PLC交通控制灯设计毕业论文.docx

南通农业职业技术学院毕业论文设计课题名称交通控制灯设计专业及班级学号姓名指导老师年月日交通灯控制设计摘要针对近年来城市交通的拥挤现象特别是驾驶员违章严重交通事故频发车辆尾气污染等问题介绍丁集计算机信息电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统该系统的安装及使用大大缓解了城市道路堵塞现象提高了道路的通行能力减少了驾驶员违章的次数抑制了交通事故的发生同时对减轻车辆尾气排放从而降低环境污染都起到了不可低估的作用分析了现代城市交通控制与管理问题的现状结合城乡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硬件电路设计方案关键词plc控制系统交通灯自动化目录1引言12PLC的概述421PLC的产生及发展4的结构的定义的工作原理的应用的发展趋势3交通信号灯控制的实现731控制要求732交通工作时序图33IO分配表34梯形图35语句表4PLC智能控制方法结束语17参考文献文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页1引言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文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页2PLC的概述21PLC的产生及发展在工业生产过程中大量的开关量顺序控制它按照逻辑条件进行顺序动作并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制及大量离散量的数据采集传统上这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的1968年美国GM通用汽车公司提出取代继电气控制装置的要求第二年美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置首次采用程序化的手段应用于电气控制这就是第一代可编程序控制器称ProgrammableControllerPC但是为了避免与个人计算机的简称混淆所以将可编程控制器简称这种新型的工业控制装置以其简单易懂操作方便可行性高通用灵活体积小使用寿命长等一系列优点很快地在美国其他工业领域推广应用到年已经成功地应用于食品饮料冶金造纸等工业这一新型工业控制装置的出现也受到了世界其他国家的高度重视日本从美国引进了这项新技术很快研制出了日本第一台年西欧国家也研制出它们的第一台我国从年开始研制于年开始工业应用22PLC的结构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分为固定式和组合式模块式两种固定式包括板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包括模块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文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页图的基本结构框图接受驱动现场信号受控元件23plc的定义可编程控制器简称是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置在年国际电工委员会颁布的标准草案中对做了如下定义是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置它采用可以编制程序的存储器用来在其内部存储执行逻辑运算顺序运算计时计数和算术运算等操作的指令并能通过数字式或模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体易于扩展其功能的原则而设计输入接口部件中央处理单元板电源部件接口部件输出文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页24Plc的工作原理输入采样阶段在此阶段顺序读入所有输入缎子通断状态并将读入的信息存入内存接着进入程序执行阶段在程序执行时即使输入信号发生变化内存中输入信息也不变化只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息程序执行阶段对用户程序扫描输出刷新阶段当所有指令执行完毕通过隔离电路驱动功率放大器电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载的应用目前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如下几类开关量的逻辑控制这是最基本最广泛的应用领域它取代传统的继电器电路实现逻辑控制顺序控制既可用于单台设备的控制也可用于多机群控及自动化流水线如注塑机印刷机订书机械组合机床磨床包装生产线电镀流水线等模拟量控制在工业生产过程当中有许多连续变化的量如温度压力流量液位和速度等都是模拟量为了使可编程控制器处理模拟量必须实现模拟量和数字量之间的转换及转换厂家都生产配套的和转换模块使可编程控制器用于模拟量控制运动控制可以用于圆周运动或直线运动的控制从控制机构配置来说早期直接用于开文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页关量模块连接位置传感器和执行机构现在一般使用专用的运动控制模块如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块世界上各主要厂家的产品几乎都有运动控制功能广泛用于各种机械机床机器人电梯等场合过程控制过程控制是指对温度压力流量等模拟量的闭环控制作为工业控制计算机能编制各种各样的控制算法程序完成闭环控制调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法大中型都有模块目前许多小型也具有此功能模块处理一般是运行专用的子程序过程控制在冶金化工热处理锅炉控制等场合有非常广泛的应用数据处理现代具有数学运算含矩阵运算函数运算逻辑运算数据传送数据转换排序查表位操作等功能可以完成数据的采集分析及处理这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较完成一定的控制操作也可以利用通信功能传送到别的智能装置或将它们打印制表数据处理一般用于大型控制系统如无人控制的柔性制造系统也可用于过程控制系统如造纸冶金食品工业中的一些大型控制系统通信及联网通信含间的通信及与其它智能设备间的通信随着计算机控制的发展工厂自动化网络发展得很快各厂商都十分重视的通信功能纷纷推出各自的网络系统新近生产的都具有通信接口通信非常方便的发展趋势向高速度大容量方向发展为了提高的处理能力要求具有更好的响应速度和更大的存储容量目前有的的扫描速度可达步左右的扫描速度已成为很重要的一个性能指标在存储容量方面有的最高可达几十兆字节为了扩大存储容量有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘向超大型超小型两个方向发展文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页当前中小型比较多为了适应市场的多种需要今后要向多品种方向发展特别是向超大型和超小型两个方向发展现已有点数达点的超大型其使用位微处理器多并行工作和大容量存储器功能强小型由整体结构向小型模块化结构发展使配置更加灵活为了市场需要已开发了各种简易经济的超小型微型最小配置的点数为点以适应单机及小型自动控制的需要如三菱公司系列大力开发智能模块加强联网通信能力为满足各种自动化控制系统的要求近年来不断开发出许多功能模块如高速计数模块温度控制模块远程模块通信和人机接口模块等这些带和存储器的智能模块既扩展了功能又使用灵活方便扩大了应用范围加强联网通信的能力是技术进步的潮流的联网通信有两类一类是之间联网通信各生产厂家都有自己的专有联网手段另一类是与计算机之间的联网通信一般都有专用通信模块与计算机通信为了加强联网通信能力生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准以构成更大的网络系统已成为集散控制系统不可缺少的重要组成部分增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明在控制系统的故障中占接口占输入设备占输出设备占线路占前二项共故障属于的内部故障它可通过本身的软硬件实现检测处理而其余的故障属于的外部故障因此生产厂家都致力于研制发展用于检测外部故障的专用智能模块进一步提高系统的可靠性编程语言多样化在系统结构不断发展的同时的编程语言也越来越丰富功能也不断提高除了大多数使用的梯形图语言外为了适应各种控制要求出现了面向顺序控制的步进编程语言面向过程控制的流程图语言与计算机兼容的高级语言语言等等多种编程语言的并存互补与发展是进步的一种趋势文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页交通信号灯控制的实现控制要求信号灯受启动开关控制当启动开关接同时信号灯系统开始工作先南北红灯亮在东西绿灯亮当启动开关断开时所有信号灯都熄灭南北绿灯和东西绿灯不能同时亮如果同时亮则应关闭信号灯系统并立刻报警南北红灯亮维持在南北红灯亮的同时东西灯也亮并维持到时东西绿灯闪亮闪亮后熄灭在动系绿灯熄灭时东西黄灯亮并维持到时东西黄灯熄灭东西红灯亮同时南北红灯熄灭绿灯亮东西红灯亮维持南北绿灯亮维持然后闪亮后熄灭同时南北黄灯亮维持后熄灭这时南北红灯亮东西绿灯亮上述动作循环进行交通灯工作时序图图交通灯时序图文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页分配表图分配表序号输入设备端号输出设备端号启动按钮南北绿灯南北黄灯南红红灯报警灯东西绿灯东西黄灯东西红灯通过上述的分析可以看到系统需要1个输入和7个输出对于这样一个小型的系统可以选择一些小型PLC就可以满足需求可以选择型机北西东南图交通灯的面板示意图文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向分别由绿黄红三种颜色其标号分别为和其中其中交通灯选用直流电端为交通灯的公共端而灯与程控器之间的接线图如下程控器的输出端图从上图可看出控制器的公共端接电源的负极而灯的公共端接电源的正端灯的另一端接到程控器的输出端如等文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页梯形图文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页指令表地址指令变量文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页智能化控制交通灯的方法传统的十字路口交通控制灯通常是事先经过交通流量的调查运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好然而实际上交通流量的变化往往是不确定的有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异即使是经过长期运行适用的方案仍然会发生这样的现象绿灯方向几乎没有什么车辆而红灯方向却排着长队等候通过这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯而模糊控制恰恰具有这方面的优势此系统就是应用可编程序控制器对十字路口交通控制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯通常是事先经过交通流量的调查运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好然而实际上交通流量的变化往往是不确定的有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异即使是经过长期运行适用的方案仍然会发生这样的现象绿灯方向几乎没有什么车辆而红灯方向却排着长队等候通过这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯而模糊控制恰恰具有这方面的优势此系统就是应用可编程序控制器对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量具体由传感器采集后送入可编程序控制器在十字路口的四个方向的近端斑马线附近和远端距斑马线约米处各设置一个传感器分别统计通过该处的车辆数如图文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页图近端的传感器用于记录绿灯期间通过路口的车辆数记为远端的传感器用于记录红灯期间进入路口排队等候的车辆数记为为了简化运算可以将两个相对的方向与与的值合并为一组分别取两个方向之最大者由于该系统控制的设计要求很高涉及范围较广要有很好的单片机知识所以只能简要概述一下文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页结束语通过此次毕业设计我不仅把知识融会贯通而且丰富了大脑同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识开拓了视野认识了将来电子的发展方向使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力是我在校期间向学校所交的最后一份综和性作业从老师的角度来说指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练其次毕业设计的指导是老师检验其教学效果改进教学方法提高教学质量的绝好机会毕业的时间一天一天的临近毕业设计也接近了尾声在不断的努力下我的毕业设计终于完成了在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验而且也是对自己能力的一种提高通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了面对单独的课题的是感觉很茫然自己要学习的东西还太多以前老是觉得自己什么东西都会什么东西都懂有点眼高手低通过这次毕业设计我才明白学习是一个长期积累的过程在以后的工作生活中都应该不断的学习努力提高自己知识和综合素质文甄国锋交通灯系统设计正文第页共页致谢在设计过程中我通过查阅大量有关资料与同学交流经验和自学并向老师请教等方式使自己学到了不少知识也经历了不少艰辛但收获同样巨大在整个设计中我懂得了许多东西也培养了我独立工作的能力树立了对自己工作能力的信心相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响而且大大提高了动手的能力使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦虽然这个设计做的也不太好但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富使我终身受益最后衷心感谢我的论文指导老师从论文的结构到材料的收集具体内容的安排老师都给予了悉心的指导没有她的帮助我是不可能完成这篇论文的再次表示衷心的感谢正文第页共页参考文献原理及应用俞国亮主编清华大学出版社李伟机床电器与西安西安电子科技大学出版社台方可编程序控制器应用教程北京中国水利水电出版社常斗南可编程序控制器原理应用实验北京机械工业出版社廖常初基础及应用北京机械工业出版社