PLC智能交通.docx
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PLC智能交通.docx
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PLC智能交通
《PLC课程设计》
——智能交通灯
姓名:
冒建亮
学号:
同组人员:
宋倚天、郑胜安、邓文雄
一、设计目标
1、设计要求:
(1)初始值设置调节控制;
(2)交通灯正常的时序控制;
(3)紧急事故处理控制;
(4)交通灯急车控制;
2、设计目标:
(1)硬件设计:
包括输入输出及模拟数字隔离的光电耦合保护,显示,板选与片选。
(2)软件设计:
包括初始化,数值转换输出,参数设定等程序。
二、方案设计
(1)设计思路:
采用双色发光二极管作为指示灯,用六个二极管拼成。
译码器选用74HC138,使其对电路及显示模块进行选通,。
锁存器选用74HC273,驱动器选用ULN2003,对电路的光电隔离选用TLP5214。
该控制器采用按钮来进行信号的输入,其中包括启动和停止,紧急事故处理、急车通行等9个按钮。
而输出模块包括数码管的颜色选通4个输出口、74HC138的板选和片选需要4个输出口、数码管的数字显示和方向指示灯的显示共需要7个输出口,共需要15个输出口。
因此选用RockwellPLCCompactlogixL32E作为控制器核心。
(2)硬件部分
图
(1)设计方案硬件电路框图
1、电源部分
设计采用PLC采用+24V直流电源供电,其输入点的工作电压也是24V,外部主要是在+5V直流电压下工作。
故采用+5V和+24的直流电源供电。
2、光电隔离
对于输入的模拟端与控制电路的数字电路,采用光电隔离,使电路更加稳定。
并且模拟地与数字地采用单点接地。
3、输出显示模块
此模块包括锁存、驱动和显示电路。
锁存器采用74HC273,驱动选用ULN2003,显示电路部分数码管为共阳极接法。
此外ULN2003对信号有反向作用。
(3)软件部分
1、实现要求的全部功能
实现所要求的正常时序控制、急车通行和信号初始值调节等功能,思路清晰。
2、程序优化
尽可能优化算法、使程序简单。
4、系统可靠
提高程序的可靠性,能实现系不同状态稳定、有效转换。
5、对输入信号的响应、处理及信号输出的程序实现
特别对停止、急通和时间设置等信号输入要准确识别并及时进行相应处理。
三、设计过程
(1)电路设计
采用Protel99SE设计电路图,其中采用TLP521进行光耦隔离,然后输入到74LS273锁存器,最后经过UN2003进行驱动电流放大,使得LED和数码管工作。
电路各部分功能说明:
(1)PLC输入端:
采用低电平有效,因而输入模块相比较简单,从而节约了光电隔离保护电路,其工作是只需将直流24V的地接至PLC对应的输入端即可。
用扁平线通过接口将外部电路板的控制信号与PLC的相应输入端子相连接。
(2)PLC输出端
PLC输出信号以拉电流型的接法送至输出模块的接口。
功能见图示:
PLC输出端子
信号表示
表示的含义
Local:
2:
0.Data.9
D1
数据信号,经译码器的选择,可分别输出到各板上的数码管和指示灯(高电平有效)
Local:
2:
0.Data.8
D2
Local:
2:
0.Data.7
D3
Local:
2:
0.Data.6
D4
Local:
2:
0.Data.5
D5
Local:
2:
0.Data.4
D6
Local:
2:
0.Data.3
D7
Local:
2:
0.Data.2
A1
地址信号,传至译码器74HC138进行译码,产生对锁存器的片选使能信号(高电平有效)
Local:
2:
0.Data.1
A2
Local:
2:
0.Data.0
GREEN
绿色输出信号(低电平有效)
Local:
2:
0.Data.10
RED
红色输出信号(低电平有效)
(3)光电隔离
光电耦合器的工作原理类似于光电传感器,当左边开关闭合,发光二极管有电流流过而发光,右边的光敏三极管因接收到光而接通。
当PLC输出端送出信号,那么左边的二极管导通,使得右边的输出信号MR为低电平。
此时,要注意,为了使双色数码管显示效果好,红色采用300欧姆电阻,绿色采用100欧姆电阻。
(4)板选信号和片选信号输出及其锁存
采用输出扩展PLC的I/0的点数,因此通过译码器输出片选信号,将不同的数据锁存到相应的锁存器中去,从而实现了PLC的I/0点数的扩展。
在PCB上用到了3个74HC273和1个74HC138。
对于单个方向的红绿灯,12个输出中,2个输出信号线作为数码管个位和十位的片选,7个信号线作为数码管和方向指示灯的驱动信号线,3个地址线作为74HC138的片选和使能端。
(5)驱动电路
驱动电路采用高电压大电流达林顿阵列驱动芯片ULN2003,其由7个NPN达林顿管组成,ULN2003一路输出的最大驱动电流可达500MA,在显示电路中最大的一路电流为7个绿色LED构成的绿色箭头指示灯的总电流,显然其有足够的驱动能力。
(6)显示电路
1、双色数码管
采用新型的共阳极双色七段数码管显示器进行到计时,其原理图如下:
对于方向指示灯,要注意电阻的选择,使得颜色显示明显,最终电阻选定为红色300欧姆,绿色100欧姆。
(2)PCB设计
采用Protel99se设计原理图,如下图所示
(3)软件编程
(1)启动RSLogix5000,新建文件,选择输入模块1756-IQ16,然后创建自己所需要的tag;
(2)然后双击MainRoutine进入编程页面,可进行主程序的编写。
(3)软件流程
交通灯系统的功能是实现交通信号的显示,有急车通行功能。
为了便于理解,作出整体的程序流程图:
N
Y
Y
N
(4)主程序模块
主程序实现正常时序东西、南北方向上倒计时计数以及实现各子的跳转,主程序部分如下图所示。
图主程序部分截图
(5)数字七段数码管显示模块
该程序比较简单,主要功能是实现个位或十位寄存器的要显示的数值转换位七段码,实现DATA1~DATA7不同的输出,对应表如下所示:
表示的数字
DATA3~DATA9输出
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
该子程序共有10个,分别为display_0,display_1,…display_9,在每秒片选输出时分别将东西、南北方向个位和十位数与0-9十个数比较。
以下为display_0子程序截图:
(6)指示灯颜色显示模块
东西方向和南北方向指示灯均有7个状态,将左拐绿-直行红-右拐绿简记为G_R_G,考虑到急车通车的G_G_G情况,故而共有八个指示灯状态,每种指示灯都对应不同的子程序,给出R_Y_R程序如下,其他类似:
(7)急行通车模块
在某些特殊情况需要车辆紧急通过路口,这时,可通过按下急车通行开关使十字路口进入急车通行状态。
当无车时,交通信号灯按正常时序循环工作,当有车需要通行,将机车通行开关按下,这时不管原来交通信号灯处于什么样的状态,一律强制让急车来车的方向上的三个车道的方向指示灯显示绿色,使急车通过。
当急车过后,断开急车通行开关,交通控制系统返回到正常的状态下运行,交通灯控制系统在同一时刻只能响应一个方向上的急车通行开关的先后响应急车。
当最先按动的急车通行开关断开后才响应后按动急车通行开关的方向上的急车。
(8)初始值设置模块
该模块分为初始值设置时显示、设置、计时器清零三部分。
当设置按钮按下时,东西南北两方向指示灯均为红色,且数码管均为红色00,并对计时器T1-T8清零。
程序如下图所示
四、设计调试
首先是对硬件的调试,当焊接好PCB后,我们通过拨码开关接到PLC的输出端口,通过选通片选和译码器的地址,调试了方向指示灯。
方向指示灯的调试,主要是配色,因为双色数码管只能显示红色和绿色,因此要通过配置电阻,来调节发光的亮度,从而实现黄色。
而双色数码管要注意其引脚,实验采用了共阳极的数码管,其中引脚的PCB封装非常重要,不然会导致引脚封装错误,从而数码管不能正常工作。
在调试过程中,我觉得方向指示灯的颜色搭配有点困难,因为本身双色数码管的绿色显示的比较淡,而红色较明显,所以配黄色相对要选好电阻大小,才能得到黄色。
最终确定了红色电阻为300欧姆,而绿色为100欧姆。
对于PLC的输入端,目前还在调试阶段,要先弄清楚PLC是如何输入的,因为这是第一步,要是这一步不做好,后续的工作都是无稽之谈。
另外,为了正确显示南北、东西的指示,两块板子要给不同的板选,通过译码器的输出去控制CP信号加至锁存器。
五、实验总结
本次实验是设计PLC控制交通灯的实验,实验从硬件的设计到软件的编程,通过我们组员合作,现在已经实现了板子的正常功能,剩下的就是对程序方面的细化和编程了。
通过这次实验,对PCB的布线更加熟悉了,另外,我们也接触了PLC梯形图的编程,对以后的工作有很大的帮助。
实验中遇到很多困难,不过经过我们慢慢分析,逐渐解决了。
这次的实验,我收获很大,许多问题,只有去做,才会发现,才会得到解决,最终才是自觉的东西,做事情不要怕,要勇敢去面对,失败了也不要紧,重要的是学到了东西。
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