基于PLC的交通信号控制系统的实现

答辩人：基于PLC的交通信号控制系统的实现专业：指导老师：学号：摘要基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩本文是基于PLC的交通信号控制系统的实现，其控制系统是为了提高交通信号控制系统的实际效率，减免交通拥挤的现况，有利于道路资源配置的优化。论文结构1引言2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩3PLC程序控制系统的设计概要结论致谢4交通信号灯控制系统的硬件设计5交通信号灯控制系统的程序设计6系统组态的设计1引言1.1PLC控制的交通信号灯的研究现况进入21世纪，伴随着计算机技术和自动控制技术的，以及交通流理论的不断完善，交通信号灯的控制手段越来越先进。交通信号灯控制系统从燃气信号灯的开始，到现在智能交通控制系统，已经经历一百多年的发展历程。目前交通灯的设计方案有很多，有基于CPLD/FPGA(可编程逻辑器件)设计实现交通信号灯控制器的方法；有应用单片机实现对交通信号灯控制的方法；有应用PLC实现对交通灯控制系统的方法。随着科学技术的发展，PLC的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高这些优越性，使PLC在现代工业控制中的作用日益突出。由于PLC具有对使用环境适应性强同时其定时器资源十分丰富，可对目前使用的“渐进式”信号灯进行精确方便地控制。与此同时PLC通讯联网功能可将同一条道路上的交通信号灯进行统一调度管理，能够缩短车辆通行等候时间，实现交通信号灯的科学化管理。所以PLC越来越多地被应用于交通灯控制系统中。基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩1引言1.2选题的依据及意义自80年代后期,许多大城市如北京、上海、南京、深圳、南昌等出现了交通超负荷运行的情况。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，缓解交通拥堵状况，成为迫切需要解决的问题。传统的交通灯控制系统越来越不能满足日益增长的交通压力，因此寻求一种新的控制系统来调高改善的交通信号灯的科学化管理是必要的。随着科技技术的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高等优越性，使得可编程控制器的应用更为广泛，其中也不乏交通信号控制系统的应用。目前，大部分城市交通信号灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻的车流量是复杂的、随机的，采用固定时间的控制方法，会造成道路通过时间的浪费，出现连续红绿灯，使得道路得不到合理利用。因此，交通信号灯控制系统需要进一步的适应社会发展。而采用系统稳定的交通信号控制系统对交通道路问题的改善具有实际意义。基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩1引言基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩1.3本文研究内容本文有六个部分，按照以下内容展开：第一部分首先阐述了本文选题的意义与目的，并分析了PLC控制的交通信号的研究现况，简述PLC在工控领域和交通信号控制系统中的应用以及其作为交通信号控制系统核心的优势和发展前景。第二部分主要介绍了PLC的起源和发展，及PLC作为工控领域重要工具特点和功能以及组成部分。介绍可编程控制器的分类应用和发展，简述其工作原理、内部资源和技术指标。第三部分介绍了系统设计的基本原则和内容及实现过程和步骤第四部分介绍了系统的硬件设计，包括了：系统控制要求与硬件控制电路的设计。系统控制要求只要是工作要求和时序控制。硬件控制电路的设计，包括了PLC的选型、I/O配置和PLC控制电路的接线。第五部分介绍了基于PLC的交通信号灯控制系统的程序设计。主要内容是编程软件的介绍与程序的设计。第六部分介绍了组态王软件与系统仿真。其中系统仿真部分只是介绍如何设置组态王与设计监控界面的。2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩2.1PLC的发展及其发展趋势1968年美国通用汽车公司要求制造商为其提供一种新型的通用程序控制器，并提出了著名的“GM十条”。1969年美国数字设备公司（DEC）根据上述要求，研制开发出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车生产线上首次成功应用。当时人们把它称为可编程序控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC，它主要用来取代继电接触器逻辑控制系统，系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等。自从国际电工委员会1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一案，1985年1月又颁布了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。草案对可编程控制器的定义是：“可编程控制器是一种专为工业环境而设计的数字运算操作的电子系统”。现在的PLC也像计算机的发展趋势一样，将向着更强大和更小巧的两个方向发展。更强大是指存储容量更大，I/O点数更多，执行速度更高，智能化程度更强，数据更安全。更小巧是指体积更小，价格更低，但性能却更为强的微型化PLC。2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩2.2PLC的特点（1）高可靠性，抗干扰能力强PLC的主要模块均采用集成电路，开关动作由无触点的电子储存器完成，其I/O系统设计完善的通道保护和信号调理电路，使得它有很强的抗震动冲击性能。（2）编程简单，易于使用PLC的编程语言采用继电器控制电路的梯形图语言，清晰且直观，易于使用。（3）功能强，性能价格比高与相同功能的继电器系统比较，具有很高的性能价格比。（4）适应性强，功能完善模块化的PLC设计，使用户能根据自己控制系统的大小、工艺流程和控制要求等来选择自己所需的PLC模块并进行资源配置和PLC编程。（5）设计、安装、调试的周期短PLC用存储逻辑代替接线逻辑，减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短。PLC的调试可先在实验室模拟完成，模拟调试完成后再现场安装、调试，这样就缩短调试周期。（6）体积小，能耗低，维护操作方便PLC具有完善的诊断和显示功能。可以通过模块上的显示或监控程序能很容易地找出故障的模块，并只需对出错的模块进行更换。2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩2.3PLC的应用领域目前，PLC在国内外已被广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，随着其性能价格比的不断提高，应用范围还在不断扩大。应用领域通常可归纳为如下几类型：（1）顺序控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它替代了传统继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可以用于单台设备的控制，也可以用于多机群控及自动化流水线。（2）运动控制PLC可以用于圆周运动或者直线运动的控制。（3）过程控制过程控制是指对温度、压力和流量等模拟量的闭环控制。（4）数据处理现代PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表和位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。（5）通讯及网络PLC的通讯包括主机与远程I/O之间的通讯、多台PLC之间的通讯、PLC和其他智能控制设备之间的通讯。2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩2.4PLC的一般结构和工作原理（1）PLC的一般结构PLC实际上是一种工业控制计算机，采用了典型的计算机结构，主要由CPU、存储器、采用扫描方式工作的I/O接口电路、电源等组成。（2）PLC的工作原理PLC工作全过程可以用图2.2所示的运行框图来表示，整个过程可分为三部分。第一部分是上电处理。机器上电后对PLC系统进行一次初始化工作，其中包括硬件初始化，I/O模块配置检查，停电保持范围设定及其他初始化处理等。等二部分是扫描过程。PLC在上电处理完以后进入扫描工作过程。先完成输入处理，其次完成与其他设备通讯处理，再次进行时钟、特殊寄存器更新。第三部分是出错处理。PLC每次扫描，都执行自诊断检查，确定PLC自身动作是否正常，如CPU、电池电压、程序存储器、I/O及通讯等是否异常或出错误。2可编程控制器的简介基于plc的交通信号控制系统的实现毕业论文答辩2.5PLC的分类和技术指标2.5．1PLC的分类第一种，按照I/O点数分类。可分为：微型PLC系统，I/O点数少于64个，主要用于单台设备的控制；小型PLC系统，I/O点数在64~255之间，主要用于设备控制，也可作为小型系统控制器；中型PLC系统，I/O点数在256~2048之间，主要用于生产流水线、包装流水线领域；大型PLC系统，I/O点数在2048以上，主要用于自动化生产线和电厂。第二种，按照结构形式分类，主要分为模块式和整体式两种。2.5.2PLC的技术指标可编程控制器的技术性能指标主要有以下几个方面：(1)输入/输出点数；(2)存储容量；(3)扫描速度；(4)指令系统；(5)通信功能；(6)扩展能力；(7)智能单元的数量。3PLC程序控制系统的设计概要基于plc的交通信号控制系统的实现毕业设计答辩3.1设计的基本原则和内容PLC控制系统设计的基本原则：（1）最大限度地满足被控对象的控制要求；（2）力求控制系统简单、经济、实用，维修方便；（3）保证控制系统的高可靠性、安全性；（4）操作简单、方便，并有防止误操作的安全措施；（5）满足PLC的各项技术指标和环境要求。PLC控制系统设计的基本内容：（1）选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象；（2）分配I/O，设计PLC硬件接线图，考虑安全保护措施；（3）选择好合适的PLC；（4）设计控制程序；调试所设计的程序，一个是电脑软件的模拟调试，一个是实际的联机调试；（5）设计控制柜，编写系统交付使用的技术文件，说明书、电气图、电气元件明细表；（6）验收、交付使用3PLC程序控制系统的设计概要基于plc的交通信号控制系统的实现毕业设计答辩3.2设计的步骤和实现过程我们在设计流程图时，也要遵循以下过程：（1）分析生产过程，考虑所用的元器件；（2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，分配好I/O；（3）根据I/O点数与实际需求选择PLC型号；（4）设计PLC接线图与电气施工图；（5）控制程序设计和控制柜接线的施工。根据PLC控制系统设计的原则，按照了设计步骤，完成了交通信号灯控制系统的构建，系统组成图可见附件。4.1交通信号灯控制要求4.1.1交通信号灯的工作要求设定十字路口：东西为主干道，每方向都有绿灯、黄灯、红灯、左转弯灯。每次通行8秒钟，通行期间，前2秒车辆可以左转弯，最后2秒东西向同时亮黄灯。亮绿灯、黄灯时可向前和向右，左转弯灯亮时绿灯也应亮。主干道交通信号灯控制要求为，左转弯灯先亮2秒，绿灯同时亮6秒，之后黄灯亮2秒，最后红灯亮6秒，完成一个周期。南北方向为次干道，每个方向有绿灯、黄灯、红灯，每次可以通行6秒，其中最后2秒钟南北方向亮黄灯。亮绿灯、亮黄灯时可向前、向左、向右。次干道交通信号灯控制要求为，红灯先亮8秒，之后绿灯亮4秒，最后黄灯亮2秒，完成一个周期。当有消防车、救护车、警车的笛声时，所有方向都亮红灯直到车辆开过。并且以上所有状态都用数码管显示时间。交通信号灯控制时序的内容省去，时序图可见附件。4交通信号灯控制系统的硬件设计基于plc的交通信号控制系统的实现毕业设计答辩4.2PLC硬件控制电路的设计4.2.1PLC的选型（1）PLC的选型I/O点数的确定，输入的为：启动停止开关需要1个输入点，中断事件的输入端需要1个输入点，总为2个；输出的为：东西方向的4个信号灯需要4个输出点，南北方向的3个信号灯需要3个输出点，2组显示时间的数码管需要14个输出点，总为21个。因需要2个输入点，21个输出点，再考虑到实际应用时应有10%的余量，所以综合多种因素选择三菱FX2N-48MR型PLC。（2）选型类型PLC的技术参数本次设计选用三菱FX2N-48MR型PLC，它有24个输入点，24个输出点，继电器输出。FX2N系列PLC是FX系列中最高级的模块。它拥有特别快的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点。宽裕的记忆体容量：内藏8KEEPROM，最大可扩充至16K。其中I/O配置表和PLC控制电路的接线图，内容均省去，图表可见附件。4交通信号灯控制系统的硬件设计基于plc的交通信号控制系统的实现毕业设计答辩5交通信号灯控制系