三菱plc交通灯.docx
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三菱plc交通灯.docx
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摘要
交通信号灯的出现,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。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,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可编程序控制器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。
由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。
因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。
同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组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.
关键词:
交通灯;PLC;程序;设计
Abstract
Theemergenceoftrafficlights,lettrafficcanbeeffectivelycontrolled,foreasetrafficflow,increaseroadcapacityandreducetrafficaccidentshaveremarkableresults.Analysisofthemodernurbantrafficcontrolandmanagementstatus,combinedwiththetrafficsituationdescribedthetrafficlightcontrolsystemworkingprincipleofasimpleandpracticalurbantrafficlightcontrolsystemPLCdesign.
PLCprogrammablelogiccontrollerisamicroprocessor-based,integratedcomputa'technologyautomaticcontroltechnologyandcommunicationtechnologyfromanewtypeofindustrialcontroldevices.Ithasasimplestructure,convenientprogramming,andhigherreliability,hasbeenwidelyusedinindustrialprocessesandcontrolofthelocation.AsthePLCwiththeuseofenvironmentaladaptabilityfeatures,whileitsinternaltimerresourcesareveryrich,thecurrentwidespreaduseof"progressive"precisecontroloflights,inparticularthecontrolofmulti-forkcanbeeasilyachieved.Therefore,thePLCisnowincreasinglyusedintrafficlightssystem.Meanwhile,PLCitselfwithcommunicationsnetworking,willbethesamesignalontheroadtoformaunifiedLAN,schedulingmanagement,vehicletrafficcanreducethewaitingtimetorealizethescientificmanagement.
Keywords:
Trafficlights;Program;design
1绪论 1
1.1选题的目的和意义 1
1.2国内外研究综述 2
1.3毕业设计论文所用的主要技术与方法 2
2交通灯设计介绍及控制要求 3
2.1控制要求 3
3.2控制时序 3
4.3硬件及外围元器件 4
2.3.1PLC外部接线图 4
2.3.2PLC概念及发展 5
2.3.3三菱FX系列PLC 8
3交通灯系统设计 13
3.1软件设计 13
3.2功能顺序图 13
3.3梯形图 15
3.4指令表 18
3.5流程图 20
4仿真结果及软件截图 22
5总结 26
致谢 27
参考文献 28
1.1选题的目的和意义:
据一项对美国主要城市交通状况的调查显示:
1982年至2000年,美国城市在上下班高峰期间的交通堵塞状况不断加剧,由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680亿美元。
以广州为例来讲,现在市区平均车速只有每小时12公里。
用这个目标速度代入欧美标准计算,广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值:
每年耗费1.5亿小时,减少生产总值117亿元。
相当于该市整个生产总值的7%o
在北美、澳大利亚等大城市,道路面积率高达35%—40%,而北京只有20%。
缓解交通拥堵,加快道路建设是当务之急。
据悉,到2010年,北京将投资500亿元用于城市道路建设,到2005年,北京仅高速公路通车里程就达到600公里。
但一味发展城市道路,也会刺激私家车超常规发展,两者发展速度的失衡,最终还是逃不出“拥堵一修路一再拥堵”的怪圈。
交通信号灯的出现,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。
用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统,以及该系统软、硬件设计方法,实验证明该系统实现简单、经济,能够有效地疏导交通,提高交通路口的通行能力。
分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,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。
可编程序控制器简称为PLC,它的应用面广、功能强大、使用方便,已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。
PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中,PLC在其他领域,例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。
1.2国内外研究综述:
目前设计交通灯的方案有很多,有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。
目前,国内的交通灯一般设在十字路口,在醒目的位置用红黄绿三种颜色的指示灯,加上一个倒计时的显示器来控制行车。
对于一般情况下的安全行车,车辆分流尚能发挥作用,但根据实际行车过程中出现的情况,还存在以下缺点:
1.两车道的车辆轮流放行时间相同,不能随不同时段车流量的大小的改变而自动修改。
2.没有考虑紧急车通过时,两车道应采取的措施,臂如,消防车执行紧急任务通过时,相应方向提供绿灯通行信号。
当今时代是一个自动化时代,交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。
因此,一个好的交通灯控制系统,将给道路拥挤、违章控制等方面给予技术革新。
随着大规模集成电路及计算机技术的迅速发展,以及人工智能在控制技术方面的广泛运用,智能设备有了很大的发展,是现代科技发展的主流方向.
1.3毕业设计论文所用的主要技术与方法:
本文主要采用三菱PLC进行控制的技术,由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“步进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。
文中给出的设计方案采用步进梯形指令双流程编程实现,应用并联分支结构,我们把东西和南北方向的人行道与车行道信号
灯的动作分成两个流程同时起动,分别运行各自的时序动作,相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合,不会出现差错.
2交通灯设计控制要求
2.1控制要求
信号灯受按钮的控制,当按下按钮时,信号灯系统开始工作,并周而复始地循环工作,当停止按按钮时,系统将停止在初始状态,所有信号灯都熄灭。
2.2控制时序
车行道:
东西向绿灯亮30S,绿灯闪烁3次,每次1S,黄灯亮2S,红灯亮35S;南北红灯亮35S,绿灯亮30S,绿灯闪烁3次,每次1S,黄灯亮2S。
人行道:
东西绿灯亮30S,绿灯闪烁5次,每次1S,红灯亮35S,南北向红灯亮35S,绿灯亮30S,绿灯闪烁5次,每次1S。
交通灯分布图如图2.2.1所示:
图2.2.1 十字路口交通灯分布示意图
交通灯时序图2.2.2所示:
图2.2.2交通灯时序图
2.3硬件及外围元器件
2.3.1PLC外部接线图
根据信号灯的控制要求,所有的器件有:
三菱FX2N系列PLC、起动开关按钮SB1、红黄绿色信号灯各4只,输入/输出端口接线如下图所示。
由图可见:
起动按钮SB1接于输入继电器X0端,东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端,东西方向黄灯接于输出继电器Y1端,东西方向的红灯接于输出继电器Y2端,南北方向绿灯接于输出继电器Y3端,南北方向的黄灯接于输出继电器Y4,南北方向红灯接于输出继电器Y5O南北人行道红灯接Y10,南北人行道绿灯接Y11.东西人行道红灯接Y6,东西人行道绿灯接Y7.将输出端的C0M1及COM2用导线相连,输出端的电源为交流220V。
如果信号灯的功率较大,一个输出继电器不能带动两只信号灯,可以采用一个输出点驱动一只信号灯。
接线图如图2.3.1所示
图2.3.1PLC外部接线图
2.3.2PLC的概念及发展
1.可编程控制器的定义
可编程控制器一直在发展中,因此直到目前为止,还未能对其下最后定义。
美国电气制造商协会NEMA(NationalElectricalManufacturersAssociation)在1980年给可编程控制器作了如下的定义“可编程控制器是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆以存储指令,用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数和演算等功能,并通过数字或模拟的输入和输出,以控制各种机械或生产过程。
一部数字电子计算机若是用来执行PLC之功能者,亦被视同为PLC,但不包括鼓式或机械式顺序控制器。
”国际电工委员会(IEC)曾于1982年11月颁发了可编程控制器标准草案第一稿,1985年1月又颁发了第二稿,1987年2月颁发了第三稿。
草案中对可编程控制器的定义是:
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术操作等面向用户的指令,并通过数字式或模拟式的输入/输出,控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外围设备,都按易于工业系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计.”
2.可编程控制器的发展
1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电器控制装置的要求,第二年美国数字公司研制出了第一代可编程序控制器,满足了GM公司装配线的要求。
随着集成电路技术和计算机技术的发展,现在已有第五代PLC产品了。
在以改变几何形状和机械性能为特征的制造工业和以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征的过程工业中,除了以连续量为主的反馈控制外,特别在制造工业中存在了大量的开关量为主的开环的顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作号按照时序动作;另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制;以及大量的开关量、脉冲量、计时、计数器、模拟量的越限报警等状态量为主的一离散量的数据采集监视。
由于这些控制和监视的要求,所以PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制为主的产品。
PLC的功能有:
1.逻辑控制
2.定时控制
3.计数控制
4.步进(顺序)控制
5.PID控制
6.数据控制:
PLC具有数据处理能力。
7.通信和联网
8.其它:
PLC还有许多特殊功能模块,适用于各种特殊控制的要求,如:
定位控制模块,CRT模块。
PLC种类繁多,但其组成结构和工作原理基本相同。
用可编程序控制器实施控制,其实质是按一定算法进行输入输出变换,并将这个变换予以物理实现,应用于工业现场。
PLC专为工业现场应用而设计,采用了典型的计算机结构,它主要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入输出接口电路等组成。
PLC的结构框图如图2.3.2所示。
图2.3.2PLC的结构框图
2.3.3三菱FX系列PLC简介
FX系列PLC是由三菱公司近年来推出的高性能小型可编程控制器,以逐步替代三菱公司原F、Fl、F2系列PLC产品。
FX系列PLC型号的含义如下图2.3.2所示:
图2.3.3PLC型号的含义
其中系列名称:
如0、2、OS、IS、ON、IN、2N、2NC等单元类型:
M—基本单元 E—输入输出混合扩展单元
Ex一扩展输入模块 EY—扩展输出模块
输出方式:
R—继电器输出S—晶闸管输出T—晶体管输出特殊品种:
D—DC电源,DC输出Al—AC电源,AC(AC100-120V)输入或AC输出模块
H一大电流输出扩块
V一立式端子排的扩展模块
c一接插口输入输出方式
F—输入滤波时间常数为1ms的扩展模块
PLC的硬件主要由中央处理器(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。
其中,CPU是PLC的核心,输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路,通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接
FX系列产品,它内部的编程元件,也就是支持该机型编程语言的软元件,按通俗叫法分别称为继电器、定时器、计数器等,但它们与真实元件有很大的差别,一般称它们为“软继电器”。
这些编程用的继电器,它的工作线圈没有工作电压等级、功耗大小和电磁惯性等问题;触点没有数量限制、没有机械磨损和电蚀等问题。
它在不同的指令操作下,其工作状态可以无记忆,也可以有记忆,还可以作脉冲数字元件使用。
常用元件:
1.输入继电器(X)
PLC的输入端子是从外部开关接受信号的窗口,PLC内部与输入端子连接的输入继电器X是用光电隔离的电子继电器,它们的编号与接线端子编号一致(按八进制输入),线圈的吸合或释放只取决于PLC外部触点的状态。
内部有常开/常闭两种触点供编程时随时使用,且使用次数不限。
输入电路的时间常数一般小于10ms。
各基本单元都是八进制输入的地址,输入为X000〜X007,X010〜X017,X020〜X027。
它们一般位于机器的上端。
2.输出继电器(Y)
PLC的输出端子是向外部负载输出信号的窗口。
输出继电器的线圈由程序控制,输出继电器的外部输出主触点接到PLC的输出端子上供外部负载使用,其余常开/常闭触点供内部程序使用。
输出继电器的电子常开/常闭触点使用次数不限。
输出电路的时间常数是固定的。
各基本单元都是八进制输出,输出为Y000〜Y007,Y010-Y017,Y020〜Y027。
它们一般位于机器的下端。
3.辅助继电器(M)
PLC内有很多的辅助继电器,其线圈与输出继电器一样,由PLC内各软元件的触点驱动。
辅助继电器也称中间继电器,它没有向外的任何联系,只供内部编程使用。
它的电子常开/常闭触点使用次数不受限制。
但是,这些触点不能直接驱动外部负载,外部负载的驱动必须通过输出继电器来实现。
在FX2N中普遍采用M0〜M499,共500点辅助继电器,其地址号按十进制编号。
辅助继电器中还有一些特殊的辅助继电器,如掉电继电器、保持继电器等,在这里就不一一介绍了。
4.定时器(T)
在PLC内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式,当所计时间达到设定值时,其输出触点动作,时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。
定时器可以用用户程序存储器内的常数K作为设定值,也可以用数据寄存器(D)的内容作为设定值。
在后一种情况下,一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。
即使如此,若备用电池电压降低时,定时器或计数器往往会发生误动作。
定时器通道范围如下:
100ms定时器T0〜T199,共200点,设定值:
0.1〜3276.7秒;
10ms定时器T200〜TT245,共46点,设定值:
0.01~327.67秒;
1ms积算定时器T246〜T249,共4点,设定值:
0.001〜32.767秒;
当定时器线圈T200的驱动输入X000接通时,T200的当前值计数器对10ms的时钟脉冲进行累积计数,当前值与设定值K123相等时,定时器的输出接点动作,即输出触点是在驱动线圈后的L23秒(10*123ms=1.23s)时才动作,当T200触点吸合后,Y000就有输出。
当驱动输入X000断开或发生停电时,定时器就复位,输出触点也复位。
每个定时器只有一个输入,它与常规定时器一样,线圈通电时,开始计时;断电时,自动复位,不保存中间数值。
定时器有两个数据寄存器,一个为设定值寄存器,另一个是现时值寄存器,编程时,由用户设定累积值。
定时器线圈T250的驱动输入X001接通时,T250的当前值计数器对100ms的时钟脉冲进行累积计数,当该值与设定值K345相等时,定时器的输出触点动作。
在计数过程中,即使输入X001在接通或复电时,计数继续进行,其累积时间为34.5s(100ms*345=34.5s)时触点动作。
当复位输入X002接通,定时器就复位,输出触点也复位。
PLC常用程序设计语言简介
在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。
PLC是专为工业控制而开发的装置,其主要使用者是工厂广大电气技术人员,为了适应他们的传统习惯和掌握能力,通常PLC不采用微机的编程语言,而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。
国际电工委员会(IEC)1994年5月公布的IECH31-3(可编程控制器语言标准)详细地说明了句法、语义和下述5种编程语言:
功能表图(sequentialfunctionchart)、梯形图(Ladderdiagram)>功能块图(Functionblackdiagram)、指令表(Instructionlist)、结构文本(structuredtext)。
梯形图和功能块图为图形语言,指令表和结构文本为文字语言,功能表图是一种结构块控制流程图。
I/O分配表如下表2.3所示:
表2.3 I/O分配表
启动开关SB1
X20
循环开关SB1
X20
东西主干道红灯
Y2
南北主干道红灯
Y5
东西主干道黄灯
Y1
南北主干道黄灯
Y4
东西主干道绿灯
Y0
南北主干道绿灯
Y3
东西人行道红灯
Y6
南北人行道红灯
Y10
东西人行道绿灯
Y7
南北人行道绿灯
Y11
3交通灯系统设计
3.1软件设计
初始脉冲M8002对初始位置SO置1后,接通XL则状态同时转移到S20和S30。
S20置1,驱动车道东西绿灯,车道南北红灯,延时30S,状态转移到S21,S21和S22构成闪烁电路,绿灯闪烁3次,状态转移到S23,车道东西道黄灯亮2So之后状态转移到S24,使车道南北红灯熄灭,车道南北道绿灯亮,车道东西道红灯亮,延时30S,状态转回到S21,车道南北绿灯闪烁3次,之后状态转移到S25,车道南北黄灯亮2S。
同理,S30置1,驱动人行东西向亮绿灯,人行道南北向红灯,延时30S后,人行道东西绿灯闪烁5次,状态转移到S33,使人行南北向红灯熄灭,人行南北绿灯亮,人行东西红灯亮。
延时30s后,转向回到S31,人行南北闪烁5次。
之后,状态转移到S34,使人行南北向绿灯熄灭。
两并行支路会合,返回状态SOo由于XI已闭合,又同时驱动S20S30,所以令其置1,开始另一个循环。
3.2功能顺序图
交通灯的功能顺序图如下图3.2所示:
3.3程序梯形图
程序梯形图如图4.3所示
图3.3 程序梯形图
3.4
指令表
0
LD
M002
i
SET
SO
3
STL
SO
4
LD
X020
5
SET
S20
7
LD
X020
8
SET
S30
10
STL
S20
11
OUT
Y005
12
OUT
YOOO
13
LD
YOOO
14
SET
S21
16
STL
S21
17
OUT
Y005
18
OUT
YOOO
19
OUT
TO
K300
22
LD
TO
23
SET
S22
25
STL
S22
26
OUT
Y005
27
OUT
T1
K30
30
LD
Ml
31
OUT
YOOO
32
LD
T1
33
SET
S23
35
STL
S23
36
OUT
Y005
37
OUT
T2
K20
41
LD
T2
42
SET
S24
44
STL
S24
45
OUT
Y002
46
OUT
Y003
47
OUT
T3
K300
50
LD
T3
51
SET
S25
53
STL
S25
54
OUT
Y002
55
OUT
T4
K30
58
LD
Ml
59
OUT
Y003
60
LD
T4
61
SET
S26
63
STL
S26
64
OUT
Y002
65
OUT
Y004
66
OUT
T5
K20
69
LD
T5
70
SET
S27
72
STL
S30
73
OUT
S27
74
OUT
Y010
76
SET
S31
78
STL
S31
79
OUT
Y007
80
OUT
Y010
84
LD
T10
85
SET
S32
87
STL
S32
88
OUT
Y010
89
OUT
TH
K50
92
LD
Ml
93
OUT
Y007
94
LD
Til
95
SET
S33
97
STL
S33
98
OUT
Y006
99
OUT
YOU
100
OUT
T12
K300
103
LD
T12
104
SET
S34
106
STL
S34
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