交通灯控制系统 控制系统综合实验.docx
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交通灯控制系统控制系统综合实验
东北石油大学
课程设计
课程控制系统综合实验
题目交通灯控制系统
院系电气信息工程学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2012年7月21日
大庆石油学院课程设计任务书
课程控制系统综合实验
题目交通灯控制系统
专业姓名学号
主要内容:
在实验室,运用紫金桥软件设计出交通灯控制系统的模拟系统,使之能够呈现出采集过程的主要流程和方法。
基本要求:
⑴根据实验室所提供的紫金桥软件和设备,设计并描绘实际生产流程。
最后运用紫金桥软件模拟出生产或控制过程。
⑵有生产过程的精细和严谨性,每个设备例如反应器、传感器等要慎重选用。
⑶在整个课程设计中,要学会紫金桥设计软件的使用方法与特点。
参考资料:
[1]张文明,刘志军.组态软件控制技术[M].北方交通大学出版社,2006.
[2]龚运新,方立有.工业组态软件使用技术[M].清华大学出版社,2005.
[3]刘志峰,张军.工控组态软件实例教程[M].电子工业出版社,2008.
[4]薛迎成,何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M].中国电力出版社,
2007.
[5]龙志文.工控组态软件[M].重庆大学出版社,2005.
[6]张运刚,宋小春.工控组态技术与应用[M].人民邮电出版社,2008.
完成期限2013.7.8-2013.7.19
指导教师
专业负责人
目录
第1章交通灯控制系统工艺分析1
1.1研究目的和意义1
1.2交通灯系统控制要求1
1.3系统硬件2
第2章交通灯控制系统设计5
2.1交通灯控制系统仪表的选择5
2.2传感器的选型6
2.3控制方案的分析6
第3章基于紫金桥组态软件的交通灯控制系统程序设计8
3.1交通灯控制系统主控界面8
3.2交通灯控制系统趋势界面11
3.3交通灯控制系统仪表界面11
第4章结论与体会13
参考文献14
第1章交通灯控制系统工艺分析
1.1研究目的和意义
在十字路口设置交通灯可以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发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。
目前,大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。
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,采用固定时间的控制方法,经常造成道路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的模糊控制方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控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品;充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系统和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。
另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用,城市空中各种电磁干扰日益严重,为保证交通控制的可靠、稳定,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。
1.2交通灯系统控制要求
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,在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系统硬件
系统的硬件主要由计算机、可编程序控制器及交通灯等构成。
其中PLC选用三菱公司FX2N一48MR系列可编程序控制器,其输出端可以直接驱动继电器、接触器等负载,构成一个自动化的交通控制系统。
在系统成功完成后,只需安装相应的机电设备如红绿灯即可投入实际运行,其中用组态软件设计的人机界面则成为系统的监控部分,具有较大的实用价值。
图1-2所示为交通灯控制系统流程图。
启动开关
南北红灯亮
南北主干道
30s
东西主干道
东西绿灯亮
25s
东西绿灯闪
2s
南北绿灯亮
20s
东西黄灯亮
南北绿灯闪nannanbeilvdengshan
3s
东西红灯亮
南北黄灯亮
结束
图1-2交通灯控制系统流程图
在系统成功完成后,只需安装相应的机电设备如红绿灯即可投入实际运行,其中用组态软件设计的人机界面则成为系统的监控部分,具有较大的实用价值。
如图1-3所示。
图1-3交通灯控制系统梯形图
第2章交通灯控制系统设计
2.1交通灯控制系统仪表的选择
数字系统是由对信息进行采集,转换、传输、存储、加工处理和利用的一组相互联系,相互作用的部件所组成的一个有机的整体.虽然信息来源不同,有经济信息、政治信息、图文信息,信息形态不一,有离散的、有连续的等等.但都可经过变换,转换成数字系统所能接收的数字信息,进行存储和处理.同时又可把数字系统加工、处理后的信息经过相应逆变换,成为对被控对象进行控制的可靠依据.数字系统具有可靠性强,精确度高,稳定性好可模块化,便于集成等优点.
数字系统通常由三部份组成:
输入接口、输出接口,数据器和控制器其结构如图2-1所示:
输出
图2-1交通灯数字系统
输入接口是用来将模似量转化为系统能接收的数字量的模块,同理输出接口是完成可逆变化的模块。
数字系统的信号包括数据流和控制流信号,对数据流进行传送和加工处理为数据处理器,对控制流信号进行传送和加工处理为控制器.数据处理器和控制器是数字系统中最基本的两个部份。
尽管各种数字系统可能具有完全不同的功能和形式,但是都可以用数据处理器和控制所构成的数字系统的本结构来描述.控制器的产生的输出控制信号影响着其它系统控制器的操作,使本系统与其它系统协调一致地工作,控制器的输入信号也有可能是其系统的输出控制信号。
数据处理器作用是控制系统内各部份模块的工作,使它们按一定顺序进行操作,数字系统中就是这样通过数据处理器和控制器之间的密切配合协调工作,成为一个自动实现信息处理功能的有机整体。
通常以是否有控制器作为区别数字系统和系统部件的标志,凡是包含控制器且能按顺序进行操作的系统,不论规模大小一律称为数字系统,否则只能是一个系统的部件。
2.2传感器的选型
电感式传感器其主要部件是埋设在公路下十几厘米深处的环状绝缘电线(特别适合新铺道路,可用混凝土直接预埋,老路则需开挖再埋)。
当有高频电流通过电感时,公路面上就会形成高频磁场。
当汽车进入这一高频磁场区时,汽车就会产生涡流损耗,环状绝缘电线的电感开始减少。
当汽车正好在该感应线圈的正上方时,该感应线圈的电感减到最小值。
当汽车离开这高频磁场区时,该感应线圈电感逐渐复原到初始状态。
由于电感变化该感应线圈中流动的高频电流的振幅(本论文所涉及的检测工作方式)和相位发生变化,因此,在环的始端连接上检测相位或振幅变化的检测器,就可得到汽车通过的电信号。
若将环状绝缘电线作为振荡电路的一部分,则只要检测振荡频率的变化即可知道汽车的存在和通过。
电感式传感器的高频电流频率为60kHz,尺寸为2×3m,电感约为100μH.这种传感器可检测的电感变化率在0.3%以上。
电感式传感器安装在公路下面,从交通安全和美观考虑,它是理想的传感器。
传感器最好选用防潮性能好的原材料。
2.3控制方案的分析
PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。
即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用PID控制技术。
PID控制,实际中也有PI和PD控制。
PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
要实现闭环的PID控制功能,首先应将PID功能预置为有效。
具体方法有两种:
一是通过变频器的功能参数码预置,例如,康沃CVF-G2系列变频器,将参数H-48设为O时,则无PID功能;设为1时为普通PID控制;设为2时为恒压供水PID。
二是由变频器的外接多功能端子的状态决定。
例如安川CIMR-G7A系列变频器,在多功能输入端子Sl-S10中任选一个,将功能码H1-01~H1-10(与端子S1-S10相对应)预置为19,则该端子即具有决定控制是否有效的功能,该端子与公共端子SC“ON”时无效,“OFF”时有效。
应注意的是.大部分变频器兼有上述两种预置方式,但有少数品牌的变频器只有其中的一种方式。
在一些控制要求不十分严格的系统中,有时仅使用PI控制功能、不启动D功能就能满足需要,这样的系统调试过程比较简单。
城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型:
定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。
具体采用哪种类型,应根据其应用场合及特点加以确定。
其中,第一种类型以其成本低,设计简单,安装及维护方便等特点得到了广泛应用。
交通灯控制器原理框图如图2-2所示,包括置数模块、计数模块、主控制器模块和译码器模块。
置数模块将交通灯的点亮时间预置到置数电路中,计数模块以秒为单位倒计时,当计数值减为零时,主控电路改变输出状态,电路进入下一个状态的倒计时。
其中,核心部分是主控制模块。
红绿黄
红绿黄
主控制器
特殊状态
定时计数器
清零
显示器
译码器
置数器
图2-2交通灯控制系统原理框图
第3章基于紫金桥组态软件的交通灯控制系统程序设计
紫金桥监控组态软件是由紫金桥软件公司自主研发的软件产品,它广泛应用于石化、钢铁、水利、煤炭、制药、交通、机械、烟草等多个行业,其功能强大、可靠稳定、构架先进的优点得到了广大用户的认可和赞誉。
从功能上分,紫金桥®监控组态软件可以分成组态和运行两个部分,从结构层次上分,可分为IO驱动、数据库、人机界面三个层次。
组态环境主要完成工程的创建与管理、工程中各种功能的配置、工程画面的绘制以及动画连接等工作。
组态环境包括工程管理器和开发系统两个部分。
3.1交通灯控制系统主控界面
Realinfo紫金桥监控组态软件开发系统是一个集成开发环境,应用紫金桥®监控组态软件开发系统能实现界面组态、驱动组态、画面配置、数据库配置、安全管理、生成报表等操作。
打开工程管理器,在工程列表中选择一个工程后,在上方工具栏中点击
按钮可以进入组态画面,即开发系统。
紫金桥®监控组态软件开发系统如下图所示:
3-1紫金桥组态软件开发系统
交通灯主控界面如图所示:
图3-2交通灯主控界面
新建窗口如图所示:
图3-3紫金桥软件新建窗口
启动紫金桥组态软件的组态环境以后,在紫金桥“画面”上创建十字路口红、黄、绿交通信号灯的控制示意图,建立启动和停止按钮,并将各个控制信号灯及启动和停止按钮与所建立相应变量关联,进行动画连接。
接着在工程管理器中,选择"数据库\数据词典",双击"新建图标",弹出"变量属性"对话框。
定义FX2N-48MRPLC相应寄存器,并建立数据库变量,实时数据库是工程的数据交换和数据处理中心,数据库中的基本单元就是数据变量,建立实时数据库的过程也是定义数据变量的过程。
定义数据对象的内容主要包括:
指定数据变量的名称、类型、初始值和数值范围,确定与数据变量存盘相关的参数,如存盘的周期、存盘的时间范围等。
由图形对象构成的图形画面是静止不动的,需要对这些图形对象进行动画设计,真实地描述外界对象的状态变化,达到过程实时监控的目的。
紫金桥实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接,并设置相应的动画属性,当变量的值改变时,在画面上以图形对象的动画效果表现出来,或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值。
在系统运行过程中,图形对象的外观和状态特征,由数据对象的实时采集值驱动,从而实现图形的动画效果。
系统组态完成后,在确认没有错误的情况下即可进入紫金桥的运行环境仿真。
如图3-4所示。
3-4交通灯控制系统主控界面
3.2交通灯控制系统趋势界面
启动紫金桥运行系统,运行交通灯组态界面的控制。
将开关指向“RUN”状态,按下启动按钮,观察交通信号灯系统的控制结果。
分别观察软件界面和交通灯控制实验实时趋势变化,如下图3-5所示:
图3-5趋势界面
3.3交通灯控制系统仪表界面
仪表界面设计时,需要各种元素(如图形、文字、空白)都会有视觉作用。
根据视觉原理,图形与一块文字相比较,图形的视觉作用要大一些。
所以,为了达到视觉平衡,在设计网页时需要以更多的文字来平衡一幅图片。
另外,按照中国人的阅读习惯是从左到右,从上到下,因此视觉平衡也要遵循这个道理。
界面设计是人与机器之间传递和交换信息的媒介,包括硬件界面和软件界面,是计算机科学与心理学、设计艺术学、认知科学和人机工程学的交叉研究领域。
近年来,随着信息技术与计算机技术的迅速发展,网络技术的突飞猛进,人机界面设计和开发已成为国际计算机界和设计界最为活跃的研究方向。
仪表界面采用真空荧光显示屏(VFD)专用控制驱动芯片,集成了VFD显示控制,按键控制,LED显示控制等功能,有效地节省了单片机的接口资源,简化了电路的设计。
实验测试表明:
该界面具有显示稳定可靠,干扰性强,人机界面有好,操作简单方便等性能。
具有良好的应用推广价值。
通过对仪表的各种元素使用一定的规格,使得设计良好的网页看起来应该是和谐的。
或者说,仪表的众多单独网页应该看起来像一个整体。
仪表界面设计上要保持一致性,这又是很重要的一点。
一致的结构设计,可以让浏览者对仪表的形象有深刻的记忆;一致的仪表界面设计,可以让浏览者迅速而又有效的进入在软件中自己所需要的部分;一致的操作设计,可以让浏览者快速学会在整个仪表的各种功能操作。
如图下图3-6所示:
图3-6仪表界面
第4章结论与体会
通过这次的课程设计我对加热炉控制系统的原理和流程有了很多的了解,学到了很多的知识。
我充分认识到了把理论应用到实际的重要性。
动手能力有了很大的提高。
在此过程中虽然碰到了很多难点,但只要用心去做,肯学,肯问,再难的问题都是可以解决的。
刚开始使用紫金桥软件时,我可以说一无所知,在老师的悉心指导下,随着不断的联系总结我深知做学问的艰辛,使得我对本专业的认识又加深了一步,通过这段时间的课程设计,培养了我实际分析能力和动手操作的能力,使得我掌握了组态王的基本操作,提高了我适应实际、动手的能力。
做完这个课程设计我感觉学好紫金桥软件并不是那么容易的事,虽然它只是一个软件,但是它融汇了好多领域的知识,如:
C语言、自动化控制、通信等。
这次课程设计让我受益匪浅,人生在历练中成长,经历一次胜过千万次的彷徨。
在这短暂的实习过程中,我收获了许多,知识是需要经过实践检验的。
这次的实验同时也让我看到了自己的不足之处。
自进入学校,从小学到高中再到大学,我们学了很多知识,但在实际运用中就会发现自己所学知识还远远不足以用来解决问题。
因此我会在以后的学习中,严格要求自己,不断进步,不断完善,真正做到把所学的知识应用到实际生活中。
谢谢老师的指导,我会更加努力。
参考文献
[1]张文明,刘志军.组态软件控制技术[M].北方交通大学出版社,2006.
[2]龚运新,方立有.工业组态软件使用技术[M].清华大学出版社,2005.
[3]刘志峰,张军.工控组态软件实例教程[M].电子工业出版社,2008.
[4]薛迎成,何坚强.工控机及组态控制技术原理与应用[M].中国电力出版社,
2007.
[5]龙志文.工控组态软件[M].重庆大学出版社,2005.
[6]张运刚,宋小春.工控组态技术与应用[M].人民邮电出版社,2008.
东北石油大学课程设计成绩评价表
课程名称
控制系统综合实验
题目名称
交通灯控制系统
学生姓名
学号
指导教
师姓名
李艳辉
霍凤财
职称
教授
讲师
序号
评价项目
指标
满分
评分
1
工作量、工作态度和出勤率
按期圆满的完成了规定的任务,难易程度和工作量符合教学要求,工作努力,遵守纪律,出勤率高,工作作风严谨,善于与他人合作。
20
2
课程设计质量
课程设计选题合理,计算过程简练准确,分析问题思路清晰,结构严谨,文理通顺,撰写规范,图表完备正确。
45
3
创新
工作中有创新意识,对前人工作有一些改进或有一定应用价值。
5
4
答辩
能正确回答指导教师所提出的问题。
30
总分
评语:
指导教师:
年月日
- 配套讲稿:
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