基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)

殷占偉

摘 ?要：本論文在目前交通控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行深入分析，對(duì)交通高峰期的車(chē)輛通過(guò)數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)交通燈的時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，達(dá)到交通控制系統(tǒng)最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的交通燈控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、探測(cè)器、執(zhí)行機(jī)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(shuō)明分析，對(duì)各種外部輸入信號(hào)按照系統(tǒng)的工藝分析結(jié)果及程序設(shè)計(jì)流程，完成系統(tǒng)各項(xiàng)工藝功能的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)上位機(jī)系統(tǒng)將當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)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(hào)的選擇，采用可編程控制器的系列是西門(mén)子S7-200系列，而此系列的特點(diǎn)非常突出，并且其設(shè)計(jì)比較小巧，功能強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先是在對(duì)系統(tǒng)熟悉的基礎(chǔ)上概述工藝，明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容，并且根據(jù)內(nèi)容來(lái)作工藝控制的方案，完成系統(tǒng)硬件部分的型號(hào)選擇計(jì)算以及總體控制方案的設(shè)計(jì)。在此前提下對(duì)硬件進(jìn)行分析，然后根據(jù)此來(lái)設(shè)計(jì)圖紙，而完成圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之后，并作工藝流程圖設(shè)計(jì)，再實(shí)施編寫(xiě)程序，通過(guò)程序仿真設(shè)計(jì)聯(lián)機(jī)調(diào)試和修改，系統(tǒng)安全可靠、使用靈活、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短，后期修改方便，達(dá)到本設(shè)計(jì)的工藝要求，以及為后期系統(tǒng)升級(jí)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(lái)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(yùn)而生，在交通管制方面起著極其重要的作用。本論文通過(guò)對(duì)交通高峰期的車(chē)輛通過(guò)數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)交通燈的時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，達(dá)到交通控制系統(tǒng)最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的工藝要求。

編程可控制器在最近幾年突飛猛進(jìn)，其先進(jìn)技術(shù)和工藝享有贊譽(yù)，且在很多制造企業(yè)中，其都充分發(fā)揮優(yōu)越性和特點(diǎn)，并且深受制造業(yè)追捧與熱愛(ài)。為了保證交通燈控制系統(tǒng)順利設(shè)計(jì)完成，詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路如下幾點(diǎn)：

（1）對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的資料進(jìn)行查詢，了解詳細(xì)的控制工藝，對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略分析。

（2）詳細(xì)分析控制系統(tǒng)的工藝策略，明確工藝控制的信號(hào)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(jì)算，確定具體的控制方案。

（3）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)思路分析，明確圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，考慮系統(tǒng)安全保護(hù)、預(yù)留擴(kuò)展等，完成硬件圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和接線分析。

（4）按照系統(tǒng)控制策略方案和硬件設(shè)計(jì)圖紙，進(jìn)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(lái)完成流程設(shè)計(jì)，繼而進(jìn)行程序編寫(xiě)與調(diào)試工作，達(dá)到控制的要求。

第二章 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

2.1交通燈的工藝分析

（1）東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)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(shí)黃燈亮，南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

（3）南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)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(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí)2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車(chē)輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

東西南北四個(gè)路口都有三個(gè)燈，分別為紅綠黃，不管是在哪個(gè)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(shí)現(xiàn)控制環(huán)境，則需利用可編程控制器來(lái)操作，該電子系統(tǒng)，主要是利用邏輯控制與數(shù)字運(yùn)算集合的形式，來(lái)進(jìn)行操作，工業(yè)利用率很高，范圍很廣?？删幊炭刂破骼脤ｉT(mén)編程軟件，完成工藝程序編制與設(shè)備組態(tài)等，來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)邏輯控制運(yùn)算、順序功能控制、時(shí)間控制、計(jì)數(shù)控制以及各種數(shù)據(jù)計(jì)算和控制，達(dá)到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的工藝控制目的?？删幊炭刂破鲗⑾冗M(jìn)的自動(dòng)化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(qiáng)大的電子控制產(chǎn)品。就當(dāng)前工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)而言，可編程控制器是最重要、能夠在各種場(chǎng)合下實(shí)現(xiàn)控制的工業(yè)工控產(chǎn)品。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要是利用西門(mén)子S7-200小型的PLC來(lái)完成主控制器設(shè)計(jì)。

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(jìn)行各種功能的設(shè)計(jì)編譯，具有強(qiáng)大的通信功能，可以和上位機(jī)進(jìn)行通信，具有豐富的擴(kuò)展模塊，最多可以連接7個(gè)擴(kuò)展功能模塊。

2.3 傳感器的介紹及選型

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，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(cè)元件。該光電傳感器的電源為DC24V，可以傳感檢測(cè)的距離為0.2CM-200CM之間，并且可以進(jìn)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(lán)色、白色、黑色、黃色。在這五根線當(dāng)中，每個(gè)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(lán)色線為DC24V電源的負(fù)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(shí)，首先要對(duì)該傳感器進(jìn)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(jì)需要接常開(kāi)觸點(diǎn)，可編程控制器的輸入接線和白色線連接。當(dāng)外部的信號(hào)檢測(cè)到，信號(hào)檢測(cè)電路輸出信號(hào)，可編程控制器的輸入端子將通電，輸入信號(hào)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(jì)S7-200對(duì)交通信號(hào)燈的狀態(tài)變化進(jìn)行控制，并且采用光電傳感器進(jìn)行車(chē)流量的檢測(cè)，將檢測(cè)的信根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，判斷出當(dāng)前的交通流量狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)交通燈的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)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(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)分析

按照交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝以及總體方案設(shè)計(jì)，對(duì)該系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。認(rèn)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(jì)要求，設(shè)計(jì)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(rèn)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(zhǔn)確無(wú)誤。電動(dòng)機(jī)部分接線要確保電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的保護(hù)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(chǎng)條件的干擾影響，采取措施。

3.2控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

通過(guò)I/O分配設(shè)計(jì)，將快速準(zhǔn)確的判斷系統(tǒng)狀態(tài)，非常方便。輸入輸出I/O信號(hào)統(tǒng)計(jì)如下圖3.1所示。

可編程控制器的硬件接線按照該型號(hào)PLC的硬件手冊(cè)分為三部分設(shè)計(jì)。首先是電源部分設(shè)計(jì)，采用開(kāi)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(fù)極，L+端子接正極。其次是輸入接口的電路設(shè)計(jì)，輸入接口部分公共端子為M端子，該端子接負(fù)極，外部主令按鈕或開(kāi)關(guān)的一端接入24V正極，而另外一端是接對(duì)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(dāng)該元件動(dòng)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(jì)，輸出接口部分的公共端子為L(zhǎng)+，該端子接24V正極，執(zhí)行元件線圈的一端接輸出信號(hào)，另一端接負(fù)極。比如外部輸出元件KA1，一端接Q0.0，另一端接負(fù)極。

第四章 交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1控制系統(tǒng)流程圖分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析出交通燈的正常時(shí)序流程圖如圖4-1所示。

4.2 梯形圖程序設(shè)計(jì)

南北紅燈工作時(shí)，便將Q0.1南北紅燈接通，此時(shí)，理所當(dāng)然的，南北紅燈指示，變亮;東西綠燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.2東西綠燈輸出接通，東西綠燈指示燈亮;當(dāng)東西黃燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.3東西黃燈輸出接通，外部東西黃燈指示燈亮;當(dāng)東西紅燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.4東西紅燈輸出接通，東西紅燈指示，變亮;當(dāng)南北綠燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.5南北綠燈輸出接通，外部南北綠燈指示燈亮;當(dāng)南北黃燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.6南北黃燈輸出接通，外部南北黃燈指示燈亮;如果報(bào)警，將Q0.0報(bào)警輸出接通，外部報(bào)警指示燈亮。外部車(chē)流檢測(cè)計(jì)數(shù)器工作，當(dāng)60秒內(nèi)檢測(cè)到車(chē)流量大于15的時(shí)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(dāng)60秒內(nèi)檢測(cè)到車(chē)流量小于15時(shí)，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(shí)間時(shí)，將Q0.1南北紅燈輸出接通，外部南北燈，指示變亮;當(dāng)東西綠燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.2東西綠燈輸出接通，外部東西綠燈指示燈亮;當(dāng)東西黃燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.3東西黃燈輸出接通，外部東西黃燈燈亮;當(dāng)東西紅燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.4東西紅燈輸出接通，外部東西紅燈指示燈亮;當(dāng)南北綠燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.5南北綠燈輸出接通，外部南北綠燈指示燈亮;當(dāng)南北黃燈工作時(shí)間時(shí)，將Q0.6南北黃燈輸出接通，外部南北黃燈指示燈亮;如果報(bào)警，將Q0.0報(bào)警輸出接通，外部報(bào)警指示燈亮。如圖4.3所示。

4.3 交通燈信號(hào)輸出程序

總結(jié)

按照交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工藝要求，對(duì)交通燈進(jìn)行了PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)包括工藝分析、選型設(shè)計(jì)、方案確定、硬件圖紙、軟件程序等設(shè)計(jì)，達(dá)到了設(shè)計(jì)的基本工藝要求，為后期設(shè)計(jì)起到借鑒作用。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(jìn)行詳細(xì)的工藝設(shè)計(jì)。

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