搜索
基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏1目录摘要......................................................2一、绪论....................................................31.1PLC及组态王介绍.....................................31.2十字路口交通灯控制任务................................51.3研究目的和意义........................................51.4方案比较..............................................6二、交通信号控制系统实况.....................................72.1十字路口交通灯控制实际情况描述........................72.2结合十字路口交通灯的路况画出模拟图....................72.3交通灯控制流程图......................................8三、可编程控制器程序设计....................................93.1可编程控制器I/O端口分配..............................93.2PLC的外部接线图.....................................93.3程序梯形图及指令语句表...............................10四、十字路口交通灯的组态控制过程............................104.1工程的建立和变量定义.................................104.2画面建立.............................................124.2.1工程画面建立.......................................124.3动画连接.............................................154.4脚本编辑.............................................164.5组态运行.............................................17总结.....................................................21参考文献.................................................22附图1.......................................................23基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏2基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏09技师11摘要当今社会，红绿灯安装在各个道口上，已经成为了疏导交通车辆最为常见和最有效的手段。随着社会的发展和人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法来控制交通灯是势在必行的。PLC的智能控制是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或是南北方向的车辆按照数量规模进行分档，相应给定的东西方向或南北方向的绿灯时长也按照一定的规律分档.这样就可以实现了按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率.PLC具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程的自动控制中。由于PLC具有着对使用环境适应性强的特性，同时其内部的定时器资源十分丰富，可对目前较为普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制也可方便地实现。因此现在越来越多地把PLC应用于交通灯系统中。PLC还具有通讯联网功能，可将同一条道路上的信号灯连成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制PLC应用系统中，PLC大都是作为一个核心部件来设计使用的。关键字：PLC、交通灯、控制系统、组态设计基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏3一、绪论1.1PLC及组态王介绍1.1.1PLC简单概述（一）什么是PLC可编程序控制器，英文称ProgrammableController，简称PC。但由于PC容易与个人计算机（PersonalComputer）混淆，故人们习惯地用PLC来作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器作为核心的数字运算操作电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数以及算术运算等操作指令，并通过数字式以及模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械生产过程。可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程可分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出三个阶段。PLC是微机技术与传统继电接触控制技术互相结合的产物，它克服了继电接触控制系统之中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作和维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不涉及专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图作为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的程序的编制工作，就可方便地将PLC应用于生产实践。（二）PLC的结构及各部分PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展接口和外部设备接口等等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏4（三）PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按照控制要求编制好并存储于用户存储器中的程序，按指令步序号或地址号作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束。然后再重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号采样以及对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期经过输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。PLC输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将暂存在输入锁存器中的输入端子通断状态或输入数据读入，并写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序来扫描执行每条指令，执行的结果写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中的所有的内容也随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器通断状态在输出刷新阶段传送至输出锁存器中，并通过相应的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。1.1.2组态王6.5系统介绍（一）什么是组态王组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台而构成的集成系统以取代传统的封闭式系统。（二）组态王6.5特点及工作原理1.它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测和控制，而且在自动控制系统中完成了上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统的要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为操作者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示来控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序以及灵活的组态方式、数据链接功能。2.使用组态王控制系统实验仿真的基本方法步骤：(1)图形界面的设计(2)构造数据库基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏5(3)建立动画连接(4)运行和调试3.组态王软件开发几个特点:(1)实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可以完成自动控制系统课程的实验,从而减少购置仪器的经费。(2)该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点。对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后中系统的特性曲线,能很直观地显示系统的实时趋势曲线,这些交互能力使其在自动控制系统中发挥理想的效果。4.采用组态王开发系统编写应用程序过程中要考虑到的三个方面:(1)图形,是用抽象的图形画面模拟实际的工业现场和相对的工控设备。(2)数据,即创建一个具体的数据库,并用此数据库中的变量数据描述工控对象的各种属性。(3)连接,就是画面上的图素以动画来模拟现场设备的运行,以及让操作者输入控制设备的指令1.2十字路口交通灯控制任务信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。1.3研究目的和意义在十字路口设置交通灯用来对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的人身安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能再适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能会产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量基于PLC的交通灯控制系统组态模型设计与实现任东鹏6变化的偶然性是根本无法建立准确模型的，统计的方法已无法适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能一种能够根据流量变化而自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口中交通灯控制都是采用固定转换时间间隔控制方法。由于十字路口不同时间段的车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路的有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型模糊控制法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。可编程控制器交通灯的控制系统集成了自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术等于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分利用了分散式控制系统及集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。另外随着高科技技术在日常生活中的普遍应用，城市空中各种电磁干扰的日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择能够在恶劣的电磁干扰的环境下正常工作的PLC也是必要的。1.4方案比较1.4.1采用数字逻辑电路设计工作原理:选用十六进制计数器74161和3-8线译码器74LS138。经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。基本组成:由控制器部分和数字显示部分、秒脉冲发生