狹窄隧道汽車雙向行PLC控制

1、機(jī)電綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 狹窄隧道汽車雙向行的PLC控制 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 班 級(jí) 機(jī)械電子1班 學(xué)生姓名 溫偉杰 指導(dǎo)老師 余穩(wěn)勝 2015 年 11 月 19 日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書茲發(fā)給 機(jī)械電子1 班學(xué)生 溫偉杰 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書，內(nèi)容如下：1 設(shè)計(jì)題目： 狹窄隧道汽車雙向行的PLC控制 2 應(yīng)完成的項(xiàng)目：（1）物料清單一份 （2）電氣圖紙 （3）帶注釋的PLC程序 （4）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份 3 參考資料以及說(shuō)明：（1）王國(guó)海可編程序控制器及其應(yīng)用M北京: 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2007（2）廖常初FX2N系列PLC編程及其應(yīng)用M北京: 北京：機(jī)械工業(yè)出版

2、社.2005（3）俞國(guó)亮PLC應(yīng)用技術(shù)M北京：清華大學(xué)出版社.2005 （4）趙俊生 楊懷林 姚年春電氣控制與PLC控制技術(shù)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2001 4 本設(shè)計(jì)任務(wù)書于2015年 11月3 日發(fā)出，應(yīng)于2015年 11月 25日前完成，然后進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師 余穩(wěn)勝 簽發(fā) 2015 年 11 月 23 日課程設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)：課程設(shè)計(jì)總評(píng)成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年 月 日目錄目錄0摘 要I第一章 緒論11.1 課題研究的目的意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 課題背景2第二章 總體設(shè)計(jì)方案31.1 設(shè)計(jì)方案31.2 控制流程3第三章 硬件設(shè)計(jì)53.1 PLC的選型53.2 I/O接口分配表73.

3、3 電氣原理圖8第四章 軟件設(shè)計(jì)94.1 控制程序流程圖94.2 梯形圖及程序說(shuō)明104.3 SFC圖124.4時(shí)序圖13第五章 總結(jié)15參考文獻(xiàn)160摘 要 本文介紹了國(guó)內(nèi)交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，以及特長(zhǎng)隧道汽車雙向行駛安全存在的問(wèn)題。信號(hào)控制是一種用來(lái)確保交通循環(huán)的質(zhì)量和安全的必要措施。紅外傳感器的應(yīng)用從根本上解決了人工操作的繁瑣和減少了大量的失誤，更加有效的增強(qiáng)了汽車雙向行駛的安全性，有利于加強(qiáng)隧道的安全?；诂F(xiàn)狀設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 的特長(zhǎng)隧道汽車雙向行駛控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了所選用的三菱FX2N 系列 PLC，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)PLC的輸入輸出I/O進(jìn)行了分配，編寫了 PLC 梯形圖程序。

4、 最后介紹了本PLC電路所可能存在的干擾，并介紹了預(yù)防干擾的方法。對(duì)系統(tǒng)的輸入、輸出點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)PLC的選型相關(guān)規(guī)定和輸入輸出的總點(diǎn)數(shù)，選用日本三菱 FX2N 可編程序控制器。分配了PLC的IO地址，設(shè)計(jì)出PLC的外接線圖。介紹了PLC常見(jiàn)的編程方法，設(shè)計(jì)了PLC控制系統(tǒng)的程序。這種方法易學(xué)易用，成功率高，設(shè)計(jì)復(fù)雜的控制程序可以節(jié)約大量的設(shè)計(jì)時(shí)間。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試。針對(duì)系統(tǒng)調(diào)試、安裝以及運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)行了分析，提出了解決辦法和注意的事項(xiàng)。從硬件和軟件兩個(gè)方面采取措施，提高PLC控制系統(tǒng)的抗干擾能力。論文最后總結(jié)了課題研究的成果，討論了課題中所用到的編程與接口技術(shù)。

5、關(guān)鍵詞：特長(zhǎng)隧道 PLC 傳感器 汽車雙向行駛I第一章 緒論1.1 課題研究的目的意義近年來(lái)，我國(guó)公路交通得到長(zhǎng)足的發(fā)展，山區(qū)高速公路建設(shè)帶動(dòng)了山區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展。然而，公路交通運(yùn)輸在為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，又因交通事故造成了大量人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失。隧道是山區(qū)高速公路的主要結(jié)構(gòu)物，在山區(qū)高速公路中占有越來(lái)越高的比例。由于高速公路隧道建設(shè)有著復(fù)雜的地理環(huán)境和特殊建筑結(jié)構(gòu)，給高速公路交通安全管理工作帶來(lái)了一定難度。近年來(lái)。隧道交通事故已屢見(jiàn)不鮮，很多隧道已經(jīng)成為高速公路交通事故多發(fā)區(qū)和控制區(qū)。西南地區(qū)某高速公路2004年1月2005年1月，共發(fā)生交通事故181起，其中隧道交通

6、事故就達(dá)56起，約占全線事故總數(shù)的31?？刂扑淼澜煌ㄊ鹿实陌l(fā)生已成為刻不容緩的工作。因此，從隧道交通事故發(fā)生的原因著手分析、探討改進(jìn)隧道的汽車安全行駛問(wèn)題有著重要的意義。高速公路隧道事故多樣性的原因分析據(jù)調(diào)查，發(fā)生隧道交通事故的原因主要有以下幾個(gè)方面：（1）隧道的人口路段線型為彎道、坡道路段。用地條件制約著道路線型及道路走向的選擇，因此，部分隧道的人口為彎道、坡道路段，有的甚至是多彎道、長(zhǎng)下坡路段；（2）隧道人口段一般為兩種不同路面材料的過(guò)渡區(qū)域。由于瀝青具有可燃性，不利于隧道消防，隧道內(nèi)一般為水泥路面，而隧道外多為瀝青路面。因此，隧道內(nèi)外路面附著系數(shù)存在差異；（3）隧道內(nèi)外光線存在明顯差異。

7、在較長(zhǎng)的隧道中，光線照人較少，雖然隧道內(nèi)設(shè)置有照明裝置，但是終究存在較大的隧道內(nèi)外光線明暗程度的差異；（4）隧道人口處積水問(wèn)題較難解決。在某些地區(qū)，雨天隧道人口處往往積水較多，影響了車輛行駛的安全性；（5）隧道的空氣環(huán)境較差。隧道是一個(gè)相對(duì)封閉性的通道，空氣環(huán)境較差，車輛排放的廢氣和車輛的揚(yáng)棄廢塵不易排除，廢塵和廢氣在一段時(shí)間后容易沉積在路面上，降低了路面的附著系數(shù)。由于隧道區(qū)段的上述特點(diǎn)，決定了隧道交通事故分布特征具有多樣性、復(fù)雜性。因此，決定我們要努力去改進(jìn)隧道汽車的行駛安全。 本設(shè)計(jì)的目的就是為了從安全指示方面解決狹窄單向隧道的汽車安全行駛問(wèn)題。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀建國(guó)后30年所修建的

8、公路等級(jí)均較低，線形指標(biāo)要求不高。五十年代，我國(guó)僅有公路隧道30多座，總長(zhǎng)約2500m，且單洞長(zhǎng)度都很短。六、七十年代，我國(guó)干線公路上曾修建了一些百米以上的隧道，但標(biāo)準(zhǔn)也很低。進(jìn)入八十年代，公路隧道的發(fā)展逐漸加快，具有代表性的工程有深圳梧銅山隧道和珠海板樟山隧道，福建鼓山隧道和馬尾隧道，甘肅七道梁隧道等。到1990年底，我國(guó)建成的千米以上隧道已有十余座。在大型公路隧道建設(shè)中，技術(shù)也隨著不斷提高，并學(xué)習(xí)和引進(jìn)了很多國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。福建鼓山隧道，洞內(nèi)設(shè)有照明、吸音、防潮、通訊、防火等裝置和閉路電視監(jiān)控及雷達(dá)測(cè)速系統(tǒng)，這是我國(guó)第一座現(xiàn)代化的公路隧道。 “八五”“九五”期間是我國(guó)公路隧道建設(shè)迅速發(fā)展的時(shí)

9、期。“九五”期間新建隧道504座，27.8萬(wàn)延米。還建成了多座特長(zhǎng)或?qū)掦w扁坦隧道，如中梁山隧道(3100m×2)、縉云山隧道(2450m×2)、大溪嶺隧道(4116m×2)、二郎山隧道(4200m×2)、飛鸞嶺隧道、真武山隧道等。據(jù)不完全資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已建成公路隧道1208座，總里程362km。“十五”期間，我國(guó)鐵路、公路等領(lǐng)域合計(jì)約有總長(zhǎng)3000公里的隧道工程需要修建，隧道長(zhǎng)度大于10公里的約占10左右。現(xiàn)在國(guó)外的隧道發(fā)展迅速，青函隧道：目前世界最長(zhǎng)的鐵路隧道，全長(zhǎng)53.9公里，海底長(zhǎng)度23.3公里。此隧道跨越津輕海峽連接日本的北海道和本州美國(guó)的德拉瓦

10、隧道：世界最長(zhǎng)的輸水隧道，全長(zhǎng)169公里。 美國(guó)紐約的林肯隧道：跨越哈德遜河連接紐約市和紐澤西州，是世界最繁忙的公路隧道之一，長(zhǎng)度2.4公里。1.3 課題背景隨著我國(guó)城市化，現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，交通流量變的越來(lái)越大，為了緩解或有效解決日益嚴(yán)重的城市交通問(wèn)題，提高道路的空間利用率，修建各種城市隧道或地下構(gòu)筑物已成為急劇增長(zhǎng)的趨勢(shì)。城市隧道對(duì)減少城市道路用地、縮短城市行車?yán)锍?、疏?dǎo)城市交通起到積極的作用。隨著國(guó)家加大公路建設(shè)的步伐和力度，隧道的安全問(wèn)題日益引起關(guān)注。公路隧道作為高速公路的特殊結(jié)構(gòu)，不僅車速高和流量大，結(jié)構(gòu)也相對(duì)封閉，加之行駛經(jīng)過(guò)的車輛排放大量的有害物質(zhì)，所以車輛的行駛環(huán)境與條件相對(duì)較

11、差，比較容易發(fā)生交通事故，并且事故的處理與救援亦相對(duì)比較困難，對(duì)于長(zhǎng)大和特長(zhǎng)隧道而言更是如此。因此，高速公路隧道成為高速公路監(jiān)控與管理的重中之重，進(jìn)而我們要進(jìn)行狹窄隧道雙向行駛安全指示PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。隨著電氣工業(yè)的發(fā)展，PLC價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開(kāi)始采用PLC進(jìn)行控制，PLC在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)PLC在我國(guó)將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。第二章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)方案A口檢測(cè)裝置B口檢測(cè)裝置KA2停3Y3停3停2SB4SB3B口A口A口紅燈LED1A口綠燈LED2B口綠燈LED4B口紅燈LE

12、D3啟動(dòng)SB1停1SB2報(bào)警Y控制臺(tái)KA1圖1-1 設(shè)計(jì)方案圖有一地下隧道，寬約3.3米，僅能通過(guò)一輛面包車，長(zhǎng)350m，一般從早上6時(shí)到夜里10時(shí)才使用，南道口簡(jiǎn)稱A口，北道口簡(jiǎn)稱B口，車輛時(shí)速嚴(yán)格控制為25-30km/h,全程需45-56s,設(shè)計(jì)時(shí)留有約12s的余量.采用PLC控制。1.2 控制流程1)無(wú)人值班指揮，能錯(cuò)開(kāi)時(shí)序雙向行車。2)按動(dòng)啟動(dòng)按鈕，A口綠燈亮，B口紅燈亮，信號(hào)燈控制系統(tǒng)開(kāi)始工作。3)兩道口綠燈不能同時(shí)亮，如果萬(wàn)一同時(shí)亮，系統(tǒng)停止工作并報(bào)警。4)從A口綠燈開(kāi)始亮?xí)r計(jì)算，在持續(xù)5S內(nèi)如果無(wú)車輛進(jìn)入A口，則A口綠燈閃爍2S后熄滅且紅燈亮，而B(niǎo)口紅燈熄滅綠燈亮。同樣，如果B口

13、綠燈持續(xù)亮5S內(nèi)無(wú)車輛進(jìn)入B口，則B口綠燈閃爍2S熄滅而此時(shí)A口綠燈亮。這是兩道口均無(wú)車進(jìn)入隧道的要求。5)當(dāng)A口綠燈亮?xí)r，從A口進(jìn)入第一輛車算起，B口紅燈持續(xù)亮90S，同時(shí)A口綠燈持續(xù)亮20S接著閃爍2S后熄滅，紅燈亮68S（B口紅燈仍亮著）。即將從A口進(jìn)入隧道內(nèi)的汽車全部開(kāi)出后，B口才能進(jìn)車。6)當(dāng)B口綠燈亮?xí)r，從B口進(jìn)入第一輛車算起，A口紅燈持續(xù)亮90S，B口綠燈持續(xù)亮20S，接著閃爍2S熄滅，此后，兩道口紅燈同時(shí)亮68S（A口紅燈仍亮著）。即將從B口進(jìn)入隧道內(nèi)的汽車全部開(kāi)出后，A口才能進(jìn)車。7)周而復(fù)始。8)兩道口出入處，在隧道中從A口算起130M和269M處各安裝一個(gè)停止信號(hào)燈控制系

14、統(tǒng)工作開(kāi)關(guān)S，作為交通事故時(shí)的總停用。9)兩道口安裝有紅外線自動(dòng)檢測(cè)裝置，檢測(cè)車輛進(jìn)入隧道的情況，并通過(guò)小型繼電器的觸點(diǎn)，KA1和KA2，把信號(hào)輸入PLC。第三章 硬件設(shè)計(jì)3.1 PLC的選型3.1.1日本三菱FX2nFX2n系列PLC的主機(jī)成為基本單元，包括CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出口及電源，是PLC的主要部分。為主機(jī)備有的擴(kuò)展其輸入輸出的擴(kuò)展單元，擴(kuò)展模塊及特殊功能模塊單元擴(kuò)展單元是用于增加I/O點(diǎn)數(shù)的裝置，內(nèi)部設(shè)有電源。擴(kuò)展模塊用于增加I/O四諳熟及改變I/O比例，內(nèi)部無(wú)電源，由基本單元一起使用。FX2n系列PLC輸入繼電器及輸出繼電器的序號(hào)為8進(jìn)制，其余器件的序號(hào)為十進(jìn)制。從元件的最大序

15、號(hào)可以了解可編程序控制器可能 具有某類器件的 最大數(shù)量。例如輸入繼電器的編號(hào)范圍為X0X177,為8進(jìn)制編號(hào)，可計(jì)算出FX2n系列PLC可能接入的最大輸入信號(hào)數(shù)為18點(diǎn)，這是以CPU所能介入的最大輸入信號(hào)數(shù)量標(biāo)示的，并不是一臺(tái)具體的基本單元或擴(kuò)展安裝的輸入口的數(shù)量。FX2n系列PLC有基本指令27條；步進(jìn)梯形指令2條；應(yīng)用指令 128種，298條。FX2n系列PLC的步進(jìn)梯形指令是采用步進(jìn)梯形圖編制順序控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖程序的指令，它包括STL和 RET兩條指令。其中步進(jìn)梯形指令STL是利用內(nèi)部狀態(tài)軟元件，在順序控制程序上進(jìn)行工序步進(jìn)控制的指令；返回RET指令是表示狀態(tài)流程結(jié)束用于返回主程序的指令

16、。3.1.2德國(guó)西門子S7S7-200系列屬于整體式小型PLC，用于代替繼電器的簡(jiǎn)單控制場(chǎng)合，也可以用于復(fù)雜的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。整體式PLC將CPU模塊、I/O模塊和電源裝在一個(gè)箱型機(jī)殼內(nèi)。S7-200系列PLC提供多種具有不同I/O點(diǎn)數(shù)的CPU模塊和數(shù)字量、模擬量I/O擴(kuò)展模塊供用戶選用，CPU模塊和擴(kuò)展模塊用扁平電纜連接。3.1.3美國(guó)通用 GE Fanuc PLC 系列90-70 GE Fanuc系列90家族中高性能，大規(guī)模的系列 系統(tǒng)機(jī)架采用標(biāo)準(zhǔn)的VME 總線結(jié)構(gòu) 可構(gòu)成完全同步的CPU熱備冗余配置 ESD雙重化和三重化GMR系統(tǒng)配置 具有梯形圖邏輯，C，SFC，STATE LOGIC等

17、多種編程能力 系列90-30 成本低，性能高,易于組態(tài)，便于安裝可構(gòu)成同步的CPU熱備冗余配置 VersaMax "Six Sigma"品質(zhì)控制原則 多種診斷功能 活的通訊端口 功能強(qiáng)大的處理器 網(wǎng)絡(luò)接口和特殊模塊 系列90-Micro一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 極強(qiáng)的通訊功能 適合低成本的小規(guī)?？刂茍?chǎng)合 ，最具競(jìng)爭(zhēng)力系列90-30PLC是GE Fanuc系列90 可編程序控制器家族的一員，提供最先進(jìn)的編程特性，易于組態(tài)，便于安裝，獨(dú)有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開(kāi)辟了一條最經(jīng)濟(jì)的工業(yè)控制途徑。領(lǐng)先的技術(shù) 系列90-30PLC成本低，性能高，能方便地取代從簡(jiǎn)便的繼電器到復(fù)雜的中型自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)場(chǎng)合。幾年

18、前需由高檔PLC完成的任務(wù)現(xiàn)在則由系列90-30來(lái)代替。GE Fanuc不斷地推出新產(chǎn)品，擴(kuò)大使用范圍，顯示了其技術(shù)的領(lǐng)先地位，它的CPU具有強(qiáng)大的功能，如內(nèi)裝PID，結(jié)構(gòu)化編程，中斷控制，間接尋址及各種功能模塊，能完成復(fù)雜的操作。另外系列90-30PLC有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊，高速計(jì)數(shù)器模塊，BASIC和C語(yǔ)言協(xié)處理器模塊及Genius通訊模塊。GE Fanuc豐富的開(kāi)關(guān)量I/O和模擬量I/O、簡(jiǎn)化啟動(dòng)和故障自診以及容易與其他PLC、計(jì)算機(jī)集成一體的特性，使您確信，系列90-30是現(xiàn)在與未來(lái)PLC的明智選擇。 促進(jìn)與第三方的合作 促進(jìn)與第三方的合作 為了及時(shí)解決用戶的需

19、求，GE Fanuc提供第三家工業(yè)設(shè)備和軟件包，合作的結(jié)果進(jìn)一步擴(kuò)大了系列90-30的能力，通用的產(chǎn)品包括：熱電偶、熱電阻、步進(jìn)電機(jī)模塊、大電流繼電器模塊。 NATURAL LANGUAGE STATE LOGIC CONTROL為那些在系列90-30編程方面沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的用戶提供了新的編程方式。有些廠家具有數(shù)據(jù)采集和控制軟件產(chǎn)品，將用系列90-30與個(gè)人計(jì)算機(jī)連機(jī)。 這些軟件包提供的軟件和系列90-30之間的結(jié)合天衣無(wú)縫，許多操作接口使用SNP通訊協(xié)議與具有內(nèi)裝接口的系列90-30進(jìn)行通訊。由于各類PLC的 工作原理、控制方法及編程程序語(yǔ)言的差別不太大，并且在校期間學(xué)過(guò)三菱公司的PLC ，所以選

20、用FX2N32MR型號(hào)PLC。3.2 I/O接口分配表表3-1 I/O接口分配表輸 入輸 出元件代號(hào)輸入點(diǎn)功 能元件代號(hào)輸出點(diǎn)功 能SB1X0啟動(dòng)LED1Y1A口紅燈SB2X1停止1LED2Y2A口綠燈SB3X2停止2LED3Y3B口紅燈SB4X3停止3LED4Y4B口綠燈KA1X4A口檢測(cè)裝置YY5報(bào)警KA2X5B口檢測(cè)裝置3.3 電氣原理圖圖3-2 電氣原理圖第四章 軟件設(shè)計(jì)4.1 控制程序流程圖開(kāi)始A、B口紅燈打開(kāi)是否按下啟動(dòng)按鈕A口綠燈亮，計(jì)時(shí)5S后，閃爍2SA口是否有車進(jìn)入否是B口綠燈亮，計(jì)時(shí)5S后，閃爍2SA口綠燈亮20S后，閃爍2S后熄滅，接著亮紅燈68S是否按下停止按鈕B口是否有車進(jìn)入否是B口綠燈亮20S后，閃爍2S后熄滅，接著亮紅燈68S是是否按下停止按鈕否是結(jié)束圖4-1 程序流程圖4.2 梯形圖及程序說(shuō)明圖4-2 梯形圖（a）圖4-3 梯形圖（b）4.3 SFC圖4.4時(shí)序圖1周期為1S的方波：圖4-4 周期為1S的方