多功能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多功能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)

計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：多功能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)系別:機(jī)電工程系專業(yè)：電氣自動(dòng)化技術(shù)班級(jí):09電氣一班學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：2009010101038指導(dǎo)教師姓名：論文完成日期:2012年3月20日 引言 引言 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，自上世紀(jì)80年代后期,許多大城市如北京、上海等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，緩解交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題。傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線路和繼電器實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高，較難實(shí)現(xiàn)功能的變更。而可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強(qiáng)，使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是由PLC作為控制器件實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng),運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)間，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活等,并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡(jiǎn)單。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通燈得以有效管制，對(duì)疏導(dǎo)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(shí)現(xiàn)交通道路管理的先進(jìn)化和科學(xué)化，采用PLC實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)更為合理。通過(guò)F940GOT畫(huà)面可以監(jiān)視各種設(shè)備并改變PLC數(shù)據(jù)。GOT內(nèi)置了系統(tǒng)畫(huà)面，可以提供各種功能，而且還可以創(chuàng)建用戶定義畫(huà)面。同時(shí)GOT還具有畫(huà)面顯示、畫(huà)面操作、監(jiān)視、數(shù)據(jù)采樣報(bào)警等功能。本設(shè)計(jì)就是基于PLC編程通過(guò)GOT運(yùn)行調(diào)試完成對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求。使其在日常生活中得到廣泛應(yīng)用，起到了重要的交通疏導(dǎo)作用。TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章PLC控制交通燈的設(shè)計(jì)要求 4\o"CurrentDocument"一、 交通燈控制要求 “\o"CurrentDocument"二、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路 5\o"CurrentDocument"第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6\o"CurrentDocument"一、 PLC的選型與配置 61、 PLC的結(jié)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"2、 PLC選型的基本原則 7二、 外圍硬件設(shè)置 71、 開(kāi)關(guān)選擇 7\o"CurrentDocument"2、 I/O分配及接線圖 8\o"CurrentDocument"第三章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試 9一、系統(tǒng)順序功能圖 9第四章觸摸屏與PLC通信 11一、 三菱F940-SWD觸摸屏與PLC通信 11\o"CurrentDocument"二、 觸摸屏畫(huà)面的設(shè)計(jì) 12\o"CurrentDocument"第五章收獲與體會(huì) 15\o"CurrentDocument"鳴謝 17附錄 18\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) 19第一章PLC控制交通燈的設(shè)計(jì)要求-、交通燈控制要求1、當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，十字路口交通燈系統(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)，所有的信號(hào)燈全部熄滅。十字路口交通燈控制時(shí)序圖如圖1-1所示。東西方向人行道南北方向左行南北方向人行道28S79S東西方向直行23S56S東西方向左已3$ 25S開(kāi)關(guān)KA1東西方向人行道南北方向左行南北方向人行道28S79S東西方向直行23S56S東西方向左已3$ 25S開(kāi)關(guān)KA1南北方向直行25S28S4S23S88S圖1-1時(shí)序圖正常時(shí)序(單循環(huán)周期111S)按下起動(dòng)按鈕，南北直行、左行紅燈同時(shí)點(diǎn)亮56S，然后，直行綠燈亮28S，黃燈閃4S，直行紅燈亮23S，直行綠燈開(kāi)始亮?xí)r，左行紅燈亮32S，左行綠燈亮23S；按下起動(dòng)按鈕，東西直行綠燈亮28S，黃燈閃4S，紅燈亮23S，東西直行綠燈開(kāi)始亮?xí)r，左行紅燈亮32S，左行綠燈亮23S；然后是東西直行、左行紅燈同時(shí)點(diǎn)亮56S。急車強(qiáng)通控制方式急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)控制。無(wú)急車時(shí)，按正常循環(huán)時(shí)序控制，有急車來(lái)時(shí)，將急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)接通，不管原來(lái)信號(hào)狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來(lái)車方向的綠燈亮，直到急車通過(guò)為止，將急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，信號(hào)的

狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃亮3次。隨后按正常時(shí)序控制。2、 南北向和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北向直行綠燈點(diǎn)亮3S后才允許點(diǎn)亮，最后3S綠閃，其他時(shí)間為紅燈；同樣，東西人行道通行綠燈于東西直行綠燈點(diǎn)亮3S后才允許點(diǎn)亮，最后3S綠閃，其它時(shí)間為紅燈。3、 在南北方向和東西方向上各采用兩個(gè)七段碼顯示器設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)模塊，要求能指示各方向的計(jì)時(shí)時(shí)間，即南北方向先開(kāi)始倒計(jì)時(shí)直行紅燈56S，綠燈28S，黃燈閃4S，紅燈23S；左行紅燈亮32S，左行綠燈亮23S。東西方向與此相同。4、 利用F940觸摸屏監(jiān)控交通燈的運(yùn)行狀態(tài)，使GT軟件設(shè)計(jì)交通燈操作面板、監(jiān)控畫(huà)面。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路由控制要求我們可知本程序設(shè)SO計(jì)大致分為兩部分（如圖1-2），第一SO部分為正常行車控制系統(tǒng)（包含七段碼顯示器設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)模塊）；第二部分為急車強(qiáng)通控制系統(tǒng)。而正常行車控制系統(tǒng)是有四個(gè)并行分支組成，分別控制南北方向車道、東西方向車道和南北方向人行道、東西方向人行道。急車強(qiáng)通控制系統(tǒng)是有兩個(gè)選擇發(fā)。正常啟動(dòng)開(kāi)關(guān)__1選擇強(qiáng)通開(kāi)關(guān)S36南北方向車道東西方向車道南北方向人行道東西方向人行道南北方向車道強(qiáng)通東西方向車道強(qiáng)通部分為正常行車控制系統(tǒng)（包含七段碼顯示器設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)模塊）；第二部分為急車強(qiáng)通控制系統(tǒng)。而正常行車控制系統(tǒng)是有四個(gè)并行分支組成，分別控制南北方向車道、東西方向車道和南北方向人行道、東西方向人行道。急車強(qiáng)通控制系統(tǒng)是有兩個(gè)選擇發(fā)。正常啟動(dòng)開(kāi)關(guān)__1選擇強(qiáng)通開(kāi)關(guān)S36南北方向車道東西方向車道南北方向人行道東西方向人行道南北方向車道強(qiáng)通東西方向車道強(qiáng)通圖1-2設(shè)計(jì)思路圖分支組成，即南北方向強(qiáng)通和東西方向強(qiáng)通。第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、PLC的選型與配置1、PLC的結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相似,從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式兩種。固定式PLC包括CPU板I/O扳、顯示面板、內(nèi)存電源模塊，這些元素組成一個(gè)不可拆的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定的規(guī)則組合配置。PLC基本結(jié)構(gòu)框圖圖2-1PLC結(jié)構(gòu)框圖2、PLC選型的基本原則所選PLC應(yīng)能夠滿足控制系統(tǒng)的功能需要。一般從系統(tǒng)功能、PLC的物理結(jié)構(gòu)、指令和編程方式、PLC的存儲(chǔ)容量、響應(yīng)時(shí)間、通信聯(lián)網(wǎng)和電源的選擇等方面進(jìn)行綜合考慮。1、FX2N系列的PLC是FX家族里最先進(jìn)的PLC系列，它有基本單元、擴(kuò)展單元、擴(kuò)展模塊及特殊功能單元構(gòu)成。擴(kuò)展單元用于增加PLC的I/O點(diǎn)數(shù),內(nèi)部設(shè)有電源。擴(kuò)展模塊用于增加PLC的I/O點(diǎn)數(shù)，內(nèi)部無(wú)電源，所有電源有基本單元或擴(kuò)展單元供給。特殊功能單元是一些專門用途的裝置，如高速計(jì)數(shù)單元、位置控制單元、通信單元等。2、FX2N基本單元見(jiàn)下表。

表2-1 FX2N系列的基本單元AC電源，DC24V輸入輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn)數(shù)擴(kuò)展可用點(diǎn)數(shù)繼電器輸出晶閘管輸出晶體管輸出FX2N-16MRFX2N-16MT8824~32FX2N-32MRFX2N-32MSFX2N-32MT161624~32FX2N-48MRFX2N-48MSFX2N-48MT242448~64FX2N-64MRFX2N-64MSFX2N-64MT323248~64FX2N-80MRFX2N-80MSFX2N-80MT404048~64FX2N-128MRFX2N-128MT646448~64根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，我們?cè)诖诉x擇LA39鑰匙開(kāi)關(guān)，此開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)精巧、規(guī)格齊全、安裝方便、外觀美觀、動(dòng)作可靠。其中動(dòng)作可靠是它最大優(yōu)點(diǎn)。只有專人專鑰匙才能通過(guò)它控制系統(tǒng),從而保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2、I/O分配表及接線圖統(tǒng)的控制主機(jī)。I/O接線圖如圖2-3:蝕）RS-232C觸摸屏FX2N一48MR（含擴(kuò)展模塊）caiti3計(jì)算機(jī)—L-0 @—B-AC220VFU圖2-3I/O接線圖Y1￥4Y5Vb貿(mào)YL8Y1IY12￥13YHg煩Y30-Y36Y50rY565G口皿com4conicom.2YC第二章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)及調(diào)試一、系統(tǒng)順序功能圖1994年5月，國(guó)際電工委員會(huì)公布了PLC的常用的5種編程語(yǔ)言：順序功能圖、梯形圖、指令表、功能模塊及高級(jí)語(yǔ)言。其中，最常用的是：順序功能圖、梯形圖和指令表3種編程語(yǔ)言。多通道交通燈控制系統(tǒng)要求復(fù)雜，用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)程序比較麻煩，因此本設(shè)計(jì)采用順序功能圖進(jìn)行編程，順序功能圖程序比較簡(jiǎn)單，且調(diào)試運(yùn)行比較方便。該系統(tǒng)流程圖3-1所示。[ZRSTS20S35]M8002^XO+T16+XH南北方吃車道ZRSTS20S40Y0-Y3TOK5S0Y2￥3T1K2RI[ZRSTS20S35]M8002^XO+T16+XH南北方吃車道ZRSTS20S40Y0-Y3TOK5S0Y2￥3T1K2RI東西方向車道常行車控制急車強(qiáng)通控制常行車控制急車強(qiáng)通控制圖3T交通燈錠示順庠攻I能囹陋口其4OT+TW+K1小■S20一TaS21T1S22—T2S23_T3TOK560(SUEK560TDO](DIVDOK100DI]{DIVD2X1OD3]{SEGDDIE2Y20](SEGDD3K2Y30]T1K280(SUBK28OTODO]{DIVDOK1OODI](DIVD2K1OD3]{SEGDDIE2Y20]{SEGDD3E2Y30]陋口其4OT+TW+K1小■S20一TaS21T1S22—T2S23_T3TOK560(SUEK560TDO](DIVDOK100DI]{DIVD2X1OD3]{SEGDDIE2Y20](SEGDD3K2Y30]T1K280(SUBK28OTODO]{DIVDOK1OODI](DIVD2K1OD3]{SEGDDIE2Y20]{SEGDD3E2Y30]T2E40 SUBK40fl DIVDOK1OO DIVD2K1O SEGDDIK2Y20]DO]D1]D3] SEGDD3E2Y30]T3K230(SUBK230T2DO]{DIVDOK100DI](DIVD2K10D3]{SEGDDIK2Y20]{SEGDD3K2Y30]T4S25一T5S26S27T614KZ80{SUBK28OT6D4]{DIVIJ4K100D5]{DIVD6K10D7][SEGDI)5K2Y4Q]{SEGDD7K2Y50]T5K40{SUBK40T7D4]{DIVD4K100DE]{DIVD6K10D7]{SEGDDSK2Y40]{SEGDD7K2Y50]{SUBK23aT8口4](DIVD4K100D5]{DIVDSK10DT](SEGDD5K2Y40](SEGDD7E2Y50]TTK560(SUE跖時(shí)T9D4](DIVD4K1OOD5](DIVD6K1OD7]{SEGDD5K2Y40]{SEGDD7K2Y50]從圖3-1和圖3~2所示可知，用SO代表初始步,初始化脈沖M8002在PLC進(jìn)入RUN狀態(tài)將其激活，復(fù)位S20步到S40步所用程序，且為下一步的得電做好準(zhǔn)備；10表示開(kāi)關(guān)KA1斷開(kāi)時(shí)將其激活，復(fù)位S20步到S40步所用程序；由于開(kāi)關(guān)KAl（XO）處圖3-圖3-義交通燈倒計(jì)時(shí)順序功能圖時(shí)T16將其激活，恢復(fù)正常行車控制系統(tǒng)；X1T的作用是在接通開(kāi)關(guān)KA2接通時(shí)將其激活，為下一步的得電做好準(zhǔn)備。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)KA1（X0）接通時(shí)，同時(shí)激活并行序列的開(kāi)始步，即S20（南北方向車道包含倒計(jì)時(shí)）步、S24（東西方向車道包含倒計(jì)時(shí)）步、S28（南北方向人行道）步和S32（東西方向人行道）步，然后每分支都按照自己的控制規(guī)律運(yùn)行。由于交通燈不斷循環(huán)，所以在每分支結(jié)束時(shí)，都返回到各分支的首步，重新開(kāi)始下一個(gè)周期的循環(huán)。將開(kāi)關(guān)KA2（XI）接通時(shí)激活S36步且復(fù)位S20步到S35步所用程序，進(jìn)入急車強(qiáng)通控制系統(tǒng)，若將開(kāi)關(guān)KA3（X2）接通就選擇了南北方向強(qiáng)通。若將開(kāi)關(guān)KA4（X3）接通就選擇了南北方向強(qiáng)通。第四章觸摸屏與PLC通信、三菱F940-SWD觸摸屏與PLC通信圖4-1GOT、PLC、計(jì)算機(jī)之間的通信作為PLC的圖形操作終端，GOT必須與PLC聯(lián)機(jī)使用，通過(guò)操作人員的手指與觸摸屏上的圖形元件的接觸發(fā)出PLC的操作指令或者顯示PLC運(yùn)行的各種信息。GOT中存儲(chǔ)與顯示的畫(huà)面是通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行專用的編程軟件設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)好后下載到GOT中。F940GOT有兩個(gè)連接口，如4-1圖所示，一個(gè)計(jì)算機(jī)連接的RS-232連接口，用于傳送用戶畫(huà)面，另一個(gè)與PLC等設(shè)備連接的RS-422連接口，用于與PLC進(jìn)行通信。這兩種通信用的電纜都要采用專用電纜。F940GOT-SWD需要外部DC24電源供電。、觸摸屏畫(huà)面的設(shè)計(jì)根據(jù)多車道交通燈系統(tǒng)的控制要求及觸摸屏和PLC軟元件分配，觸摸屏的設(shè)計(jì)畫(huà)面圖4-2所示:1、系統(tǒng)菜單畫(huà)面

圖4-2系統(tǒng)菜單畫(huà)面該畫(huà)面是整個(gè)系統(tǒng)的進(jìn)入畫(huà)面，通過(guò)此畫(huà)面可以進(jìn)入系統(tǒng)各個(gè)顯示模塊?！斑M(jìn)入畫(huà)面”“制作簡(jiǎn)介”“模擬畫(huà)面”“控制畫(huà)面”均為觸摸鍵，點(diǎn)擊可進(jìn)入相應(yīng)模塊。2、制作簡(jiǎn)介界面該畫(huà)面作為系統(tǒng)的一個(gè)簡(jiǎn)單制作畫(huà)面，主要向用戶說(shuō)明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)名稱、設(shè)計(jì)人、設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師及設(shè)計(jì)時(shí)間等。其中“上頁(yè)”“首頁(yè)”“下頁(yè)”鍵為觸摸鍵,點(diǎn)擊分別進(jìn)入首頁(yè)畫(huà)面、歡迎畫(huà)面和模擬畫(huà)面。指導(dǎo)老師=李曉波老師設(shè)計(jì)者:范松輝L2009010101038專業(yè)=電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)時(shí)間：20W3月g日匚一下頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)圖制作簡(jiǎn)介畫(huà)面3、交通燈系統(tǒng)仿真畫(huà)面和控制面板畫(huà)面圖制作簡(jiǎn)介畫(huà)面3、交通燈系統(tǒng)仿真畫(huà)面和控制面板畫(huà)面交通燈模擬畫(huà)面和控制柜畫(huà)面是觸摸屏畫(huà)面設(shè)計(jì)的核心，它既包含系統(tǒng)的控制畫(huà)面，也包含了系統(tǒng)的監(jiān)控和疏仿真畫(huà)面模擬仿真畫(huà)面。該畫(huà)面與程序緊密結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際十字路口多通道交通燈的仿真，畫(huà)面形象，簡(jiǎn)單易懂。

控制畫(huà)面，也包含了系統(tǒng)的監(jiān)控和疏仿真畫(huà)面模擬仿真畫(huà)面。該畫(huà)面與程序緊密結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際十字路口多通道交通燈的仿真，畫(huà)面形象，簡(jiǎn)單易懂。3、程序下載運(yùn)行及仿真調(diào)試程序下載運(yùn)行及仿真步驟：按要求連接好通信線，即觸摸屏RS-232接口與計(jì)算機(jī)RS-232接口連接，觸摸屏RS-422接口與PLC接口連接。將制作完成的畫(huà)面下載到GOT中，操作步驟如下：選擇“通信一下載至GOT”“監(jiān)視數(shù)據(jù)”幵始數(shù)據(jù)下載操作。若畫(huà)面寫(xiě)入后，觀察觸摸屏顯示是否與計(jì)算機(jī)畫(huà)面一直，如顯示“畫(huà)面顯示無(wú)效”，則可能是觸摸屏中“PLC類型”項(xiàng)不正確，設(shè)置為FX系列,在進(jìn)入“HPP狀態(tài),，此時(shí)可以讀出程序，說(shuō)明PLC與觸摸屏通信正常。將PLC運(yùn)行開(kāi)關(guān)打至“RUN，位置，可進(jìn)行模擬仿真調(diào)試。第五章收獲與體會(huì)通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的鍛煉機(jī)會(huì)。使我在PLC的基本原理、PLC應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都向前邁了一大步。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種問(wèn)題和困難，理論和實(shí)際總是有這樣那樣的差異，理論上能夠通過(guò)的實(shí)際并不一定能夠?qū)崿F(xiàn)，因此這方面要耗費(fèi)很多時(shí)間。趁著做課程設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，我對(duì)課本知識(shí)有了鞏固和加強(qiáng)，平時(shí)學(xué)習(xí)時(shí)不理解的功能指令，這次設(shè)計(jì)中得到了充分的運(yùn)用，使我對(duì)很多元件的功能有了更多的認(rèn)識(shí)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我懂得了理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性,只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)