基于PLC的现代城市交通灯系统2

淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 1 目 录 摘要 2 绪论 3 课题背景 3 课程简介 3 课程的意义 3 第一章基于 PLC 的现代城市交通灯系统 4 1.1 PLC 概述 4 1.2 PLC 的定义 4 1.3 PLC 的主要特点 5 1.4 PLC 的功能 5 1.5 系统简介 6 1.5.1 系 统 特 点 7 1.5.2 系统实现的功能和控制方法 7 第二章 系统硬件介绍 11 2.1 硬件列表 11 2.2 硬件简介 12 2.2.1 双色二极管简介 12 2.2.2 接近传感器 12 2.2.3 开关电源 13 2.2.4 蜂鸣器 14 2.2.5 中间继电器 15 2.2.6 光电传感器 16 第三章 系统软件介绍 18 3.1PLC 编程 18 3.1.1 课程设计原则、方法 18 3.1.2 子程序 20 3.1.3PLC 软件使用 22 3.2 系统端口分配 29 第四章 过程 调试 .31 4.1 硬件调试 31 4.2 软件调试 31 4.3 软硬件调试 .31 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 2 4.4 界面美化 31 结论 32 致谢 32 参考文献 32 摘要 本论文共分四章，从最基本的 PLC 技术到现代城市交通系统的模型制作，设计者给出了明确的设计思路。 文章刚开始介绍了 PLC 的相关知识，给出了 PLC 的定义、功能、特点及发展阶段，并引申到在本系统中的应用。在对系统特点的说明中，文章详细的给出了系统实现的功能及其控制方法。 最后介绍了系统的软硬件，文章对此系统中所用到的元器件一一做了详细介绍，并对系统的软件编程及程序编辑做了说明。 关键词 PLC 现代城市交通灯系统 PLC 编程 软件系统 硬件系统 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 3 绪 论 课题背景 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。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了 交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。 课程简介 本系统是基于 PLC 的现代城市交通灯指挥灯。作为交通灯系统，它具备了一般道路交通指挥灯的功能，即通过红 /绿黄三灯的亮 灭来控制车流人流的通行。本系统增加道路人车模拟。其中绿灯亮代表路上有车通行，红灯代表人车停在路上此时禁止通行，灯灭代表此时刻路上无车。作为创新设计，本课程具有转弯，急车通行，闯红灯报警的功能。在课程设计中，我们以照顾弱势群体，体现人性化 的目的，加入了为红绿色盲和盲人能够识别的功能。在红绿灯亮的同时，有指针指示车行方向，让色觉异常着也能区分此时行车方向。系统中有声音提醒功能，。盲人过路时，盲道上盲人可以触到的开关，只要一接触，便会向控制器输入一个信号，如果此时可以通行，原先设置好的声音系统便会发出告诉盲人此 时无车可以通行，如果此时不可以通行，就不发声，表示此时禁止通行。 课程的意义 通过课程的设计，使我们能够建立 PLC 控制系统总体的设计思路；了解 PLC 控制系统设计的基本原则。掌握 PLC 控制系统设计的步骤和设计方法。 软件上：更加熟悉 PLC 软件的应用。编程能力上得到进一步提升，不在象以前那样只能编一些小程序。编程思路比以前清晰，掌握更多的编程方法，能够为将来学习 PLC 打下一个坚实的基础。 硬件上：以前的 PLC 都在实验台上进行调试，做了好几次，都不知 PLC 如何接线很正常，太过于理论化了，很难适用应用。通过本次设 计，能够真正学会 PLC 的接线方法。对电路的设计及连接的能力有了进一步提高。硬件设计中，能够接触到一些传感器及其他电子元件，在应用它们的过程中，学到了许多书本上没有的东西。更加巩固所学知识。 第一章 基于 PLC 的现代城市交通灯系统 1.1 PLC 概述 可编程控制器 (Programmable Controller)是计算机家族中的一员是为工业控制应用而设计制造的，早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable LogicController) ，简称 PLC 。它主要用来代替继电器实现逻基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 4 辑控 制，随着技术的发展这种装置的功能已经 大大 超过了逻辑控制的范围。因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称 PC 。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC。 1.2 PLC 的定义 PLC 问世以来尽管时间不长，但发展迅速，为了使其生产和发展标准化，美国电气制造商协会 NEMA (National Electrical Manufactory Association)经过四年的调查工作，于 1984年首先将其正式命名为 PC(Programmable Controller),并给 PC 作了如下定义： PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令用来执行诸如逻辑顺序、计时、计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入 /输出模块，以控制各种机械或工作程序一部数字电子计算机；若是从事执行 PC 之功能着亦被视为 PC ，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。以后国际电工委员会 (IEC)又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿、第二稿，并在 1987 年 2 月通过了对它的定义： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计 的，它采用一类可编程的存储器用于其内部存储程序执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各种类型的机械或生产过程，可编程控制器及其有关外部设备都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 总之可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机，它具有丰富的输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力，但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置，其软件需根据控制要求进行设计编 制。 图 1 PLC 实物图 1.3 PLC 的主要特点 (一 ) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离 2. 各输入端均采用 R-C 滤波器其滤波时间常数一般为 1020ms. 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 5 3. 各模块均采用屏蔽措施以防止辐射干扰 4. 采用性能优良的开关电源 5. 对采用的器件进行严格的筛选 6. 良好的自诊断功能一旦电源或其他软硬件发生异常情况 CPU 立即采用有效措施以防止故障扩大 7. 大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统 ,使可靠性更进一步提高 (二 )丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号如 交流或直流 开关量或模拟量 电压或电流 脉冲或电位 强电或弱电等 有相应的 I/O 模块 与工业现场的器件或设备如 按钮 行程开关 接近开关 传感器及变送器 电磁线圈 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能它还有多种人 -机对话的接口模块 ； 为了组成工业局部网络它还有多种通讯联网的接口模块等等。 (三 ) 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构， PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规 模和功能可根据用户的需要自行组合。 (四 ) 编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对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所理解和掌握。 (五 ) 安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行，使用时只需将现场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行，各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障，由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的方法使系统迅速恢 复运行。 1.4 PLC 的功能 1、 逻辑 控制 2、定时控制 3、计数控制 4、步进 (顺序 )控制 5、 PID 控制 6、数据控制， PLC 具有数据处理能力 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 6 7、通信和联网 8、其它 PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如定位控制模块、 CRT 模块 。 1.5 系统简介 系 统 平 面 图 1 2 3 4 5 6 2423222120197891011121 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 7 本系统是基于 PLC 的现代城市交通灯指挥灯。作为交通灯系统，它具备了一般道路交通指挥灯的功能，即通过红 /绿黄三灯的亮灭来控制车流人流的通行。本系统增加道路人车模拟。其中绿灯亮代表路上有车通 行，红灯代表人车停在路上此时禁止通行，灯灭代表此时刻路上无车。作为创新设计，本课程具有转弯，急车通行，闯红灯报警的功能。在课程设计中，我们以照顾弱势群体，体现人性化 的目的，加入了为红绿色盲和盲人能够识别的功能。在红绿灯亮的同时，有指针指示车行方向，让色觉异常着也能区分此时行车方向。系统中有声音提醒功能，。盲人过路时，盲道上盲人可以触到的开关，只要一接触，便会向控制器输入一个信号，如果此时可以通行，原先设置好的声音系统便会发出告诉盲人此时无车可以通行，如果此时不可以通行，就发出禁止通行的声音。 1.5.1 系 统 特 点 1.本系统实现了急车过道。 2.本设计加入光电传感器实现闯红灯报警。 3.加入指针指示功能能够为色觉异常者成功指示方向。 4.具有语音系统成功为盲人服务。 5.利用 PLC 进行全局的总控制； 6.利用传感器进行信号的检测； 7.利用双色二极管的红绿色来模拟道路的人车通行 1.52系统实现的功能和控制方法 时序控制 作为城市交通灯控制系统，主要是通过一些信号灯来通知人们此刻路上通行情况。让人们有规则的行走，减少路面冲突，防止意外事故的发生。 由于 1.我们的眼睛对红绿黄三种颜色最为敏感 2.颜色有活 动的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。绿色则有较冷及平静的含意。因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。 3.红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会发生事故。所以我们用红色表示禁止。 现在红灯停绿灯行的概念早已深入人心。 一个成功的交通灯控制系统首先必须能够实现对信号灯的控制。因此我们做的交通灯，在控制灯上主要按以下过程进行控制。其控制过程遵循交通灯控制的一般原则。 信号灯受一个启动开关控 制。当启动开关接通时，信号灯系统开始工作。先南北绿灯亮，东西红灯亮。南北绿灯亮 35S 后，开始闪烁。闪烁周期为 1S。绿灯闪烁 5S 后熄灭。南北拐灯亮，维持 25S 后，南北拐灯以 1S 为周期，连续闪烁 5 次熄灭，南北黄灯开始亮， 5S 后熄灭。这一过程东西红灯一直亮并和南北黄等一起熄灭。南北黄灯熄灭后，南北红灯开始亮。此时东西方向，先是绿灯亮35S 后熄灭，接着以 1S 周期闪烁 5 次熄灭。拐灯亮 25S 后熄灭，拐灯又以 1S 为周期连续闪烁 5 次。黄灯亮 5S 后熄灭转为红灯，东西黄灯熄灭的同时，南北红灯熄灭，绿灯开始亮转入第二个周期。以后 周而复始的循环。当关闭开关动作时，所有信号灯都熄灭，系统停止工作。 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 8 急车通过 前一过程我们虽然对交通进行了有效控制，但实际中还有许多情况，需要特殊处理，不是所有的车都必须遵循交通规则的。比如有一个人生命垂危，需要立即救治，打了 120 后，急救车走到路口，红灯车停了，这对病人来说是相当危险的。如果不停直接通过，那对于路上的行人很危险，总不至于救人变为害人吧。其他 情况如消防车，警车等，这些车都不能停的，为了更好的服务于交通我们设计急车通过功能。让特殊情况的车辆优先通行，其他车先停下来，等特殊车辆通行结束后再恢复 为正常通行状态。 对于急车通行，我们可以在路口安置一个感测急车来到的传感器。因为声音有三要素，频率、响度和音品。响度无法利用，我们可以从其他两方面入手，采用特定的传感器进行控制。只要设置好急车发出的特定频率，当急车来临时，传感器就会感测到信号，发出一个信号给控制器进行急车控制。音品技术比较复杂，可能要单独的一套系统进行控制，我们很陌生，无法采用。受硬件限制，我们也找不到音频传感器，在这里只能采用开关进行模拟，其实只要把我们的开关换成特定的传感器装到路面上一定可以成功使用。 急车通行和直通差不多，让人很难区分 此刻的状态，为了便于区分，我们在急车通行时还加入了，蜂鸣器报警。一方面告诉别人此刻正在急车通行；另一方面当突然急车通行时，另一方向的人没能及时看到信号灯，声音信号能够及时提醒他们，以防止意外事故发生，增加马路安全系数，保证行车安全。 急车通过我们在设计时主要按照下面的过程进行控制。 急车强通信号受急车强通开关控制。无车时，信号灯按正常时续控制。有急车时，将急车强通开关接通，不管原来信号的状态如何，一律强制让急车来的方向亮绿灯，使急车放行。直至急车通过为止。 急车一通过，将急车强通开关断开，信号的状态立即转为 非急车路上的绿灯，随后按正常时序控制。急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两方向先后将来急车，则先响应 先来的一方，随后在响应另一方。 急车通行道路情况与直通时一致在这里不在说明。 道路模拟 以往的交通灯控制实验，只对信号灯进行了控制，别人只能看到其对交通的控制过程，不能看到路上的车与人的流动情况，可以说不是一个完整的交通灯 控制模拟系统。作为创新实验，为了大家能够更好的了解路上的车流，能够知道在我们所做的交通控制灯下，人车怎样通行，我们在系统中加入了道路人车模拟系统。 系统中我们用双 色二极管来模拟六车道的道路。双色二极管共三种状态，红色模拟路上有车停靠，但不允许通行；绿色模拟车辆正在通行；不亮灯代表此路上暂时无车辆停靠。 在控制时为了有所区别我们对不同时刻、不同路段进行了不同模拟。在直通时我们让二极管循环顺次亮灭。即先亮前三个， 2S 后灭掉，同时后四个亮起来，2S 后灭，同时对面路上前三个亮， 2S 后灭，同时后四个亮， 2S 后灭，同时最先亮的三个亮，循环下去，直至直通结束。拐弯时模拟拐弯的路道的二极管在不停的闪烁，直到拐弯结束为止。其他状态的模拟主要靠二极管的亮灭来实现。 本系统共有六种 状态分别表示 在绿、拐、黄、红四种灯的控制下的每种状态，淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 9 具体亮灯情况如下： 南北通车 （ 1） 绿灯亮时 2、 5、 14、 17 亮绿灯 1012 、 2224、 1、 3、 16、 18、亮红灯其余灯不亮 此时表示：南北路车辆直通，要转弯的车停靠在南北路右边直行道两边（六车道），等待转弯。东西方向右边车道有车停靠等待通行，左边车道暂无车辆停靠。 （ 2） 拐弯灯亮时 1、 3、 16、 18、 19、 21、 7、 9 亮红灯 2、 17、 1012、2224 亮绿灯 其余灯不亮 此时表示：南北方向上右边车道上的车开始转弯，其中直行道左边的车左传；右边的右 转。东西方向右边车道上的车仍在等待。 （ 3）黄灯亮时 2、 17、 2224、 1022 亮红灯其余灯不亮 此时刻转弯结束，持续时间较短属缓冲时段。只有少数车道有车停靠 以上过程东西方向一直亮红灯 东西通车 （ 1）绿灯亮时 8、 11、 20、 23 亮绿灯 1618 、 13、 10、 12、 22、 24、亮红灯其余灯不亮 此时表示：东西路车辆直通，要转弯的车停靠在东西路右边直行道两边（六车道），等待转弯。南北方向右边车道有车停靠等待通行，左边车道暂无车辆停靠。 （ 2）拐弯灯亮时 10、 12、 22、 24、 4、 6、 13、 15 亮红灯 11、 23、 1618、13 亮绿灯其余灯不亮 此时表示：东西方向上右边车道上的车开始转弯，其中直行道左边的车左传；右边的右转。南北方向右边车道上的车仍在等待。 （ 3）黄灯亮时 11、 23、 1618、 13 亮红灯其余灯不亮 此时刻转弯结束，持续时间较短属缓冲时段。只有少数车道有车停靠 以上过程南北方向一直亮红灯 闯红灯报警 现在交通事故以成为 已成为 现代社会的第一公害 。我国是世界上道路交通事故死亡人数最多的国家之一，每年车祸死亡人数超过 8 万人，伤 20 万人，直接经济损失近 20 多亿元。 机 动车驾驶人违法行为、 非机动车骑乘人员和行人缺乏交通安全意识，自我防范意识差，无视交通规则， 是交通事故的主要原因。 虽然有很好的控制系统，但不是所有的人都会去遵守的。有些人甚至不清楚交通规则，连自己有没有抢道都不清楚，更不用说去遵守了。有些人是为自己方便，明知故犯，拿自己的生命去开玩笑。为了能够更好提醒行人，也为了能够即使通知交警有人违规。本系统具有闯红灯报警的功能。 这一功能由光电传感器和蜂鸣器共同作用完成。将传感器装于路口，在这里由于硬件限制我们只对直行车闯红灯进行报警。当绿灯亮时，此时有车通过，传感器检 测的信号输入控制器，蜂鸣器不报警。当转弯灯或红灯亮时，蜂鸣器便会发出声音进行报警通知行人你已违规。 这一功能虽不能阻止人们违反交通规则，但在可以增加一层防范措施，使人基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 10 人都去遵守交通规则，更好的生活工作。 服务与色觉异常着 交通信号灯虽然可以很好的指挥到路人流、车流，方便大家通行。但是采用红绿信号灯的同时也忽视了一个弱势群体色觉异常者。在我国色盲色弱，男性占5 女性占 0.8这样算起来我国就有六千万色觉异常者，这些人都无法看懂交通信号灯。这对与他们来说是十分不方便的。 为了能够照顾弱势群体，体现人 性化，让更多的人都能很方的通行，我们的系统具有服务于色盲色弱的功能。 色觉异常者只是分不清颜色，但字体他们应该认识。我们可以在交通灯的上面加入一个显示字体的标示牌，显示每一时刻的道路通行情况；也可以加入指针指示每一时刻的通行方向，只要他们看到这些就能即使知道道路的通行情况，不会因为看不懂信号灯而出错。 在本系统中主要运用的是指针指示系统。这套系统主要有接近传感器和电机组成。启动时电机开始带动指针转动，先是南北绿灯亮，当指针转到南北方向时会接触到此位置的接近传感器，有信号输入控制器让电机停止，此时指针指示方向 即是通行方向。到下一时刻，即南北拐弯灯亮时，电机有开始转动停靠在下一位置。指针触到不是通行方向上的传感器，电机不停止。东西方向上的控制方法与南北方向基本一致。 语音系统 虽然我们加入了指针指示系统方便了色觉异常者 ,但还有一些人如盲人是看不到任何东西的，所以只加入指针指示系统是远远不够的。要想更好的体现人性化，就要考虑到盲人，使他们也能弄懂某时刻的车行情况。盲人虽然没有视觉，但听觉一般都是正常的，我们可以用声音来为他们提示方向，让他们也能象正常一样行走。 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 11 对于语音系统，目前主要有三种方式。 1.时时提醒语音系统，在交通灯上安装一个喇叭，每时每刻都在播音提醒盲人路况。这种系统很安全，可以时时提醒，但是一方面造成路面噪音；另一方面南北与东西声音不一样可能造成混淆，使盲人分不清。 2.两端式语音系统。分为接收端与发射端，接收端盲人随身携带，发射端装在交通灯上。这样避免了噪音与混淆现象。但是让每个盲人都带个仪器走路很不现实，而且成本也很高，不容易普及。 3.触摸式语音系统。在路上装上盲人可以触到的开关或传感器，只要触到就会有信号输入到控制系统中去。有系统让喇叭发音，提 醒盲人路况。这种系统克服了以上两种系统的不足，但要开辟专门的盲道占用马路空间，让所有的马路都采用也不现实。 对于语音系统的具体用法可以结合具体情况，进行分析选择合适的系统。在本系统中选用的是第三种： .触摸式语音系统。 系统主要由开关和录音方音设备构成。事先录好语音，系统启动后，前 30S 当有盲人触到开关，喇叭便会发音“此刻可以通行”，超过 30S 到下一循环来之前都发出“此刻禁止通行”。急车时如果不在此方向一直发出“此刻禁止通行”，反之发出“此刻可以通行” 第二章 系统硬件介绍 2.1 硬件列表 名称 数量 PLC （ FX2N 48MR） 1 个 24V 直流电源（ s-75-24） 1 个 空气开关 (dz47-60) 2 个 12V/3.8V 变压器 各 1 个 24V 中间继电器 (my4nj) 12 个 蜂鸣器 2 个 接线端子 2 个 接近 (位置 )传感器（ tl-q5cmc1） 4 个 光电传感器 (e18-ds10c4) 2 个 电机（ rf-370ch-08880） 1 个 道轨 两米 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 12 录音系统集成块 2 个 双色二极管（红 /绿） 170 个 按扭 4 个 拨子开关 2 个 有机玻璃 65cm 85cm 不锈钢 框架 60cm 60cm 20cm 灯泡 12v 20 个 导线 若干 2.2 硬件简介 2.2.1 双色二极管简介 3mm/5mm 双色灯，可以根据 自己 需求做成共阴或共阳、透明或雾状，颜色可以根据实际情况调整 。 2.2.2 接近传感器 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 13 产品信息 产品编号： TL0001 型号： TL-Q5MC1 2M BY OMC 规格： 直流 3 线， DC12-24V 产品说明： 非屏蔽，检测距离 5mm， NPN NO，方柱型 2.2.3 开关电源 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 14 2.2.4 蜂鸣器 采用进口元器件，可靠性高 内置 EM 滤波器，抗干扰性能好 直流纹波小，工作效率高 设计软启动电路，交流浪涌电流限制 工作温度低，使用寿命长 输入电压范围宽，符合全球使用标准 绝缘性能好，搞电强度高 具有短路、过载、过压保护功能 满负荷高温烧机， 100%老化测试 体积小、重量轻、外观美 型号 输出 S-15-24 24V/0.7A S-25-24 24V/1.1A S-35-24 24V/1.5A S-40-24 24V/1.8A S-50-24 24V/2.1A S-60-24 24V/2.5A S-100-24 24V/4.5A S-100F-24 24V/4.5A S-145-24 24V/6A S-150-24 24V/6.5A S-200-24 24V/0.7A S-240-24 24V/10A S-280-24 27V/10A S-320-24 24V/12.5A S-350-24 24V/14.6A S-450-24 24V/18A S-500-24 24V/20.8A 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 15 尺寸图： 2.2.5 中间继电器 输出电压 115db min12VDC/10cm 工作电流 250mAmax 最大输入电压 15VDCmax 工作温度范围 -20-70 储存温度范围 -30-80 重量 50gms 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 16 性能指标 最大开关电压： 250VAC 125DC 最大开关电流： 5A 接触电阻： 50m以下 动作时间： 20ms 以下复位时间： 20ms 以下 2.2.6 光电传感器 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 17 光电传感器 JWKE3F(E18)系列 检测距离 10cm 反馈反射型 检测距离 2cm 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-DS10C4 直流1036VDC NPN NO JWKE3F-R2C4 NC JWKE3F-DS10C2 NC JWKE3F-R2C2 NO+NC JWKE3F-DS10C3 NO+NC JWKE3F-R2C3 PNP NO JWKE3F-DS10P4 PNP NO JWKE3F-R2P4 NC JWKE3F-DS10P2 NC JWKE3F-R2P2 NO+NC JWKE3F-DS10P3 NO+NC JWKE3F-R2P3 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-DS10Y1 交流90250VAC SCR可控硅 NO JWKE3F-R2Y1 NC JWKE3F-DS10Y2 NC JWKE3F-R2Y2 继电器输出 继电器输出 检测距离 5cm 控制输出 200mA 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-5DC4 消耗电流 35mA/3W NC JWKE3F-5DC2 响应时间 2ms/20ms NO+NC JWKE3F-5DC3 指向角 3 度 10 度 /3 度 20 度 PNP NO JWKE3F-5DP4 检测物体 透明或不透明体 NC JWKE3F-5DP2 工作环境温度 -25 度 55 度 NO+NC JWKE3F-5DP3 工作环境照度 太阳光 10KLX 以下 白炽灯3KLX 以下 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-5DY1 外壳材料 金属 /塑料 NC JWKE3F-5DY2 防护等级 IP66 继电器输出 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 18 第三章 系统软件介绍 3.1PLC 编程 3.1.1 课程设计原则、方法 PLC 控制系统的总体设计原则 根据控制任务，在最大限度地满足生产机械或生产工艺对电气控制要求的前提下，运行稳定，安全可靠，经济实用，操作简单，维护方便。 任何一个电气控制系统所要完成的控制任务，都是为满足对象（生产控制设备，自动化生产线，生产工艺过程等）提出的个项性能指标，提高劳动生产率 ,保证生产质量，减轻劳动强度和危害程度，提高自动化水平。因此在设计 PLC控制系统时，应遵循的基本原则如下： 1 最大限度的满足被控制对象提出的各项性能指标 2 确保控制系统的安全可 靠 3 力求控制系统简单 4 留存有恰当的余 PLC 课程设计的方法 1. 经验设计法 梯形图的经验设计法是比较广泛的一种方法 .这种方法没有普遍的规律可以遵循 ,具有很大的试探性很随意性 ,最后的结果不是唯一的 .该方法的核心是输出线圈 .以下是一些经验设计方法的基本步骤 . (1) 分解控制功能 ,画出输出线圈梯级 .以输出线圈为核心 ,画出该线圈的启动条件 (得电条件 ).保持条件 (自锁条件 )和停止条件 (失电条件 ). (2) 建立辅助位梯级 ,对线圈进行条件分析后 ,根据下列原则进行辅助位梯级的设计 ,仅启动条件不同 ,可采用并联启动条件的方法 ；若停 止条件不同的 ,要把不同的停止条件分成不同的梯级 .采用辅助继电器设计的方法 . (3) 画互锁和保护条件 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 19 2 逻辑设计法 逻辑设计法的理论基础是逻辑代数 .而继电器控制系统的本质是逻辑线路 .看一个电气控制线路都会发现 ,线路的接通和断开 ,都是同过继电器等元件的触点来实现的 ,故控制线路的种种功能必定取决于这些触点的开 .合两种状态 .因此电气控制电路从本质上说是一种逻辑线路 ,它符合逻辑运算的基本规律 .具体步骤如下 : (1) 明确控制任务和控制要求 .通过分析工艺过程绘制工作循环和检测元件分布图 ,取得电气元件执行功能表 . 编制程序 明确设计任务和技术条件 系统总体设计 PLC 机型选择 制作控制区 I/O 配线 安装 PLC 局部模拟运行 程序检查调试 联机调试 系统试运行 交付使用 整理系统文件 程序备份 修改软件， 硬件 是否满足要求？ N Y 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 20 3.1.2 子程序 道路直通 X0 启动 Y10 导通并自锁，记时器 T3 开始记时。 5S 后 T3 常闭触点动作断开 Y10，同时T3 常开触点动作 Y11 导通并自锁，记时器 T4 开始记时。 5S 后 T4 常闭触点动作断开 Y11，同时 T4 常开触点动作 Y12 导通并自锁，记时器 T5 开始记时。 5S 后 T5 常闭触点动作断开Y12，同时 T5 常开触点动作 Y13 导通并自锁，记时器 T6 开始记时。 5S 后 T6 常闭触点动作断开 Y13，同时 T6 常开触点动作 Y10 导通并自锁， 记时器 T3 开始记时。重复前一过程。每一过程 T6 常开触点都会动作给 C4 一个脉冲信号，当信号垒加到 22 次时 C4 常闭触点动作结束循环。 当 PLC 运行后，计数器 T0 得电记时。 0.5S 后， T0 常开触点闭合，计数器 T1 得电记时。0.5S 后， T1 常闭触点断开，计数器 T0 断电。 T0 常开触点复位，计数器 T1 断电。 T1 常闭触点复位，计数器 T0 得电记时。循环下去。只要将 T0 常开触点或 T1 常闭触点串入其他电路，就会以 1S 的周期进行闪烁。 指针指示 电路启动后电机开始转动，带动指针一起转动，触到 X5 时 X5 断开电机停止 转动。当南北绿灯灭时 C0 闭合，电机又恢复转动，触到 X7 时又停止。 以下靠 C1、 C2 来让电机转，X11 和 X13 让电机停。 M3 又让电机转实现循环。 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 21 闯红灯报警 闯红灯报警主要有硬件完成，如图所示，当南北方向拐弯灯亮时（图中的 Y3 有输出）此时手触到光电传感器，有信号发出，蜂鸣器电路闭合，发出声音进行报警。 当南北方向亮红灯时（图中 Y2 有输出）此时 KA 线圈得电 KA 长闭触头断开防止 Y2输出干扰 Y3 使同一方向上的拐弯灯与红灯同时亮起来造成电路冲突。此时手触到光电传感器，也会有信号发出，蜂鸣器 电路闭合，发出声音进行报警。 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 22 当南北绿灯亮时， Y2 Y3 无输出，传感器得不到电源，无法进行信号输出也就无法报警。 东西方向只是 Y6 Y7 代替 Y2 Y3 电路 和控制过程都一致。 就这样完成了对闯红灯报警的控制。 3.1.3PLC 软件使用 编程软件及其应用 1 三菱 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件，是应用于 FX 系列 PLC 的中文编程软件，可在 WINDOWS9X 或 WINDOW3.1 及以上操作系统运行 . (1) SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的主要功能 在 SWOPC-FXGP/WIN-C 中 ,可通过线路符号 ,列表语言及 SFC 符号来创建顺控指令程序 ,建立注释数据及设置寄存器数据 创建顺控指令程序以及将将其储存为文件 ,用打印机打印 . (2) 系统配置 1. 计算机 要求机型 :PC/AT(兼容 )；CPU: 486 以上 ；内存 : 8 兆或更高 ；显示器 :分辨率为800 600 点 ,16 色或更高 . 2 编程和通信软件 采用应用与 FX 系列 PLC 的编程软件 SWOPC-FXGP/WIN-C 3 接口单元 采用 FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 转换器 (便携式 )或 FX-232AW 型RS-232C/RS-422转换器 (内置式 )或 FX-232AW型 RS-232C/RS-422转换器 (内置式 ),以及其他指定的转换器 . 4 通信线缆 采用 FX-422CAB 型 RS-422 缆线 SWOPC-FXGP/WIN-C 编程软件的操作环境 在 WINDOW 9X 上运行 (3) 系统的启动和退出 要想启动 SWOPC-FXGP/WIN-C ， 可 用 鼠 标 双 击 桌 面 上 的 图 标 ：下图为打开的 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口。以鼠标选取 退出 命令，即 可退出 SWOPC-FXGP/WIN-C 系统 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 23 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 24 文件管理 创建新文件：创建一个新的顺序程序的操作方法是：通过选择 文件 -新文件 菜单项，或按 Ctrl+N键操作，然后在 PLC 类型设置对话框中选择顺控程序的目标 PLC类型，如选择 FX2N 后，单击 确定 ，或按 O键操作即可 打开文件：从一个文件列表中打开一个顺序程序以及诸如注释数据之类的数据，操作方法是：先（文件） -（打开）菜单或按 Ctrl+O键 ,再在打开的文件菜单中选择一个所需的顺序指令程序后，但击 确认 即可 淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 25 -文的保存和关闭 :保存当前顺控程序 ,注释数据以及其他在同一文件名下的书记 .如果使第一次保存 ,屏幕显示如下图所示的文件菜单对话框 ,可通过该对话框将当前程序赋名并保存下来 .操作方法是 :执行 文件 保存 菜单或按 CTRL+S键操作即可 . 以处于打开状态的顺控程序关闭 ,再打开一个已有的程序及相应的注释和数据 ,操作方法是执行 文件 -关闭打开 菜单即可参见上图 梯形图的编程 编程操作 :梯形单元块的 剪切拷贝粘贴删除块选择以及行删除和行插入 , 通过执行 编辑 采单栏实现 ,如图所示 .元件名的输入 元件注释 /线圈注释以及梯形图单元的注释 ,可通过执行 菜单 栏实现如图所示 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 26 元件输入 :触点、线圈符号、特殊功能线圈和连接线的输入，程序的清除，通过执行 工具 菜单栏实现，如图 梯形图的转换：将创建的梯形图转换格式存入计算机中，操作方法是：执行 工具 -转换 菜单操作或 F4 键，如图所示 在转换过程中显示梯形图转换信息，如果在不完成转换的情况下关闭梯形图窗 口，被创建的梯形图被抹去。 查找：光标到程序的顶、底和指定程序步显示程序，有关元件接点、线圈和指令的查找，元件类型和编号的改变，元件的替换，通过执行 查找 菜单栏实现，如图所示 指令表编程 执行 视图 - 指令表 或按 N 键操作可实现指令表状淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 27 的编程；通过 视图 -指令表 或 梯形图 ， 可实现指令表与图程序之间的转换，如图 程序的检查 执行 选项 -程序检查 ，选择相应的检查内容，然后 确认 ， 可实现对程序的检查。如图 程序的传送 传送功能 如下 基于“ PLC”的现代城市交通指挥灯多功能化控制系统 28 读入 ：将 PLC 中的程序传送到计算机中。 写入 ：将计算机中的程序发送到 PLC 中。 校验 ；将计算机与 PLC 中的程序加以比较校验，操作方法是执行 PLC-传送 -读入 、 写出 、 校验 菜单完成操作。当选择 读入 时，应在 PLC 模式设置 对话框中将已连接的 PLC模式设置好，操作菜单如图 传送程序时，应注意以下问题：计算机的 RS232C 端口及 PLC 之间必须用指定的缆线及转换器连接。执行完 读入 后，计算机中程序将被丢失，原有的程序将被读入的程序所替代，PLC 模式改变成被设定的模式。在 写 出 时， PLC 应停止运行，程序必须在 RAM 或 EEPROM内存保护关断的情况下写出，然后进行校验 监控操作 在程序运行时，我们可以通过监控的方式了解 PLC 的工作情况。具体的执行为；执行 监控/测试 。如图所示。淮安信息职业技术学院综合毕业实践报告 29 3.2 系统端口分配 输入 ： x0 启动按扭 x1 停止按扭 x4 东西强通按扭 x3 南北强通按扭 输出： Y0 南北绿 灯 Y1 南北黄灯 Y2 南北红灯 Y3 南北转弯灯 Y4 东西绿灯 Y5 东西黄灯 Y6 东西红灯 Y7 东西转弯灯 Y10 南北直行闪烁 Y11 南北直行闪烁 Y12 南北直行闪烁 Y13 南北直行闪烁 Y14 东西直行闪烁 Y15 东西直行闪烁 Y16 东西直行闪