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文檔簡介
基于PLC和MCGS的交通燈系統(tǒng)設計【摘要】當今,紅綠燈安裝在各個道口上,已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。社會的發(fā)展,人們的消費水平不斷的提高,私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采納有效的方法限制交通燈是勢在必行的。PLC的智能限制原則是限制系統(tǒng)的核心,采納PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進行分檔,相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按肯定的規(guī)律分檔.這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長,達到最大限度的有車放行,削減十字路口的車輛滯流,緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)限制,從而提高了交通限制系統(tǒng)的效率.PLC結構簡潔、編程便利、牢靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動限制中。由于PLC具有對運用環(huán)境適應性強的特性,同時其內部定時器資源非常豐富,可對目前普遍運用的“漸進式”信號燈進行精確限制,特殊對多岔路口的限制可便利地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應用于交通燈系統(tǒng)中。PLC還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成同一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學化管理。在實時檢測和自動限制的PLC應用系統(tǒng)中,PLC往往是作為一個核心部件來運用。關鍵字:PLC、交通燈、限制系統(tǒng)、組態(tài)設計Abstract:Today,trafficlightsinstalledonthecrossingatall,toeasethetrafficofvehicleshasbecomethemostcommonandmosteffectivemeans.Socialdevelopment,people'sconsumptionlevelscontinuetoincrease,privatevehiclesisincreasing.Ofpeople,carsandmoreroadshavelesstrafficstatusisobvious.Therefore,theadoptionofeffectivemethodstocontroltrafficlightsisimperative.PLCintelligentcontrolprincipleisthecoreofthecontrolsystemusingPLCnorth-southdirectiontoeast-westdirectionorscaleofthevehiclebythenumberofsub-file,theappropriatethinggiventhegreenlightnorth-southdirectionandlengthoftimeisalsosub-fileaccordingtocertainrules.Thisscalecanbeachievedgiventhegreenlightattrafficduration,toachievemaximumreleaseacartoreducethestagnationofvehiclescrossingtoeasetrafficcongestion,toachieveoptimalcontrol,thusimprovingtheefficiencyoftrafficcontrolsystem.PLCstructureissimple,easyprogramming,highreliability,hasbeenwidelyusedforindustrialprocessandlocationoftheautomaticcontrol.TheuseofthePLChasthecharacteristicsofenvironmentaladaptability,whileitsinternaltimerresourcesareveryrich,thecurrentwidespreaduseofthe"progressive"signalforprecisecontrol,particularlycontrolofmulti-forkcanbeeasilyachieved.Therefore,thePLCisnowincreasinglyusedintrafficlightssystem.PLCalsohasacommunicationsnetworkingcapabilities,thesamesignalontheroadtoformaunifiedLANmanagement,andcanshortenthewaitingtimeforvehicletraffic,toachievescientificmanagement.Inreal-timedetectionandapplicationofautomaticcontrolsystemsPLC,PLCisoftenusedasacorecomponent.Keywords:trafficlights,controlsystems,configurationdesign可編程限制系統(tǒng)介紹1.1PLC簡介隨著微處理器,計算機的和數(shù)字通訊技術的飛速發(fā)展,計算機限制技術已經(jīng)滲透到全部工業(yè)領域。當前用于工業(yè)限制的計算機可分為:可編程限制器,基于PC總線的工業(yè)限制計算機,基與單片機的測控裝置,用于模擬量閉環(huán)限制的可編程調整器,集散限制系統(tǒng)(DCS)和現(xiàn)場總線限制系統(tǒng)(FCS)等??删幊滔拗破魇菓脧V泛,功能強大,運用便利的通用工業(yè)限制裝置,已成為當代工業(yè)自動化的重要支柱.近幾年,在國內已得到快速推廣普及??删幊滔拗破魇?0年頭末在美國首先出現(xiàn)的,當時叫可編程邏輯限制器,目的是用來取代繼電器,以執(zhí)行邏輯推斷、計時、計數(shù)等依次限制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、敏捷、通用等優(yōu)點和繼電器限制系統(tǒng)的簡潔易懂、操作便利、價格便宜等優(yōu)點結合起來,限制器的硬件是標準的、通用的。依據(jù)實際應用對象,將限制內容寫入限制器的用戶程序內,限制器和被控對象連接也很便利??删幊滔拗破鲗τ脩魜碚f,是一種無觸點設備,變更程序即可變更生產(chǎn)工藝,因此可在初步設計階段選用可編程限制器,在實施階段再確定工藝過程。另一方面,從制造生產(chǎn)可編程限制器的廠商角度看,在制造階段不須要依據(jù)用戶的要求特地設計限制器,適合批量生產(chǎn)。由于這些特點,可編程限制器問世以后很快受到工業(yè)限制界的歡迎,并得到快速的發(fā)展。可編程序限制器,英文稱ProgrammableController,簡稱PC。但由于PC簡潔和個人計算機(PersonalComputer)混淆,故人們仍習慣地用PLC作為可編程序限制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置,專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計,它采納可編程序的存儲器,用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、依次限制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令,并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口,限制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸限制技術相結合的產(chǎn)物,它克服了繼電接觸限制系統(tǒng)中的機械觸點的接線困難、牢靠性低、功耗高、通用性和敏捷性差的缺點,充分利用了微處理器的優(yōu)點,又照看到現(xiàn)場電氣操作修理人員的技能與習慣,特殊是PLC的程序編制,不須要特地的計算機編程語言學問,而是采納了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡潔指令形式,運用戶程序編制形象、直觀、便利易學;調試與查錯也都很便利。用戶在購到所需的PLC后,只需按說明書的提示,做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作,就可敏捷便利地將PLC應用于生產(chǎn)實踐。PLC的類型繁多,功能和指令系統(tǒng)也不盡相同,但結構與工作原理則大同小異,通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PLC的硬件系統(tǒng)結構如下圖所示: 1-1PLC的硬件系統(tǒng)結構1.1.1主機 主機部分包括中心處理器(CPU)、系統(tǒng)程序存儲器(ROM)和用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器。CPU是PLC的核心,它用以運行用戶程序、監(jiān)控輸入/輸出接口狀態(tài)、做出邏輯推斷和進行數(shù)據(jù)處理,即讀取輸入變量、完成用戶指令規(guī)定的各種操作,將結果送到輸出端,并響應外部設備(如電腦、打印機等)的懇求以及進行各種內部推斷等。PLC的內部存儲器有兩類,一類是系統(tǒng)程序存儲器,主要存放系統(tǒng)管理和監(jiān)控程序及對用戶程序作編譯處理的程序,系統(tǒng)程序已由廠家固定,用戶不能更改;另一類是用戶程序及數(shù)據(jù)存儲器,主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數(shù)據(jù)和中間結果。1.1.2輸入/輸出(I/O)接口 I/O接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備(如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等)的限制信號。輸出接口是將主機經(jīng)處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備(如接觸器、電磁閥、指示燈等)。I/O接口一般采納光電耦合電路,以削減電磁干擾,從而提高了牢靠性。I/O點數(shù)即輸入/輸出端子數(shù)是PLC的一項主要技術指標,通常小型機有幾十個點,中型機有幾百個點,大型機將超過千點。1.1.3輸入/輸出擴展接口 I/O擴展接口用于將擴充外部輸入/輸出端子數(shù)的擴展單元與基本單元(即主機)連接在一起。1.1.4外部設備接口 此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯(lián),以完成相應的操作。試驗裝置供應的主機型號是西門子S7-200系列的CPU224(AC/DC/RELAY)。輸入點數(shù)為14,輸出點數(shù)為10。1.1.5編程 編程是PLC利用外部設備,用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監(jiān)示PLC的工作狀況。通過專用的PC/PPI電纜線將PLC與電腦聯(lián)接,并利用專用的編程軟件進行電腦編程和監(jiān)控。1.1.6電源 圖中電源是指為CPU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩(wěn)壓電源,通常也為輸入設備供應直流電源。1.2PLC的工作原理 PLC的CPU采納依次邏輯掃描用戶程序的方式進行工作,即在PLC運行時,CPU依據(jù)用戶按限制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序,按指令步序號(或地址號)作周期性循環(huán)掃描,如無跳轉指令,則從第一條指令起先逐條依次執(zhí)行用戶程序,直至程序結束。然后重新返回第一條指令,起先下一輪新的掃描。在每次掃描過程中,還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC的CPU掃描一個周期必經(jīng)輸入采樣、執(zhí)行用戶程序、處理通訊懇求、CPU自診斷和輸出刷新三個階段。 輸入采樣階段:首先以掃描方式按依次將全部暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入,并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中,即刷新輸入。隨即關閉輸入端口,進入程序執(zhí)行階段。執(zhí)行用戶程序階段:按用戶程序指令存放的先后依次掃描執(zhí)行每條指令,經(jīng)相應的運算和處理后,其結果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中,輸出狀態(tài)寄存器中全部的內容隨著程序的執(zhí)行而變更。處理通訊懇求階段:CPU處理從通訊接口和智能模塊接收到的信息,如由編程器送來的程序、吩咐和各種數(shù)據(jù),并把要現(xiàn)實的狀態(tài)、數(shù)據(jù)、出錯信息等發(fā)送給編輯器進行顯示。假如有計算機等通訊懇求,也在這段時間完成數(shù)據(jù)和發(fā)送任務。CPU自診斷:自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態(tài)是否正常,將監(jiān)控定時器復位。輸出刷新階段:當全部指令執(zhí)行完畢,輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中,并通過肯定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管)輸出,驅動相應輸出設備工作。1.3PLC的程序編制 1.3.1軟件編制PLC是采納軟件編制程序來實現(xiàn)限制要求的。編程時要運用到各種編程元件,它們可供應多數(shù)個動合點和動斷觸點。編程元件是指輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、位存儲器、定時器、計數(shù)器、通用寄存器、數(shù)據(jù)寄存器及特殊功能存儲器等。PLC內部這些存儲器的作用和繼電器接觸器限制系統(tǒng)中運用的繼電器非常相像,也有“線圈”與“觸點”,但它們不是“硬”繼電器,而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態(tài)為“1”時,則表示相應繼電器線圈得電,其動合觸點閉合,動斷觸點斷開。所以,內部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。S7-200CPU224、CPU226部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示原件名稱代表字母編號范圍功能說明輸入寄存器II0.0~I1.5共14點接受外部輸入設備的信號輸出寄存器QQ0.0~Q1.1共10點輸出程序執(zhí)行結果并驅動外部設備位存儲器MM0.0~M31.7在程序內部運用,不能供應外部輸出定時器T(T0~T255)T0,T64保持型通電延時1msT1~T4,T65~T68保持型通電延時10msT5~T31,T69~T95保持型通電延時100msT32,T96ON/OFF延時,1msT33~T36,T97~T100ON/OFF延時,10msT37~T63,T101~T255ON/OFF延時,100ms計數(shù)器CC0~C255加法計數(shù)器,觸點在程序內部運用高速計數(shù)器HCHC0~HC5用來累計比CPU掃描速率更快的事務依次限制\繼電器SS0.0~S31.7供應限制程序的邏輯分段變量存儲器VVB0.0~VB5119.7數(shù)據(jù)處理用的數(shù)值存儲元件局部存儲器LLB0.0~LB63.7運用臨時的寄存器,作為短暫存儲器特殊存儲器SMSM0.0~SM549.7CPU與用戶之間交換信息特殊存儲器SM(只讀)SM0.0~SM29.7接受外部信號累加寄存器ACAC0~AC3用來存放計算的中間值 1-21.3.2編程語言所謂程序編制,就是用戶依據(jù)限制對象的要求,利用PLC廠家供應的程序編制語言,將一個限制要求描述出來的過程。PLC最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言,且兩者常常聯(lián)合運用。(1)梯形圖(語言)梯形圖是一種從繼電接觸限制電路圖演化而來的圖形語言。它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯(lián)等術語和符號,依據(jù)限制要求聯(lián)接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形,直觀易懂。梯形圖中常用用圖形符號分別表示PLC編程元件的動斷觸電和動合觸電,用()表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數(shù)加以區(qū)分。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網(wǎng)絡,用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網(wǎng)絡編號,允許以網(wǎng)絡為單位給梯形圖加注釋。梯形圖的設計應留意到以下三點: ①梯形圖按從左到右、自上而下的依次排列。每一邏輯行(或稱梯級)起始于左母線,然后是觸點的串、并聯(lián)接,最終是線圈。與能流的方向一樣。②梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流,而是“概念電流”,從左流向右,其兩端沒有電源。這個“概念電流”只是用來形象地描述用戶程序執(zhí)行中應滿意線圈接通的條件。③輸入寄存器用于接收外部輸入信號,而不能由PLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此,梯形圖中只出現(xiàn)輸入寄存器的觸點,而不出現(xiàn)其線圈。輸出寄存器則輸出程序執(zhí)行結果給外部輸出設備,當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時,就有信號輸出,但不是干脆驅動輸出設備,而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現(xiàn)。輸出寄存器的觸點也可供內部編程運用。(2)指令語句表指令語句表是一種用指令助記符來編制PLC程序的語言,它類似于計算機的匯編語言,但比匯編語言易懂易學,若干條指令組成的程序就是指令語句表。一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。MCGS系統(tǒng)介紹2.1MCGS的定義MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構造和生成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件,它能夠在基于Microsoft的各種32位Windows平臺上運行,通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理,以動畫顯示、報警處理、流程限制和報表輸出等多種方式向用戶供應解決實際工程問題的方案,在工業(yè)限制領域有著廣泛的應用。MCGS組態(tài)軟件功能強大,操作簡潔,易學易用,一般工程人員經(jīng)過短時間的培訓就能快速駕馭多數(shù)工程項目的設計和運行操作。同時運用MCGS組態(tài)軟件能夠避開困難的計算機軟、硬件問題,集中精力去解決工程問題本身,依據(jù)工程作業(yè)的須要和特點,組態(tài)配置出高性能、高牢靠性和高度專業(yè)化的工業(yè)限制監(jiān)控系統(tǒng)。2.2MCGS的構成MCGS系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。用戶的全部組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進行,它相當于一套完整的工具軟件,幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結果是一個數(shù)據(jù)庫文件,稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫。運行環(huán)境是一個獨立的運行系統(tǒng),它依據(jù)組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進行各種處理,完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。運行環(huán)境本身沒有任何意義,必需與組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體,才能構成用戶應用系統(tǒng)。一旦組態(tài)工作完成,運行環(huán)境和組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫就可以離開組態(tài)環(huán)境而獨立運行在監(jiān)控計算機上。2-1系統(tǒng)組態(tài)環(huán)境、系統(tǒng)運行環(huán)境和實時數(shù)據(jù)庫三者的關系MCGS由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分相互獨立,又緊密相關。如圖2-2所示:MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持,其存放于MCGS書目的Program子書目中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫限制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后,生成擴展名為.mcg的工程文件,又稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫,其與MCGS運行環(huán)境一起,構成了用戶應用系統(tǒng),統(tǒng)稱為“工程”。MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持,其存放于MCGS書目的Program子書目中。在運行環(huán)境中完成對工程的限制工作。 2-2組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境關系圖2.3MCGS組態(tài)軟件的功能和特點與國內外同類產(chǎn)品相比,MCGS6.2組態(tài)軟件具有以下特點:全中文、可視化、面對窗口的組態(tài)開發(fā)界面,符合中國人的運用習慣和要求,真正的32位程序,可運行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。浩大的標準圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持,使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的美麗、生動的工程畫面。全新的ActiveX動畫構件,包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、安排曲線、相對曲線、通用棒圖等,使您能夠更便利、更敏捷地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。支持目前絕大多數(shù)硬件設備,同時可以便利地定制各種設備驅動;此外,獨特的組態(tài)環(huán)境調試功能與敏捷的設備操作吩咐相結合,使硬件設備與軟件系統(tǒng)間的協(xié)作完美無缺。簡潔易學的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構件,使您能夠輕而易舉地開發(fā)出困難的流程限制系統(tǒng)。強大的數(shù)據(jù)處理功能,能夠對工業(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進行統(tǒng)計處理,使您能夠在第一時間獲得有關現(xiàn)場狀況的第一手數(shù)據(jù)。便利的報警設置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及敏捷的報警處理函數(shù),使您能夠便利、剛好、精確地捕獲到任何報警信息。完善的平安機制,允許用戶自由設定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權限。此外,MCGS6.2還供應了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能,以愛護組態(tài)開發(fā)者的成果。強大的網(wǎng)絡功能,支持TCP/IP、Modem、485/422/232,以及各種無線網(wǎng)絡和無線電臺等多種網(wǎng)絡體系結構。良好的可擴充性,可通過OPC、DDE、ODBC、ActiveX等機制,便利地擴展MCGS6.2組態(tài)軟件的功能,并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進行連接。供應了WWW閱讀功能,能夠便利地實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場限制與企業(yè)管理的集成。在整個企業(yè)范圍內,只運用IE閱讀器就可以在隨意一臺計算機上便利地閱讀與生產(chǎn)現(xiàn)場一樣的動畫畫面,實時和歷史的生產(chǎn)信息,包括歷史趨勢,生產(chǎn)報表等等,并供應完善的用戶權限限制。2.4MCGS組態(tài)軟件的工作方式MCGS如何與設備進行通訊:MCGS通過設備驅動程序與外部設備進行數(shù)據(jù)交換。包括數(shù)據(jù)采集和發(fā)送設備指令。MCGS如何產(chǎn)生動畫效果:MCGS為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性,如:一個長方形的動畫屬性有可見度,大小變更,水平移動等,每一種動畫屬性都會產(chǎn)生肯定的動畫效果。MCGS如何實施遠程多機監(jiān)控:MCGS供應了一套完善的網(wǎng)絡機制,可通過TCP/IP網(wǎng)、Modem網(wǎng)和串口網(wǎng)將多臺計算機連接在一起,構成分布式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)網(wǎng)絡間的實時數(shù)據(jù)同步、歷史數(shù)據(jù)同步和網(wǎng)絡事務的快速傳遞。同時,可利用MCGS供應的網(wǎng)絡功能,在工作站上干脆對服務器中的數(shù)據(jù)庫進行讀寫操作。分布式網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)的每一臺計算機都要安裝一套MCGS工控組態(tài)軟件。MCGS把各種網(wǎng)絡形式,以父設備構件和子設備構件的形式,供用戶調用,并進行工作狀態(tài)、端口號、工作站地址等屬性參數(shù)的設置。如何對工程運行流程實施有效限制:MCGS開拓了專用的“運行策略”窗口,建立用戶運行策略。MCGS供應了豐富的功能構件,供用戶選用,通過構件配置和屬性設置兩項組態(tài)操作,生成各種功能模塊(稱為“用戶策略”),使系統(tǒng)能夠依據(jù)設定的依次和條件,操作實時數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)對動畫窗口的隨意切換,限制系統(tǒng)的運行流程和設備的工作狀態(tài)。全部的操作均采納面對對象的直觀方式,避開了煩瑣的編程工作。硬件設計3.1設計目的和意義在十字路口設置交通燈可以對交通進行有效的疏通,并為交通參加者的平安供應了強有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展,原先的交通燈限制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈限制系統(tǒng),使其適應現(xiàn)在的交通狀況,成為探討的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通限制燈,通常的做法是:事先經(jīng)過車輛流量的調查,運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而,事實上車輛流量的變更往往是不確定的,有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案,仍舊會發(fā)生這樣的現(xiàn)象:綠燈方向幾乎沒有什么車輛,而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變更的偶然性是無法建立精確模型的,統(tǒng)計的方法已不能適應迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀,更為現(xiàn)實的須要是能有一種能夠依據(jù)流量變更狀況自適應限制的交通燈。目前,大部分城市中十字路口交通燈的限制普遍采納固定轉換時間間隔的限制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是困難的、隨機的和不確定的,采納固定時間的限制方法,常常造成道路有效利用時間的奢侈,出現(xiàn)空等現(xiàn)象,影響了道路的暢通。為此,采納不依靠數(shù)學模型的模糊限制方法設計交通燈限制器,能較好地解決這個問題??删幊滔拗破鹘煌粝拗葡到y(tǒng)集成自動限制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產(chǎn)品;充分利用計算機技術對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、限制管理和分散限制;充分汲取了分散式限制系統(tǒng)和集中限制系統(tǒng)的優(yōu)點,采納標準化、模塊化、系統(tǒng)化設計,配置敏捷、組態(tài)便利。另外隨著眾多高科技技術在日常生活的普遍應用,城市空中各種電磁干擾日益嚴峻,為保證交通限制的牢靠、穩(wěn)定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。3.2十字路口交通燈系統(tǒng)限制的任務及要求信號燈限制系統(tǒng)起先工作時須要一個啟動按鈕限制,停止工作時須要一個停止按鈕限制。考慮到特殊狀況,須要有強制東西方向通行和禁行限制,有強制南北方向通行和禁行限制。南北綠燈和東西紅綠燈不能同時亮。假如同時亮則應關閉信號燈系統(tǒng),并馬上報警。南北紅燈亮并維持30s。在南北紅燈亮同時東西綠燈亮,并維持25s。東西綠燈閃亮,閃亮3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮,并維持2s,。到2s時,東西黃燈熄滅,東西紅燈亮。同時,南北紅燈熄滅,南北綠燈亮。東西紅燈亮維持35s。南北綠燈亮維持30s,然后閃亮3s,再熄滅。同時南北黃燈亮,維持2s后熄滅,這是南北紅燈亮,東西綠燈亮。周而復始,循環(huán)往復。如遇特殊狀況,依據(jù)須要對東西或南北的紅燈或綠燈進行強制限制。3.3交通信號限制系統(tǒng)實況.3.1十字路口交通燈限制系統(tǒng)試驗面板圖3.4結合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖北北南東西3-1交通指揮燈示意圖綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠紅黃3.5十字路口交通燈模擬限制時序圖交通指揮信號燈限制系統(tǒng)工作時,對指揮燈的限制要求按肯定時序進行,如下圖所示:啟動/啟動/停止南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈3-2交通信號燈時序狀態(tài)示意圖3.6限制系統(tǒng)的I/O點及地址安排依據(jù)對交通指揮信號燈系統(tǒng)限制要求分析,系統(tǒng)采納自動限制方式,輸入有系統(tǒng)開啟、停止按鈕信號及強制信號;輸出有報警信號及東西方向、南北方向各兩組指示信號。該系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為7,輸出點數(shù)為7,全部是開關量,則可將I/O安排用下表表示。輸入地址編號及作用輸出及作用地址編號作用地址編號作用I0.0啟動系統(tǒng)運行Q0.0報警指示I0.1停止系統(tǒng)運行Q0.1南北紅燈亮I0.2強制南北紅燈亮Q0.2東西綠燈亮I0.3強制南北綠燈亮Q0.3東西黃燈亮I0.4強制東西紅燈亮Q0.4東西紅燈亮I0.5強制東西綠燈亮Q0.5南北綠燈亮I0.6正常/強制選擇Q0.6南北黃燈亮3-3I/O安排3.7PLC系統(tǒng)選型通過對系統(tǒng)限制要求的分析可知,系統(tǒng)共有開關量輸入點7點,開關量輸出點7點,所以選用CPU224(14DI/10DO)可以滿意要求。3.8限制系統(tǒng)原理圖此限制系統(tǒng)主要以PLC為主限制器,附加簡潔的外圍器件組成。限制原理如圖所示:1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6--------=NL11MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6-----------1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6--------=NL11MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6-----------=AC220VACCPU224AC/DC/RelayDC24V+3-4限制系統(tǒng)原理圖AC4軟件設計4.1系統(tǒng)限制程序設計本限制系統(tǒng)的限制程序按功能分為三部分,即主程序(包括報警),正常循環(huán)限制程序(子程序0),強制限制程序(子程序1)。系統(tǒng)程序如下圖所示主程序(b)子程序0(c)子程序1報警指示。當東西和南北同時綠燈亮時,進入報警狀態(tài),同時斷開東西和南北同時綠燈,報警指示時間設置為5s。4.2工作過程分析循環(huán)工作過程。按啟動按鈕I0.0接通,M0.0得電自鎖同時進入子程序0,子程序0(自動循環(huán)限制)。I0.0接通,M1.0,M1.1得電自鎖同時T37得電,M1.0限制南北紅燈,M1.1限制東西綠燈,此時南北紅燈和東西綠燈同時亮。T37延時25s后,東西綠燈閃3s后熄滅(通過SM0.5s脈沖發(fā)生器和C0協(xié)作完成),接著東西黃燈亮2s后熄滅(通過T38完成),南北紅燈同時熄滅。T38觸點啟動M2.0和M2.1得電自鎖同時T39得電,M2.0限制東西紅燈熄滅(通過SM0.5s脈沖發(fā)生器和C1協(xié)作完成),同時南北黃燈亮2s后熄滅(通過T40完成),東西紅燈同時熄滅。T40觸點限制M2.4啟動下一次循環(huán),按停止按鈕I0.1停止。強制工作過程。I0.6接通進入強制限制程序(子程序1)。I0.2接通,M0.3接通限制南北紅燈。I0.3接通,M0.5接通限制南北綠燈。I0.4接通,M0.4接通限制東西紅燈。I0.5接通,M0.6接通限制東西綠燈。十字路口交通燈的組態(tài)限制過程繪制交通信號燈人機界面MCGS組態(tài)軟件安裝在計算機中,雙擊桌面“組態(tài)環(huán)境”圖標,進入MCGS組態(tài)環(huán)境,如5-1圖所示。單擊“用戶窗口”,“新建窗口”后,在“用戶窗口”中新建一個“窗口0”,選中窗口0,點擊“窗口屬性”按鈕,進入窗口屬性設置界面。將窗口名稱和窗口標題選項中的內容改為“交通信號燈”,按“確認”按鈕確認。按“動畫組態(tài)”按鈕,進入畫面編輯窗口,如5-2圖所示,在此窗口中利用工具箱中的繪圖工具,完成交通信號燈畫面設計,效果圖如5-3圖所示。圖5-1MCGS組態(tài)環(huán)境5-25-25-35.2交通信號燈畫面中構件的屬性設置交通信號燈畫面中構件比較簡潔,只有紅燈,綠燈和黃燈。首先定義數(shù)據(jù)變量,依據(jù)限制要求,監(jiān)控界面中對西方向和南北方向紅燈,綠燈和黃燈進行定義,均為開關量和顏色填充。在“實時數(shù)據(jù)庫”選項卡中,通過運用“新增對象”和“對象屬性”按鈕,對數(shù)據(jù)變量進行定義,如5-4圖所示5-4變量定義窗口交通信號燈畫面中構件的屬性設置如圖5-5所示,這里僅對南北紅燈屬性設置進行說明,其他等的屬性設置與南北紅燈屬性設置的區(qū)分為表達式和填充顏色連接項的內容不同。5-55.3設備窗口屬性設置在組態(tài)工作臺界面中,用鼠標單擊“設備窗口”選項,出現(xiàn)設備窗口圖標并雙擊進入設備組態(tài)窗口;在此窗口中通過設備工具箱,完成設備組態(tài),如圖5-6所示。設備組態(tài)完成后,雙擊“通用串口父設備0”,進入通用串口父設備屬性編輯界面,依據(jù)設備通訊要求和連接狀況,完成通用串口父設備屬性編輯界面中相關的參數(shù)設置,詳細設置如5-7所示,按“確認”完成設置。5-6設備組態(tài)窗口5-7通用串口父設備屬性編輯窗口返回設備組態(tài)窗口,雙擊“設備0-[西門子S7-200PPI]”進入設備屬
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