如图2.4所示。
正常控制时:
它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的,置1表示信号灯点亮。
SA1手柄指向左45º时,接点SA1-1接通,东西向红灯亮30s,南北向绿灯亮,25s后南北向绿灯闪烁3s,然后熄灭。
在绿灯熄灭的同时,南北向黄灯亮2s,然后熄灭。
在该灯熄灭的同时,南北向红灯亮及东西向绿灯亮,以下的变化规律与上述相同。
到南北向绿灯亮,东西向红灯亮开始第二个循环,以后周而复始地循环动作。
同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。
非正常控制时:
SA1手柄指向中间0º时,接点SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西向红灯常亮,数码管显示99不变SA1
手柄指向右45º时,接点SA1-3接通,交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮,数码管显示99不变。
2.5、PLC的选择
本设计用到的是三菱工商FX系列超小型PLCFX2N-80MR,其属于FX2N系列,是具有80个I/O点的基本单元,继电器输出型,使用的电源是DC24V。
FX2N系列PLC是三菱公司FX系列中性能优越的小型PLC,除了输入/输出独立用途外,还可以适用于多个基本组件间的连接、运动控制、闭环控制等特殊用途,是一套可以满足广泛需要的、性价比较高的PLC。
为了防止输入接口外部的振动噪音和输入线噪声进入PLC内部输入电路,PLC内部的1次和2次输入电路间用光耦合器隔离,2次电路中设有C-R滤波器,因此输入信号从ON到OFFOFF到ON变化过程会在PLC内形成10ms的应答滞后
2.6、设计思路
说明:
根据设计要求可知,南北向的指示灯与数码管显示完全相同,东西向亦是如此,为了设计简单明了,本设计中只设计南北向中的一向以及东西向中的一向,实际应用中只要相应的在指示灯与数码管处并联相同的装置,即可完成全部四个方向的显示与指示
可以设置五个输入X000,X001,X002,X003,X004分别作为系统总启动、总停止、交通灯正常工作控制开关、南北向交通灯常绿控制开关、东西向交通灯常绿控制开关。
用其他开关的常闭触点设置互锁,使三个状态不可能同时接通。
进入正常工作状态后,东西方向红灯亮30秒,由定时器T5实现,南北方向绿灯常亮25秒,由定时器T0实现,然后绿灯闪烁3秒,由定时器T1、T2来实现0.5秒振荡,数器C0计数3次。
计数到后,C0的常开触点闭合,可以用来控制使南北方向的黄灯亮,并T3计时2秒计时到后南北红灯亮30秒,由定时器T4实现,东西方向绿灯常亮25秒,由定时器T6实现,然后闪烁3秒,有定时器T7、T8来实现0.5秒振荡,计数器C1计数3次。
计数到后,C1的常开触点闭合,可以用来控制使东西方向的黄灯亮,并用T9计时秒。
由于在各个方向三种信号灯亮的同时还要利用数码管显示相应指示灯的剩余时间因此可以利用七段码译码指令SEGD。
七段码译码指令SEGD是驱动七段显示器的指令,以显示一位十六进制数据。
源操作数S存储待显示数据,该单元低4位(只用低4位)所确定的十六制数0-F经解码后存于指定的目的操作数D的低8位,高8位保持不变。
源操作数可为K、HK、
KnX等。
由于译码时只对低4位进行译码,所以n一般取1。
使用译码指令输出为十六进制数,而本设计所用到的倒计时显示只是十进制数,使用SEGD码指令需要在其自减到0时进行人为赋值使其变为9,否则将显示F。
可见只使用SEGD指令将使程序变得十分复杂。
可以采用数据变换指令中的二进制数转换成BCD码并传送BCD指令。
BCD变换指令将源元件中的二进制数转换为BCD码并送到目标元件中。
PLC部的算术运算用二进制数进行,可以用BCD指令将二进制数变换为BCD数后输出到七段数码管显示,可以实现倒计时。
南北方向数码管显示绿灯28秒倒计时时,可以在东西红灯亮且南北黄灯不亮时,每遇到东西红灯的上升沿,给数据寄存器赋值8,通过BCD指令转换成BCD码,存入八位中间继电器K2M低4位中间继电器中的值经译码指令由一个数码管输出,高4位中间继电器中的值经译指令SEGD由另一个数码管输出。
上升沿过后,数据寄存器D中的值每秒通过DEC指令自减1,并输出,实现倒计时,其中1秒时间可由1秒的时钟M8013的下降沿来实现,也可以用定时器T的0.5秒振荡电路实现。
南北黄灯2秒倒计时可以在黄灯上升沿时赋值,黄灯亮时自减。
数码管输出显示方法与前面绿灯时类似。
南北方向红灯30秒倒计时在红灯上升沿时赋值,红灯亮时自减,数码管显示方法同上。
东西方向的倒计时显示思路与南北方向相同。
当转换开关SA1的手柄指向中间0°时,X002的常开触点接通,常闭触点断开,交通灯系统转向执行南北绿灯常亮,东西红灯常亮的运行状态。
当转换开关SA1的手柄指向右4时,X003的常开触点接通,常闭触点断开,交通灯系统转向执行东西绿灯常亮。
2.7梯形图
第三章外部硬件实现
3.1、PLC外部接线图设计
3.2电气设备明细表
3.3PLC的I/O端口分配表
根据所选PLC型号进行I/O端口的分配,如下表所示:
输入端口分配表:
输出端口分配表
第四章小结
本设计利用步进梯形指令进行编程,完成了十字路口带倒计时显示交通信号灯控制系统的设计,包括步进梯形图的设计,硬件电路的连线,使交通信号灯与数码管能够按照设计要求显示。
至此本设计已全部完成。
第五章心得体会
本次课程设计的作品是十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制通过同学们相互交流与讨论,不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
使我们对过去所学知识的掌握又进一步提高,包括单片机原理及接口技术,电气可编程控制原理与应用的知识。
我们又查找了很多有关于此课程设计的资料,尤其是PLC的设计,让我们学到了很多知识,课程设计是培养学生综合运用所学知识,提出,分析和解决实际问题锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
尤其重要的是通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
对于知识理解得不够深刻,掌握得不够牢通过这次课程设计之后,一定要把以前所学过的知识认真复习一下。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多编程与设计问题,最后在李老师的辛勤指导下,都得到了解决,是我很好地完成了任务。
最后,要谢谢老师与同学们的帮助与指导。
总之,本次课程设计使我们综合能力得到大大提高,这是一次难忘的体验,将深深影响我们。
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