畢業(yè)設(shè)計PLC在城市道路交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）PLC在城市道路交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用申請學(xué)位： 院 系：機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)電一體化 姓 名：滕耀埔 班 級：文專機(jī)131-1 學(xué) 號：201390611125 指導(dǎo)老師：徐天嬌 2016年5月1日煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院PLC在城市道路交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用姓 名：滕耀埔 導(dǎo) 師：韓旭艷 2016年5月1日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書院（系）：機(jī)電工程系姓名滕耀埔學(xué)號201390611125畢業(yè)屆別2016專業(yè)機(jī)電一體化畢業(yè)論文（設(shè)計）題目PLC在城市道路交通信號控制系統(tǒng)中的應(yīng)用指導(dǎo)教師學(xué)歷職稱所學(xué)專業(yè)具體要求(主要內(nèi)容、

2、基本要求、主要參考資料等)：進(jìn)度安排：指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日院（系）意見： 教學(xué)院長（主任）（簽字）： 年 月 日備注：摘 要隨著我國城市和交通的迅速發(fā)展，交通管制日趨重要。原有的信號燈控制器已不能滿足現(xiàn)實(shí)需要。城市道路交通信號PLC控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，可實(shí)現(xiàn)交通信號管制的自動開停，控制方案的調(diào)整及優(yōu)化簡單易行，使用范圍廣、壽命長。文章對該控制系統(tǒng)的設(shè)計過程設(shè)計思路、編程方法做了詳盡的介紹，具有一定的參考價值和實(shí)用價值。關(guān)鍵詞 城市交通信號燈；PLC控制；周期信號交通表；目 錄一、設(shè)計任務(wù)分析、綜合.1 （一）控制流程的化簡.1 1.對紅綠燈設(shè)計圖的分析.1 2.對交通流向管循環(huán)圖分析.

3、1 3.進(jìn)一步對循環(huán)圖各步流信號流向分析.1 (二）燈路控制的設(shè)計.2 1.設(shè)計思想和工作原理.3 2.路燈的亮度檢測電路.3 3.溫度和電流檢測.3二、系統(tǒng)組成.4三、路燈控制I/O分配表.5四、控制梯形圖.5五、應(yīng)用程序的設(shè)計.6（一）周期循環(huán)定時器的設(shè)定.6（二）帶參數(shù)子程序的使用.6（三）實(shí)時時鐘讀寫指令的使用.7（四）TD一200文本顯示器組態(tài).7六、結(jié)語.8參考文獻(xiàn).9煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)論文 隨著我國城市道路和交通運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，交通管制顯得越來越重要。不僅要依據(jù)實(shí)際車流、人流量來設(shè)計具體路口的交通紅綠燈信號控制方案，而且還要根據(jù)當(dāng)期流量統(tǒng)計，及時進(jìn)行方案的調(diào)整及優(yōu)化，保證道路暢

4、通和單位時間流量最大化。采用邏輯集成電路組成的信號燈控制器，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)實(shí)需要。計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使小型PLC可編程控制器的指令功能日趨強(qiáng)大。用PIE控制城市交通信號燈，不僅可以完全滿足現(xiàn)實(shí)需要，而且投資少，周期短，人機(jī)對話界面良好，控制方案更簡單，適合于各種情況。 一、 設(shè)計任務(wù)分析、綜合（一）控制流程的化簡1. 對圖1紅綠燈設(shè)置圖的分析(1)主支干道上下兩側(cè)，每一側(cè)有車流方向信號燈裝置3套，分別為右轉(zhuǎn)彎、左轉(zhuǎn)彎、直行；人流(人行橫道)信號燈裝置2套，每側(cè)計5套，總共20套。(2)信號燈裝置上有紅、黃、綠燈各1個。(3)以上共計有20套信號燈裝置，60個信號燈。2. 對圖2交通流向管制

5、循環(huán)圖分析(1)主、支干道上下兩側(cè)信號燈控制是中心對稱的，即無論主干道還是支干道上下兩側(cè)同方向的信號燈控制是同步的。(2)人流(人行橫道)信號燈無論主支干道，兩側(cè)4個信號燈裝置控制是同步動作的，因而只需主干道、支干道2個控制輸出點(diǎn)。(3)據(jù)以上分析，總共需要控制輸出點(diǎn)組：車流信號燈裝置12套用6個輸出點(diǎn)組，人流(人行橫道)信號燈裝置8套用2個輸出點(diǎn)組。若用M表示主干道，S表示支干道，H表示人行橫道；R表示右轉(zhuǎn)彎，L表示左轉(zhuǎn)彎、D表示直行。這8個信號燈控制輸出點(diǎn)組可表示為MR、ML、MD、SR、SL、SD、MH、SH而每個輸出點(diǎn)組中有r(紅燈)、Y(黃燈)、g(綠燈)3個輸出點(diǎn)。3. 進(jìn)一步對循

6、環(huán)圖各步信號流向分析2煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)論文 如圖2(a)中，車流主干道右轉(zhuǎn)彎(MR)和支干道左轉(zhuǎn)彎(sL)又是同步的，同樣，在其他各圖中均可以找出類似的規(guī)律。因此，上述8套信號燈控制輸出點(diǎn)組又可以合并為4個控制信號輸出點(diǎn)組，即MRSL、MLSR、MDSH、MI-ISD 4大組，每大組中仍包括r、Y、g 3個控制信號輸出點(diǎn)。經(jīng)過上述分析、綜合，逐步簡化，就從原來直觀觀察需60個控制信號輸出點(diǎn)變成只需4×3=12個控制信號輸出點(diǎn)，每個控制信號輸出點(diǎn)可再用功率器件控制4個同步變化的相關(guān)信號燈。 周期交通信號狀態(tài)表的繪制交通流向管制是一個循環(huán)控制過程，只需編出一個循環(huán)內(nèi)的分步執(zhí)行程序即可

7、。該循環(huán)分為4步，每一步又有3個時段：(1)對應(yīng)放行方向的綠燈亮。(2)綠燈滅之前閃爍最后3s(3)綠燈滅后黃燈亮3s可畫出一個循環(huán)的時序控制圖如圖3所示。（2） 燈路控制的設(shè)計21.設(shè)計思想和工作原理 港城東大街與港城西大街帶有十字路口交通燈的路燈控制系統(tǒng)。白天路燈自動關(guān)閉，當(dāng)光線較暗且處于交通高峰期時，路燈全部開啟。交通高峰期后，進(jìn)入按比例開啟，午夜后按60開啟，凌晨之間時段，路燈開啟比例降為40。任意一路路燈的工作電流和溫度可隨時查詢，當(dāng)路燈發(fā)生漏電或損壞時可實(shí)現(xiàn)報警。對港城東大街與港城西大街路段的路燈進(jìn)行以下編號：1A、1B、2A、2B、3A，共5路。 2.路燈的亮度檢測電路 為了讓路

8、燈能在白天自動關(guān)閉，而光線較暗的時刻開啟需有一個亮度檢測裝置，圖1為路燈的亮度檢測電路。圖中4個電阻構(gòu)成一個電橋，J為繼電器。Rcds為光敏電阻，作為電橋一臂。檢測靈敏度由RbRc決定，Rb=Re時靈敏度最高，即為橋的最高靈敏度。當(dāng)有光照在光敏電阻上時，Rcds的電阻值為100kO，Ra=50mr2，Rb=118mQ。經(jīng)過計算，當(dāng)光線較強(qiáng)時a、b兩端的電壓為+5V，繼電器會動作，路燈停止工作。當(dāng)光線較暗時，Rcds電阻值在50mQ左右，為平衡電橋，a、b問的電壓為0V，繼電器不會動作，路燈開始工作。 3.溫度和電流檢測 對路燈的溫度和電流進(jìn)行檢測，采用ADC0809來實(shí)現(xiàn)，每塊ADC0809負(fù)

9、責(zé)對其中一路4個路燈的溫度和電流進(jìn)行檢測。ADC0809的工作流程圖如圖2所示。不同時刻關(guān)閉相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器，否則在路燈關(guān)閉后，其溫度、電流會快速降低；檢測電路還在工作，將產(chǎn)生誤報；可通過PLC內(nèi)部寄存器D1和8選1數(shù)據(jù)選擇器74LSl5 1來實(shí)現(xiàn)，其DOD4端分別接每塊ADC0809的片選端，而D1中的數(shù)作為地址，通過改變D1的值，使74LSl51相應(yīng)的輸出端輸出高電平，即可使相應(yīng)的ADC0809工作。任意一路路燈的工作電流和溫度隨時可查，采用ADC0809對2A，2B，3A，1A，1B路進(jìn)行檢測，ADC0809可檢測8個狀態(tài)。在連接時，將表示ADC0809檢測地址的地址線與1塊74LSl3

10、8的地址端相連，而74LSl38的Y0一Y7口則與8路顯示譯碼器CD4511的LE端相連。在實(shí)際工作中，在顯示數(shù)據(jù)送至數(shù)碼管顯示后，隨即會在LE端產(chǎn)生一個低電乎，將數(shù)據(jù)鎖存在CD451l3內(nèi)部，由此形成了8路的動態(tài)顯示。為保證2A，2B，3A，1A，1B每一路的數(shù)據(jù)都可查詢，用一個數(shù)字撥碼盤，由該開關(guān)向PLC內(nèi)部輸入數(shù)字，例如當(dāng)輸入數(shù)字是0時，表示第2A路檢測時的顯示，以此類推。2、 系統(tǒng)組成(1)PIE選用西門子s7224 CPU基本單元，輸出點(diǎn)不夠時，選用EM222(8路數(shù)字量輸出)擴(kuò)展模塊。(2)選用西門子為人機(jī)對話界面，可實(shí)現(xiàn)以下功能：用于CPU224時鐘系統(tǒng)的校正。由于CPU224的

11、時鐘精度為2min月，實(shí)際使用時，需要定期校正時鐘及Et歷。信號燈控制方案的參數(shù)修改。 利用TD一200文本顯示器面板上的附加按鍵，作為手動“開、關(guān)”交通信號燈管制的主令按鈕。無需另配開關(guān)。(3)數(shù)字量輸出口與功率器件 固態(tài)繼電器連接，由其控制信號燈(發(fā)光二極管點(diǎn)陣模塊)。負(fù)載能力可以不考慮(即可通過選用不同功率的固態(tài)繼電器來增加控制信號燈的數(shù)量)。具體輸出點(diǎn)所控制的信號燈組名稱見表1所示。64三、路燈控制I/O分配表 路燈控制I/O分配表如表2所示3、 控制梯形圖路燈控制部分梯形圖如圖3所示。電流和溫度檢測控制部分梯形圖如圖4所示。用PLC設(shè)計的路燈自控系統(tǒng)，具有調(diào)試簡單、操作方便、使用安全

12、、運(yùn)行可靠、效率高、故障率低等特點(diǎn)并降低了管理人員的勞動強(qiáng)度。由于軟硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便安裝、調(diào)試和維修等。54、 應(yīng)用程序的設(shè)計（一） 周期循環(huán)定時器的設(shè)定 根據(jù)表1可知一個控制周期為77s，分為4步，共12個時間段。因此可用一個循環(huán)定時器來控制周期時間，用各時段時間與該定時器當(dāng)前值比較即可獲得各時段切人點(diǎn)，用以調(diào)用相應(yīng)子程序。（二） 帶參數(shù)子程序的使用 表1中的12個時間段中，分為3種情況：(1)每分步的第1個時間段有4個輸出點(diǎn)的狀態(tài)需要改變。如1、4、7、10時間段。(2)每分步的第2個時間段有1個輸出點(diǎn)的狀態(tài)需要改變?yōu)殚W爍狀態(tài)。如2、5、8、11時間段。(3)每分步的第3個時間段有

13、2個輸出點(diǎn)的狀態(tài)需要改變。如3、6、9、12時間段。因此，若采用帶參數(shù)子程序只需2個子程序，一個子程序帶4個參數(shù)，使(1)、(3)兩種情況的時間段共用一個子程序，另用一個帶參數(shù)子程序用于2)情況。采用帶參數(shù)子程序，子程序中包含要傳遞的參數(shù)。在西門子s7200可編程控制器的SIMATIC指令中規(guī)定：一個子程序最多可以傳遞16個參數(shù)；要傳遞的參數(shù)在編制子程序時必須加以定義；參數(shù)必須有一個符號名(最多8個字符)，并確定其變量類型和數(shù)據(jù)類型，變量類型共分為4種：(1) ：輸入型，該子程序被調(diào)用時，調(diào)用處將指定位置的參數(shù)值傳遞到子程序的對應(yīng)該變量類型參數(shù)中，參與子程序的運(yùn)行，該參數(shù)運(yùn)行結(jié)果值并不再傳回9

14、6調(diào)用處。(2) 一OUT：輸入輸出型，調(diào)用處將指定位置的參數(shù)值傳遞到對應(yīng)子程序的對應(yīng)該變量類型參數(shù)中，參與子程序的運(yùn)行，該參數(shù)運(yùn)行結(jié)果值再返回調(diào)用處所指定的同一地址。常數(shù)不可以作為輸入輸出型參數(shù)。(3)OUT：輸出型，該參數(shù)不需從調(diào)用處取值，而僅需將從子程序來的結(jié)果值返回到調(diào)用處所指定的參數(shù)位置。(4)TEMP：暫存型，不能用來傳遞參數(shù)，只能在子程序內(nèi)部暫時存儲數(shù)據(jù)。當(dāng)子程序所帶的參數(shù)均巳定義，其他程序需要調(diào)用該子程序時，必須同時給出同樣數(shù)量的參數(shù)地址或數(shù)值。并與子程序中的參數(shù)地址一一對應(yīng)。上文中(1)、(3)兩種情況的時間段共用一個子程序時，對于(3)情況，因其只需傳遞2個參數(shù)，剩余2個參

15、數(shù)可作冗余處理，即利用s7200的Q12_Q17為無效輸出口，任選2個El作為剩余2個參數(shù)的傳遞地址。這樣，一個循環(huán)的12個時間段只用2個帶參數(shù)子程序即可滿足設(shè)計要求。每個帶參數(shù)子程序要分別調(diào)用8次和4次，只不過每次調(diào)用時要根據(jù)程序要求傳遞不同參數(shù)地址。由此可見，帶參數(shù)子程序特別適合同樣一個子程序需多次被調(diào)用，且每次調(diào)用參數(shù)的名稱都不相同；或者說，每次調(diào)用參數(shù)的實(shí)際地址都不相同。充分利用帶參數(shù)子程序的特點(diǎn)，就可以大大簡化程序，起到事半功倍的效果。而不帶參數(shù)的子程序使用也很廣泛，通常用于精干主程序，將部分程序用子程序形式表示，使用時再調(diào)用該子程序；也用于一段程序可能多次重復(fù)使用，但該段程序中的參

16、數(shù)為全局變量，無須進(jìn)行參數(shù)值傳遞，此時即可使用不帶參數(shù)的子程序。本項目中共有4個子程序，其中：子程序1、2為帶參數(shù)的子程序，而子程序0、3為不帶參數(shù)的子程序。（三） 實(shí)時時鐘讀寫指令的應(yīng)用 由于設(shè)計任務(wù)要求每日6：00_23 l00為交通管制時間，所以必須利用s7200的實(shí)時控制時鐘指令進(jìn)行實(shí)時控制。s7_200的實(shí)時時鐘指令有兩條：一條是寫指令可用于將系統(tǒng)日歷按當(dāng)時的實(shí)際日期和時間來設(shè)置，使其同步；另一條是讀指令，隨時可以讀出系統(tǒng)的日歷和時間，以便程序使用。無論讀寫實(shí)時時鐘指令，s7200都是用一塊8字節(jié)的緩沖區(qū)存放時鐘信息，設(shè)T為該緩沖區(qū)的首字節(jié)地址，可由編程人員自由決定。其中每個字節(jié)必須

17、用兩位BCD碼(二 十進(jìn)制編碼)表示，因此年份只用最低兩位表示，如2000年表示為o0。T+6字節(jié)恒為0。星期為010r7，當(dāng)寫為0時，表示禁用星期。要實(shí)現(xiàn)每日6：00開始執(zhí)行交通管制，23：o0后取消交通管制，主程序就必須有讀實(shí)時時鐘指令，并要設(shè)置一個8字節(jié)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。讀出實(shí)時時鐘后，再將實(shí)時時鐘的h、min兩字節(jié)(由T+3、T+4組成 個字)與開啟時間06：o0及23：o0兩個時刻相比較。如06：o0(T+3)<23：o0時，則開始實(shí)行交通管制；反之，則為無交通管制時段，關(guān)閉交通管制，所有黃燈呈閃爍狀態(tài)。PLC每掃描一次程序，都將執(zhí)行一次實(shí)時時鐘讀寫指令和比較指令。實(shí)時時鐘指令主要

18、用于實(shí)時控制系統(tǒng)，如無塔供水泵的定時開停、運(yùn)行及備用設(shè)備的定日自動更換、自動潤滑站定期加油等等，用途十分廣泛。（四）TD一200文本顯示器組態(tài) TD一200文本顯示器可用s7200WIN32編程軟件中的專門菜單項TD一200 Wizard進(jìn)行組態(tài)，新的TD一200版本支持中文字符。將指示燈控制方案中的調(diào)整參數(shù)如信號燈管制的起止時刻、各時段時間等作為可修改的變量編入各屏顯示內(nèi)容中，每次修改控制方案時(包117括第1次使用)，只需用TD一200文本顯示器對可修改的變量賦新值即可。在使用TD一200 Wizard組態(tài)軟件時，必須設(shè)置實(shí)時時鐘功能為使能。經(jīng)此設(shè)定后，利用TD一200的主菜單項就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時時鐘的校正。在組態(tài)時，還設(shè)置了TD一200的密碼，其為一個4位十進(jìn)制數(shù)。設(shè)定后，只有授權(quán)人員在TD一200中輸入該密碼，才能進(jìn)行參數(shù)修改及時鐘校正。上述參數(shù)修改、時鐘校正均可以在程序運(yùn)行中，通過對TD一200文本顯示器的操作來完成。六、 結(jié)語 用PLC組