課程設(shè)計(jì)-交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)

《機(jī)電一體化》課程設(shè)計(jì)交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)班級(jí)：工學(xué)院機(jī)電1003班指導(dǎo)老師：龍長(zhǎng)江小組成員：日期：2013年6月28日【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們消費(fèi)水平的不斷提高，私家車(chē)不斷增加，城市人多、車(chē)多道路少的交通狀況越來(lái)越引起人們的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，在各個(gè)道口安裝紅路燈已經(jīng)成為了疏導(dǎo)交通車(chē)輛最為常見(jiàn)和最有效的手段。PLC控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)了按車(chē)流量規(guī)模給定綠燈時(shí)長(zhǎng)，達(dá)到最大限度的車(chē)輛放行，減少十字路口的車(chē)輛滯流，緩解交通擁擠以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高交通控制系統(tǒng)的效率。PLC具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，并廣泛用于工業(yè)過(guò)程的自動(dòng)控制中。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部的定時(shí)器資源十分豐富，可對(duì)目前較為普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，能夠方便實(shí)現(xiàn)對(duì)多岔路口紅綠燈的控制，因此PLC被越來(lái)越多地應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。PLC還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，可將同一條道路上的信號(hào)燈連成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，縮短車(chē)輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC大都是作為一個(gè)核心部件來(lái)設(shè)計(jì)使用的?！娟P(guān)鍵詞】PLC；交通燈；控制系統(tǒng)目錄第一章緒論 11.1PLC及WinCC介紹 11.1.1PLC簡(jiǎn)單概述 1WinCC介紹 21.2十字路口交通燈控制任務(wù) 31.3研究目的和意義 41.4方案設(shè)計(jì) 4第二章交通信號(hào)控制系統(tǒng)實(shí)況 5十字路口交通燈控制實(shí)際情況描述 52.1.1控制任務(wù)要求 52.2結(jié)合十字路口交通燈的路況畫(huà)出模擬圖 52.3交通燈控制流程圖 6第三章可編程控制器程序設(shè)計(jì) 7可編程控制器I/O端口分配 73.2PLC的外部接線圖 7輸入/輸出接線列表 73.2.2PLC外部接線原理圖 7程序梯形圖及其說(shuō)明 8第四章十字路口交通燈的組態(tài)控制過(guò)程 12工程的建立和變量定義 124.1.1工程的建立 124.1.2變量的定義 12組態(tài)畫(huà)面的建立 124.3MOVEX1～MOVEY2的腳本編輯................................................................................................ 13第五章小組總結(jié) 15參考文獻(xiàn) 15附表：PLC梯形圖指令表 16附圖：交通紅綠燈PLC控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相片 18第一章緒論1.1PLC及WinCC介紹1.1.1PLC簡(jiǎn)單概述（一）什么是PLC可編程序控制器，英文稱ProgrammableController，簡(jiǎn)稱PC。但由于PC容易與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們習(xí)慣地用PLC來(lái)作為可編程序控制器的縮寫(xiě)。它是一個(gè)以微處理器作為核心的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用以在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)以及算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式以及模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類(lèi)型的機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程?？删幊踢壿嬁刂破魍度脒\(yùn)行后，其工作過(guò)程可分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出三個(gè)階段。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)互相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)之中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場(chǎng)電氣操作和維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不涉及專門(mén)的計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言知識(shí)，而是采用了一套以繼電器梯形圖作為基礎(chǔ)的簡(jiǎn)單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購(gòu)到所需的PLC后，只需按說(shuō)明書(shū)的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的程序的編制工作，就可方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。圖1PLC硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖輸出刷新階段：當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器通斷狀態(tài)在輸出刷新階段傳送至輸出鎖存器中，并通過(guò)相應(yīng)的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)輸出設(shè)備工作。1.1.2WinCC介紹WinCC1.2十字路口交通燈控制任務(wù)1.3研究目的和意義在十字路口設(shè)置交通燈用來(lái)對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的人身安全提供了強(qiáng)有力的保障。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題?？删幊炭刂破鹘煌舻目刂葡到y(tǒng)集成了自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)等于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分利用了分散式控制系統(tǒng)及集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。另外隨著高科技技術(shù)在日常生活中的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾的日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇能夠在惡劣的電磁干擾的環(huán)境下正常工作的PLC也是必要的。1.4設(shè)計(jì)方案采用計(jì)算機(jī)和FX2N系列PLC，在計(jì)算機(jī)上編譯調(diào)試交通燈控制程序，啟動(dòng)PLC寫(xiě)入程序，經(jīng)過(guò)運(yùn)行后，輸出十字路口南北、東西二個(gè)方向的控制信號(hào)。可編程控制器交通燈控制的特點(diǎn)：編程簡(jiǎn)單，維修方便；聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作；上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式；由上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)傳送設(shè)定配方參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。采用PLC基于以下四個(gè)原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障使用時(shí)間在30萬(wàn)小時(shí)以上；②編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都可以方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；③抗干擾能力強(qiáng)，目前各種電磁干擾狀況日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了在惡劣的電磁干擾環(huán)境下依然能夠正常工作的PLC；④安裝簡(jiǎn)單維修方便，PLC不需要專門(mén)的機(jī)房，能夠在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，使用時(shí)只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC中相應(yīng)的I/O端連接，系統(tǒng)便可投入運(yùn)行。第二章交通信號(hào)控制系統(tǒng)實(shí)況2.1.1控制任務(wù)要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持10秒，南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持5秒。到5秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3次后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持10秒。南北綠燈亮維持5秒，然后閃亮3次后熄滅，同時(shí)南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。2.2結(jié)合十字路口交通燈的路況畫(huà)出模擬圖如圖2所示。圖2十字路口交通燈路況模擬圖根據(jù)交通燈的實(shí)際控制情況，可得出其流程圖如圖3所示。圖3交通燈控制流程圖第三章可編程控制器程序設(shè)計(jì)根據(jù)對(duì)交通指揮信號(hào)燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，輸入有系統(tǒng)開(kāi)啟與停止按鈕信號(hào)；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號(hào)。甲模擬東西向車(chē)輛行駛狀況；乙模擬南北向車(chē)輛行駛狀況由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為1，輸出點(diǎn)數(shù)為8，全部是開(kāi)關(guān)量，則I//O分配如表1所示。PLC的外部接線圖如表1所示。 表1輸入/輸出接線列表3.2.2PLC外部接線原理圖根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點(diǎn)數(shù)只有9點(diǎn)，故選用FX2N-48MR微型PLC即可。則PLC外部輸入輸出的信號(hào)接線如圖4所示。…COM5…@Y2南北GCOM0X0乙燈甲燈東西R東西Y東西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y1Y0COM1南北YSB…COM5…@Y2南北GCOM0X0乙燈甲燈東西R東西Y東西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y1Y0COM1南北YSB圖4PLC外部接線原理圖及其說(shuō)明根據(jù)對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求以及PLC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對(duì)PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，其梯形圖如圖5、圖6所示。圖5程序梯形圖圖6程序梯形圖下面對(duì)所設(shè)計(jì)的梯形圖作幾點(diǎn)說(shuō)明：第四章十字路口交通燈的組態(tài)控制過(guò)程4.1工程的建立和變量定義4.1.1工程的建立利用WinCC圖形編輯器建立工程（過(guò)程略）。4.1.2變量的定義 首先對(duì)系統(tǒng)中的各個(gè)變量進(jìn)行定義，各變量定義如表2所示。變量名變量類(lèi)型初始值注釋Y0開(kāi)關(guān)量0南北路綠燈信號(hào)Y1開(kāi)關(guān)量0南北路黃燈信號(hào)Y2開(kāi)關(guān)量0南北路紅燈信號(hào)Y3開(kāi)關(guān)量0東西路綠燈信號(hào)Y4開(kāi)關(guān)量0東西路黃燈信號(hào)Y5開(kāi)關(guān)量0東西路紅燈信號(hào)Y6開(kāi)關(guān)量0外部輸入南北通車(chē)信號(hào)Y7開(kāi)關(guān)量0外部輸入東西通車(chē)信號(hào)MOVEX1數(shù)值型0東西向1號(hào)車(chē)位置信號(hào)MOVEX2數(shù)值型0東西向2號(hào)車(chē)位置信號(hào)MOVEY1數(shù)值型0南北向1號(hào)車(chē)位置信號(hào)MOVEY2數(shù)值型0南北向2號(hào)車(chē)位置信號(hào)表2各變量定義表的建立交通紅綠燈組態(tài)動(dòng)畫(huà)如圖7所示。圖7交通紅綠燈組態(tài)動(dòng)畫(huà)4.3MOVEX1～MOVEY2的腳本編輯如下：MOVEX1：staticintMOVEX1=230;intA,B;A=GetTagWord("Y7"); B=GetTagWord("Y4"); if(A==1){if(MOVEX1<=625||MOVEX1>=1458)MOVEX1=MOVEX1+50;elseMOVEX1=MOVEX1+25;}if(B==1){if(MOVEX1<747&&MOVEX1>=625)MOVEX1=MOVEX1+10;elseif(MOVEX1==747)MOVEX1=MOVEX1+0;elseif(MOVEX1<=1336&&MOVEX1>747)MOVEX1=MOVEX1+25;elseMOVEX1=MOVEX1+50;}returnMOVEX1;MOVEX2：staticintMOVEX2=1900;intA,B;A=GetTagWord("Y7")B=GetTagWord("Y4")if(A==1){if(MOVEX2<=625||MOVEX2>=1458)MOVEX2=MOVEX2-50;elseMOVEX2=MOVEX2-25;}if(B==1){if(MOVEX2<=1458&&MOVEX2>1336)MOVEX2=MOVEX2+10;elseif(MOVEX2==1336)MOVEX2=MOVEX2+0;elseif(MOVEX2<=1336&&MOVEX2>747)MOVEX2=MOVEX2+25;elseMOVEX2=MOVEX2+50;}returnMOVEX2;MOVEY1：staticintMOVEY1;intA,B;A=GetTagWord("Y6"); B=GetTagWord("Y1"); if(A==1){if(MOVEY1<=108||MOVEY1>=890)MOVEY1=MOVEY1+50;elseMOVEY1=MOVEY1+25;}if(B==1){if(MOVEY1<226&&MOVEY1>=108)MOVEY1=MOVEY1+10;elseif(MOVEY1==226)MOVEY1=MOVEY1+0;elseif(MOVEY1<=690&&MOVEY1>226)MOVEY1=MOVEY1+25;elseMOVEY1=MOVEY1+50;}returnMOVEY1;MOVEY2：staticintMOVEY2=980;intA,B;A=GetTagWord("Y6"); B=GetTagWord("Y1"); 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