PLC交通信号灯模拟控制系统设计

PLC交通信号灯模拟控制系统设计自从交通灯产生以来，其内部的电路操纵系统就持续的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。可编程操纵器(PLC)以微处理器为核心，普遍采纳依据继电接触器操纵系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。西门子可编程操纵器指令丰富，能够接各种输出、输入扩充设备，有丰富的专门扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯操纵系统的要求与特点，能够方便地联网通信。本文选择西门子可编程操纵器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯操纵系统的自动化。关键词PLC；交通操纵；自动化目录第1章绪论3第2章可编程程序操纵器（PLC）52.1PLC概述52.1.1PLC的进展历程52.1.2PLC的进展趋势62.1.3PLC的应用72.2PLC的硬件结构82.3PLC的工作原理9第3章系统设计113.1操纵要求113.2系统硬件设计113.2.1十字路口的系统框图113.2.2工作原理图123.3、编程设计133.3.1流程图133.3.2信号灯操纵编程元件表143.3.3梯形图15结论语17致谢18参考文献19第1章绪论1.1课题背景1858年，在英国伦敦要紧街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯显现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又显现了带操纵的红绿灯和红外线红绿灯。带操纵的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏锐的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时刻，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的显现，使交通得以有效管制，关于疏导交通流量、提升道路通行能力，减少交通事故有明显成效。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆能够直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时能够进入交叉路口。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯能够对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保证。然而随着社会、经济的快速进展，原先的交通灯操纵系统差不多不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯操纵系统，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操纵灯，通常的做法是：事先通过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生专门大的差异。即使是通过长期运行、较适用的方案，仍旧会发生如此的现象：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。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛进展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够按照流量变化情形自适应操纵的交通灯。目前，大部分都市中十字路口交通灯的操纵普遍采纳固定转换时刻间隔的操纵方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采纳固定时刻的操纵方法，经常造成道路有效利用时刻的白费，显现空等现象，阻碍了道路的畅通。为此，采纳不依靠数学模型的模糊操纵方法设计交通灯操纵器，能较好地解决那个咨询题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，都市空中各种电磁干扰日益严峻，为保证交通操纵的可靠、稳固，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程操纵器交通灯操纵系统集成自动操纵技术、计量技术、新传感器技术、运算机治理技术于一体的机电一体化产品；充分利用运算机技术对生产过程进行集中监视、操纵治理和分散操纵；充分吸取了分散式操纵系统和集中操纵系统的优点，采纳标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程操纵器交通灯操纵系统的特点：①脱机手动工作；②联机自动就地工作；③上机操纵的单周期运行方式；④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动操纵；⑤自动启动、自动停机操纵方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提升，使得实际应用成为可能。本系统采纳PLC是基于以下四个缘故：①PLC具有专门高的可靠性，通常的平均无故障时刻都在30万小时以上；②编程能力强，能够将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；③抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严峻，为了保证交通操纵的可靠稳固，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；按照交通信号灯系统的要求与特点，我们采纳了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程操纵器指令丰富，能够接各种输出、输入扩充设备，有丰富的专门扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统确实是应用可编程序操纵器(PLC)对十字路口交通操纵灯实现操纵。1.3本文的要紧工作第一章，回忆交通灯的历史，随着社会经济的进展，交通管制的要求越来越高，采纳可编程程序操纵器来代替中间继电器和过程操纵的微型机，设计开发了交通灯操纵系统，才会满足稳固可靠的交通操纵系统需求。第二章，叙述了可编程程序操纵器的产生、进展、应用的历程，通过论述可编程程序操纵器的各种优点、杰出性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。第三章，结合交通灯操纵系统的要求，进行硬件、程序设计，从要紧部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成此次设计任务。第四章，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。第2章可编程程序操纵器（PLC）2.1PLC概述可编程序操纵器（ProgrammabieLogicController,缩写PLC）是以微处理器为基础，综合运算机、通信、联网以及自动操纵技术而开发的新一代工业操纵装置。可编程序操纵器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的需要，生产.进展起来的一种新型的工业操纵装置。PLC从1969年咨询世以来，尽管至今还不到40年，但由于其具有通用灵活的操纵性能.简单方便的使用性能，能够适应各种工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序操纵器在我国的进展与应用已有30多年的历史，现在它差不多广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提升传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一体化经济的进展，努力进展可编程序操纵器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序操纵器技术，应该是宽敞技术人员努力的方向。2.1.1PLC的进展历程在可编程操纵器显现前，在工业电气操纵领域中，继电器操纵占主导地位，应用广泛。然而电器操纵系统存在体积大、可靠性低、查找和排除故障困难等缺点，专门是其接线复杂、不易更换，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了适应汽车型号的持续更新，生产工艺持续变化的需要，实现小批量、多品种生产，期望能有一种新型工业操纵器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器操纵系统及接线，以降低成本，缩短周期。因此就设想将运算机功能强大、灵活、通用性好等优点与电器操纵系统简单易明白、价格廉价等优点结合起来，制成一种通用操纵装置，而且这种装置采纳面向操纵过程、面向咨询题的“自然语言”进行编程，使不熟悉运算机的人也能专门快把握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）按照美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世界上第一台可编程操纵器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得专门好的成效。从此这项技术迅速进展起来。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速进展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速进展。PLC不仅操纵功能增强，同时可靠性提升，功耗、体积减小，成本降低，编程和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑操纵、过程操纵、运动操纵、数据处理、联网通信等功能的名符事实上的多功能操纵器。PLC的进展过程大致能够分为如下几个时期：1970—1980年：PLC的结构定型时期。在这一时期，由于PLC刚产生，各种类型的顺序操纵器持续显现（如逻辑电路型、1位机型、通用运算机型、单板机型等），但迅速被剔除。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速进展.推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范畴、有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。1980—1990年：PLC的普及时期。在这一时期，PLC的生产规模日益扩大，价格持续下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，同时形成了固定I/O点型、差不多单元加扩展块型、模块化结构型这三种连续至今的差不多结构模型。PLC的应用范畴开始向顺序操纵的全部领域扩展。例如三菱公司本时期的要紧产品有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。1990—2000年，PLC的高性能与小型化时期。在这一时期，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数持续增加，使得适用于各种专门操纵的功能模块持续被开发，PLC的应用范畴由单一的顺序操纵向现场操纵拓展。此外，PLC的体积大幅度缩小，显现了各类微型化PLC。三菱公司本时期的要紧产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化时期。在本时期，为了适应信息技术的进展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能持续进步。一方面，PLC在连续提升CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程操纵，运动操纵的专门功能与模块，使PLC的应用范畴开始涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速进展，PLC不仅能够连接传统的编程与通入/输出设备，还能够通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本时期的要紧产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。2.1.2PLC的进展趋势从当前产品技术性能来看，PLC进展趋势仍旧要紧体现在体积的缩小与性能的提升两大方面。①体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术进展的必定结果。现代PLC不管从内部元件组成依旧硬件、软件结构都差不多与早期的PLC有了专门大的不同，PLC体积被大幅度缩小。②性能的提升。PLC的性能要紧包括CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序操纵器在我国的进展状况如下：(1)我国可编程序操纵器的进展与国际上的进展有所不同，国际上可编程序操纵器的进展是从研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序操纵器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个时期：①可编程序操纵器的初级认识时期（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序操纵