PLC的交通信号灯的设计.docx
- 文档编号:4630866
- 上传时间:2022-12-07
- 格式:DOCX
- 页数:23
- 大小:366.98KB
PLC的交通信号灯的设计.docx
《PLC的交通信号灯的设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《PLC的交通信号灯的设计.docx(23页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
PLC的交通信号灯的设计
封面
作者:
PanHongliang
仅供个人学习
目录
1引言……………………………………………………………………………………1
2交通灯控制要求………………………………………………………………………2
2.1十字路口交通灯控制要求………………………………………………………2
2.2工作时序…………………………………………………………………………2
3PLC控制交通灯的设计………………………………………………………………3
3.1系统硬件设计………………………………………………………………………3
3.2系统软件设计………………………………………………………………………6
4设计说明及扩展……………………………………………………………………17
4.1有关时间显示……………………………………………………………………17
4.2加入左转弯黄灯、红灯等的说明………………………………………………19
4.3交通灯的智能控制………………………………………………………………19
4.4程序调试及模拟…………………………………………………………………22
结论……………………………………………………………………………………23致谢……………………………………………………………………………………24
参考文献………………………………………………………………………………25
1引言
交通灯的出现,使交通得以有效管制,对于疏导交通流量、提高道路通行能力,减少交通事故有明显效果。
为了实现交通道路的管理,力求交通管理先进性、科学化,试用可编程控制器实现交通灯管制,以便使该系统简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。
本设计给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。
PLC在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展,PLC的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出。
可编程控制器(简称PLC)是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。
专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC是在继电器控制逻辑基础上,与3C技术(Computer、Control、Communication)相结合,不断发展完善的。
目前已从小规模单机顺序控制,发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
PLC具有以下特点:
1可靠性高,抗干扰能力强;
2通用性高,使用方便;
3程序设计简单,易学,易懂;
4采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便;
5系统设计周期短;
6安装简便,调试方便,维护工作量小;
7对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产;
实现路口交通灯系统的控制方法很多,可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。
其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响,调试工作极为不易。
现在交通信号灯控制一般采用单片机控制,单片机能完成交通灯一般的控制过程,其功能比传统继电器控制电路要强大的多,但可靠性不够高,控制功能还不够完善。
PLC是专为工业自动化控制设计的,在面向对象控制这一块,其控制功能的强大是无法比拟的,通过多种多样的扩展模块,可以做到外部接线简化、内部工作的高可靠性,另外PLC易学易懂,虽然价格比单个CPU贵,但性价比高。
也可以说PLC是一个技术成熟、工作可靠的单片机应用系统。
由于稳定性高,抗干扰能力强,它在工业控制方面得到了广泛的应用。
有鉴于此,我选择了用可编程控制器PLC来实现系统功能的设计。
在PLC的应用中,大部分是逻辑控制。
这是早期PLC最基本的功能。
随着PLC技术的不断发展,PLC的功能变得越来越强大,现在的PLC,除传统的逻辑控制外,还具有数据的运算、传送等通讯功能。
同样,在PLC的编程应用中,大部分是逻辑控制的实例,使用数据传送功能编程的例子比较少。
交通灯的控制,是PLC应用中比较典型的例子,如果只是控制东西向,南北向红灯、黄灯、绿灯的变化,则该程序只是一个简单的逻辑控制程序。
而时下比较流行的交通灯控制是既有灯的变化,也有时间的显示。
这种显示让通过十字路口的司机、行人非常清楚灯变化的时间,从而规范自己的行为。
2.交通灯控制要求
2.1十字路口交通灯控制要求
(1) 南北向(列)和东西向(行)主干道均设有直行绿灯25S,直行绿灯闪亮5S,左行绿灯5S,左转绿闪5S,黄灯5S和红灯55S。
当东西主干道红灯点亮时,应依次点亮南北主干道左转绿灯(此时南北红灯亮),左转绿灯闪亮,直行绿灯(此时南北红灯灭),直行绿灯闪和黄灯,接着东西方向左转绿灯(此时南北红灯亮),左转绿灯闪亮,东西主干道绿灯点亮,绿灯闪亮和黄灯点亮。
(2) 半夜只亮黄灯 (0.5S亮,0.5S暗)。
(3)要求能有时间显示。
2.2工作时序
表2.1交通灯工作时序
东西
信号
红灯
绿灯
绿灯闪
黄灯
时间
55s
25s
5s
5s
信号
左转
弯灯
左转弯灯闪
时间
5s
5s
南北
信号
左转
弯灯
左转弯灯闪
时间
5s
5s
信号
红灯
绿灯
绿灯闪
黄灯
红灯
时间
10s
25s
5S
5S
45s
3PLC控制交通灯的设计
3.1系统硬件设计
本系统采用三菱FX2N-64MRPLC作为控制器。
有32个输入点,32个输出点,继电器输出。
有启动按钮,停止按钮,半夜开关各一个。
东西南北红灯、绿灯、黄灯、左转弯灯各一盏,共计16盏。
各有数码管两个,共计八个。
3.1.1I/O点数确定
(1)输入点数确定
两个按钮需两个输入点,一个转换开关需两个输入点,共计4个输入点。
其他输入点先预留,以便实现扩展功能。
(2)输出点数确定
因东、西方向及南、北方向交通灯可并联,所以16盏灯共用8个输出点。
东、西、南、北方向数码管可并联,8个数码管共用14个输出点(若东西与南北各自显示不同的时间,需再加14个输出点)。
一共需22个输出点。
3.1.2PLC的选择
因需4个输入点,22个输出点,再考虑实际应用时应有10%的余量,所以综合多种因素选择三菱FX2N-64MRPLC。
3.1.3PLCI/O分配
表3.1I/O地址分配
编程元件
地址
作用
输入继电器
X0
启动按钮
X1
停止按钮
X2/X3
选择白天/夜晚工作
输出继电器
Y0
南北左转弯灯
Y1
南北绿灯
Y2
南北黄灯
Y3
南北红灯
Y4
东西左转绿灯
Y5
东西绿灯
Y6
东西黄灯
Y7
东西红灯
3.1.4其他编程元件地址分配
表3.2其他编程元件地址分配
编程元件
地址
PV值
作用
辅助继电器
M0
白天工作
M1
程序循环启动
M2
夜晚工作
M10
存储D0、K0比较结果
M11
存储D0、K0比较结果
M12
存储D0、K0比较结果
M20
存储计时触发
M30
存储计时触发
M40
存储计时触发
M50
存储计时触发
M60
存储计时触发
定时器
T0
5S
南北左转灯亮时间
T1
0.5s
南北左转灯闪烁
T2
0.5s
南北左转灯闪烁
T3
25S
南北绿灯亮时间
T4
0.5S
南北绿灯闪烁
T5
0.5S
南北绿灯闪烁
T6
5S
东西左转灯亮时间
T7
0.5S
东西左转灯闪烁
T8
0.5S
东西左转灯闪烁
T9
25S
东西绿灯亮时间
T10
0.5S
东西绿灯闪烁
T11
0.5S
东西绿灯闪烁
T12
0.5S
夜晚黄灯闪烁
T13
0.5S
夜晚黄灯闪烁
T15
0.1S
同步时间调整
T20
1S
1S脉冲
T30
45S
计时45S
计数器
C0
5
南北左转灯闪烁次数
C2
5
南北绿灯闪烁次数
C4
5
东西左转弯灯闪烁次数
C6
5
东西绿灯闪烁次数
C10
5
时间显示个位变化次数
C20
2
程序运行1个周期
C30
1
程序运行半个周期
3.1.5PLC外部接线图
图3-1PLC外部接线图
3.2系统软件设计
3.2.1系统流程图:
图3-2系统流程图
3.2.2时序图:
图3-3工作时序图
时序图说明:
表3.3时序图符号说明
R-EW东西红灯
L-SN南北左转弯灯
G-SN南北绿灯
Y-SN南北黄灯
R-SN南北红灯
L-EW东西左转弯灯
G-EW东西绿灯
Y-EW东西黄灯
3.2.3梯形图:
图3-4程序梯形图
说明:
开关X0、白天选择开关按下以后,程序开始循环启动。
南北红灯点亮,南北左转绿灯点亮,计时器T0启动,当计时5S时间到,T0常开触点闭合、T0常闭触点断开,南北左转弯绿灯灭。
计时器T1开始工作,0.5S后T1常开触点闭合。
T2启动。
0.5S后T2常开触点闭合。
计数器C0计数1。
如此循环5次,通过T1常开触点使南北左转弯灯按0.5S闪烁5次。
计数器C0到达5次后,常开触点闭合,南北绿灯点亮,南北红灯灭。
定时器T3开始工作,按照上面同样的方法使南北绿灯闪烁5次。
当计数器C2到达5次,南北绿灯灭,南北黄灯亮。
当半周期时,计数器C30的常开触点闭合,南北黄灯灭,南北红灯亮,东西左转弯绿灯灯亮。
接下去的东西灯情况与南北灯类似,不再赘述。
3.2.4指令表:
表3.4指令语句表
0LDX000
108OUTC6K5
1ORM0
111LDC6
2ANIX001
112LDM2
3ANDX002
113ANDT12
4OUTM0
114ORB
5LDX000
115OUTY006
6ORM2
116LDIC4
7ANIX001
117ANDM1
8ANDX003
118OUTY007
9OUTM2
119LDIM1
10LDM0
120RSTC0
11ANIC20
122RSTC2
12OUTM1
124RSTC4
13LDM1
126RSTC6
14ANIT0
128RSTC20
15ORT1
130RSTC30
16OUTY000
132LDIT13
17LDM1
133OUTT12K5
18OUTT0K50
136LDT12
21LDT0
137OUTT13K5
22ANIT2
140LDM1
23ANIC0
141ANIC10
24OUTT1K5
142OUTT15K1
27LDT1
145LDIM0
28OUTT2K5
146ORC10
31LDT2
147MOVK4D0
32OUTC0K5
152LDM0
35LDC0
153ANIT20
36ANIT3
154OUTT20K10
37ORT4
157LDM0
38OUTY001
158ANIT20
39LDC0
159SEGDPD0K2Y010
40OUTT3K250
164DECPD0
43LDT3
167LDM0
44ANIT5
168ANIC10
45ANIC2
169CMPD0K0M10
46OUTT4K5
176ANDM12
49LDT4
177MOVPK9D0
50OUTT5K5
182LDX001
53LDT5
183ORC10
54OUTC2K5
184RSTC10
57LDC2
186LDM12
58ANIC30
187OUTC10K5
59LDM2
190LDC10
60ANDT2
191OUTC20K2
61ORB
194OUTC30K1
62OUTY002
197LDX000
63LDC30
198ANIT15
64ORIC0
199ORM60
65ANDM1
200MOVK4D1
66OUTY003
205LDM0
67LDC30
206ANIT30
68ANIT6
207OUTT30K450
69ORT7
210LD=K50T30
70OUTY004
215PLFM20
71LDC30
217LDM20
72OUTT6K50
218MOVK3D1
75LDT6
223LD=K150T30
76ANIT8
228PLFM30
77ANIC4
230LDM30
78OUTT7K5
231MOVK2D1
81LDT7
236LD=K250T30
82OUTT8K5
241PLFM40
85LDT8
243LDM40
86OUTC4K5
244MOVK1D1
89LDC4
249LD=K350T30
90ANIT9
254PLFM50
91ORT10
256LDM50
92OUTY005
257MOVK0D1
93LDC4
262LDM0
94OUTT9K250
263SEGDD1K2Y010
97LDT9
268LD=K450T30
98ANIT11
273PLFM60
99ANIC6
275LDX001
100OUTT10K5
276RSTM12
103LDT10
277ZRSTD0D1
104OUTT11K5
282ZRSTY000Y027
107LDT11
287END
4设计说明及扩展
4.1有关时间显示
程序设计中灯的变化为逻辑控制,时间变化显示为数据控制。
数据控制中使用了数据传送MOV指令,数据减DEC指令,数据比较CMP指令,逻辑比较LD=指令,7段码译码SEGD指令,区间复位ZRST等功能指令。
程序运行时将不断变化的时间数据传给7段码译码SED指令,7段译码SEGD指令再驱动数码管,显示不断变化的时间。
同时东西向、南北向的灯也作相应的变化。
该程序设计的关键是要使灯的变化与时间的变化保持同步。
程序中通过1秒脉冲、DEC指令使个位数值按秒减一;通过CMP指令使数值与0比较来使9到0循环;通过LD比较指令来按时间发出脉冲使十位数值按时变化。
除了本设计所用的这种方法,还可采用以下方法显示时间:
图4-1另一种时间显示法
这种方法与本次设计所采用的方法相比虽然多用了BCD转换指令,但程序显得更简洁。
由此也可见PLC设计的灵活多变。
当南北与东西方向显示不同的时间时,根据需要应再加入14个输入点,FX2N-64MR已不能满足需要,可用FX2N-128MR。
(可以看出占用的点数较多,这是用PLC设计的一大缺点)
应根据控制要求可修改下图。
图4-2时间显示程序举例
4.2加入左转弯黄灯、红灯等的说明
实际交通应用中往往有左转弯黄灯、红灯。
根据需要可以方便的加入左转弯红灯、黄灯。
仅需要修改工作时序,对梯形图做一下扩展。
加入左转红灯、黄灯需增加4个输出点(东西、南北方向各两个)。
扩展十分方便,这里不再赘述。
图4-3左转黄灯、红灯扩展
加入人行道的情况类似,仅需注意南北人行道通行绿灯应在南北主干道直行绿灯和黄灯亮时点亮,其它时间为红灯。
东西人行道通行绿灯于东西主干道直行绿灯和黄灯亮时点亮,其它时间为红灯。
4.3交通灯的智能控制
从交通控制系统的效率出发,有必要寻求交通控制系统的智能化,能够根据流量变化情况自适应控制,减少十字路口车辆滞留现象,有效的缓解交通拥挤。
为此可采用如下的方案进行交通灯控制:
首先,采用电感式传感器探测车辆流量得到车辆脉冲,然后把这一脉冲输入PLC;考虑到车辆脉冲的频率,采用PLC内高速计数器对车辆脉冲的上升沿进行计数,并按一定的智能控制原则自动调节红绿灯的时间长度。
该系统主要由车辆探测器、PLC、交通灯等三部分组成。
同时,考虑到PLC的投资与系统的适应性等问题,本系统采用小型PLC为主控制器,如三菱小型PLC系列的FX2N-64MR,其性价比较好。
在十字路口远近端各装一探测器;探测器1的信号输人PLC内高速计数器,用于探测车辆通过信号,其距十字路口的安装距离可依据本系统最大计数车辆确定,一般可取200—250m。
高速计数器计数频率可达10KHZ,可满足探测车辆要求。
由于PLC内高速计数器只有六个可同时工作,考虑到车辆出口速度般较慢,车辆探测器2的车辆通过信号可由PLC内部计数器计数,一般每个方向可设三个,分别为左转、前行、右转。
另外,采用继电器输出的PLC可直接驱动交通灯。
由上可见,本系统结构简单,可靠性高,且成本不高,特别适合于交通繁忙,无立交的十字路口。
当然,本系统也可采用通信联网,适合于一条道路上多个十字交通路口的智能控制。
PLC的智能控制原则是控制系统的核心,是系统依据车辆脉冲的计数结果自动输出以调节红绿灯的时间长度的控制逻辑。
由于十字路口的交通灯,南北方向的车辆都是同时停止,同时流通的。
东西方向也是这样。
所以只要取南、北方向车辆的最大值和东、西方向的最大值进行比较,而不需对南、北方向车辆总和与东、西方向的车辆总和进行比较。
另外,由于十字路口的交通灯控制是实时的,考虑到小型PLC的长处是控制而非复杂的逻辑运算,为了简化逻辑运算,提高PLC的控制输出速度,本系统采用“规模分档”的绿灯时长智能控制原则。
即:
把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档,相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档。
这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长,达到最大限度的车流放行,减少十字路口的车辆滞流,缓解交通拥挤、实现最优控制,从而提高了交通控制系统的效率。
同时采用如下约定:
若按上、中、下三档考虑,假定现在要控制东西方向的绿灯时长,则若东西方向的车流规模小,而南北方向的车流规模同样小,则采取中长度的时间,否则取小长度的时间;若东西方向的车流规模为中,则不管南北方向的车流规模如何都取中长度的时间;若东西方向的车流规模为大,而南北方向的车流规模同样为大,则采取中长度的时间(这是为了加快交通的流动频率,提高系统效率),否则采取大长度的时间。
东西方向与南北方向绿灯时长的逻辑运算见表4-1到4-4。
(采用PLC内中间继电器实现)
表4-1东西车道车流规模比较
2东车道车流规模
西车道车流规模
小(M0)
吧中(M1)
大(M3)
小(M3)
小(M500)
中(M501)
大(M502)
中(M4)
中(M501)
中(M501)
大(M502)
大(M5)
大(M502)
大(M502)
大(M502)
可得东西车道车流规模逻辑运算结果:
小(M500):
M0*M3;中(M501):
M1M3+M0M4+M1M4
大(M502):
M2+M5
表4-2南北车道车流规模比较
3北车道车流规模
南车道车流规模
小(M6)
吧中(M7)
大(M8)
小(M9)
小(M503)
中(M504)
大(M505)
中(M10)
中(M504)
中(M504)
大(M505)
大(M11)
大(M505)
大(M505)
大(M505)
可得南北车道车流规模逻辑运算结果:
小(M503):
M6*M9;中(M504):
M7M9+M7M10+M6M10
大(M502):
M8+M11
表4-3东西方向绿灯时间长度控制
4南北车流规模
东西车流规模
小(M503)
吧中(M504)
大(M505)
小(M500)
中
小
小
中(M501)
中
中
中
大(M502)
大
大
中
可得东西绿灯时长逻辑运算结果:
1.小:
M500*(M504+M505)2.中:
M500*M503+M502*M505+M5013.大:
M502*(M503+M504)
表4-4南北方向绿灯时间长度控制
5东西车流规模
南北车流规模
小(M500)
吧中(M501)
大(M502)
小(M503)
中
小
小
中(M504)
中
中
中
大(M505)
大
大
中
可得南北绿灯时长逻辑运算结果:
1.小:
M503*(M501+M502)2.中:
M500*M503+M502*M505+M5043.大:
M505*(M500+M501)
以上车辆的计数和车流量的比较及绿灯时间长度控制全部由PLC完成。
在一个红绿灯周期中,每当东西或南北绿灯亮之前,PLC都以高速计数器、内部计数器中采集的数据,即某一道路中高速计数器的计数值减去内部计数器中的计数值,作为该道路的车辆滞流量(其他通道同理),然后判定该道路的车流规模,进而判定东西、南北的车流规模,最后根据以上阐述的智能控制原则,调整绿灯时长。
绿灯时长输出后,内部计数器立即清零并继续计数,高速计数器在原有的车辆滞流量基础上继续计数,为下一个红绿灯周期做准备。
当然,以上的车流规模与绿灯时间长度都可以方便地依据道路与季节变化情况而改变。
具体梯形图从略。
4.4程序调试及模拟
由于本次设计是基于三菱PLC的,所以使用三菱官方程序调试软件GX-DEVELOPER-8.34,模拟软件使用三菱GXSimulator6-C。
因为程序复杂,想一次性成功是不可能的,从一个个问题到研究解决再到模拟成功,经过了漫长的时间,也有着各种各样的问题。
调试虽然是枯燥无味的,但是完成了却能学到很多东西。
结论
将PLC用于交通信号灯的控制,主要是因为其可靠性高,功能强大。
而且其定时、计数资源丰富,可以方便地实现对多组交通灯的时序控制。
同时PLC本身具有通讯联网的功能。
若将同一地区附近的PLC联网,则可以实现交通信息的共享和智能实
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- PLC 交通 信号灯 设计