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基于PLC的控制系统仿真平台设计及其应用研究

2014-5-21 16:09| 发布者: dzly| 查看: 484| 评论: 0|原作者: 赵银广

摘要: 根据交通路况的实际情况出发,该课题设计了一种基于PLC 的智能控制交通灯系统,以此来解决交通拥挤等问题。PLC 系统结构简单、程序简洁等优点,PLC 技术具有广泛的应用。在交通路口的适当位置安置声音传感器,遇到紧急情况交通灯可 智能改变交通灯的通行时间,以便于合理调配资源。

  0 引言
  随着社会的发展,车辆日益增多,交通拥堵现象日益严重。
  采取适当的控制手段,来确保交通的安全有序的运行。现如今交通灯的控制系统结构比较单一,多是采用单片机来控制系统,系统的控制功能还不是很完善,在遇到突发状况时无法做出紧急响应。PLC 具有强大的功能,应用于工业的多个领域。PLC 可以设计多种扩展模块,基于PLC 的交通灯控制系统具有比较完善的功能。该课题设计的PLC 系统具有智能控制功能,不仅具备常规信号灯循环点亮的功能,还具有时间倒计时并加以显示的功能,还具有基于触摸屏手动调节控制红绿灯点亮维持时间的长短的功能,另外该课题设计了紧急控制模块。
  1 PLC 的定义及基本结构
  PLC 作为一种可编程控制器,它内部的存储器是可编程的器件,其内部编写各种应用程序,通过程序驱动其内部进而执行逻辑运算、定时、算术运算等指令,以此来控制各种工业操作,PLC被广泛应用与工业中。
  PLC 一般由中央处理器CPU、存储器、输入输出模块、扩展模块、外部连接设备及其连接接口、电源等组成。PLC 的扩展模块为PLC 增加了很多功能,将其应用到工业中具有很好的使用价值。该课题根据交通路况实际需求出发,设计了PLC 智能控制交通灯系统。
  CPU :CPU 是控制中心,它是一种集成电路的芯片,用于系统的运算、控制。
  存储器: 存储单元用来存储系统的程序、数据,它还包含运行数据单元,存储器分为ROM(只读存储器)、RAM(随机读写存储器)两种。ROM 只能读取数据,断电其内容受保护,RAM 可以对数据进行读写操作,断电后其存储内容容易丢失。
  输入输出模块:输入输出设备是PLC 与与控制部件的连接部件。
  扩展模块:用于扩展输入输出的点数及其信号类型。其扩展形式分为串行扩展、并行扩展等。
  外部设备:外部设备一般指的是编程器、终端设备等。
  接口:接口分为通用、专用接口两种类型。像 RS - 232、RS - 422 等,这种通用接口指的是标准的接口类型。
  电源:PLC 电源多采用开关式电源,开关式电源具有体积小、功率大、抗干扰等优点,而且还可以多台设备并用等优点。
  2 PLC 交通灯的整体设计
  整个系统的核心部件就是PLC 主机,它可以控制十字路口红绿灯的闪亮状况以及数码管倒计时装置。另外系统还加了一个声音传感器,它可以检测到特殊车辆的音声信号,比如说救护车、警车、消防车等,在这些车辆经过路口时,车的行驶方向会检测到相应的声音信号,此时系统处于紧急工作状态,此时路口方向的红灯处于红灯状态,禁止其他车辆运行,并且此时的倒计时装置停止工作,等该车通过路口后系统自动恢复正常工作。另外该设计还在路口及距离路口一百米处安装了传感器对车流量进行检测,并在PLC 内置设置一个计数器,计数器可以统计车辆的具体数目,根据车流量的检测结果规划下一次交通灯的工作周期。采用S7-200 PLC 这种小型可编程控制器来进行这种智能控制,以此来缓解交通拥挤的难题。另外根据车流量的实际情况,可以设置白天、夜晚两种控制模式。设计规定夜晚模式东西南北这四个方向的红灯绿灯处于熄灭状态,并且黄灯不停闪烁,周期为1s。
  设计规定白天东西红灯亮25s, 同时南北绿灯亮20s ;到20s 时,南北绿灯闪烁3s 后熄灭。在南北绿灯熄灭时, 南北黄灯亮维持2s。到2s 时, 南北黄灯熄灭, 南北红灯亮, 同时, 东西红灯熄灭,东西绿灯亮。南北红灯亮维持25s, 东西绿灯亮20s 然后闪烁3s后熄灭。东西绿灯熄灭的同时东西黄灯亮, 维持2s 后熄灭, 这时东西红灯亮, 南北绿灯亮, 周而复始。交通灯控制系统的结构图如图1 所示:
  图1 交通灯控制系统的结构图
  3 地址分配
  该课题设计的PLC 交通灯输入有I0.0-I0.7,分别与电路的SB1、SB1、S1、S2、SB3、SB4、SB5、SB6 几个按钮对应。
  SB1 是系统白天启动按钮,SB2 是控制系统夜晚模块按钮,S1南北方向的急停按钮,S2 是东西方向的急停按钮,SB3 是南北方向时间增加按钮,SB4 是南北方向时间减少按钮按钮,SB5东西方向时间增加按钮,SB6 东西方向时间增加按钮。输出有Q0.0-Q0.5 及Y20-Y2F,Q0.0 是南北红灯,Q0.1 东西绿灯,Q0.2 东西黄灯,Q0.3 东西红灯,Q0.4 南北绿灯,Q0.5 南北黄灯,Y20-Y2F 用于数码时间的显示,可以用此输出组件来显示交通灯的倒计时模块。系统地址输入输出分配表如图2 所示:4 时序分析
  十字路口交通灯在正常工作情况下,对交通灯的信号控制是按照一定的时序进行的。路口交通灯系统启动后,红灯、黄灯、绿灯按规定的时间循环发光。首先是东西红灯亮并维持25s,与此同时南北绿灯亮并维持20s,20s 时南北绿灯开始闪烁,闪烁3s 后绿灯由亮变灭,绿灯灭之后黄灯亮并维持2s。2s 时南北的黄灯由亮变灭,与此同时南北红灯变亮并维持25s,与之同步的是东西的红灯熄灭并使东西绿灯由灭变亮,东西绿灯亮20s,之后绿灯闪亮维持3s,3s 时绿灯熄灭,与之同步的是东西黄灯亮2s,以上的亮灯方式循环进行。路口交通灯的时序状态图如下图3 所示:
  图3 路口交通灯时序状态图5 系统的软件设计
  分析系统输入输出地址分配状态,设计程序对系统进行时序控制。利用PLC 内部包含的定时器,进行时序控制。控制程序如下所示:


  当I0.0 常开点接通时,启动白天模块,M0.0 继电器得电,Q0.0 输出线圈得电,东西方向的红灯点亮,Q0.1 南北的绿灯点亮,同时由定时器T37 开始定时20s。
  延时20s 后,T37 常闭点会断开,此时常开点就会接通,Q0.1 南北的绿灯在继电器SM0.5 的控制下维持3s 的闪亮状态,实现亮0.5s 灭0.5s,由定时器T38 完成3s 的定时控制。
  南北的绿灯闪亮3s 后,T38 常闭点断开,Q0.1 失电绿灯熄灭,T38 常开点接通Q0.2 得电此时南北的黄灯点亮, 由定时器T39 定时2s。
  延时两秒后T39 常闭点断开,Q0.0 失电导致东西红灯熄灭,与此同时Q0.2 失电南北的黄灯灭。T39 常开点接通,Q0.3 得电,南北的红灯点亮,Q0.4 得电东西的绿灯亮, 由定时器T40 定时20s。
  东西绿灯电量维持20s 后,T40 常闭点会断开, 接通常开点,东西的绿灯在继电器SM0.5 的作用下东西绿灯会实现亮0.5s 灭0.5s 的闪亮功能, 并且由定时器T41 定时3s。
  东西绿灯闪亮3s 后,T41 常闭点断开,Q0.4 失电,东西的绿灯熄灭,T41 常开点接通,Q0.5 得电东西的黄灯点亮, 由定时器T42 定时2s。
  东西黄灯亮2s 后,T42 常闭点断开,Q0.5 失电,东西的黄灯熄灭, 电器M0.0 失电。
  以上灯亮状态为一个周期,此时所有的定时器会被复位,此时T42 的常闭点结束一个循环周期, 将所用的全部定时器复位,同时T42 的常闭点重被重新接通,开始新的循环。当I0.0 常闭点接通时,系统进入夜间模式, 只有网络8 中的Q0.5 的东西黄灯闪亮,Q0.2 南北的黄灯闪烁。
  6 运行系统并加以调试
  将设计好的硬件软件相结合,进行调试,运行PLC 系统,看能否实现以上功能。
  7 总结
  将PLC 技术应用到交通灯的控制中,提高系统的可靠性,使系统智能化,该系统具有很好的应用前景。
  
  

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