基于PLC的現(xiàn)代城市交通燈系統(tǒng)2

淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 1 目 錄 摘要 2 緒論 3 課題背景 3 課程簡介 3 課程的意義 3 第一章基于 PLC 的現(xiàn)代城市交通燈系統(tǒng) 4 1.1 PLC 概述 4 1.2 PLC 的定義 4 1.3 PLC 的主要特點 5 1.4 PLC 的功能 5 1.5 系統(tǒng)簡介 6 1.5.1 系 統(tǒng) 特 點 7 1.5.2 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和控制方法 7 第二章 系統(tǒng)硬件介紹 11 2.1 硬件列表 11 2.2 硬件簡介 12 2.2.1 雙色二極管簡介 12 2.2.2 接近傳感器 12 2.2.3 開關電源 13 2.2.4 蜂鳴器 14 2.2.5 中間繼電器 15 2.2.6 光電傳感器 16 第三章 系統(tǒng)軟件介紹 18 3.1PLC 編程 18 3.1.1 課程設計原則、方法 18 3.1.2 子程序 20 3.1.3PLC 軟件使用 22 3.2 系統(tǒng)端口分配 29 第四章 過程 調試 .31 4.1 硬件調試 31 4.2 軟件調試 31 4.3 軟硬件調試 .31 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 2 4.4 界面美化 31 結論 32 致謝 32 參考文獻 32 摘要 本論文共分四章，從最基本的 PLC 技術到現(xiàn)代城市交通系統(tǒng)的模型制作，設計者給出了明確的設計思路。 文章剛開始介紹了 PLC 的相關知識，給出了 PLC 的定義、功能、特點及發(fā)展階段，并引申到在本系統(tǒng)中的應用。在對系統(tǒng)特點的說明中，文章詳細的給出了系統(tǒng)實現(xiàn)的功能及其控制方法。 最后介紹了系統(tǒng)的軟硬件，文章對此系統(tǒng)中所用到的元器件一一做了詳細介紹，并對系統(tǒng)的軟件編程及程序編輯做了說明。 關鍵詞 PLC 現(xiàn)代城市交通燈系統(tǒng) PLC 編程 軟件系統(tǒng) 硬件系統(tǒng) 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 3 緒 論 課題背景 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了 交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 課程簡介 本系統(tǒng)是基于 PLC 的現(xiàn)代城市交通燈指揮燈。作為交通燈系統(tǒng)，它具備了一般道路交通指揮燈的功能，即通過紅 /綠黃三燈的亮 滅來控制車流人流的通行。本系統(tǒng)增加道路人車模擬。其中綠燈亮代表路上有車通行，紅燈代表人車停在路上此時禁止通行，燈滅代表此時刻路上無車。作為創(chuàng)新設計，本課程具有轉彎，急車通行，闖紅燈報警的功能。在課程設計中，我們以照顧弱勢群體，體現(xiàn)人性化 的目的，加入了為紅綠色盲和盲人能夠識別的功能。在紅綠燈亮的同時，有指針指示車行方向，讓色覺異常著也能區(qū)分此時行車方向。系統(tǒng)中有聲音提醒功能，。盲人過路時，盲道上盲人可以觸到的開關，只要一接觸，便會向控制器輸入一個信號，如果此時可以通行，原先設置好的聲音系統(tǒng)便會發(fā)出告訴盲人此 時無車可以通行，如果此時不可以通行，就不發(fā)聲，表示此時禁止通行。 課程的意義 通過課程的設計，使我們能夠建立 PLC 控制系統(tǒng)總體的設計思路；了解 PLC 控制系統(tǒng)設計的基本原則。掌握 PLC 控制系統(tǒng)設計的步驟和設計方法。 軟件上：更加熟悉 PLC 軟件的應用。編程能力上得到進一步提升，不在象以前那樣只能編一些小程序。編程思路比以前清晰，掌握更多的編程方法，能夠為將來學習 PLC 打下一個堅實的基礎。 硬件上：以前的 PLC 都在實驗臺上進行調試，做了好幾次，都不知 PLC 如何接線很正常，太過于理論化了，很難適用應用。通過本次設 計，能夠真正學會 PLC 的接線方法。對電路的設計及連接的能力有了進一步提高。硬件設計中，能夠接觸到一些傳感器及其他電子元件，在應用它們的過程中，學到了許多書本上沒有的東西。更加鞏固所學知識。 第一章 基于 PLC 的現(xiàn)代城市交通燈系統(tǒng) 1.1 PLC 概述 可編程控制器 (Programmable Controller)是計算機家族中的一員是為工業(yè)控制應用而設計制造的，早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable LogicController) ，簡稱 PLC 。它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 4 輯控 制，隨著技術的發(fā)展這種裝置的功能已經(jīng) 大大 超過了邏輯控制的范圍。因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC 。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 1.2 PLC 的定義 PLC 問世以來盡管時間不長，但發(fā)展迅速，為了使其生產和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會 NEMA (National Electrical Manufactory Association)經(jīng)過四年的調查工作，于 1984年首先將其正式命名為 PC(Programmable Controller),并給 PC 作了如下定義： PC 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令用來執(zhí)行諸如邏輯順序、計時、計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入 /輸出模塊，以控制各種機械或工作程序一部數(shù)字電子計算機；若是從事執(zhí)行 PC 之功能著亦被視為 PC ，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。以后國際電工委員會 (IEC)又先后頒布了 PLC 標準的草案第一稿、第二稿，并在 1987 年 2 月通過了對它的定義： 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計 的，它采用一類可編程的存儲器用于其內部存儲程序執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型的機械或生產過程，可編程控制器及其有關外部設備都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 總之可編程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機，它具有豐富的輸入 /輸出接口，并且具有較強的驅動能力，但可編程控制器產品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時其硬件需根據(jù)實際需要進行選用、配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編 制。 圖 1 PLC 實物圖 1.3 PLC 的主要特點 (一 ) 高可靠性 1. 所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離 2. 各輸入端均采用 R-C 濾波器其濾波時間常數(shù)一般為 1020ms. 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 5 3. 各模塊均采用屏蔽措施以防止輻射干擾 4. 采用性能優(yōu)良的開關電源 5. 對采用的器件進行嚴格的篩選 6. 良好的自診斷功能一旦電源或其他軟硬件發(fā)生異常情況 CPU 立即采用有效措施以防止故障擴大 7. 大型 PLC 還可以采用由雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或有三 CPU 構成表決系統(tǒng) ,使可靠性更進一步提高 (二 )豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號如 交流或直流 開關量或模擬量 電壓或電流 脈沖或電位 強電或弱電等 有相應的 I/O 模塊 與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備如 按鈕 行程開關 接近開關 傳感器及變送器 電磁線圈 控制閥 直接連接另外為了提高操作性能它還有多種人 -機對話的接口模塊 ； 為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等等。 (三 ) 采用模塊化結構 為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型 PLC 以外，絕大多數(shù) PLC 均采用模塊化結構， PLC 的各個部件包括 CPU 電源 I/O 等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī) 模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 (四 ) 編程簡單易學 PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。 (五 ) 安裝簡單維修方便 PLC 不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行，使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與 PLC 相應的 I/O 端相連接即可投入運行，各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障，由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢 復運行。 1.4 PLC 的功能 1、 邏輯 控制 2、定時控制 3、計數(shù)控制 4、步進 (順序 )控制 5、 PID 控制 6、數(shù)據(jù)控制， PLC 具有數(shù)據(jù)處理能力 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 6 7、通信和聯(lián)網(wǎng) 8、其它 PLC 還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如定位控制模塊、 CRT 模塊 。 1.5 系統(tǒng)簡介 系 統(tǒng) 平 面 圖 1 2 3 4 5 6 2423222120197891011121 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 7 本系統(tǒng)是基于 PLC 的現(xiàn)代城市交通燈指揮燈。作為交通燈系統(tǒng)，它具備了一般道路交通指揮燈的功能，即通過紅 /綠黃三燈的亮滅來控制車流人流的通行。本系統(tǒng)增加道路人車模擬。其中綠燈亮代表路上有車通 行，紅燈代表人車停在路上此時禁止通行，燈滅代表此時刻路上無車。作為創(chuàng)新設計，本課程具有轉彎，急車通行，闖紅燈報警的功能。在課程設計中，我們以照顧弱勢群體，體現(xiàn)人性化 的目的，加入了為紅綠色盲和盲人能夠識別的功能。在紅綠燈亮的同時，有指針指示車行方向，讓色覺異常著也能區(qū)分此時行車方向。系統(tǒng)中有聲音提醒功能，。盲人過路時，盲道上盲人可以觸到的開關，只要一接觸，便會向控制器輸入一個信號，如果此時可以通行，原先設置好的聲音系統(tǒng)便會發(fā)出告訴盲人此時無車可以通行，如果此時不可以通行，就發(fā)出禁止通行的聲音。 1.5.1 系 統(tǒng) 特 點 1.本系統(tǒng)實現(xiàn)了急車過道。 2.本設計加入光電傳感器實現(xiàn)闖紅燈報警。 3.加入指針指示功能能夠為色覺異常者成功指示方向。 4.具有語音系統(tǒng)成功為盲人服務。 5.利用 PLC 進行全局的總控制； 6.利用傳感器進行信號的檢測； 7.利用雙色二極管的紅綠色來模擬道路的人車通行 1.52系統(tǒng)實現(xiàn)的功能和控制方法 時序控制 作為城市交通燈控制系統(tǒng)，主要是通過一些信號燈來通知人們此刻路上通行情況。讓人們有規(guī)則的行走，減少路面沖突，防止意外事故的發(fā)生。 由于 1.我們的眼睛對紅綠黃三種顏色最為敏感 2.顏色有活 動的含意，要表達熱或劇烈的話，最強是紅色，其次是黃色。綠色則有較冷及平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險，黃色代表警覺，綠色代表安全。 3.紅光的穿透力最強，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見度比較低，也容易被看見，不會發(fā)生事故。所以我們用紅色表示禁止。 現(xiàn)在紅燈停綠燈行的概念早已深入人心。 一個成功的交通燈控制系統(tǒng)首先必須能夠實現(xiàn)對信號燈的控制。因此我們做的交通燈，在控制燈上主要按以下過程進行控制。其控制過程遵循交通燈控制的一般原則。 信號燈受一個啟動開關控 制。當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作。先南北綠燈亮，東西紅燈亮。南北綠燈亮 35S 后，開始閃爍。閃爍周期為 1S。綠燈閃爍 5S 后熄滅。南北拐燈亮，維持 25S 后，南北拐燈以 1S 為周期，連續(xù)閃爍 5 次熄滅，南北黃燈開始亮， 5S 后熄滅。這一過程東西紅燈一直亮并和南北黃等一起熄滅。南北黃燈熄滅后，南北紅燈開始亮。此時東西方向，先是綠燈亮35S 后熄滅，接著以 1S 周期閃爍 5 次熄滅。拐燈亮 25S 后熄滅，拐燈又以 1S 為周期連續(xù)閃爍 5 次。黃燈亮 5S 后熄滅轉為紅燈，東西黃燈熄滅的同時，南北紅燈熄滅，綠燈開始亮轉入第二個周期。以后 周而復始的循環(huán)。當關閉開關動作時，所有信號燈都熄滅，系統(tǒng)停止工作。 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 8 急車通過 前一過程我們雖然對交通進行了有效控制，但實際中還有許多情況，需要特殊處理，不是所有的車都必須遵循交通規(guī)則的。比如有一個人生命垂危，需要立即救治，打了 120 后，急救車走到路口，紅燈車停了，這對病人來說是相當危險的。如果不停直接通過，那對于路上的行人很危險，總不至于救人變?yōu)楹θ税?。其?情況如消防車，警車等，這些車都不能停的，為了更好的服務于交通我們設計急車通過功能。讓特殊情況的車輛優(yōu)先通行，其他車先停下來，等特殊車輛通行結束后再恢復 為正常通行狀態(tài)。 對于急車通行，我們可以在路口安置一個感測急車來到的傳感器。因為聲音有三要素，頻率、響度和音品。響度無法利用，我們可以從其他兩方面入手，采用特定的傳感器進行控制。只要設置好急車發(fā)出的特定頻率，當急車來臨時，傳感器就會感測到信號，發(fā)出一個信號給控制器進行急車控制。音品技術比較復雜，可能要單獨的一套系統(tǒng)進行控制，我們很陌生，無法采用。受硬件限制，我們也找不到音頻傳感器，在這里只能采用開關進行模擬，其實只要把我們的開關換成特定的傳感器裝到路面上一定可以成功使用。 急車通行和直通差不多，讓人很難區(qū)分 此刻的狀態(tài)，為了便于區(qū)分，我們在急車通行時還加入了，蜂鳴器報警。一方面告訴別人此刻正在急車通行；另一方面當突然急車通行時，另一方向的人沒能及時看到信號燈，聲音信號能夠及時提醒他們，以防止意外事故發(fā)生，增加馬路安全系數(shù)，保證行車安全。 急車通過我們在設計時主要按照下面的過程進行控制。 急車強通信號受急車強通開關控制。無車時，信號燈按正常時續(xù)控制。有急車時，將急車強通開關接通，不管原來信號的狀態(tài)如何，一律強制讓急車來的方向亮綠燈，使急車放行。直至急車通過為止。 急車一通過，將急車強通開關斷開，信號的狀態(tài)立即轉為 非急車路上的綠燈，隨后按正常時序控制。急車強通信號只能響應一路方向的急車，若兩方向先后將來急車，則先響應 先來的一方，隨后在響應另一方。 急車通行道路情況與直通時一致在這里不在說明。 道路模擬 以往的交通燈控制實驗，只對信號燈進行了控制，別人只能看到其對交通的控制過程，不能看到路上的車與人的流動情況，可以說不是一個完整的交通燈 控制模擬系統(tǒng)。作為創(chuàng)新實驗，為了大家能夠更好的了解路上的車流，能夠知道在我們所做的交通控制燈下，人車怎樣通行，我們在系統(tǒng)中加入了道路人車模擬系統(tǒng)。 系統(tǒng)中我們用雙 色二極管來模擬六車道的道路。雙色二極管共三種狀態(tài)，紅色模擬路上有車?？?，但不允許通行；綠色模擬車輛正在通行；不亮燈代表此路上暫時無車輛停靠。 在控制時為了有所區(qū)別我們對不同時刻、不同路段進行了不同模擬。在直通時我們讓二極管循環(huán)順次亮滅。即先亮前三個， 2S 后滅掉，同時后四個亮起來，2S 后滅，同時對面路上前三個亮， 2S 后滅，同時后四個亮， 2S 后滅，同時最先亮的三個亮，循環(huán)下去，直至直通結束。拐彎時模擬拐彎的路道的二極管在不停的閃爍，直到拐彎結束為止。其他狀態(tài)的模擬主要靠二極管的亮滅來實現(xiàn)。 本系統(tǒng)共有六種 狀態(tài)分別表示 在綠、拐、黃、紅四種燈的控制下的每種狀態(tài)，淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 9 具體亮燈情況如下： 南北通車 （ 1） 綠燈亮時 2、 5、 14、 17 亮綠燈 1012 、 2224、 1、 3、 16、 18、亮紅燈其余燈不亮 此時表示：南北路車輛直通，要轉彎的車?？吭谀媳甭酚疫呏毙械纼蛇叄嚨溃?，等待轉彎。東西方向右邊車道有車?？康却ㄐ校筮呠嚨罆簾o車輛?？?。 （ 2） 拐彎燈亮時 1、 3、 16、 18、 19、 21、 7、 9 亮紅燈 2、 17、 1012、2224 亮綠燈 其余燈不亮 此時表示：南北方向上右邊車道上的車開始轉彎，其中直行道左邊的車左傳；右邊的右 轉。東西方向右邊車道上的車仍在等待。 （ 3）黃燈亮時 2、 17、 2224、 1022 亮紅燈其余燈不亮 此時刻轉彎結束，持續(xù)時間較短屬緩沖時段。只有少數(shù)車道有車?？?以上過程東西方向一直亮紅燈 東西通車 （ 1）綠燈亮時 8、 11、 20、 23 亮綠燈 1618 、 13、 10、 12、 22、 24、亮紅燈其余燈不亮 此時表示：東西路車輛直通，要轉彎的車?？吭跂|西路右邊直行道兩邊（六車道），等待轉彎。南北方向右邊車道有車?？康却ㄐ?，左邊車道暫無車輛停靠。 （ 2）拐彎燈亮時 10、 12、 22、 24、 4、 6、 13、 15 亮紅燈 11、 23、 1618、13 亮綠燈其余燈不亮 此時表示：東西方向上右邊車道上的車開始轉彎，其中直行道左邊的車左傳；右邊的右轉。南北方向右邊車道上的車仍在等待。 （ 3）黃燈亮時 11、 23、 1618、 13 亮紅燈其余燈不亮 此時刻轉彎結束，持續(xù)時間較短屬緩沖時段。只有少數(shù)車道有車?？?以上過程南北方向一直亮紅燈 闖紅燈報警 現(xiàn)在交通事故以成為 已成為 現(xiàn)代社會的第一公害 。我國是世界上道路交通事故死亡人數(shù)最多的國家之一，每年車禍死亡人數(shù)超過 8 萬人，傷 20 萬人，直接經(jīng)濟損失近 20 多億元。 機 動車駕駛人違法行為、 非機動車騎乘人員和行人缺乏交通安全意識，自我防范意識差，無視交通規(guī)則， 是交通事故的主要原因。 雖然有很好的控制系統(tǒng)，但不是所有的人都會去遵守的。有些人甚至不清楚交通規(guī)則，連自己有沒有搶道都不清楚，更不用說去遵守了。有些人是為自己方便，明知故犯，拿自己的生命去開玩笑。為了能夠更好提醒行人，也為了能夠即使通知交警有人違規(guī)。本系統(tǒng)具有闖紅燈報警的功能。 這一功能由光電傳感器和蜂鳴器共同作用完成。將傳感器裝于路口，在這里由于硬件限制我們只對直行車闖紅燈進行報警。當綠燈亮時，此時有車通過，傳感器檢 測的信號輸入控制器，蜂鳴器不報警。當轉彎燈或紅燈亮時，蜂鳴器便會發(fā)出聲音進行報警通知行人你已違規(guī)。 這一功能雖不能阻止人們違反交通規(guī)則，但在可以增加一層防范措施，使人基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 10 人都去遵守交通規(guī)則，更好的生活工作。 服務與色覺異常著 交通信號燈雖然可以很好的指揮到路人流、車流，方便大家通行。但是采用紅綠信號燈的同時也忽視了一個弱勢群體色覺異常者。在我國色盲色弱，男性占5 女性占 0.8這樣算起來我國就有六千萬色覺異常者，這些人都無法看懂交通信號燈。這對與他們來說是十分不方便的。 為了能夠照顧弱勢群體，體現(xiàn)人 性化，讓更多的人都能很方的通行，我們的系統(tǒng)具有服務于色盲色弱的功能。 色覺異常者只是分不清顏色，但字體他們應該認識。我們可以在交通燈的上面加入一個顯示字體的標示牌，顯示每一時刻的道路通行情況；也可以加入指針指示每一時刻的通行方向，只要他們看到這些就能即使知道道路的通行情況，不會因為看不懂信號燈而出錯。 在本系統(tǒng)中主要運用的是指針指示系統(tǒng)。這套系統(tǒng)主要有接近傳感器和電機組成。啟動時電機開始帶動指針轉動，先是南北綠燈亮，當指針轉到南北方向時會接觸到此位置的接近傳感器，有信號輸入控制器讓電機停止，此時指針指示方向 即是通行方向。到下一時刻，即南北拐彎燈亮時，電機有開始轉動停靠在下一位置。指針觸到不是通行方向上的傳感器，電機不停止。東西方向上的控制方法與南北方向基本一致。 語音系統(tǒng) 雖然我們加入了指針指示系統(tǒng)方便了色覺異常者 ,但還有一些人如盲人是看不到任何東西的，所以只加入指針指示系統(tǒng)是遠遠不夠的。要想更好的體現(xiàn)人性化，就要考慮到盲人，使他們也能弄懂某時刻的車行情況。盲人雖然沒有視覺，但聽覺一般都是正常的，我們可以用聲音來為他們提示方向，讓他們也能象正常一樣行走。 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 11 對于語音系統(tǒng)，目前主要有三種方式。 1.時時提醒語音系統(tǒng)，在交通燈上安裝一個喇叭，每時每刻都在播音提醒盲人路況。這種系統(tǒng)很安全，可以時時提醒，但是一方面造成路面噪音；另一方面南北與東西聲音不一樣可能造成混淆，使盲人分不清。 2.兩端式語音系統(tǒng)。分為接收端與發(fā)射端，接收端盲人隨身攜帶，發(fā)射端裝在交通燈上。這樣避免了噪音與混淆現(xiàn)象。但是讓每個盲人都帶個儀器走路很不現(xiàn)實，而且成本也很高，不容易普及。 3.觸摸式語音系統(tǒng)。在路上裝上盲人可以觸到的開關或傳感器，只要觸到就會有信號輸入到控制系統(tǒng)中去。有系統(tǒng)讓喇叭發(fā)音，提 醒盲人路況。這種系統(tǒng)克服了以上兩種系統(tǒng)的不足，但要開辟專門的盲道占用馬路空間，讓所有的馬路都采用也不現(xiàn)實。 對于語音系統(tǒng)的具體用法可以結合具體情況，進行分析選擇合適的系統(tǒng)。在本系統(tǒng)中選用的是第三種： .觸摸式語音系統(tǒng)。 系統(tǒng)主要由開關和錄音方音設備構成。事先錄好語音，系統(tǒng)啟動后，前 30S 當有盲人觸到開關，喇叭便會發(fā)音“此刻可以通行”，超過 30S 到下一循環(huán)來之前都發(fā)出“此刻禁止通行”。急車時如果不在此方向一直發(fā)出“此刻禁止通行”，反之發(fā)出“此刻可以通行” 第二章 系統(tǒng)硬件介紹 2.1 硬件列表 名稱 數(shù)量 PLC （ FX2N 48MR） 1 個 24V 直流電源（ s-75-24） 1 個 空氣開關 (dz47-60) 2 個 12V/3.8V 變壓器 各 1 個 24V 中間繼電器 (my4nj) 12 個 蜂鳴器 2 個 接線端子 2 個 接近 (位置 )傳感器（ tl-q5cmc1） 4 個 光電傳感器 (e18-ds10c4) 2 個 電機（ rf-370ch-08880） 1 個 道軌 兩米 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 12 錄音系統(tǒng)集成塊 2 個 雙色二極管（紅 /綠） 170 個 按扭 4 個 撥子開關 2 個 有機玻璃 65cm 85cm 不銹鋼 框架 60cm 60cm 20cm 燈泡 12v 20 個 導線 若干 2.2 硬件簡介 2.2.1 雙色二極管簡介 3mm/5mm 雙色燈，可以根據(jù) 自己 需求做成共陰或共陽、透明或霧狀，顏色可以根據(jù)實際情況調整 。 2.2.2 接近傳感器 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 13 產品信息 產品編號： TL0001 型號： TL-Q5MC1 2M BY OMC 規(guī)格： 直流 3 線， DC12-24V 產品說明： 非屏蔽，檢測距離 5mm， NPN NO，方柱型 2.2.3 開關電源 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 14 2.2.4 蜂鳴器 采用進口元器件，可靠性高 內置 EM 濾波器，抗干擾性能好 直流紋波小，工作效率高 設計軟啟動電路，交流浪涌電流限制 工作溫度低，使用壽命長 輸入電壓范圍寬，符合全球使用標準 絕緣性能好，搞電強度高 具有短路、過載、過壓保護功能 滿負荷高溫燒機， 100%老化測試 體積小、重量輕、外觀美 型號 輸出 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 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 15 尺寸圖： 2.2.5 中間繼電器 輸出電壓 115db min12VDC/10cm 工作電流 250mAmax 最大輸入電壓 15VDCmax 工作溫度范圍 -20-70 儲存溫度范圍 -30-80 重量 50gms 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 16 性能指標 最大開關電壓： 250VAC 125DC 最大開關電流： 5A 接觸電阻： 50m以下 動作時間： 20ms 以下復位時間： 20ms 以下 2.2.6 光電傳感器 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 17 光電傳感器 JWKE3F(E18)系列 檢測距離 10cm 反饋反射型 檢測距離 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 繼電器輸出 繼電器輸出 檢測距離 5cm 控制輸出 200mA 直流 1036VDC NPN NO JWKE3F-5DC4 消耗電流 35mA/3W NC JWKE3F-5DC2 響應時間 2ms/20ms NO+NC JWKE3F-5DC3 指向角 3 度 10 度 /3 度 20 度 PNP NO JWKE3F-5DP4 檢測物體 透明或不透明體 NC JWKE3F-5DP2 工作環(huán)境溫度 -25 度 55 度 NO+NC JWKE3F-5DP3 工作環(huán)境照度 太陽光 10KLX 以下 白熾燈3KLX 以下 交流 90250VAC SCR 可控硅 NO JWKE3F-5DY1 外殼材料 金屬 /塑料 NC JWKE3F-5DY2 防護等級 IP66 繼電器輸出 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 18 第三章 系統(tǒng)軟件介紹 3.1PLC 編程 3.1.1 課程設計原則、方法 PLC 控制系統(tǒng)的總體設計原則 根據(jù)控制任務，在最大限度地滿足生產機械或生產工藝對電氣控制要求的前提下，運行穩(wěn)定，安全可靠，經(jīng)濟實用，操作簡單，維護方便。 任何一個電氣控制系統(tǒng)所要完成的控制任務，都是為滿足對象（生產控制設備，自動化生產線，生產工藝過程等）提出的個項性能指標，提高勞動生產率 ,保證生產質量，減輕勞動強度和危害程度，提高自動化水平。因此在設計 PLC控制系統(tǒng)時，應遵循的基本原則如下： 1 最大限度的滿足被控制對象提出的各項性能指標 2 確?？刂葡到y(tǒng)的安全可 靠 3 力求控制系統(tǒng)簡單 4 留存有恰當?shù)挠?PLC 課程設計的方法 1. 經(jīng)驗設計法 梯形圖的經(jīng)驗設計法是比較廣泛的一種方法 .這種方法沒有普遍的規(guī)律可以遵循 ,具有很大的試探性很隨意性 ,最后的結果不是唯一的 .該方法的核心是輸出線圈 .以下是一些經(jīng)驗設計方法的基本步驟 . (1) 分解控制功能 ,畫出輸出線圈梯級 .以輸出線圈為核心 ,畫出該線圈的啟動條件 (得電條件 ).保持條件 (自鎖條件 )和停止條件 (失電條件 ). (2) 建立輔助位梯級 ,對線圈進行條件分析后 ,根據(jù)下列原則進行輔助位梯級的設計 ,僅啟動條件不同 ,可采用并聯(lián)啟動條件的方法 ；若停 止條件不同的 ,要把不同的停止條件分成不同的梯級 .采用輔助繼電器設計的方法 . (3) 畫互鎖和保護條件 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 19 2 邏輯設計法 邏輯設計法的理論基礎是邏輯代數(shù) .而繼電器控制系統(tǒng)的本質是邏輯線路 .看一個電氣控制線路都會發(fā)現(xiàn) ,線路的接通和斷開 ,都是同過繼電器等元件的觸點來實現(xiàn)的 ,故控制線路的種種功能必定取決于這些觸點的開 .合兩種狀態(tài) .因此電氣控制電路從本質上說是一種邏輯線路 ,它符合邏輯運算的基本規(guī)律 .具體步驟如下 : (1) 明確控制任務和控制要求 .通過分析工藝過程繪制工作循環(huán)和檢測元件分布圖 ,取得電氣元件執(zhí)行功能表 . 編制程序 明確設計任務和技術條件 系統(tǒng)總體設計 PLC 機型選擇 制作控制區(qū) I/O 配線 安裝 PLC 局部模擬運行 程序檢查調試 聯(lián)機調試 系統(tǒng)試運行 交付使用 整理系統(tǒng)文件 程序備份 修改軟件， 硬件 是否滿足要求？ N Y 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 20 3.1.2 子程序 道路直通 X0 啟動 Y10 導通并自鎖，記時器 T3 開始記時。 5S 后 T3 常閉觸點動作斷開 Y10，同時T3 常開觸點動作 Y11 導通并自鎖，記時器 T4 開始記時。 5S 后 T4 常閉觸點動作斷開 Y11，同時 T4 常開觸點動作 Y12 導通并自鎖，記時器 T5 開始記時。 5S 后 T5 常閉觸點動作斷開Y12，同時 T5 常開觸點動作 Y13 導通并自鎖，記時器 T6 開始記時。 5S 后 T6 常閉觸點動作斷開 Y13，同時 T6 常開觸點動作 Y10 導通并自鎖， 記時器 T3 開始記時。重復前一過程。每一過程 T6 常開觸點都會動作給 C4 一個脈沖信號，當信號壘加到 22 次時 C4 常閉觸點動作結束循環(huán)。 當 PLC 運行后，計數(shù)器 T0 得電記時。 0.5S 后， T0 常開觸點閉合，計數(shù)器 T1 得電記時。0.5S 后， T1 常閉觸點斷開，計數(shù)器 T0 斷電。 T0 常開觸點復位，計數(shù)器 T1 斷電。 T1 常閉觸點復位，計數(shù)器 T0 得電記時。循環(huán)下去。只要將 T0 常開觸點或 T1 常閉觸點串入其他電路，就會以 1S 的周期進行閃爍。 指針指示 電路啟動后電機開始轉動，帶動指針一起轉動，觸到 X5 時 X5 斷開電機停止 轉動。當南北綠燈滅時 C0 閉合，電機又恢復轉動，觸到 X7 時又停止。 以下靠 C1、 C2 來讓電機轉，X11 和 X13 讓電機停。 M3 又讓電機轉實現(xiàn)循環(huán)。 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 21 闖紅燈報警 闖紅燈報警主要有硬件完成，如圖所示，當南北方向拐彎燈亮時（圖中的 Y3 有輸出）此時手觸到光電傳感器，有信號發(fā)出，蜂鳴器電路閉合，發(fā)出聲音進行報警。 當南北方向亮紅燈時（圖中 Y2 有輸出）此時 KA 線圈得電 KA 長閉觸頭斷開防止 Y2輸出干擾 Y3 使同一方向上的拐彎燈與紅燈同時亮起來造成電路沖突。此時手觸到光電傳感器，也會有信號發(fā)出，蜂鳴器 電路閉合，發(fā)出聲音進行報警。 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 22 當南北綠燈亮時， Y2 Y3 無輸出，傳感器得不到電源，無法進行信號輸出也就無法報警。 東西方向只是 Y6 Y7 代替 Y2 Y3 電路 和控制過程都一致。 就這樣完成了對闖紅燈報警的控制。 3.1.3PLC 軟件使用 編程軟件及其應用 1 三菱 SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件，是應用于 FX 系列 PLC 的中文編程軟件，可在 WINDOWS9X 或 WINDOW3.1 及以上操作系統(tǒng)運行 . (1) SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件的主要功能 在 SWOPC-FXGP/WIN-C 中 ,可通過線路符號 ,列表語言及 SFC 符號來創(chuàng)建順控指令程序 ,建立注釋數(shù)據(jù)及設置寄存器數(shù)據(jù) 創(chuàng)建順控指令程序以及將將其儲存為文件 ,用打印機打印 . (2) 系統(tǒng)配置 1. 計算機 要求機型 :PC/AT(兼容 )；CPU: 486 以上 ；內存 : 8 兆或更高 ；顯示器 :分辨率為800 600 點 ,16 色或更高 . 2 編程和通信軟件 采用應用與 FX 系列 PLC 的編程軟件 SWOPC-FXGP/WIN-C 3 接口單元 采用 FX-232AWC 型 RS-232C/RS-422 轉換器 (便攜式 )或 FX-232AW 型RS-232C/RS-422轉換器 (內置式 )或 FX-232AW型 RS-232C/RS-422轉換器 (內置式 ),以及其他指定的轉換器 . 4 通信線纜 采用 FX-422CAB 型 RS-422 纜線 SWOPC-FXGP/WIN-C 編程軟件的操作環(huán)境 在 WINDOW 9X 上運行 (3) 系統(tǒng)的啟動和退出 要想啟動 SWOPC-FXGP/WIN-C ， 可 用 鼠 標 雙 擊 桌 面 上 的 圖 標 ：下圖為打開的 SWOPC-FXGP/WIN-C 窗口。以鼠標選取 退出 命令，即 可退出 SWOPC-FXGP/WIN-C 系統(tǒng) 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 23 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 24 文件管理 創(chuàng)建新文件：創(chuàng)建一個新的順序程序的操作方法是：通過選擇 文件 -新文件 菜單項，或按 Ctrl+N鍵操作，然后在 PLC 類型設置對話框中選擇順控程序的目標 PLC類型，如選擇 FX2N 后，單擊 確定 ，或按 O鍵操作即可 打開文件：從一個文件列表中打開一個順序程序以及諸如注釋數(shù)據(jù)之類的數(shù)據(jù)，操作方法是：先（文件） -（打開）菜單或按 Ctrl+O鍵 ,再在打開的文件菜單中選擇一個所需的順序指令程序后，但擊 確認 即可 淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 25 -文的保存和關閉 :保存當前順控程序 ,注釋數(shù)據(jù)以及其他在同一文件名下的書記 .如果使第一次保存 ,屏幕顯示如下圖所示的文件菜單對話框 ,可通過該對話框將當前程序賦名并保存下來 .操作方法是 :執(zhí)行 文件 保存 菜單或按 CTRL+S鍵操作即可 . 以處于打開狀態(tài)的順控程序關閉 ,再打開一個已有的程序及相應的注釋和數(shù)據(jù) ,操作方法是執(zhí)行 文件 -關閉打開 菜單即可參見上圖 梯形圖的編程 編程操作 :梯形單元塊的 剪切拷貝粘貼刪除塊選擇以及行刪除和行插入 , 通過執(zhí)行 編輯 采單欄實現(xiàn) ,如圖所示 .元件名的輸入 元件注釋 /線圈注釋以及梯形圖單元的注釋 ,可通過執(zhí)行 菜單 欄實現(xiàn)如圖所示 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 26 元件輸入 :觸點、線圈符號、特殊功能線圈和連接線的輸入，程序的清除，通過執(zhí)行 工具 菜單欄實現(xiàn)，如圖 梯形圖的轉換：將創(chuàng)建的梯形圖轉換格式存入計算機中，操作方法是：執(zhí)行 工具 -轉換 菜單操作或 F4 鍵，如圖所示 在轉換過程中顯示梯形圖轉換信息，如果在不完成轉換的情況下關閉梯形圖窗 口，被創(chuàng)建的梯形圖被抹去。 查找：光標到程序的頂、底和指定程序步顯示程序，有關元件接點、線圈和指令的查找，元件類型和編號的改變，元件的替換，通過執(zhí)行 查找 菜單欄實現(xiàn)，如圖所示 指令表編程 執(zhí)行 視圖 - 指令表 或按 N 鍵操作可實現(xiàn)指令表狀淮安信息職業(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 27 的編程；通過 視圖 -指令表 或 梯形圖 ， 可實現(xiàn)指令表與圖程序之間的轉換，如圖 程序的檢查 執(zhí)行 選項 -程序檢查 ，選擇相應的檢查內容，然后 確認 ， 可實現(xiàn)對程序的檢查。如圖 程序的傳送 傳送功能 如下 基于“ PLC”的現(xiàn)代城市交通指揮燈多功能化控制系統(tǒng) 28 讀入 ：將 PLC 中的程序傳送到計算機中。 寫入 ：將計算機中的程序發(fā)送到 PLC 中。 校驗 ；將計算機與 PLC 中的程序加以比較校驗，操作方法是執(zhí)行 PLC-傳送 -讀入 、 寫出 、 校驗 菜單完成操作。當選擇 讀入 時，應在 PLC 模式設置 對話框中將已連接的 PLC模式設置好，操作菜單如圖 傳送程序時，應注意以下問題：計算機的 RS232C 端口及 PLC 之間必須用指定的纜線及轉換器連接。執(zhí)行完 讀入 后，計算機中程序將被丟失，原有的程序將被讀入的程序所替代，PLC 模式改變成被設定的模式。在 寫 出 時， PLC 應停止運行，程序必須在 RAM 或 EEPROM內存保護關斷的情況下寫出，然后進行校驗 監(jiān)控操作 在程序運行時，我們可以通過監(jiān)控的方式了解 PLC 的工作情況。具體的執(zhí)行為；執(zhí)行 監(jiān)控/測試 。如圖所示?；窗残畔⒙殬I(yè)技術學院綜合畢業(yè)實踐報告 29 3.2 系統(tǒng)端口分配 輸入 ： x0 啟動按扭 x1 停止按扭 x4 東西強通按扭 x3 南北強通按扭 輸出： Y0 南北綠 燈 Y1 南北黃燈 Y2 南北紅燈 Y3 南北轉彎燈 Y4 東西綠燈 Y5 東西黃燈 Y6 東西紅燈 Y7 東西轉彎燈 Y10 南北直行閃爍 Y11 南北直行閃爍 Y12 南北直行閃爍 Y13 南北直行閃爍 Y14 東西直行閃爍 Y15 東西直行閃爍 Y16 東西直行閃