基于交通燈的plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-15 01:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 UN）切換到停止（ STOP）工作狀態(tài)。我們把 PLC 這種執(zhí)行程序的方式成為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構(gòu)成一個(gè)掃描周期。另外， PLC 對(duì)編程器 輸出電路 輸 入 電 路 中央處理器 （ CPU） 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器 電源 武漢理工大學(xué)《機(jī)電傳動(dòng)及控制》課程設(shè)計(jì) 交通燈的 PLC 控制 4 輸出，輸出信號(hào)的處理與微型機(jī)算機(jī)不同。微型機(jī)算機(jī)對(duì)輸出、輸出信號(hào)實(shí)時(shí)處理。而 PLC 對(duì)輸出、輸出信號(hào)是集中批處理。 PLC 掃描工作方式分為三個(gè)階段：輸出采樣、程序執(zhí)行、輸出刷新。 (1)輸入采樣階段 PLC：在輸入采樣階段，先掃描所以輸入端子并將各輸入端子狀態(tài)存入對(duì)應(yīng)的輸入元件映像寄存器。此時(shí)，輸 入元件映像寄存器被刷新，接著進(jìn)入用戶(hù)程序執(zhí)行階段。在用戶(hù)程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無(wú)論輸入端子信號(hào)如何變化，輸入元件映像積存器始終保持不變，直到下個(gè)掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端子的新內(nèi)容重新寫(xiě)入。 (2)用戶(hù)程序執(zhí)行階段：根據(jù) PLC 梯形圖程序掃描規(guī)則， PLC 以先左后右，先上后下的步序逐句掃描。當(dāng)指令中涉及輸入 /輸出時(shí)， PLC 從輸入映像寄存器中讀入上一階段采入的對(duì)應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀入對(duì)應(yīng)輸出映像寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。然后，進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果在存入元件映像寄存器 中。對(duì)元件映像來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件的狀態(tài)會(huì)隨程序的執(zhí)行過(guò)程而變化。 (3)輸出刷新階段：在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有繼電器的狀態(tài)在（通 /斷）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過(guò)一定方式輸出驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。對(duì)于小型 PLC， I/O 點(diǎn)數(shù)較少，用戶(hù)程序較短，用集中采樣集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。 研究目的和意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì) 的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車(chē)輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車(chē)輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)武漢理工大學(xué)《機(jī)電傳動(dòng)及控制》課程設(shè)計(jì) 交通燈的 PLC 控制 5 過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的， 統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。 目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。由于十字路口不同時(shí)刻車(chē)輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴(lài)數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了 能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的 PLC 是必要的。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。 可編程控制器交通燈控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： ①脫機(jī)手動(dòng)工作； ②聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作； ③上機(jī)控制的單周 期運(yùn)行方式； ④由上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； ⑤自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。 近年來(lái) PLC 的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，使得實(shí)際應(yīng)用成為可能。 本系統(tǒng)采用 PLC 是基于以下四個(gè)原因： ① PLC 具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間都在 30 萬(wàn)小時(shí)以上； ②編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)； ③抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的 PLC； 武漢理工大學(xué)《機(jī)電傳動(dòng)及控制》課程設(shè)計(jì) 交通燈的 PLC 控制 6 根據(jù)交通信號(hào)燈系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，我們采 用了德國(guó)西門(mén)子公司 S7200 型PLC。西門(mén)子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)，是 S7200 系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門(mén)子可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器 (PLC)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)控制。 第二章 十字路口交通燈設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù) 圖 1 為十字路口交通信號(hào)燈示意圖，共有兩組信號(hào)燈，其中一組控制直行（大圓），一組控制轉(zhuǎn)彎（小圓）。當(dāng)輪到一個(gè) 方向開(kāi)始直行時(shí)，控制該方向直行的綠燈亮，指示該方向可以直行，并維持 20s，當(dāng)通行時(shí)間即將結(jié)束時(shí)，綠燈閃爍 3s以作提示；隨后，該方向的黃燈亮 2s，熄滅，通行時(shí)間結(jié)束，該方向的紅燈亮，禁止該方向通行。同時(shí)控制該方向轉(zhuǎn)彎的綠燈亮，指示該方向轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎時(shí)，綠燈維持 15s，當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)間即將結(jié)束時(shí)，綠燈閃爍 3s 以作提示；緊接著，該方向的黃燈亮 2s，熄滅，轉(zhuǎn)彎時(shí)間結(jié)束；接下來(lái)，該方向的紅燈亮，禁止該方向轉(zhuǎn)彎。同時(shí)另一方向直行的綠燈亮，輪到另一方向直行了。
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