殷占偉
摘 ?要:本論文在目前交通控制系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上,進行深入分析,對交通高峰期的車輛通過數(shù)量進行檢測,對交通燈的時間進行實時調(diào)整,達到交通控制系統(tǒng)最優(yōu)化的實現(xiàn)和應(yīng)用。本系統(tǒng)設(shè)計的交通燈控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、探測器、執(zhí)行機構(gòu)等組成??删幊炭刂破髯鳛榭刂葡到y(tǒng)的大腦,按照工藝說明分析,對各種外部輸入信號按照系統(tǒng)的工藝分析結(jié)果及程序設(shè)計流程,完成系統(tǒng)各項工藝功能的實現(xiàn),通過上位機系統(tǒng)將當前的狀態(tài)進行顯示和參數(shù)設(shè)定等控制。按照方案的選擇和設(shè)備型號的選擇,采用可編程控制器的系列是西門子S7-200系列,而此系列的特點非常突出,并且其設(shè)計比較小巧,功能強大,運行穩(wěn)定。本系統(tǒng)設(shè)計首先是在對系統(tǒng)熟悉的基礎(chǔ)上概述工藝,明確系統(tǒng)設(shè)計的全部內(nèi)容,并且根據(jù)內(nèi)容來作工藝控制的方案,完成系統(tǒng)硬件部分的型號選擇計算以及總體控制方案的設(shè)計。在此前提下對硬件進行分析,然后根據(jù)此來設(shè)計圖紙,而完成圖紙設(shè)計之后,并作工藝流程圖設(shè)計,再實施編寫程序,通過程序仿真設(shè)計聯(lián)機調(diào)試和修改,系統(tǒng)安全可靠、使用靈活、擴展性強、開發(fā)周期短,后期修改方便,達到本設(shè)計的工藝要求,以及為后期系統(tǒng)升級改造創(chuàng)造條件。
關(guān)鍵詞:可編程控制器 ?交通燈 ?流量控制
第一章 緒論
隨著城市人口不斷增多,人們出行的交通工具越來越多,以及目前交通道路資源的局限性,城市交通控制系統(tǒng)應(yīng)運而生,在交通管制方面起著極其重要的作用。本論文通過對交通高峰期的車輛通過數(shù)量進行檢測,對交通燈的時間進行實時調(diào)整,達到交通控制系統(tǒng)最優(yōu)化的實現(xiàn)和應(yīng)用,從而實現(xiàn)本設(shè)計的工藝要求。
編程可控制器在最近幾年突飛猛進,其先進技術(shù)和工藝享有贊譽,且在很多制造企業(yè)中,其都充分發(fā)揮優(yōu)越性和特點,并且深受制造業(yè)追捧與熱愛。為了保證交通燈控制系統(tǒng)順利設(shè)計完成,詳細的設(shè)計思路如下幾點:
(1)對交通燈控制系統(tǒng)的資料進行查詢,了解詳細的控制工藝,對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行分析,進行系統(tǒng)設(shè)計策略分析。
(2)詳細分析控制系統(tǒng)的工藝策略,明確工藝控制的信號輸入和輸出,選擇最佳控制策略,并完成與系統(tǒng)相關(guān)的電氣選型和計算,確定具體的控制方案。
(3)對系統(tǒng)進行硬件設(shè)計思路分析,明確圖紙設(shè)計的具體內(nèi)容,考慮系統(tǒng)安全保護、預(yù)留擴展等,完成硬件圖紙設(shè)計和接線分析。
(4)按照系統(tǒng)控制策略方案和硬件設(shè)計圖紙,進行程序流程的工藝分析,系統(tǒng)不同功能間都能夠根據(jù)程序來完成流程設(shè)計,繼而進行程序編寫與調(diào)試工作,達到控制的要求。
第二章 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計
2.1交通燈的工藝分析
(1)東西方向紅燈滅,同時綠燈亮,南北方向黃燈滅,同時紅燈亮,倒計時30秒。此狀態(tài)下,東西向允許通行,南北向禁止通行。
(2)東西方向綠燈滅,同時黃燈亮,南北方向紅燈亮,倒計時2秒。此狀態(tài)下,除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
(3)南北方向紅燈滅,同時綠燈亮,東西方向黃燈滅,同時紅燈亮,倒計時30秒。此狀態(tài)下,東西向禁止通行,南北向允許通行。
(4)南北方向綠燈滅,同時黃燈亮,東西方向紅燈亮,倒計時2秒。此狀態(tài)下,除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
東西南北四個路口都有三個燈,分別為紅綠黃,不管是在哪個路口,如遇到綠燈,便預(yù)示著可通行狀態(tài),如遇紅燈,則預(yù)示著不可通行狀態(tài),如遇黃燈,則預(yù)示著止行、等行狀態(tài)。
2.2 可編程序控制器的選型
在工業(yè)中,為了實現(xiàn)控制環(huán)境,則需利用可編程控制器來操作,該電子系統(tǒng),主要是利用邏輯控制與數(shù)字運算集合的形式,來進行操作,工業(yè)利用率很高,范圍很廣??删幊炭刂破骼脤iT編程軟件,完成工藝程序編制與設(shè)備組態(tài)等,來實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場邏輯控制運算、順序功能控制、時間控制、計數(shù)控制以及各種數(shù)據(jù)計算和控制,達到工業(yè)現(xiàn)場系統(tǒng)自動化、智能化的工藝控制目的??删幊炭刂破鲗⑾冗M的自動化控制技術(shù)、計算機硬件和軟件技術(shù)、通信科學(xué)技術(shù)等多領(lǐng)域的學(xué)科融為一起,形成強大的電子控制產(chǎn)品。就當前工業(yè)自動化發(fā)展趨勢而言,可編程控制器是最重要、能夠在各種場合下實現(xiàn)控制的工業(yè)工控產(chǎn)品。在本次系統(tǒng)設(shè)計中,主要是利用西門子S7-200小型的PLC來完成主控制器設(shè)計。
S7-200可編程控制器具有很高的可靠性能,指令集比較豐富,可以進行各種功能的設(shè)計編譯,具有強大的通信功能,可以和上位機進行通信,具有豐富的擴展模塊,最多可以連接7個擴展功能模塊。
2.3 傳感器的介紹及選型
本系統(tǒng)設(shè)計,選擇歐姆龍公司生產(chǎn)的EE-SPY402凹槽型傳感器作為本系統(tǒng)的位置檢測元件。該光電傳感器的電源為DC24V,可以傳感檢測的距離為0.2CM-200CM之間,并且可以進行調(diào)節(jié)。該產(chǎn)品的示意圖如下圖2-5所示。
EE-SPY402凹槽型光電傳感器采用五線制,五根線的顏色分別為棕色、藍色、白色、黑色、黃色。在這五根線當中,每個顏色所代表的線路不同,電極也存在差異,其中棕色線為DC24V電源的正極,藍色線為DC24V電源的負極,黑色線為輔助輸出的公共線,白色線為NO輸出端子接線,黃色線為NC輸出端子接線。通常使用時,首先要對該傳感器進行通電,電源電壓為DC24V,可編程控制器的輸入部分公共線接入黑色線,按照系統(tǒng)設(shè)計需要接常開觸點,可編程控制器的輸入接線和白色線連接。當外部的信號檢測到,信號檢測電路輸出信號,可編程控制器的輸入端子將通電,輸入信號指示燈亮。
2.4 交通燈控制系統(tǒng)的方案確定
本系統(tǒng)設(shè)計S7-200對交通信號燈的狀態(tài)變化進行控制,并且采用光電傳感器進行車流量的檢測,將檢測的信根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行運算,判斷出當前的交通流量狀態(tài),進而對交通燈的延時時間進行調(diào)整,進一步優(yōu)化交通燈控制系統(tǒng),改善交通情況。具體框圖如下圖2-3所示。
第三章 交通燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
3.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計分析
按照交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計工藝以及總體方案設(shè)計,對該系統(tǒng)的硬件部分進行詳細設(shè)計。認真學(xué)習(xí)掌握設(shè)備選型元件的工作原理和具體接線方法,結(jié)合系統(tǒng)的硬件設(shè)計要求,設(shè)計出適合本系統(tǒng)的硬件圖紙。特別是可編程控制器的硬件接線,認真考慮分析電源部分、輸入接口部分及輸出接口部分的具體接線,確保界限準確無誤。電動機部分接線要確保電動機運行的保護作用。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在控制電路中要考慮現(xiàn)場條件的干擾影響,采取措施。
3.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計
通過I/O分配設(shè)計,將快速準確的判斷系統(tǒng)狀態(tài),非常方便。輸入輸出I/O信號統(tǒng)計如下圖3.1所示。
可編程控制器的硬件接線按照該型號PLC的硬件手冊分為三部分設(shè)計。首先是電源部分設(shè)計,采用開關(guān)電源供電,輸入DC24V直流電,電源接線端子分別為M、L+。其中M端子接負極,L+端子接正極。其次是輸入接口的電路設(shè)計,輸入接口部分公共端子為M端子,該端子接負極,外部主令按鈕或開關(guān)的一端接入24V正極,而另外一端是接對應(yīng)端子,例如,端子為外部輸入原件,該元件的一端接24V,另一端接入I0.0接口,當該元件動作,I0.0接口有電壓輸入,輸入指示燈亮。最后是輸出接口的電路設(shè)計,輸出接口部分的公共端子為L+,該端子接24V正極,執(zhí)行元件線圈的一端接輸出信號,另一端接負極。比如外部輸出元件KA1,一端接Q0.0,另一端接負極。
第四章 交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
4.1控制系統(tǒng)流程圖分析
根據(jù)設(shè)計要求,分析出交通燈的正常時序流程圖如圖4-1所示。
4.2 梯形圖程序設(shè)計
南北紅燈工作時,便將Q0.1南北紅燈接通,此時,理所當然的,南北紅燈指示,變亮;東西綠燈工作時間時,將Q0.2東西綠燈輸出接通,東西綠燈指示燈亮;當東西黃燈工作時間時,將Q0.3東西黃燈輸出接通,外部東西黃燈指示燈亮;當東西紅燈工作時間時,將Q0.4東西紅燈輸出接通,東西紅燈指示,變亮;當南北綠燈工作時間時,將Q0.5南北綠燈輸出接通,外部南北綠燈指示燈亮;當南北黃燈工作時間時,將Q0.6南北黃燈輸出接通,外部南北黃燈指示燈亮;如果報警,將Q0.0報警輸出接通,外部報警指示燈亮。外部車流檢測計數(shù)器工作,當60秒內(nèi)檢測到車流量大于15的時候,將60秒賦值給VW60;55秒賦值給VW62;3秒賦值給VW64;2秒賦值給VW66。當60秒內(nèi)檢測到車流量小于15時,將30秒賦值給VW60;25秒賦值給VW62;3秒賦值給VW64;2秒賦值給VW66。
南北紅燈工作時間時,將Q0.1南北紅燈輸出接通,外部南北燈,指示變亮;當東西綠燈工作時間時,將Q0.2東西綠燈輸出接通,外部東西綠燈指示燈亮;當東西黃燈工作時間時,將Q0.3東西黃燈輸出接通,外部東西黃燈燈亮;當東西紅燈工作時間時,將Q0.4東西紅燈輸出接通,外部東西紅燈指示燈亮;當南北綠燈工作時間時,將Q0.5南北綠燈輸出接通,外部南北綠燈指示燈亮;當南北黃燈工作時間時,將Q0.6南北黃燈輸出接通,外部南北黃燈指示燈亮;如果報警,將Q0.0報警輸出接通,外部報警指示燈亮。如圖4.3所示。
4.3 交通燈信號輸出程序
總結(jié)
按照交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計工藝要求,對交通燈進行了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計,設(shè)計包括工藝分析、選型設(shè)計、方案確定、硬件圖紙、軟件程序等設(shè)計,達到了設(shè)計的基本工藝要求,為后期設(shè)計起到借鑒作用。本系統(tǒng)的設(shè)計,工藝比較復(fù)雜,特別在可編程控制器的硬件和軟件方面,進行詳細的工藝設(shè)計。
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