【導(dǎo)讀】原理及應(yīng)用》課程。從教學(xué)的角度看,這是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,學(xué)生在理論教學(xué)方面。力的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了一套便于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型交通控制實(shí)驗(yàn)裝置。特殊情況下的控制等功能,同時(shí)能對(duì)交通燈的運(yùn)行和路口車(chē)流情況進(jìn)行監(jiān)控。板采用模塊化組合結(jié)構(gòu),使用靈活,性能穩(wěn)定,直觀性強(qiáng),具有良好的教學(xué)效果。

　　

【正文】 第 16 頁(yè) 共 40 頁(yè) 預(yù)知情況的存在 ,會(huì)導(dǎo)致該十字路口有時(shí)車(chē)流量很大 ,而有時(shí)車(chē)流量很小。紅綠燈的變換時(shí)間需隨之改變 ,通過(guò)觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用 ,可以靈活修改時(shí)間參數(shù) ,使控制程序更加靈活 ,以便適應(yīng)不同季節(jié)的通行要求。 (2) 控制過(guò)程可視化。通過(guò)觸摸屏 ,可對(duì)十字路口交通燈的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控 ,并可把此監(jiān)控信號(hào)傳到中央控制室 ,以便了解整個(gè)十字路口的交通 狀況 ,減少交警的勞動(dòng)強(qiáng)度。 (3) 報(bào)警次數(shù)可記錄。采用紅外線(xiàn)遙感傳感器監(jiān)測(cè)十字路口的違章現(xiàn)象 ,若出現(xiàn)司機(jī)闖紅燈、壓線(xiàn)等情況 ,即啟動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲 ,并記錄每天的違章次數(shù)。 （ 3） PLC 交通燈控制軟件系統(tǒng)梯形圖、控制程序研究設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)化程序的設(shè)計(jì)思想 ,為了閱讀和調(diào)試的方便 ,PLC 的主程序采用 SFC 程序設(shè)計(jì)方法 ,根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 ,把主程序設(shè)計(jì)成多個(gè)選擇分支 ,每個(gè)分支對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的某個(gè)功能。 第 17 頁(yè) 共 40 頁(yè) 3 交通燈控制和監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的構(gòu)成 該實(shí)驗(yàn)控制面板是以三菱 PLC 為主機(jī) 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心部分 , 具體又可分為以下三 塊獨(dú)立的部分 : (1) PL C 控制主板 : 本系統(tǒng)的 PLC 主機(jī)選用三菱 FX2N64MR , 這種機(jī)型有 32 點(diǎn)輸入 , 32 點(diǎn)輸出 , 可實(shí)現(xiàn)高速輸入輸出響應(yīng) ( 約 8～ 10m s) , 編程指令豐富 (100 余條 ) , 內(nèi)部具有高速計(jì)數(shù)和中斷處理功能 , 其 RS 232 口可直接與計(jì)算機(jī)相連 , 比較適合小型工業(yè)控制。 該板將 PLC 主機(jī)固定于板子中央 , PLC 的輸入 /輸出端子均已接到面板相應(yīng)的插孔中 , 輸入 ?輸出信號(hào)通過(guò)這些插孔可由其他地方直接引入 , 這 些插孔的布置與 PLC 的輸入 /輸出端子以及電源端 , 接地端和公共端的實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)。 ( 2) PL C 通用 I/O 接口板 : 該板用于將輸入 /輸出信號(hào)引入到控制主板上。其中輸入 /輸出信號(hào)既可以由面板上的鈕子開(kāi)關(guān)和指示燈來(lái)表示 , 也可以用導(dǎo)線(xiàn)連接到專(zhuān)用演示面板或控制模型上 。 考慮到 PLC 自帶 24V 直流電源 , 在負(fù)載較小且為非感性負(fù)載時(shí)有一定的驅(qū)動(dòng)能力。 在該板上設(shè)計(jì)有 4 個(gè)額定電壓為直流 24V 的小型繼電器 , 可以使 PLC 的輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)繼電器帶動(dòng)負(fù)載工作。 ( 3) PLC 交通燈控 制專(zhuān)用演示板 : 該板 是一個(gè)演示裝置 , 用相應(yīng)指示燈模擬十字路口紅、黃、綠交通燈的實(shí)際狀況 , 板上 設(shè)計(jì)有輸入 /輸出插孔以及啟動(dòng)、停止按鈕。 該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用主 — 從機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊化的組合結(jié)構(gòu) , 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)控制板的同時(shí)考慮到了功能的擴(kuò)展 , 如果再增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的話(huà) , 只需制作相應(yīng)的專(zhuān)用演示板即可。 系統(tǒng)的原理 該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)融 PLC 控制技術(shù)、觸摸屏 控制技術(shù)、模擬仿真技術(shù)為一體 , 采用主 —從方式控制。其中上位機(jī)選用 PC 機(jī) , PLC 作為從機(jī) , 主機(jī)和從機(jī)之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)串行接口 RS 422 實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸。 PC 機(jī)主要的任務(wù)是進(jìn)行 PLC程序的編輯、修改、監(jiān)控 , 以及在線(xiàn)顯示 PLC 內(nèi)部各軟繼電器的狀態(tài) 。 PLC 的作用是將 PC 機(jī)輸入到 PLC內(nèi)部的程序編 第 18 頁(yè) 共 40 頁(yè) 譯成自身的執(zhí)行代碼 , 在程序啟動(dòng)后 , 根據(jù)輸入模塊接收到的各輸入點(diǎn)的信號(hào) , 執(zhí)行處理內(nèi)部程序 , 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后 , 再將輸出繼電器的通斷狀態(tài)輸出到相應(yīng)的輸出點(diǎn) , 驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指示燈或繼電器。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中 , 可以把實(shí)驗(yàn)控制面板上的按鈕或鈕子開(kāi)關(guān)作為 PL C 的輸入信號(hào) , 把面板上的指示燈作為輸出信號(hào) , 也可以將輸入輸出信號(hào)通過(guò)面板上的插孔連接到專(zhuān)用演示板或控制模型 上 , 通過(guò)演示板演示動(dòng)作過(guò)程或直接驅(qū)動(dòng)模型的動(dòng)作 , 將使實(shí)驗(yàn)過(guò)程 “仿真”實(shí)際的工業(yè)控制。 實(shí)驗(yàn)裝置的功能 該交通燈實(shí)驗(yàn)監(jiān)控裝置根據(jù)不同時(shí)段車(chē)流量的不同 ,設(shè)計(jì)了四種工作方式 ,即正常時(shí)序控制方式 、急車(chē)強(qiáng)通控制方式 、行人強(qiáng)通控制方式及緊急事故處理控制方式 。 正常時(shí)序控制方式 正常情況下 , 由于白天車(chē)輛較多 , 而晚上車(chē)輛較少 ,要求紅綠燈自動(dòng)切換的循環(huán)周期不同 , 白天按 90 秒一個(gè)循環(huán)周期輪流放行 ,晚上按 50 秒一個(gè)循環(huán)周期輪流放行 。白天紅綠燈切換的要求 ( 晚上只是循環(huán)周期不同 ) 如下 : (1) 橫向 (行 )和縱向 (列 )主干道均設(shè)有左行綠燈 13 S ,直行綠燈 27 S ,綠燈閃亮 3S ,黃燈 2S 和紅燈 45S。當(dāng)縱向主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r ,橫向主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮直 行綠燈 ,左 行綠燈 ,綠燈閃亮和黃燈 。反之 ,當(dāng)橫向主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r ,縱向主干道依次點(diǎn)亮直 行綠燈 ,左 行綠燈 ,綠燈閃亮和黃燈 。 (2) 橫向和縱向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。橫向人行道通行綠燈主干道直行綠燈點(diǎn)亮后才允許點(diǎn)亮 , 亮 27S ,然后接 3S 閃綠 ,其他 60S 時(shí)間為紅燈 。 同樣 ,縱向人行道通 行綠燈應(yīng)在橫向主干道直行綠燈點(diǎn)亮后才允許點(diǎn)亮 ,亮 27S ,然后接 3S 閃綠 ,其他 60S 時(shí)間為紅燈 。 急車(chē)強(qiáng)通控制方式 (1) 當(dāng)有救護(hù)車(chē) 、救火車(chē)通過(guò)或某個(gè)方向的車(chē)流量過(guò)大時(shí) ,啟動(dòng)急車(chē)強(qiáng)通控制方式 。無(wú)急車(chē)時(shí) ,按正常循環(huán)時(shí)序控制 。有急車(chē)來(lái)時(shí) ,將急車(chē)強(qiáng)通開(kāi)關(guān)接通 ,不管原來(lái)信號(hào)狀態(tài)如何 ,一律強(qiáng)制讓急車(chē)來(lái)車(chē)方向的綠燈亮 ,直到急車(chē)通過(guò)為止 ,將急車(chē)強(qiáng)通開(kāi)關(guān)斷開(kāi) ,信號(hào)的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車(chē)放行方向的綠燈閃亮 3 次 。隨后按正常時(shí)序控制 。 第 19 頁(yè) 共 40 頁(yè) (2) 急車(chē)強(qiáng)通信號(hào)只能響應(yīng)一路方 向的來(lái)車(chē) ,若兩個(gè)方向先后來(lái)急車(chē) ,則響應(yīng)先來(lái)的一方 ,隨后再響應(yīng)另一方 。 行人強(qiáng)通控制方式 為了體現(xiàn)“以人為本”的思想 ,設(shè)置行人橫穿馬路與縱穿馬路方式 。如果行人需要過(guò)馬路 ,而該方向人行道上的燈為禁行紅燈 ,他就可以按該方向的行人強(qiáng)通按鈕 ,此時(shí)人行道燈會(huì)由紅變綠 ,方便行人通過(guò) ,減少交通事故 。 緊急事故處理控制方式 在該十字路口發(fā)生交通事故時(shí) ,啟動(dòng)該方式 ,4 個(gè)方向的紅燈全亮 ,所有車(chē)輛禁行 ,以便交警處理事故 。 除了以上工作方式外 ,該實(shí)驗(yàn)監(jiān)控裝置還具有以下幾 個(gè)功能 : (1) 時(shí)間參數(shù)可修改 。由于季節(jié)及某些不可預(yù)知情況的存在 ,會(huì)導(dǎo)致該十字路口有時(shí)車(chē)流量很大 ,而有時(shí)車(chē)流量很小 。紅綠燈的變換時(shí)間需隨之改變 ,通過(guò)觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用 ,可以靈活修改時(shí)間參數(shù) ,使控制程序更加靈活 ,以便適應(yīng)不同季節(jié)的通行要求 。 (2) 控制過(guò)程可視化 。通過(guò)觸摸屏 ,可對(duì)十字路口交通燈的運(yùn)行情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控 ,并可把此監(jiān)控信號(hào)傳到中央控制室 ,以便了解整個(gè)十字路口的交通狀況 ,減少交警的勞動(dòng)強(qiáng)度 。 (3) 報(bào)警次數(shù)可記錄 。采用紅外線(xiàn)遙感傳感器監(jiān) 測(cè)十字路口的違章現(xiàn)象 ,若出現(xiàn)司機(jī)闖紅燈 、壓線(xiàn)等情況 ,即啟動(dòng)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警聲 ,并記錄每天的違章次數(shù) 。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) I/O 端口的分配 輸入端 輸出端 輸入設(shè)備 PLC 輸入端子號(hào) 輸出設(shè)備 PLC 輸出端子號(hào) 啟動(dòng)按鈕 X000 橫向左行綠燈 Y000 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) 停止按鈕 X001 橫向直行綠燈 Y001 行人橫向強(qiáng)通 X002 橫向黃燈 Y002 行人縱向 強(qiáng) 通 X003 橫向紅燈 Y003 橫急強(qiáng)通 X004 縱向左行綠燈 Y004 縱急強(qiáng)通 X005 縱向直行綠燈 Y005 橫急處理 X006 縱向黃燈 Y006 縱急處理 X007 縱向紅燈 Y007 事故處理 X010 橫人行道綠燈 Y010 事故返回 X011 橫人行道紅燈 Y011 橫向傳感器 X012 縱人行道綠燈 Y012 縱向傳感器 X013 縱人行道紅燈 Y013 報(bào)警燈 Y014 七段數(shù)碼管一 Y020Y026 七段數(shù)碼管二 Y030Y36 表 I/O端口的分配 表 PLC 接線(xiàn)圖設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)采用 三 菱 FX2N64MR 的 PLC 作 主 控制 器 ， 為了使信號(hào)燈 與倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示 同步 ， 當(dāng) 系統(tǒng)運(yùn)行非正 常時(shí) 序的程序 時(shí) ， 應(yīng)當(dāng)讓倒計(jì)時(shí)程 序停止運(yùn)行 ， 此時(shí)不再顯示時(shí)間 ， 當(dāng)非正常時(shí)序的程序運(yùn) 行 完畢時(shí) ， 應(yīng)當(dāng) 給倒計(jì)時(shí)程序復(fù) 位 ， 以便正常時(shí)序 時(shí) 紅綠燈記時(shí)準(zhǔn)確 。 觸摸 屏選用三菱 F940 GOT SWD 。 外圍 電路中的信號(hào)燈采 用220V交流 電源 。 其 I/O 接線(xiàn)圖 附 圖 1 所 示 。 第 21 頁(yè) 共 40 頁(yè) 軟件設(shè)計(jì) 交通燈主程序 設(shè)計(jì) 本著結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想 , 為了閱讀和調(diào)試的方便 ， PLC的主程序采用 SFC程序設(shè)計(jì)方法 ,該方法只考 慮當(dāng)前一個(gè)狀態(tài) ,特別適合較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì) 。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求 ,把主程序設(shè)計(jì)成七個(gè)選擇分支 ,每個(gè)分支對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的某個(gè)功能 ,如圖所示 。其中 X0 、 X2 、 X3 、 X4 、 X5 、 X10 、 X12 、 X13 是進(jìn)入相應(yīng)分支的條件 ,為了避免在一路強(qiáng)通工作期間 ,另一路強(qiáng)通信號(hào)來(lái)臨 , 使二者同時(shí)接通 , 發(fā)生信號(hào)短時(shí)錯(cuò)亂 ,故在程序中要對(duì) X0 、 X2 、 X3 、 X4 、 X5 、 X10 六個(gè)信號(hào)采用復(fù)位指令分別編寫(xiě)互鎖程序以便同一時(shí)間 ,只能響應(yīng)一路信號(hào) ， T1 、 T2 、 X6 、 X7 、 X11 是 處理完特殊情況后返回正常時(shí)序程序的條件 ,一旦這些條件滿(mǎn)足 ,系統(tǒng)就重新執(zhí)行正常程序 。 圖 紅綠燈的主程序結(jié)構(gòu)圖 交通燈倒計(jì)時(shí)顯示程序 顯示程序?qū)嶋H上是一個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)程序 ， 由移位指令產(chǎn)生個(gè)位 、十位的同步信號(hào)使 L ED 七段碼管每隔一秒顯示一組數(shù)字 ,直到“ 00”再進(jìn)入下一輪循環(huán) ， 同時(shí)在處理特殊程序時(shí)應(yīng)讓倒記時(shí)顯示停止 ,即給 倒計(jì)時(shí)顯示復(fù)位 ， 以便返回正常程序時(shí) ， 紅綠燈的記時(shí)時(shí)間與燈的運(yùn)行情況一致 。 第 22 頁(yè) 共 40 頁(yè) 觸摸屏組態(tài)設(shè)計(jì) GOT940軟件包進(jìn)行畫(huà)面組態(tài) ， 它是在 windows上用于制作觸摸屏畫(huà)面的專(zhuān)用軟件 。觸摸屏不僅具有按鈕的功能 ， 方便操作者輸入信號(hào) ， 而且還能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài) 。 其組態(tài)軟 件操作簡(jiǎn)便易 行 ， 可組態(tài)出各種顯 示和控制功能 ，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)操作狀態(tài) 、當(dāng)前過(guò)程值和故障的 可 視化 。 本觸 摸屏畫(huà)面共 有 6幅 。 通 過(guò)設(shè)定參數(shù) ，可以根 據(jù)不 同的要求進(jìn)入不同的畫(huà)面進(jìn) 行操作 ， 如畫(huà)面切換 、參數(shù)修改以及動(dòng)態(tài)畫(huà)面監(jiān)控等 。 1) 主界 面 。 如 圖 面 ， 以 動(dòng)畫(huà)形 式實(shí)時(shí)顯 示 24盞紅綠燈的運(yùn)行情 況 。 當(dāng) 實(shí) 際 系統(tǒng)中橫向綠 燈亮 時(shí) ， 該畫(huà)面上相應(yīng) 的綠燈就會(huì) 隨之點(diǎn)亮 。 2) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 。 以 數(shù)字和矩形圖形式 實(shí)時(shí) 顯示 24盞紅綠燈的運(yùn)行時(shí)間 。 3) 故障查 詢(xún) 當(dāng)系統(tǒng)硬件出現(xiàn)故障并報(bào)警 時(shí) ， 可以查看具體的故障類(lèi)型 、位置和發(fā)生時(shí)間 。 4) 操作面板 。 操作者 可以通過(guò)此面板上 的按 鈕向 PLC 發(fā)出控制 指 令 。 5) 參數(shù)設(shè)定畫(huà)面 。 設(shè) 定交通燈控制系統(tǒng) 的主 要運(yùn)行參數(shù) ， 并可以 根據(jù) 交通流量的變化在線(xiàn)修改紅 綠 燈 的切換時(shí)間 。 6) 報(bào)警記錄畫(huà)面 。 當(dāng) 出現(xiàn)有司機(jī)闖紅燈 等違 章 現(xiàn) 象時(shí) ， 系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出報(bào)警 畫(huà)面 ， 同時(shí)報(bào)警喇叭 鳴叫 ， 提醒 有人違 章 。