机械毕业设计(论文)基于PLC的交通信号灯电气控制部分的设计(新)(含全套图纸).doc
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1、目 录摘要1关键词11 前言22 方案论证52.1 基于数电技术交通灯控制系统52.2 基于单片机技术的智能交通灯控制统62.3 基于PLC技术的交通灯控制系统63 硬件电路设计及元器件选择63.1 PLC的技术指标63.2 可编程控制器的选择83.2.1 PLC型号的选择83.2.2 输入输出模块的选择93. 3 I/O分配表93.4 PLC连接图114 软件设计124. 1 常用编程语言简介124. 2 梯形图设计方法154. 3 梯形图164. 4 指令表18结论22参考文献23致谢24基于PLC的交通信号灯电气控制系统的设计学 生: 指导老师: (湖南农业大学东方科技学院,长沙 410
2、128) 摘 要: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。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。本设计应用PLC来控制双向十字路口的交通灯,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。在该设计中,
3、还引入F940触摸屏,拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行,十分形象地显示出了PLC在交通灯中的应用。关键词:交通灯;控制;PLCDisign of Based on PLC Traffic Light Electric Control System Author:Yang ZheTutor:Cai Pei Zhong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract:PLC programmable logic controller is a micropro
4、cessor based on a combination of computer technology, automatic control and communication technologies developed from a new type of industrial control devices. It has a simple structure, easy programming, high reliability, has been widely used in industrial process and location of the automatic cont
5、rol. According to statistics, the programmable automation controller is the most widely used devices in a device. Experts believe that the future will be a programmable logic controller to control the main means of industry and one of the important infrastructure, PLC, robotics, CAD / CAM will becom
6、e the three pillars of industrial production. Since the PLC has a strong adaptability to the use of environmental features, while its internal timer is very rich in resources, can be widely used on the current progressive signal for precise control, especially for the control of multi-fork can be ea
7、sily achieved. It is now increasingly used in traffic lights PLC system. In the design, but also the introduction of touch-screen simulation of F940 crossroads and traffic lights flashing, very vividly showed PLC traffic lights in the practical application of the system. Key words : traffic lights;
8、control; PLC1 前言 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员,是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller),简称PLC,它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展,这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围,因此,今天这种装置称作可编程控制器,简称PC。但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆,所以将可编程控制器简称PLC。 交通灯的前身为信号灯,诞生于1868年12月10日英国伦敦议会广场。在19世纪初,红装的女人
9、表示我已结婚,而着绿装的女人则是未婚者。当时英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故,于是人们受到红绿装启发,1868年12月10日,信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了,由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米,身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯,这是城市街道的第一盏信号灯。稍后又在纽约和芝加哥等城市,相继重新出现了交通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要,第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。由于它的诞生,使城市交通大为改善。 黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎.于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族,遍及全世界陆
10、、海、空交通领域了。 中国最早的马路红绿灯,是于1928年出现在上海的英租界。随着世界范围内城市化和机动化进程的加快,城市交通越来越成为一个全球化的问题。城市交通基础设施供给滞后于高速机动化增长需求,道路堵塞日趋加重,交通事故频繁,环境污染加剧等问题普遍存在。特别是在一些发展中国家,不仅没有在城市规划布局、城市交通发展模式选择与运营机制等方面吸取发达国家城市交通发展的经验与教训,而且重复着它们在高速机动化发展中所犯过的许多错误,无论是大中城市还是新兴的中小城市,几乎都没有前瞻性地解决好城市交通问题。自改革开放以来,我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展,城市化进程在逐步加快,城市人口在急剧增
11、加,大量流动人口涌进城市,人员出行和物资交流频繁,使城市交通面临着严峻的局势。当前,全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。探究城市交通发展中存在问题的原因,无论是从宏观上还是从微观上分析,其根本原因在于城市交通系统的管理机制不适应。不同的城市有不同城市的问题,但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响,就是解决问题的关键!随着我国城市化建设的发展,越来越多的新兴城市的出现,使得城市的交通成为了一个主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展,人民的生活水平日渐提高,越来越多的汽车
12、进入寻常老百姓的家庭,再加上政府大力发展的公交、出租车,车辆越来越多了。这不仅要求道路要越来越宽阔,而且要求有新的交通管理模式的出台。旧有的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾,使原来不太突出的交通问题被提上了日程。现在有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术,比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。对交通的管控能力,也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力,因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。从技术条件分析,我国的城市交通技术应用水平较低,这在交通规划、交通基础设施建设、运输工具水平、交通组织和管理等方面
13、都有反映。例如道路布局和交通方式分道不合理,现代化轨道交通缺少,路面公共交通效率低,车况较差,相关技术标准较低、自行车交通比例高,日常交通以人工管理为主等,对城市交通的管理还局限于传统的车流人流控制方面,缺乏对城市交通需求进行研究和管理。特别是在应用现代通信和网络技术管理交通方面,除少数几个大城市已经起步外,大多数城市还是空白。另外,我国在城市交通规划和管理方面对基础性研究缺乏重视,研究力量和研发投入不足,也是技术水平低和造成城市交通发展缓慢的原因。自改革开放以来,我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展,城市化进程在逐步加快,城市人口在急剧增加,大量流动人口涌进城市,人员出行和物资交流频繁,
14、使城市交通面临着严峻的局势。当前,全国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。ITS已经成为新世纪世界道路交通的发展趋势和现代化城市的标志,其核心是解决道路交通的问题,其实质是高新技术在交通领域的集成应用。为了实现城市道路交通的畅通,缓解城市交通拥塞,我国公安交通管理部门一直把科技应用作为主要发展方向,多年来做了大量的工作。总体说来,国内城市交通指挥系统的发展经历了以下几个阶段: 七十年代末到九十年代初,城市交通监控中心主要是建立交通信号控制系统和交通电视监控系统,其主要功能是对路口信号灯进行点、面相结合的控制,对路
15、面的交通状况进行实时的监视,并辅之以人工干预。 九十年代以来,原来的监控中心不断增加了GPS车辆定位系统、交通事故处理系统、交通群体诱导系统、交通管理信息系统、交通地理信息系统等等,并逐步发展为城市交通指挥中心。其主要特征是指挥中心内的这些系统基本上都是物理上放置在一起,相互之间基本上不能进行信息互换与共享,实现调度与指挥。 从九十年代末开始,我国公安交通管理部门和科研单位就开始研究如何实现各个系统之间的信息交换与共享,如何实现快速反应决策,完成统一调度与指挥,以建立新一代的智能化城市交通指挥系统,实现城市交通的智能化。 2 方案论证2.1 基于数电技术交通灯控制系统基于数字电子技术的交通灯控
16、制系统主要由逻辑电路构成,相对于其他方案来说本类设计器件原理比较简单,成本比较低而且安装和维护方便,但是其电路结构较为复杂。本类控制系统的流程框图如图2.1所示,图中,TL表示甲车道或者乙车道绿灯亮的时间间隔,即车辆正常通行的时间间隔,定时时间到则为1,否则为0。TY表示黄灯亮的时间间隔,定时时间到则为1,否则为0。ST表示定时器到了规定时间后,由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始的下一个工作状态的定时。此系统主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等结构组成。秒脉冲信号发生器为该系统中的定时器和控制器提供标准时钟信号;定时器主要由秒脉冲同步的计数器构成,要求计数器在状态转换ST
17、作用下,首先清零,然后在时钟脉冲上升沿作用下,计数器从0开始进行增加1计数,并向控制器提供定时信号TY和定时信号TL;译码器输出两组信号灯的控制信号,经驱动电路后驱动信号灯工作;控制器是系统的主要部分,即交通管理的核心,由它控制定时器和译码器工作。图1数字电子技术系统流程图Figure 1 digital electronic technology system flow chart2.2 基于单片机技术的智能交通灯控制系统此类系统结构简单,操作方便;既可现场控制,又可远程控制;拥有手动和自动两种控制模式,具有一定的智能性;能根据现场状况,合理地调节车流,对优化城市交通具有一定的意义。另外,利
18、用单片机实时操作系统提供的系统特征,可以简化多任务程序设计,满足多个任务的时间特性要求,可完成前后台编程方法难以完成的编程任务。同时基于实时多任务操作系统,可以将各任务进行细分包装,使各任务保持相对独立;能有效改善程序结构,便于模块化处理,使程序的可读性、可维护性和可移植性都得到进一步的提高。但此类系统真正实现起来又会出现诸如信号的驱动、车辆达到的感知等问题,且其的外围电路还是比较复杂,而单片机等器件的价格也比较贵,造成成本昂贵,此类系统的程序庞大,而且必须用如汇编语言、C51语言编程等复杂语言编程,所以程序的编写也较为麻烦复杂。2.3 基于PLC技术的交通灯控制系统此类系统将诸多执行任务由可
19、编程控制器承担,外围设备可以直接连接到PLC各I/O口,所以外围电路较简单,设计起来比较灵活,能更趋向智能化,而且能用梯形图编程,此类编程方法接近于继电器电路,通俗易懂,因此此类控制系统是今后发展的一个重要方向。基于以下4个原因:PLC具有很高的可靠性,通常的平均无故障时间都在30万小时以上;编程能力强,可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现;抗干扰能力强,目前空中各种电磁干扰日益严重,为了保证交通控制的可靠稳定,我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC;近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高,使得实际应用成为可能。本设计采用第三种方案。3 硬件设计 3.1 PLC的
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