基于plc控制的十字路口交通燈信號系統畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 機的電刷等通過電磁耦合產生的工頻干擾等，都會影響 PLC的正常工作 [ 8]。 盡管 PLC 是專門在現場使用的控制裝置，在設計制造時已采取了很多措施，使它對工業環境比較適應，但是為了確保整個系統穩定 可靠 ，還是應當盡量使 PLC有良好的工作環境條件 ， 并采取必要的抗干擾措施。 現代計算機技術 [9]的發展，使得電氣控制元件和控制系統有了極大的改觀，繼電器控制系統的硬件邏輯可由邏輯函數表達式描述，該邏輯函數表達式描述的控制邏輯也可用軟件程序來實現， 可 編程序控制器運行軟件程序，即 可完成繼電器控制系統硬件邏輯的控制功能。采用計算機技術的可編程序控制器（ PLC）不僅解決了分立元件故障率的問題，也解決了固定控制邏輯的問題，同時，為與計算機聯網，實現大規模自動化生產和遠程控制提供了可能性，兩類系統之間的關系通過邏輯函數聯系起來，兩者均能完成相同要求的控制功能。 可編程序控制器（ PLC）實際上是工業專用控制計算機，也稱工控機。可編程序控制器（ PLC）具有以下特點： (1） 具有很高的工作可靠性和抗干擾能力 ，通常的平均無故障時間都在 30萬以上 ； (2） 編程能力強且 編程簡單， 擴充方便，組合靈活 ， 控制功能豐富， 可以將各種控制方便的使用軟件來實現 [10]； (3） 可將運行數據直接送入管理計算機，實現聯網運行； (4） 抗干擾能力強，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩定，我們選擇能夠在惡劣的電磁干擾環境下正常工作的 PLC[11]； (5） 近年來 PLC 的性能價格比有較大幅度的提高， 使得實際應用成為可能。 這些特點使得可編程序控制器（ PLC）在設備電氣控制系統中廣泛應用 。 可編程序控制器是以微處理器為核心的電子設備，它由中央處理單元（微處理器）、存儲器輸入輸出接口電路和其他一些電路 組成，使用時可把它看作是由定時器、計數器、繼電器組成的一個基本控制系統，用以取代常規的電磁繼電器控制電路完成某種工藝要求。 PC 內部等效于繼電器，具有等效于觸頭通斷功能。這些繼電器稱為軟繼電器或內部繼電器，它與普通電磁繼電器的結構有本質的區別，即一般的電磁式繼電器有鐵芯、線圈、動斷觸頭、動合觸頭，屬于硬件和硬件連線邏輯； PC 內的軟繼電器是靠軟件實 5 現的，即編程邏輯，以程序設計實現，而用存儲器存貯對應軟繼電器的接通或斷開狀態，進行類似硬件繼電器的控制。其工作原理如下： 輸入接口電路是用于接收現場設備控制信號的通 道。現場設備的信號包括操作按鈕、限位開關、傳感器信號，這些輸入信號通過輸入接口電路送進 PC，傳送的工作過程是：由輸入電路把開關量或模擬量信號通過模數變換，變成中央處理單元能夠接受和能夠作出相應處理的數字信號。為了提高抗干擾能力，輸入接口電路一般由光電耦合電路和微機的輸入接口電路組成，而減少了由于輸入信號之間電信號直接聯系帶來的強電干擾問題 [12]。 交通燈控制系統硬件部分主要包括：可編程序控制器、 壓軸式 傳感器。 目前 可編程序控制器 國內外供貨廠商較多， 產品型號也很多，例如歐姆龍系列、西門子系列、三菱系列。 各種可 編程序控制器配備的基本編程語言并被廣泛 使用的 主要有三種形式：指令編程語言（ instruction）、 梯形圖編程語言 (ladder instruction)、順序功能圖編 程語言 (sequential function chart)[8]。三菱 FX小型 PLC 在基本邏輯指令之外增加了兩條步進 順控指令，同 時輔之以大量狀態元件，可以采用 SFC 語言的狀態轉移 圖 2 FX1n40MR001控制器 圖 方式編程 [13]。 三菱系列中的 FX1N系列 [2]是功能很強大的微 型 PLC，可擴展到 128I/O 點，并且能增加特殊功 能模塊 或擴展板。通信和數據鏈接功能選項使得 FX1N在體積、通信和特殊功能模塊和能源控制等重要的應用方面非常完美。 根據 設計的交通燈控制系統 需要所需要元器件的精度、壓力，溫度等指標以及 PLC 自身的一些功能特點，這次設計 中選用三菱公司生產的 FX1N 系列可編程序控制器 。 圖 2 所示為交流電源、 24V 直流輸入類FX1n40MR001可編程序控制器。 FX1n40MR001 可編程序控制器 有 40 個 I/O 接口、 24 個漏型輸入接口、 16個繼電器 或 晶體管輸 出 接口、尺寸 130*75*90 或 **。 其它功能 主要有 : 1. 內置式 24V 直流電源： 24V、 400mA 直流電源可用于外圍設備，如傳感器或其它元件； 2. 時鐘功能和小時表功能：在所有的 FX1N型號的 PLC 中都有實時時鐘標準。時間設置和比較指令易于操作。小時表功能對過程跟蹤和機器維護提供 了 有價值的信息； 3. 持續掃描功能：為應用所需求的持續掃描時間定義操作周期； 4. 輸入濾波器調節：可以用輸入濾波器平整輸入信號（在基本單元中 X000 到 X017） ； 5. 元件注解記錄功能：元件注解可以記錄在程序寄存器中； 6. 在線程序編輯：在線改變程序不會損失工作時間或停止生產運轉； 7. RUN/STOP 開關：面板上運行 /停止開關易于操作； 6 8. 遠程維護：遠處的編程軟件可以通過調制解調器通信來監測、上載或卸載程序和數據； 9. 密碼保護：使用一個八位數字密碼保護您的程序； 10. 交流電源、 24V 直流輸入類型； 11. 定位和脈沖輸出功能 :一個 PLC 單元中每相能同時輸出 2點 100KHz 脈沖。 PLC配備有 7條特殊的定位指令，包括零返回、絕對或相對地址表達方式及特殊脈沖輸出控制 ； 12. 通過擴展板或顯示模塊升級系統 :可 以使用擴展板增加通信功能， 如 RRS232, RS422,RS485 或增加模擬電位器。顯示模塊能監控 /編輯定時器、計數器和數據寄存器并能和擴展板連接 ； 13. 網絡和數據通信功能 :通過連接擴展板或特殊適配器能實現多種通信和數據鏈接 。 交通燈系統傳感器的選擇 傳感器的種類繁多，不勝枚舉。以被測物理量命名的 傳感器有 磁電式傳感器、位移傳感器、溫度傳感器 [14]等等，但就本系統控制設計方案的需要，選 用壓 軸 式傳感器 [4]。 由于我們所需要的傳感器信號只要表征車輛在一定的位置上停留的時間長度， 壓 軸傳感 器是 交通專用傳感器 中 的一種， 可用來獲取車型分類信息（包括軸數、軸距、輪距、單雙輪胎）、高速動態穩重（ WIM）、車速監測、收費站地磅、闖紅燈拍照、停車區域監控、交通數據信息采集（道路監控）及機場滑行道等。 (一 )技術參數 ： 1. 芯線： 16線，扁平，編織鍍銀銅線 ； 2. 壓電材料：高壓縮性壓電共聚物， P（ VDFTRFE） ； 3. 外層護套： 厚的銅管， CDA260， ASTMB58788； 4. 成品尺寸： 寬 厚； 177。 ； 5. 芯線與屏蔽層之間的絕緣電阻：＞ 500Mohm； 6. 壓電系數： ≥20pC/N 標稱值 ； 7. 無源信號電纜：采用地下 /直埋外層護套的 RG58 型。電纜外徑 ，額定電容為 89pF/m； 8. 輸出一致性：傳感器長度方向的輸出一致性在用于動態稱重（ WIM）時為 177。7% ； 9. 工作溫度： 40℃ ～ 80℃ ； 10. 溫度靈敏度： %/℃ （取決于封灌材料） ； 11. 輸出信號大： 200 公斤輪載，以時速 88 公里行駛時，輸出最小 2