基于PLC的交通灯设计

毕业设计（报告）课题:PLC交通灯设计学生:廖雪娇 系部:电子信息系班级:电子信息094学号:000639指导教师:彭克发 装订交卷日期: 4月13日装订次序:（1）封面（2）毕业设计（报告）成绩评定统计（3）标题、中文摘要及核心词（4）正文（5）附录（6）参考文献毕业设计（报告）成绩评定统计表指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的体现）:成绩（平时成绩）:指导教师签名：年月日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）:评阅教师签名：年月日答辩状况统计:答辩成绩:答辩委员会主任(或答辩教师小组组长)签名:年月日总评成绩:注：1.此表合用于参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；2.平时成绩占20%、卷面评阅成绩占50%、答辩成绩占30%，在上面的评分表中，可分别按20分、50分、30分来量化评分，三项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中档、及格、不及格五等级计分。教务处制毕业设计（报告）成绩评定统计表指导教师评语（包含学生在毕业实习期间的体现）:成绩（平时成绩）:指导教师签名：年月日评阅教师评语：成绩（评阅成绩）:评阅教师签名：年月日总评成绩:注：1.此表合用于不参加毕业答辩学生的毕业设计（报告）成绩评定；2.平时成绩占40%、卷面评阅成绩占60%，在上面的评分表中，可分别按40分、60分来量化评分，二项相加所得总分即为总评成绩，总评成绩请转换为优秀、良好、中档、及格、不及格五等级计分。教务处郑重声明本人呈交的毕业实习报告（设计），是在导师的指导下，独立进行实习和研究工作所获得的成果，全部数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业实习报告（设计）的成果不包含别人享有著作权的内容。对本毕业实习报告（设计）所涉及的实习和研究工作做出奉献的其它个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本毕业实习报告（设计）的知识产权归属于作者与培养单位。学生签字摘要本文用可编程的控制器PLC，来实现十字路口的红绿灯自动控制系统功效的设计。本设计充足运用了PLC的特性，使设计的系统含有可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功效完善，合用性强，易学易用，维护方便，易于改造，体积小，重量轻，能耗低等众多优点，是现在应用于交通控制中较为抱负和科学的一种方式。核心词：PLC；交通灯；程序；设计目录1PLC控制交通灯系统1.1十字路口交通灯控制实际状况…………41.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验……………41.3交通灯控制流程图………52交通灯硬件设计2.1硬件及外围元器件的选择………………62.2PLC外部接线图的设计……………………62.3交通灯的保护方法…………72.4干扰的来源…………………82.5抗干扰方法…………………83交通灯控制程序设计3.1十字路口交通灯模拟控制时序图………93.2可编程控制器I/O端口分派表…………113.3控制程序梯形图…………133.4程序设计…………………174设计总结4.1难点分析……………………204.2调试的错误与修改办法……………………204.3设计的体会及心得……………21致谢…………………22参考文献……………22第一章PLC控制交通灯系统随着社会经济的高速发展，交通问题日益凸显，也越来越受到人们的重视。如今，人、车、路三者间的关系已成为交通管理部门一种棘手问题之一。例如西永微电园，一种拥有庞大人流量和车流量的汇聚中心，拥堵已是家常便饭，交通事故屡屡发生。因此，如何在复杂的交通环境中，协调好人车关系是一种不容无视的问题，交通红绿灯以其自动控制车流及人流，疏导交通，呈现出其无可替代的作用。本文基于对西永收费站十字路口的观察和部分有关资料的借鉴参考，对交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算等问题进行具体分析讨论。实现路口交通系统的控制办法诸多，鉴于PCL可靠性高，抗干扰能力强，配套齐全，功效完善，合用性强，易学易用，维护方便，易于改造，体积小，重量轻，能耗低等众多优点，最后我选择了用可编程的控制器PLC来实现系统功效的设计，完毕本次设计的题目。1.1十字路口交通灯控制实际状况在普通的十字路口都有红、黄、绿三个信号灯对交通实现自动控制。1．1．1交通灯控制方式交通灯控制方式为：启动开关合上后，南北红灯维持30S，同时东西红绿亮25S后，东西黄灯亮5s，并随着每秒一次的闪烁。然后，东西红灯维持30S，同时南北绿灯亮25S后，闪亮3S，南北黄灯亮2S，之后始终循环。1．1．2循环控制方式交通灯变化次序表（单循环周期30秒）：1.系统工作后，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮并维持25S，到25S时，东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮维持5S并随着每秒一次的闪烁。到55时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。2.东西红灯亮并维持30S；在此同时，南北绿灯亮并维持25S，到25S时，南北绿灯熄灭。南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5S并随着每秒一次的闪烁。到5S时，南北黄灯熄灭，南北红灯亮；同时东西红灯熄灭，东西绿灯亮。至此，结束一种工作循环。1.2结合十字路口交通灯的路况模拟控制实验1．2．1交通灯控制模式在PLC交通灯模拟模块中，东西南北每面都有3个控制灯，分别为：★严禁通行灯（亮时为红色）★准备严禁通行灯（亮时为黄色）★直通灯（亮时为绿色） 1．2．2交通灯控制关系结合十字路口交通灯实际状况设计交通灯模拟控制系统以下：当交通灯系统启动开关接通时，系统开始工作，首先南北红灯亮并维持30S；与此同时，东西绿灯亮并维持25S，到25S时，东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮维持5S并随着每秒一次的闪烁。到55时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮；同时南北红灯熄灭，南北绿灯亮。东西红灯亮并维持30S；在此同时，南北绿灯亮并维持25S，到25S时，南北绿灯熄灭。南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮维持5S并随着每秒一次的闪烁。到5S时，南北黄灯熄灭，南北红灯亮；同时东西红灯熄灭，东西绿灯亮。至此，结束一种工作循环。1.3十字路口交通灯流程图东西黄灯闪5s东西绿灯亮25s东西黄灯闪5s东西绿灯亮25s南北红灯亮30s东西红灯亮30s南北绿灯亮25s南北黄灯闪5s结束启动开关第二章交通灯硬件设计2.1交通灯硬件及外围元器件的选择根据信号灯的规定，全部器件有：三菱FX系列PLC，红黄绿色信号灯各4个，多个传感器以及若干导线。 2.2PLC外部接线图的设计输入，输出接口连线以下图所示：由图可见：启动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器X1端，东西方向绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器的Y3端，南北方向的绿灯接于输出继电器的Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器的Y1端，南北方向的红灯接于输出继电器的Y0端。将输出端的COM1和COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一种输出继电器不能带动两只信号灯，能够采用一种输出点驱动一只信号灯，也能够采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。2.3交通灯的保护方法2.3.1感应线圈(电感式传感器)电感式传感器其重要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路，可用混凝土直接预埋，老路则需开挖再埋)。当有高频电流通过电感时，公路面上就会形成如图中虚线所形成的高频磁场。当汽车进入这一高频磁场区时，汽车就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少。当汽车正好在该感应线圈的正上方时，该感应线圈的电感减到最小值。当汽车离开这高频磁场区时，该感应线圈电感逐步复原到初始状态。由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化，因此，在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器，就可得到汽车通过的电信号。若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分，则只要检测振荡频率的变化即可懂得汽车的存在和通过。电感式传感器的高频电流频率为60kHz，尺寸为2×3m，电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3％以上。电感式传感器安装在公路下面，从交通安全和美观考虑,它是抱负的传感器。传感器最佳选用防潮性能好的原材料。检测汽车存在的具体实现是在感应线圈的始端连接上检测电感电流变化的检测器,并将之转化为原则脉冲电压输出。其具体电路图由三部分构成:信号源部分、检测部分、比较鉴别部。2.3.2传感器的铺设车辆计数是智能控制的核心，为避免车辆出现漏检的现象，环状绝缘电线在地下的铺设我们设采用在每个车行道上中的出口地(停车线处)以及在离出口地一定远的进口的地方各铺设一种相似的传感器，方案如图3(以典型的十子路口为例)，同一股道上的两传感器相距的距离为该股道正常运行时所允许的最长停车车龙为好。2.4干扰的来源所谓干扰，就是有用信号以外的噪音或造成恶劣影响的变化部分的总称。干扰源有的在设备内部，有的在设备外部。2.4.1外部干扰涉及：电台及雷达发射的电磁波；太阳及其它天体辐射的电磁波；气象条件、空中雷电、气温、湿度、地磁场影响；周边电气装置如高压输电线、汽车、日光灯、家用电器发出的电或磁的干扰；电机、接触器的启停和通断；供电电源的波动；各接地点间的点位差等。2.4.2内部干扰有：信号线互相之间的串扰；多点接地造成的电位差；寄生振荡；元件热噪音、触点电势的影响；馈电系统电压或电流突变引发的浪涌干扰；相邻回路之间的耦合；数字地和摸拟地的影响等；在实际工作环境中，干扰总是客观存在的。内部干扰与系统构造有关，它能够通过精心设计，变化构造布局和生产工艺等办法，将内部干扰克制到工程所允许的程度。外部干扰是随机的，它与系统构造无关，因而难以对干扰源加以限制，而只能针对不同状况，采用不同的办法来解决。2.5抗干扰方法2.5.1无论控制系统的规模如何，在总体设计时就应当充足考虑系统的抗干扰方法，尽量提高它的抗干扰能力。在具体的电路设计上，应注意一下几个方面：提高系统电平、采用选通脉冲输出、去耦电容、模拟量输入办法、A/D转换器的选用。2.5.2在信号传输网络中，为了避免形成接地环路引入的电位差，同时也是为了切断干扰噪音的通道，需要将输入和输出的信号与系统本体在电路上分开，我们把这种方法称之为信号隔离。固然，采用了隔离方法之后，系统的信号传输功效仍应保持不变。信号可分为开关量（或称数字量）和模拟量两大类型，信号隔离办法诸多，重要有：开关隔离、光电耦合、固态继电器、隔离放大器。第三章交通灯控制程序设计3.1十字路口交通灯模拟控制时序图南北红南北红东西绿东西黄东西红南北绿南北黄25s5S25S5S25s5S十字路口交通信号灯控制示意图和时序图启动ON3.2PLC的I/O分派与接线3.2.1P启动开关X0停止开关X0东西道绿灯Y0南北道红灯Y3东西道红灯Y1南北道黄灯Y4东西道黄灯Y2南北道绿灯Y53.2.2P启动SB1启动SB1RUNX0SAY0Y1Y2Y3Y4Y5东西黄灯东西绿灯东西红灯南北红灯南北黄灯南北绿灯COMCOMNL220SB23.3控制程序梯形图3.4程序设计 0 LD M8002 1 OR M0 2 AND M1 3 OUT MO 4 LD MO 5 AND XOOO 6 ORP XOOO 8 LD M6 9 AND T6 10 ORB 11 OR M1 12 ANI M2 13 OUT M1 14 OUT T1 K250 17 LD M1 18 AND T1 19 OR M2 20 ANI M3 21 OUT M2 22 OUT T2 K30 25 LD M2 26 AND T2 27 OR M3 28 ANI M4 29 OUT M3 30 OUT T3 K20 33 LD M3 34 AND T3 35 OR M4 36 ANI M5 37 OUT M4 38 OUT T4 K250 41 LD M4 42 AND T4 43 OR M5 44 ANI M6 45 OUT M5 46 OUT T5 K30 49 LD M5 50 AND AND 51 OR M6 52 ANI M1 53 OUT M6 54 OUT T6 K20 57 LD M1 58 OUT M100 59 OUT M110 60 LD M2 61 OUT M111 62 AND M8013 63 OUT M101 64 LD M3 65 OUT M103 66 OUT M1112 67 LD M4 68 OUT M104 69 OUT M114 70 LD M5 71 OUT M105 72 AND M8013 73 OUT M115 74 LD M6 75 OUT M106 76 OUT M119 77 LD M110 78 OR M101 79 OUT Y000 80 LD M104 81 OR M105 82 OR M106 83 OUT Y001 84 LD M103 85 OUT Y002 86 LD M110 87 OR M111 88 OR M112 89 OUT Y003 90 LD M119 91 OUT Y004 92 LD M114 93 OR M115 94 OUT Y005 95 LDF X000 97 ZRST M0 M6 102 END 103

第四章难点分析4.1难点分析4.1.1在本毕业设计中是规定黄灯闪烁的，因此在设计程序中也要加入这个功效，参考了某些PLC的交通灯程序介绍时发现，PLC中有某些继电器能够实现闪烁。这些继电器也就是PLC内部的功效继电器，这是一种硬件实现功效的办法。即使程序能够减少，但比较死板，闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功效继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功效继电器编号也不同），我想了一种用程序实现的办法。此办法能够说是软件实现功效的办法，即使程序加长了，但闪烁频率能够控制比较灵活。4.2.2在计数器的使用时，一定要设立计数器的初始化复位，并在计数器使用完毕后一步使其复位。否则，将不能使用设立好的计数器，或者不能按设立规定来进行计数。4.2调试及修改程序写好后的实际运行中暴露出某些问题需要调试和修改4.2.1在程序运行早期，有些灯不能点亮，并且在运行一周期过后无法实现循环。对此又无从下手，只得逐个检查才发现把一条指令的常闭写成了输出，真正的输出口就没有收到信号。然后灯即使亮了但仍无法循环，又从梯形图认真的看了一遍仍看不出问题出来。忽然想起来编程器还能够进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反映了，涉及里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完毕这个循环的继电器号。后来就这样把加上其它功效出现的错误也找出来了。4.2.2输完指令后执行程序，设立好控制输出的灯没有完全亮,阐明控制该灯的步不对的或是死步。检查梯形图后，发现东西方向的输出未写入梯形图，修改梯形图并转换为指令，插入到程序中，再运行程序，全部设立输出均正常。4.2.3交通灯未出现闪烁，并且未进入到下一步状态，阐明控制该步转换条件的定时器有问题，是根据西门子的定时器来设计的，可能会有区别。查看三菱PLC参