智能交通灯控制系统设计14.1

1摘要本文阐述了智能交通灯控制系统，在一定程度上提高了十字路口的通行效率。传统的交通控制灯没有交通灯状况异常处理的功能，而智能控制交通灯控制系统通过传感器检测技术把路口的车流量的信号通过光缆传给PLC，此时PLC将自动启动交通灯状况异常处理方式。当有急车信号时，该系统可以采取紧急强通控制。采用PLC进行控制主要是考虑PLC具有很强的环境适应性，同时其内部定时器资源非常丰富，可以对交通灯进行精确控制。文中介绍了西门子S7-200系列可编程序控制器CPU222的交通控制系统的设计。关键词：PLC、智能、交通灯2目录摘要............................................................1目录............................................................2前言............................................................31绪论..........................................................41.1交通信号灯的作用及研究意义.............................41.2PLC产生和发展..........................................41.3可编程控制器的特点及工作原理...........................52系统的方案设计................................................82.1控制要求.................................................82.2PLC的选择和资源配置.....................................82.3传感器选择.............................................103程序设计.....................................................133.1流程图.................................................133.2时序图.................................................153.3梯形图.................................................16结束语.........................................................21致谢...........................................................22参考文献.......................................................223前言可编程序控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是在计算机技术、通信技术和继电器控制技术的发展基础上开发出来的，现已广泛应用于工业控制的各个领域。它以微处理器为核心，用编写程序进行逻辑控制、定时、计数和算术运算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出来控制机械设备或发生过程。PLC在食品、制造和冶金等其他工业部门相继得到了应用。1971年，日本引进了这项技术，并开始生产自己的PLC。1973年，欧洲一些国家也研制出了自己的PLC。1974年，我国也开始仿照美国的PLC技术研制自己的PLC，终于在1977年研制出第一台具有实用价值的PLC。大规模集成电路和超大规模集成电路的出现使得PLC在问世后的发展极为迅速。现在，PLC不仅能实现继电器的逻辑控制功能，同时还具有数字量和模拟量的采集和控制、PID调节、通信联网、故障自诊断及DCS生产监控等功能。据预测，在不远的将来，PLC、CAD/CAM和机器人将成为工业自动化的三大支柱。毫无疑问，PLC将在今后的工业生产中起到非常重要的作用。在20世纪80年代，美国的工业市场调查报告和1989年美国的一份分散控制系统(DCS)的调研报告中，都能看出PLC在工业控制中的重要作用。西门子公司生产的PLC，由于可靠性高，在中国的应用更是相当广泛。在本文中就主要介绍用西门子S7-200设计完成交通灯的控制。41绪论本章首先研究此课题的作用及意义，其次是介绍关于PLC的基本知识。包括PLC的产生和发展、特点、工作原理及PLC控制系统等相关知识，从而让我们对PLC和PLC控制系统有一个比较直观的印象。1.1交通信号灯的作用及研究意义随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。交通灯的出现，使交通得以有效管制。对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理。力求交通管理先进性、科学化，试用可编程控制器实现交通灯管制，以便使该系统简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。1.2PLC产生和发展PLC是20世纪60年代发展起来的一种新型自动化控制装置。国际电工委员会（IEC）对PLC所下的定义是：它是一种数字运算电子系统，专为工业环境下运行而设计。它采用可编程序的存储器，用于存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等特定功能的用户指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。由于传统的继电器控制系统存在着设计制造周期长、维修和改变控制逻辑困难等缺点，因此越来越不能适应工业现代化发展的需要，迫切需要寻找一种比继电器更可靠、功能更齐全、响应速度更快的新型工业控制器。目前，PLC正朝两个方向发展。其一是向超大型、快速和高性能方向发展，以取代工业计算机的部分功能；其二是向超小型、专业化和低成本方向发展，以真正成为继电器—接触器控制系统的替代品。PLC总的发展趋势是：功能越来越强，使用越来越方便，性价比不断提高。因此，PLC的发展前景十分可观。51.3可编程控制器的特点及工作原理为了满足现代化工业生产日趋复杂以及多样化的特点，如实现逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，它们对控制的要求也各不相同。PLC一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎，其主要特点如下：1、抗干扰能力强，可靠性高在工业现场存在着电磁干扰、电源波动、机械震动、温度和湿度的变化等因素，这些因素影响着微机的正常工作。而PLC模块均采用大规模与超大规模集成电路，所有的I/O接口电路均采用光电隔离；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些使PLC具有较高的抗干扰能力。2、控制系统结构简单，通用性强在PLC控制系统中，只需在PLC的输入/输出端子上接入相应的信号红即可，不需要连接诸如继电器之类的低压电器和大量又繁杂的硬件线路，大大简化了控制系统的结构.3、编程方便，易于使用PLC是面向用户的设备，它的编程大多采用类似于继电器控制的梯形图形式。这种编程语言形象直观、容易掌握，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识。很容易被一般工程技术人员在短时间内理解和掌握。4、功能完善PLC的输入/输出系统功能完善，能够适应于各种形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在PLC内部具备许多控制功能，如：逻辑控制、定时控制、计数控制步进（顺序）控制、PID控制、数据控制（PLC具有数据处理能力）、通信和联网，PLC还有许多特殊功能模块，可满足各种特殊控制的要求。5、设计、施工、调试的周期短PLC采用方便用户的工业编程语言，且都具有强制和仿真的功能，帮程序的设计和修改及调试都很方便，所以通过程序完成控制任务可大大缩短设计和投运周期。6、体积小，维护操作方便PLC体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业6环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。PLC的工作原理与继电器的构成的控制装置一样，但是工作方式不太一样。继电器是并运行方式，即如果输出线圈通电或断电，该线圈的触点立即动作。而PLC则不同，它采用循环扫描技术，只有该线圈通电或断电，并且必须当程序扫描到该线圈时，该线圈的触点才会动作。也就是说，继电器控制装置时根据输入和逻辑控制结构就可以直接得到输出，而PLC控制则需要输入传送、执行程序指令、输出3个阶段才能完成控制过程。1.循环扫描技术PLC采用循环扫描技术可以分为3个阶段：输入阶段（将外部输入信号的状态传送到PLC）、执行程序阶段和输出阶段（将输出信号传送到外部设备）。（1）输入阶段在这个阶段中，PLC读取输入信号的状态和数据，并把他们存入相应的输入存取单元。（2）执行程序阶段在这个阶段中，PLC按照由上到下的次序逐步执行程序指令。从相应的输入存取单元读入输入信号的状态和数据，然后根据程序内部继电器、定时器、计数器数据寄存器的状态和数据进行逻辑运算，得到运算结果，并将这些结果存入相应的输出存取器单元。这一阶段执行完后，进入输出阶段。在这个程序执行中，输入信号的状态和数据保持不变。（2）输出阶段在这个阶段中，PLC将相应的输出存钱单元的运算结果传送到输出模块上，并通过输出模块向外部设备传送输出信号，开始控制外部设备。2.PLC的输入\输出响应时间I/O响应时间是指某一输入信号从变化开始到系统相关输出端信号的改变所需要的时间。因为PLC得循环扫描工作方式，所以收到输入信号的时刻不同，响应的时间长短也就不同。下面就给出最短和最长响应时间。最短响应时间：一个扫描周期刚结束就收到这个输入信号与开始下一个扫描周期同时，这样的响应时间最短。考虑到输入电路和输出电路的延时，所以最短响应时间应大于一个周期。7最长响应周期时间：在一个刚扫描完成输入读取后才接收到输入信号，这样这个输入信号在该扫描周期将不会发生变化，要等到下个扫描周期才能得到响应，这时的响应时间最长。82系统的方案设计2.1控制要求交通灯控制系统的要求是能实现“正常循环运行”、“急车强通控制”和“状况异常处理”三种控制方式。（1）正常时序控制：启动开关SB1和上后，南北红灯维持30S，同时东西绿灯亮25S后，闪亮3S灭，东西黄灯亮2S。然后，东西红灯维持30S，同时南北绿灯亮25S后，闪亮3S灭，南北黄灯亮2S。如此循环。（2）急车强通控制：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，打开强通开关，不管原来信号如何，一律强制让急车来车的方向的绿灯亮，直至急车通过为止，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亮3S。随后按正常时序控制。急车强通信号同一时间只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则按先、后次序一次响应；若两个方向同时来急车，则按东西，南北向依次响应。（3）交通异常状况控制：当任何一方向路段传感器检测到东西（或南北）方向有车辆在50S没有移动，而南北（或东西）方向交通正常，这时PLC将自动启动交通状况异常处理方式，强制东西方向（或南北方向）绿灯亮，直至在这一方向上的传感器不在返回对应信号（表明此路段的车辆排列长度小于200m）。2.2PLC的选择和资源配置1.PLC机型的选择选择西门子S7-200系列PLC作为此交通灯的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU226、CPU226XM等之分。此智能交通灯控制系统中总共有6个数字量输入，6个数字量输出，共需12点I/O，根据I/O点数及程序容量，选择了CPU222作为其