PLC交通信号灯控制系统模拟设计要点Word文档下载推荐.docx
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(1)PLC具有很高的可靠性,抗干扰能力。
通常的平均无障碍时间都在30万小时以上;
(2)系统设计周期短,维护方便,改造容易,功能完善,实用性强;
(3)干扰能力强,具有硬件故障的自我检查功能,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;
(4)近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高,是的实际应用成为可能。
1.2十字路口交通信号灯的控制情况
1.2.1十字路口交通灯布置图
十字路口将交通灯示意图如图1.1所示。
在十字路口的东、西、南、北方向装有主干道“红绿黄”灯、人行道“红绿黄”灯,其中主干道的“红绿黄”灯又分为左转“红绿黄”灯和直行“红绿黄”灯,在东西方向和南北方各设一组通行时间显示器,按倒计时的方式显示通行和停止时间。
采用红绿双色七段数码管,通行时(绿灯亮、闪,黄灯亮时)显示绿色数字,停止时显示红色数字。
(1)南北主干道
南北主干道的交通灯有6个,分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。
(2)东西主干道
东西主干道的交通灯也有6个,分别是左转红灯、左转绿灯、左转黄灯、直行红灯、直行绿灯、直行黄灯。
(3)南北人行道
南北人行道的交通灯有3个,分别是红灯、绿灯、黄灯。
(4)东西人行道
东西人行道的交通灯也有3个,分别是红灯、绿灯、黄灯。
(5)南北主干道和南北人行道
南北主干道和南北人行道共用一组时间显示器,一共2个七段数码管。
(6)东西主干道和东西人行道
东西主干道和东西人行道共用一组时间显示器,一共也是2个七段数码管。
人行道
1.2.2控制系统的要求
交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”和“急车强通控制”两种控制方式。
(1)正常循环运行
交通灯正常循环运行的逻辑流程图如图1.2所示。
具体控制要求如下:
①按下启动按钮后,交通灯控制系统开始工作。
先是南北方向绿灯和东西方向红灯亮,再亮东西方向绿灯和南北方向红灯,然后再亮南北方向绿灯和东西方向红灯,这样一直循环运行;
②南北向和东西向主干道均有左转绿灯,持续亮10s,左转黄灯,持续亮2s,左转红灯持续亮78s;
左转绿灯灭的同时直行绿灯亮持续30s,绿灯闪亮3s,黄灯2s和红灯45s。
当南北主干道红灯亮时,东西主干道应依次点亮左转绿灯,直行绿等,绿灯闪亮和黄灯;
反之,当东西主干道红灯点亮时,南北主干道依次点亮左转绿灯,直行绿灯,绿灯闪亮和黄灯;
③南北向和东西向人行道均设有绿灯、黄灯、红灯。
人行道上的“红黄绿”灯与同方向主干道上的直行“红黄绿”灯运行方式相同。
否
开始
是
亮45S
亮2S
亮78S
南北方向左转红灯亮
南北方向直行红灯亮
南北方向黄灯亮
按启动按钮
东西方向左转红灯亮
南北方向左转黄灯亮
亮78s
东西方向左转黄灯亮
亮30S
直行绿灯闪亮
东西方向左转绿灯亮
东西方向黄灯亮
闪亮3S
东西方向直行绿灯亮
直行绿灯闪烁
闪烁3S
图1.2交通灯正常循环运行流程图
(2)急行强通控制
急车强通控制的逻辑流程图如图1.3所示。
①急车强通控制受强通开关控制。
无急车时,按正常循环时序控制,有急车来时,打开急车强通开关,不管原来信号状态如何,一律强制让急车来车方向的绿灯亮,直到急车通过为止,断开急车强通开关,信号的状态立即转为急车放行方向的绿灯闪亮3s。
随后按在正常时序控制。
②急车强通信号只能响应一条路上的来车,若两条交叉的路(东西或南北)先后都来车,则响应先来的一方,随后再响应另一方。
(3)在晚上23点至次日早上6点,所有黄灯开始闪烁,6点后切换到正常循环运行。
图1.3急行强通控制流程图
1.3结合十字路口交通灯的路况分析
在PLC交通灯模拟模块中,主干道东西南北每面都有3种控制灯,分别为:
(1)禁止通行灯(亮时为红色)
(2)准备禁止通行灯(亮时为黄色)
(3)直通灯(亮时为绿色)
另外行人道东西南北每面都有3种控制灯,分别为:
(3)直通灯(亮时为绿色)
东西南北每面都有2位显示器通行、停止时间,采用红绿双色七段数码管控制,分别是:
(1)通行时间显示(绿色数字)
(2)停止时间显示(红色数字)
2PLC控制系统的设计
2.1PLC的选择
本设计是以PLC控制为核心的交通灯,选用三菱公司的FX2N—128MR型主机,共有64个输入点和64个输出点,并利用定时、计数器作定时计数用,LED七段数码管作为计时显示用。
利用3个输入点分别作为启动按钮、南北抢通开关和东西强通开关,4个输入点分别作为总的校时启动、秒校时、分校时、时校时。
12个输出点作为东西方向和南北方向的左转、直行的红、黄、绿灯。
并利用28个输出点分别作为东西南北方向的数码管个、十位显示输出,4个输出点作为控制数码管的颜色显示。
2.2十字路口交通灯控制系统时序图
(1)正常循环运行的时序图
正常循环运行时序图如图2.1所示。
启动按钮
2
10s
南北向左转绿灯
南北向左转黄灯
78s
南北向左转红灯
南北向直行绿灯
3
30s
南北向直行黄灯
45s
南北向直行红灯
东西向左转绿灯
东西向左转黄灯
东西向左转红灯
东西向直行绿灯
东西向直行黄灯
东西向直行红灯
图2.1正常循环运行的时序图
(2)急车强通控制时序图
急车强通控制的时序图如图图2.2所示。
图2.2急车强通控制时序图
2.3I/O地址分配
(1)输入部分
这个控制系统的输入部分共有7个输入点:
启动按钮(SB0)、东西方向强通开关(SA1)、南北方向强通开关(SA2)、校时启动按钮(SB1)、秒校时按钮(SB2)、分校时按钮(SB3)、时校时按钮(SB4)。
具体的输入分配表如表2.1所示。
表2.1I/O地址分配输入部分
输入设备
输入地址
启动按钮SB0
XO
南北强通开关SA1
X1
东西强通开关SA2
X2
校时启动按钮SB1
X3
秒校时按钮SB2
X4
分校时按钮SB3
X5
时校时按钮SB4
X6
(2)输出部分
这个控制系统的输出有东西方向主干道“红黄绿”交通灯、东西方向人行道“红黄绿”交通灯、南北方向主干道“红黄绿”交通灯、南北方向人行道“红黄绿”交通灯,共计36个交通灯。
但由于东西向主干道直行“红黄绿”灯和东西向人行道“红黄绿”灯运行状况相同,南北向主干道直行“红黄绿”灯和南北向人行道“红黄绿”灯运行状况相同,东西向主干道”红黄绿”灯运行情况相同,南北向主干道“红黄绿”灯运行情况相同,所以只用12个输出点作为指示灯输出;
东西向红绿七段数码管显示的时间相同,南北向红绿七段数码管显示时间相同,且都是两位输出,所以用28个输出点作为两组四个七段数码管的数值输出,4个输出点作为控制七段数码管颜色的输出。
具体的输出分配表如表2.2所示。
表2.2I/O地址分配输出部分
输出设备
输出地址
南北向主干道左转绿灯
Y0
南北向主干道左转黄灯
Y1
南北向主干道左转红灯
Y2
南北向主干道直行绿灯、南北向人行道绿灯
Y3
南北向主干道直行黄灯、南北向人行道黄灯
Y4
南北向主干道直行红灯、南北向人行道红灯
Y5
东西向主干道左转绿灯
Y6
东西向主干道左转黄灯
Y7
东西向主干道左转红灯
Y10
东西向主干道直行绿灯、东西向人行道绿灯
Y11
东西向主干道直行黄灯、东西向人行道黄灯
Y12
东西向主干道直行红灯、东西向人行道红灯
Y13
七段数码管(个位)a
Y14
七段数码管(个位)b
Y15
七段数码管(个位)c
Y16
七段数码管(个位)d
Y17
七段数码管(个位)e
Y20
七段数码管(个位)f
Y21
七段数码管(个位)g
Y22
七段数码管(十位)a
Y23
七段数码管(十位)b
Y24
七段数码管(十位)c
Y25
七段数码管(十位)d
Y26
七段数码管(十位)e
Y27
七段数码管(十位)f
Y30
七段数码管(十位)g
Y31
数码管显示红色
Y32
数码管显示绿色
Y33
Y34
Y35
Y36
Y37
Y40
Y41
Y42
Y43
Y44
Y45
Y46
Y47
Y50
Y51
Y52
Y53
2.4PLC的外部接线
交通信号灯的外部接线图如图2.3所示。
图2.3PLC的外部接线图
2.5程序设计
2.5.1正常运行程序
当按下启动按钮时,南北方向主干道左转绿灯亮10S,然后南北方向主干道左转黄灯亮2S,然后南北方向主干道左转红灯亮78S;
且在南北方向主干道左转绿灯亮10S之后,南北方向主干道直行绿灯亮30S,亮30S之后在闪亮3S,然后,南北方向主干道直行黄灯亮2S,然后,南北方向主干道直行红灯亮45S;
在南北方向主干道直行黄灯亮2S之后,东西方向主干道左转绿灯亮10S,然后东西方向主干道左转黄灯亮2S,然后东西方向主干道左转红灯亮78S;
且在东西方向主干道左转绿灯亮10S之后,东西方向主干道直行绿灯亮30S,亮30S之后在闪亮3S,然后,东西方向主干道直行黄灯亮2S,然后,东西方向主干道直行红灯亮45S。
其梯形图如图2.4所示。
图2.4(正常运行)
图2.4(正常运行续1)
表2-1(3)
图2.4(正常运行续2)
图2.4(正常运行续3)
图2.4(正常运行续4)
图2.4(正常运行续5)
图2.4(正常运行续6)
2.5.2急车强通控制程序
(1)一方向急行车
当接通南北强通控制开关后,强通信号启动,南北方向的绿灯亮延长时间,直到断开南北强通控制开关,强通信号断开,南北方向的绿灯闪亮3S之后,按正常时序运行;
当接通东西强通控制开关后,强通信号启动,东西方向的绿灯亮延长时间,直到断开东西强通控制开关,强通信号断开,东西方向的绿灯闪亮3S之后,按正常时序运行。
其梯形图如图2.5所示。
图2.5一方向急行车
(2)两条交叉路都来车时
如若南北方向先来车,则响应南北方向,此时,东西方向有信号也无用,直到南北方向急车通行信号断开;
反之亦然。
其梯形图如图2.6所示。
图2.6两条交叉路都来车时
2.5.3显示部分的程序
当南北方向绿灯亮时(左转绿灯、直行绿灯),南北方向的数码管显示绿色,东西方向的数码管显示红色;
当东西方向绿灯亮时(左转绿灯、直行绿灯)且直行黄灯也亮时,东西方向的数码管显示绿色,东南北方向的数码管显示红色。
其梯形图如图2.7所示。
图2.7显示部分
表2-4
(2)
图2.7(显示部分续1)
图2.7(显示部分续2)
2.5.4早晚切换及校时
当晚11点时,东西南北的所有黄灯开始闪亮,直到第二天早晨6点切换到红绿灯运行;
当按下SB1时,校时开始,按下SB2时,开始秒校时,按一下,增加1秒;
当按下SB3时,开始分校时,每按一下,增加1分;
当按下SB4时,开始时校时,每按一下,增加1小时。
其梯形图如图2.8所示。
图2.8早晚切换及校时
3交通灯模拟运行
3.1硬件调试
根据电气接线图安装接线,PLC实际接线时,还应考虑到以下几个方面:
1应有电源输入线,通常为220V、50HZ交流电源,允许电源有一定的浮动范围。
并且必须有保护装置,如熔断器等。
若是干扰较强或对可靠性要求很高的场合,应在PLC的电源输入端加装带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器。
2输入端子连接按钮和开关并与PLC的输入端的COM端相连,输出端子四个为一组,公用一个COM端。
3当输出部分接线时,红绿灯与七段数码管的接地端相连,且与0V连接,COM端与25V连接。
3.2软件调试
用编程工具GX-developer将用户程序输入计算机,经过反复编辑、调试、运行,直至运行正确。
打开梯形图编辑器将程序输入电脑。
程序输入完成后,将程序写入PLC。
1输入端:
按下启动按钮,输入端X0指示灯亮,按下南北强通开关,输入端X1指示灯亮,按下东西强通开关,输入端X2指示灯亮,按下南北强通开关,再按下东西强通开关时,只有X1指示灯亮,X2指示灯不亮,反之亦然。
2输出端:
(1)正常循环时,当按下启动按钮后,输出端的指示灯Y0亮,持续10S之后,Y1亮,持续S后,Y2亮持续78S;
在Y0灯灭的同时,Y3亮并持续30S,之后Y3闪亮3S,然后Y4亮并持续2S,然后Y5亮并持续45S;
在Y4灭的同时Y6亮,持续10S,然后,Y7亮2S,Y7灭后,Y10亮78S;
在Y6灭的同时,Y11亮并持续30S后,Y11闪亮3S,之后,Y12亮2S,然后,Y13亮45S。
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