交通燈抓拍plc

1、燕山大學課程設計電氣工程學院課 程 設 計 說 明 書設計題目：具有闖紅燈抓拍的交通燈控制系統(tǒng)系 別： 電氣工程學院 年級專業(yè)： 11級應電一班 學 號： 學生姓名： 指導教師： 郭忠南 闞志忠 魏艷君 王德玉 電氣工程學院課程設計任務書課程名稱： 電氣控制與PLC課程設計 基層教學單位：電氣工程及自動化系 指導教師： 郭忠南等學號110103030038學生姓名劉昭君（專業(yè)）班級11應電1班設計題目具有闖紅燈抓拍的PLC交通燈控制系統(tǒng)設計技術參數(shù)采用PLC構成具有闖紅燈抓拍的交通燈控制的電氣控制系統(tǒng)。控制要求查閱相關文獻。設計要求1) 根據(jù)控制要求，進行電氣控制系統(tǒng)硬件電路設計，包括PLC硬

2、件配置電路。2) 根據(jù)控制要求，編制PLC控制程序3) 按要求編寫設計說明書并繪制A1幅面圖紙一張。參考資料1、PLC電氣控制技術 漆漢宏主編 機械工業(yè)出版社 20082、圖書館各類期刊文獻相關數(shù)據(jù)庫3、相關電氣設計手冊周次第一周第二周應完成內容完成全部方案設計：周一、二：查、閱相關參考資料周二至周五：方案設計周六、日：設計方案完善周一、二：完成設計說明書周三、四：繪制A1設計圖紙周五：答辯考核指導教師簽字基層教學單位主任簽字說明：1、此表一式三份，系、學生各一份，報送院教務科一份。 2、學生那份任務書要求裝訂到課程設計報告前面。 電氣工程學院 教務處摘要交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，

3、對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設計方案?？删幊绦蚩刂破骱喎Q為PLC，它的應用面廣、功能強大、使用方便，已經成為當代工業(yè)自動化的主要支柱之一。PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動控制系統(tǒng)中，PLC在其他領域，例如在民用和家庭自動

4、化設備中的應用也得到了迅速的發(fā)展。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備由于PLC具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。同時有些還引入觸摸屏模擬十字路口紅綠燈閃亮及車輛通行，十分形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實際應用。關鍵詞: 交通燈；PLC；程序；設計 第一章 緒論1第二章PLC

5、控制系統(tǒng)設計概要22.1設計的主要內容22.2 設計的基本原則和內容22.3 設計的步驟和實現(xiàn)過程3第三章 系統(tǒng)的硬件設計43.1 交通信號燈的控制要求43.2 交通信號燈的控制時序63.3 PLC硬件控制電路的設計63.3.1 PLC的選型63.3.2 I/O配置表73.3.3 交通控制系統(tǒng)元器件選擇83.3.4 電氣設備參數(shù)計算93.3.5 抓拍部分原理設計93.3.6 PLC控制電路接線圖9第四章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計114.1 GX Developer編程軟件的概述114.2 交通信號燈程序設計過程114.2.1 PLC的流程圖114.2.2 交通信號燈程序設計步驟134.3

6、交通信號燈的PLC程序13結 論15致 謝16參考文獻17第一章 緒論當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業(yè)的設備都與計算機密切相關。因此，一個好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本設計介紹了一個智能交通燈系統(tǒng)的設計。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的功能有：對某市區(qū)的四個主要交通路口進行監(jiān)控；各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時中控中心能改變其周期；對路口違章的機動車能夠即時拍照，并提取車牌號。在世界范圍內，一個以微電子技術，計算

7、機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發(fā)揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。隨著微處理器、計算機和數(shù)字通信技術的飛速

8、發(fā)展，計算機控制已經廣泛的應用在所有的工業(yè)領域?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質量的產品。為了滿足這一要求，生產設備和自動生產線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎的通用工業(yè)控制裝置。第二章PLC控制系統(tǒng)設計概要2.1設計的主要內容（1） 交通信號燈和闖紅燈抓拍的控制要求（2） 交通信號燈和闖紅燈抓拍的控制時序（3） 交通燈倒計時數(shù)碼顯示（4） PLC控制電路設計（5） 交通信號燈程序設計過程（6） 交通信號燈的PLC

9、程序因為是交通燈的PLC控制設計，所以要了解實際交通燈的變化情況和規(guī)律。假設一個十字路口為東西南北走向。然后轉狀態(tài)1南北紅燈，東西綠燈通車。過一段時間轉狀態(tài)2東西綠燈閃爍幾次，接著黃燈亮，南北仍然紅燈。再轉狀態(tài)3，南北綠燈通車，東西紅燈。過一段時間轉狀態(tài)4，南北綠燈閃爍幾次，黃燈亮，東西仍然紅燈。最后循環(huán)至狀態(tài)1。期間闖紅燈抓拍系統(tǒng)在紅燈亮的瞬間開始工作，在紅燈熄滅時停止工作，在燈循環(huán)亮的過程中不同的數(shù)值在數(shù)碼管中顯示。2.2 設計的基本原則和內容我們在學習了PLC的大量相關知識后，要能夠把其運用在實際設計當中。當然，要設計經濟、可靠、簡潔的PLC控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識和實際的工作經驗。

10、那么，我們首先來看一下PLC控制系統(tǒng)的設計原則和內容。一、PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則1、最大限度地滿足被控對象的控制要求；2、保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全；3、滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經濟、實用和維修方便；4、選擇PLC時，要考慮生產和工藝改進所需的余量。二、PLC控制系統(tǒng)設計的基本內容1、選擇合適的用戶輸入設備、輸出設備以及輸出設備驅動的控制對象；2、分配I/O，設計電氣接線圖，考慮安全措施；3、選擇適合系統(tǒng)的PLC；4、設計程序；5、調試程序，一個是模擬調試，一個是聯(lián)機調試；6、設計控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術文件，說明書、電氣圖、電氣元件明細表。7、驗收、交付使用。2

11、.3 設計的步驟和實現(xiàn)過程一、PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟1、對于相應的控制系統(tǒng)，繪制編程流程圖，相當于設計思路；2、根據(jù)要求編制程序3、設計梯形圖；4、程序輸入PLC模擬調試，修改，直到滿足要求為止；5、現(xiàn)場施工完畢后進行聯(lián)機調試，直至可靠地滿足控制要求；6、編寫技術文件；7、交付使用。我們在設計流程圖時，也要遵循以下過程：1) 分析生產工藝過程；2) 根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設備，分配I/O；3) 選擇PLC；4) 設計PLC接線圖以及電氣施工圖；5) 程序設計和控制柜接線施工。具體的設計步驟框圖如圖2-1所示第三章 系統(tǒng)的硬件設計3.1 交通信號燈的控制要求隨著城市和經濟的發(fā)

12、展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設置，也會影響交通的順暢。因此，在實際設計時要遵循一定的原則和要求。交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各個方向同時到達的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。當出現(xiàn)闖

13、紅燈情況時抓拍系統(tǒng)會工作記錄違章車輛。在本設計中，我們僅以機動車信號燈為例，來說明它的控制要求。一般的十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖如圖3-1所示，其南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈，為確保交通安全，對其控制系統(tǒng)的要求如下。 圖31交通燈現(xiàn)場示意圖1、采用PLC構成十字路口的南北向和東西向交通信號燈的電氣控制系統(tǒng)上電后，交通指揮信號控制系統(tǒng)由由一個3位轉換開關SA1控制。SA1手柄指向左45°時，接點SA1-1接通，交通指揮系統(tǒng)南北常綠、東西常紅，。SA1手柄指向中間0°時，接點SA1-2接通，交通指揮系統(tǒng)正常工作按照如圖3-2所示工作時序周而復始，循環(huán)往復工作，S

14、A1手柄指向右45°時，接點SA1-3接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮。2、信號燈的控制原則 1) 當東西方向允許通行（綠燈）時，南北方向應禁止通行（紅燈），同時南北方向的抓拍系統(tǒng)開始工作；同樣，當南北方向允許通行（綠燈）時，東西方向應禁止通行（紅燈），南北方向的抓拍系統(tǒng)開始工作。2) 在綠燈信號要切換為紅燈信號之前，為提醒司機提前減速并剎車，應有明顯的提示信號：綠燈閃爍后黃燈亮。3) 信號燈控制系統(tǒng)啟動后應能自動循環(huán)動作。3.2 交通信號燈的控制時序交通信號燈的控制時序如圖3-2所示，它是按信號燈置1與置0兩種狀態(tài)繪制的，置1表示信號燈點亮和抓拍系統(tǒng)工作，置0表示信

15、號燈點滅抓拍系統(tǒng)停止工作。3.3 PLC硬件控制電路的設計3.3.1 PLC的選型在對PLC控制系統(tǒng)進行硬件結構設計時，首先，要了解各個控制對象的驅動要求，如：驅動電壓的等級、負載的性質等；其次，要分析對象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；再次，要確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對開關量、模擬量的控制、用戶程序存儲器的存儲容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的PLC機型及外設，完成相應的PLC硬件結構配置。因此，PLC的選型是設計中至關重要的一步。目前，國內外PLC生產廠家生產的PLC品種可達數(shù)百個，其性能各有特點。所以，在設計時首先要盡可能考慮采用便于學習、掌握、維護方便、備品配

16、件通用性強的PLC。我國市場上流行的PLC產品有以下幾家：1) 德國西門子(Siemens)公司的產品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產品；2) 美國羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的AB(Allen&Bradly)公司的產品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產品；3) GE-Fanuc公司的產品；4) 法國施耐德(Schneider)公司的產品；5) 日本三菱、歐姆龍等公司產品。本次設計的交通信號燈控制系統(tǒng)的主要任務和內容集中在程序編寫和梯形圖的繪制，由于在本設計中用到了大量的開關量、繼電器、計數(shù)器以及計時器等。而三菱公司

17、子出產的PLC功能全，性價比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設計的要求。并且，在目前相關領域的控制設計中，三菱產品的應用比較廣泛。綜上所述，我們采用了三菱公司FX2N-128MR，它有 64輸入/64輸出。3.3.2 I/O配置表I/O配置表如表3-1、3-2所示。 輸入地址變量說明X0 X1 KU1 KU2 KU3 KU4 X6X7 X010系統(tǒng)啟動按鈕系統(tǒng)停止按鈕地感線圈檢測模塊輔助觸點（南北）地感線圈檢測模塊輔助觸點（南北）地感線圈檢測模塊輔助觸點（東西）地感線圈檢測模塊輔助觸點（東西）南北綠燈、東西紅燈常亮按鈕南北紅燈、東西綠燈常亮按鈕正常運行按鈕 表31輸入配置 輸出地址 變量說

18、明 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y30 Y31 Y10-Y17 Y20-Y27 Y40-Y47 Y50-Y57 東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈南北紅燈 南北抓拍1 南北抓拍2 東西抓拍1 東西抓拍2 東西方向指示燈十位數(shù) 東西方向指示燈個位數(shù) 南北方向指示燈十位數(shù) 南北方向指示燈個位數(shù) 表32輸出配置3.3.3 交通控制系統(tǒng)元器件選擇 根據(jù)交通控制系統(tǒng)的設計，選擇元器件如下表所示。十字路口交通燈控制系統(tǒng)元器件目錄表序號文字符號名稱數(shù)量規(guī)格型號備注1SB1啟動按鈕1LAY37綠色2SB2停止按鈕1LAY37紅色3SA13位轉換開關1LW5-15D3個狀態(tài)轉換4KM1

19、KM4交流接觸器4DJX-9線圈電壓AC220V5HG1HG4綠燈4JD300-3-AP交通綠信號燈6HY1HY4黃燈4JD300-3-AP交通黃信號燈7HR1HR4紅燈4JD300-3-AP交通紅信號燈8H1H42位數(shù)碼管4LG3622AH顯示2位倒計時9KU1KU1電壓繼電器 4JY8-10繼電器額定240V10C1電容160uF濾波11R1R8電阻561.1K限制數(shù)碼管電流12TC變壓器1TDGC-1KVA變壓隔離15FX2N-128MRPLC1FX2N-128MR-001PLC芯片.3.3.4 電氣設備參數(shù)計算限流電阻阻值計算。由于直流回路的電壓為24V，數(shù)碼管中二極管壓降為3.3V，

20、最大電流為30mA，因此選擇工作電流20mA。根據(jù)數(shù)碼管的壓降和電流，限流電阻阻值R=（24-3.3）/(20)=1.1K。濾波電容值計算。電壓經整流后有波動，所以需要經過濾波裝置，而濾波電容C=0.289/(50HZ*(24V/20mA)*0.08)=60uf。3.3.5 抓拍部分原理設計在交通燈附近路面下鋪設感應線圈，當有機動車進入線圈時因為有壓力線圈內有感應電流，然后驅動電壓繼電器，隨后電壓繼電器常開輔助觸點閉合，給plc一個脈沖，因為車的前后輪壓過線圈時會產生兩個脈沖，傳給輸出部分輸出部分，輸出一個脈沖，接觸器得電，給外電路通電控制相機抓拍一次。3.3.6 PLC控制電路接線圖根據(jù)上述

21、硬件選型及工藝要求，繪制PLC控制電路接線圖，如圖3-3所示。按時圖3-3十字路口交通信號燈PLC外部I/O分配及其接線圖中用一個輸出點驅動兩個信號燈，如果PLC輸出點的輸出電流不夠，可以用一個輸出點驅動一個信號燈，也可以在PLC輸出端增設中間繼電器，由中間繼器再去驅動信號燈。第四章 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設計在本設計中以城市十字路口為研究對象，根據(jù)十字路口車輛運行情況，調整各紅、綠、黃燈亮的時間，利用GX Developer軟件對其進行程序設計，實現(xiàn)對交通信號燈的實時控制。4.1 GX Developer編程軟件的概述GX Developer是三菱PLC的編程軟件。適用于Q、QnU、QS、

22、QnA、AnS、AnA、FX等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、SFC、 ST及FB、Label語言程序設計，網(wǎng)絡參數(shù)設定，可進行程序的線上更改、監(jiān)控及調試，具有異地讀寫PLC程序功能。4.2 交通信號燈程序設計過程4.2.1 PLC的流程圖在設計較為復雜的程序時，僅僅采用簡單的邏輯處理已經很難保證程序的正確性和易讀性，所以就需要采用別的方法來編制程序。為了保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個控制過程分為若干個階段，在每一個階段均設立一個控制標志，當每一個階段執(zhí)行完畢，就啟動下一個階段的控制標志，將本階段的控制標志清除。所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉移實際上就是控制

23、系統(tǒng)的功能轉移。機電自控系統(tǒng)中機械的自動工作循環(huán)過程就是電氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動、有序、逐步轉移的過程。這種功能流程圖完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉移順序和條件，它是PLC應用控制程序設計的極好工具。其流程圖如圖3-4所示。圖3-4 十字路口交通信號燈PLC的流程圖4.2.2 交通信號燈程序設計步驟根據(jù)圖3-4所示的狀態(tài)轉移過程，其具體的程序設計步驟如下：系統(tǒng)啟動后南北紅燈亮30，同時東西綠燈先連續(xù)亮25秒，然后綠燈以一秒一次閃爍三秒，繼而東西黃燈亮2秒；然后東西紅燈亮30秒，同時南北綠燈先連續(xù)亮25秒，然后綠燈以一秒一次閃爍三秒，繼而南北黃燈亮2秒，如此循環(huán)往復。在車道路

24、口的地下，按要求埋設壓電傳感器感應線圈，當汽車經過時，會產生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感會減小，即可檢測出汽車通過，并將這一信號轉為標準信號，這一信號可作為PLC的輸入信號，并進行計數(shù)。計數(shù)系統(tǒng)在黃燈亮兩秒后啟動，在紅燈距離結束兩秒前結束。在此期間如果計數(shù)系統(tǒng)計數(shù)兩次則輸出一個抓拍脈沖，抓拍系統(tǒng)啟動，同時計數(shù)器復位，如此往復，結束時計數(shù)器復位。4.3 交通信號燈的PLC程序設計中，交通信號燈PLC控制系統(tǒng)的程序采用梯形圖語言來設計。具體過程如下結 論本系統(tǒng)結構簡單，操作方便；可現(xiàn)自動控制，具有一定的智能性；對優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設計將各任務進行細分包裝，使各任務保持相對獨立；能有效改

25、善程序結構，便于模塊化處理，使程序的可讀性、可維護性和可移植性都得到進一步的提高。 在實踐過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現(xiàn)不了，因此耗費在這上面的時間用去很多，且交通燈的的數(shù)碼顯示管需要通直流電，且電壓不能太大，因此220v交流電先降壓再整流成24v直流電，開始時直接加的直流電，但上電即能運行決定了降壓整流過程。這次課程設計使我把書本上的理論知識運用到相關的具體內容上，讓我自身的設計能力得到了培養(yǎng)和提高。在設計過程中，我通過查閱大量相關資料、自學、同同學交流，向老師請教等方式，使自己學到了不少知識。雖然經歷了不少艱辛，但收獲卻也同樣令人欣慰！在整個設計開發(fā)過程中，我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活產生非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。我真正了解到實踐才是檢驗真理的唯一標準，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。