基于PLC的交通信号控制综合设计实验.docx
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基于PLC的交通信号控制综合设计实验
基于PLC的交通信号控制
综合设计实验
姓名
班级电气0809班
基于PLC的交通信号控制综合设计实验
1、实验目的
1、通过实验，使同学们在可编程控制器的软、硬件方面得到综合的学习和锻炼。
2、充分理解与实验I/O点的分配及运用。
3、实验路况的模拟控制
4、熟悉罗克韦尔公司的通讯设备
2、实验要求
1、对Allen-Bradley公司的SLC系列产品，特别使微型可编程控制器有深入的了解。
2、学会安装、编程或调试Allen-Bradley公司的小型可编程控制器Micrologix1000和Micrologix1500及其相应的扩展模块。
3、学会操作Rslogix500软件包，对系统进行组态，对对象进行编程。
4、学会使用Rslinx软件包，对系统进行组态及通信。
5、进一步巩固学习可编程控制器的基本指令的功能及应用，实现编程及调试过程。
6、了解交通灯的控制规律，完成十字路口交通灯控制的编程与调试。
7.、模拟路况车流，与信号灯显示一致
3、实验仪器
微型可编程控制器Micrologix1500及1762-OW8（三块）、可编程控制器实验PC机、
十字路口交通系统实验平台。
4、实验方案
1、实验设计要求【实现】
1）基本功能（红绿灯）与路况相结合【实现】
2）黄灯功能（或绿灯闪亮）【实现】
3）区分路况车流的主干道【实现】
4）停车等待【实现】
5）急停【未实现】
2、交通灯
1、交通灯的控制要求如下：
当交通灯系统启动开关接通时，
◆A、D方向：
B、C方向（东西）禁止通行红灯点亮，数码管计时20S开始；A、D方向（南北）直通灯点亮，维持10S（南北直通灯亮7S后以亮0.5S灭0.5S的占空比闪亮3S），10S到则A、D方向左拐灯点亮，维持10S（最后3S闪亮）后，数码管重新计时，紧接下一步。
◆B、C方向：
A、D方向禁止通行红灯点亮，数码管计时20S开始；B、C方向（东西）直通灯点亮，维持10S（东西直通灯亮7S后以亮0.5S灭0.5S的占空比闪亮3S），接着B、D方向向左拐灯点亮，维持10S（东西直通灯亮7S后以亮0.5S灭0.5S的占空比闪亮3S）后，数码管重新计时完成第一个周期动作（数码管控制规律相同），返回到开始动作周而复始的循环。
说明：
在上述控制过程中，右拐灯控制为常亮。
3、路况
1）车流状态模拟：
常亮表示停车等待，闪亮表示车辆通行。
2）结合信号灯的车流控制：
右拐方向车辆始终通行，车流灯依次闪亮；当禁止通行时，面对红灯有车等待，通行时该线路车流灯依次闪亮。
4、实验方案实现
1、端口分配：
表1-1端口分配表
标号
功能说明
输出端口号
1
AD向禁止通
O：
0/7
2
AD向直通
O：
0/4
3
AD左拐
O：
0/8
4
BC向禁止通行
O：
0/6
5
BC向直通
O：
0/5
6
BC左拐
O：
0/9
7
AD，BC右拐
24V
说明：
这是十字路口红绿灯的控制地址位分配。
说明：
对应的电源电压为24V直流
9
七段数码管显示（A0,B0,C0,D0,A1,B1）
O：
1/0～5
说明：
A0,B0,C0,D0,A1,B1为与数码管相连的译码器的留个输入端
（从低位到高位）
车流路况灯的地址分配
标号
功能说明
输出端口号
1
输入电源24V
＋VDC
2
电源接地点
DCCOM
3
右拐灯
O：
2/0~3
4
AD直行
O：
3/6,3/7,0/3
5
AD左拐
O：
0/0~2
6
BC直行
O：
3/0~2
7
BC左拐
O：
3/3~5
这里把路况模拟做成3点控制的（右拐灯除外），即中间部分是滚动的，可以看见灯泡的闪动，真实模拟了车流。
图1-1路况模拟灯的编号
表1-2路况模拟的控制点与具体灯泡的对应关系
输出端口号
路况灯泡编号
out0
1,34,28,51
out1
7,40,22,45
out2
35,17,50,12
out3
29,23,56,6
out4
2,8,21,27
out5
13,15,16,14
out6
18,24,5,11
out7
3,9,20,26
out8
58,60,61,63
out9
48,54,37,31
out10
33,39,46,52
out11
42,44,43,41
out12
30,36,49,55
out13
32,38,47,53
out14
64,57,59,62
out16
4,10,19,25
说明：
上面的输出端口号output1代表O：
2/1，控制着编号为8和6的灯（此两灯连成一个点），output15控制着编号为A6和D5的灯等等以此类推。
2、编程、接线与调试：
程序结构划分：
梯形图共分56行，其功能分块为
1）00~10行控制红绿灯
每周期（40秒）的开始，00行的T4:
0计时器负责计时20秒，其计数时T4:
0/TT有效，与输出口O:
0/6连接使AD方向红灯亮；其与07行的T4:
1计时器互锁，而T4:
1计时器计时对应BC方向红灯的20秒。
如此实现了一周期内两直道各红灯20秒，在这个大环境下通过对计时器T4:
0、T4:
1内部计时数的判断分别实现各通行道左行和直行10秒的分配。
以05行BC直通为例：
当计时器T4:
0计数为0~6即前七秒时BC直通绿灯点亮（O:
0/4），当计数到7~9即后三秒时BC绿灯闪烁（由方波信号实现亮灭循环）。
01~03行产生高低电平各为0.5秒的方波信号，用于实现绿灯闪烁。
06行实现BC左行绿灯常亮7秒和闪烁3秒；
08行实现BC红灯控制；
09行实现AD直行绿灯常亮7秒和闪烁3秒；
10行实现AD左行绿灯常亮7秒和闪烁3秒。
2）11~18行控制路况模拟中的右拐
因为右拐分配了四个输出端口，分别控制每一条右行车况模拟的四盏灯，所以使用了四个计时器，它们四个进行广义的互锁，实现四盏灯依次点亮。
右拐一直通行，不需停车等待。
3）19~25行控制路况模拟中的AD直行
26~32行控制路况模拟中的AD左拐
33~39行控制路况模拟中的BC直行
40~46行控制路况模拟中的BC左拐
此四个方向每条道的车况模拟有6盏灯，结合实验装置输出口数目有限的实况，将6盏灯分成三组，分配3个输出端口，所以使用三个计时器，它们进行广义的互锁，实现3组灯的依次点亮。
25、32、39、46四行分别实现了四个行车方向的停车等待，算法为当沿前进方向最前方一组灯（已通过十字路口的）熄灭的时候，使最后方一组灯（未进入十字路口的）点亮。
当该方向禁行，前方灯光熄灭表通过十字路口的车已驶离，中间一组灯自然熄灭，而后方灯光常亮实现停车等待的车况模拟。
7）47~55行控制七段数码管显示
47~48行中计时器T4:
2进行循环计时20秒，用基数20秒减去T4:
2内的计数，即可实现20~0的倒计时，结果存于N7:
0。
49行再将20~0的倒计时转换为BCD码，用6个输出端口传送给两个七段数码管。
五、实验结果与分析
时间
数码管
AD方向
BC方向
右拐
01-07s
20-0倒计时
红灯亮，停车等待
直行绿灯亮，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
持续通行
车流最慢（间隔1秒）
07-10s
直行绿灯闪烁，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
10-17s
左拐绿灯亮，车流较慢（间隔0.8秒），直行停车等待
17-20s
左拐绿灯闪烁，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
20-27s
20-0倒计时
直行绿灯亮，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
红灯亮，停车等待
27-30s
直行绿灯闪烁，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
30-37s
左拐绿灯亮，车流较慢（间隔0.8秒），直行停车等待
37-40s
左拐绿灯闪烁，车流较快（间隔0.5秒），左拐停车等待
注：
为实现主干道的区分，可以修改程序中的路况车灯模拟的闪亮间隔时间，如AD方向的左拐和直行都快于BC方向的车流。
以上程序已实现的是直行车流大于左拐大于右拐。
6、实验感想
本次实验是基于PLC可编程控制原理，应用于实际生活当中的实践性实验。
实验的对象是用于控制车流的交通信号灯。
在PLC课堂上，我们主要针对的是理论知识，而且是以日本三菱公司产品为模板。
而在罗克韦尔实验室中，我们操作的是美国AB的产品。
但正如老师上课说的，所有的器件大同小异，只要掌握一个公司的，其他的驾轻就熟。
真因为这些差异，使得我们必须做好充分的预习。
实验是分三步完成。
首先要完成基本的交通灯功能。
也就是说不包含路况的单一程序，将方向灯之间的转换与数码管相结合。
这也是最简单，最基础的一步。
不过需要针对一些特殊原件充分理解，尤其是延时导通计时器。
然后是最麻烦最瓶颈的一步。
因为要将实际的路况表现出来，行驶时灯泡顺势闪烁，停止时部分等常亮。
也就是说，不仅要实现灯泡之间的配合，还要实现一个灯的状态转换。
一点点，小插曲，我们组在实验室吃着盒饭还讨论问题。
突然我们意识到了另一个问题，端口的数量不够。
于是我们将原本的直行左拐的六灯闪烁，改为三灯闪烁即将相邻两灯共用一个端口。
在我们明确了路灯的分组以及端口分配后，相应的程序也在组员唐星昱的灵感下迎刃而解。
他用三个互锁的计时器互锁，达到交替闪烁以及停车等待。
第三部就是错综复杂的连线与调试过程。
虽然没什么难度，但是连线板的空间及连线数量使得这一过程极其繁琐。
稍有差池，便很难有耐心修正。
大体的程序与实验要求基本吻合，我们也尝试着一些突破与创新。
其实PLC实验还有其他关于电梯、火车变轨等。
个人觉得PLC对于单片机的学习很有帮助，使得端口分配和控制指令等问题更加明确。
在长达8小时的艰苦作战中，我们用信心和耐心保质保量地完成了任务。
本次PLC课程的实验只有一次，用时一个下午和晚上，从中学到了很多东西。
通过课程的学习，我们掌握了三菱公司FX指令系统的原理和用法，理解了T形图的原理。
虽然实验中使用的是AB公司的产品和相应软件，但是通过基本原理不难上手。
正如本学期单片机课程有51和96系列之分，虽然我们部分班级学习的是传统且应用范围较小的96系列单片机，但是只要理解了其基本原理和构架，不难自学51系列的单片机使用。
本次实验的成功主要一下三点：
1、实验之前认真看了实验指导书，结合课程所学初步理解了软件中各图示的含义，读懂了指导书上编程示例的算法。
在实验室内进行一定地变化应用即实现了各基本功能。
2、团队协作：
认真听完指导老师的讲课并做了相关笔记，我们组在实验前便进行了分工，我负责软件编程，其他两位组员负责接线，共同探讨了端口分配。
学习新的知识并运用需要耗费很大的精力，进行团队分工和合作使我们稳步实现预定的功能版块。
3、程序模块化：
组内讨论将程序的大致构架进行了分块，先率先实现了交通灯信号灯的控制。
接着运行了指导书上的路况模拟程序，初步实现了右拐的路况模拟，于之前的信号等控制程序进行耦合，同时重新进行了端口分配（4个端口）便实现了右拐路况模拟。
依此进行了其他四个方向的苦况模拟。
像停车等待、主干道区分等功能的实现都是陆续增加的。
程序模块化使我们同心协力稳扎稳打地实现各个功能。
本次PLC实验与生活实际联系得比较紧密，我们有很大的发挥空间，所以大家在实验过
程中都很投入，晚饭也是在实验室解决的。
程序模块化使我们能够稳步开展，每次装载到PC机再围观信号灯平台，发现功能实现时都很有成就感，但是实现的过程中难免有偏差，调试的过程中我们一起商讨，说出对自己所负责部分的理解和看法，在交流的过程中我们对实验都有了整体的把握和理解。
我很享受本次实验的过程，运用了课程所学知识，运用了一个自动化控制的软件，当自动化程序一步一步实现预定功能时，我们收获了喜悦。
本实验通过PLC实现城市十字路口交通灯信号显示与相应的路况模拟。
课堂教学是基于三菱公司的PLC产品，而此实验中则应用了AB公司的PLC。
在实验中我们体会到了，用一块PLC实现功能时的一个比较完整的过程，包括端口分配、编写梯形图程序、程序运行与调试等等；而课堂上似乎将所有的精力用在了梯形图上；实验告诉我们，编写梯形图程序只是用一块PLC实现某项功能时的一小部分工作，除此之外的端口分配、程序运行与调试也是必不可少的，尤其是端口的分配将会决定工程是否能够完成；因为PLC的输出端口毕竟是有限的，我们必须相方设法，充分利用好PLC提供的端口。
这一点我们在实验的一开始就进行了充分的思考和准备，尤其是模拟路况时，我们让四到五个路况模拟灯共用一个端口；这样既可以避免端口不够而使工作无法实施，也可以让路灯“滚动”起来，更好的模拟车流情况。
在程序的运行调试阶段，我们从屏幕上情切地感受了梯形图程序“自左至右，自上而下”循环扫描的过程。
例如，我们可以看到常开接点闭合，自保持，计数器计数等常见程序的扫描执行过程。
总而言之，本次试验加深了我们对于PLC实现自动化控制过程的理解；充分激发了创新意识和团队意识；提醒我们用所学的专业知识去分析和认识日常生活中无处不在的科学知识。
梯形图及注释
两个方向的互锁
AD方向左拐
左拐灯闪烁
直通灯闪烁
AD方向直通
产生周期为1s的方波信号
右拐车流
左拐灯闪烁
直通灯闪烁
BC方向左拐
BC方向直通
AD方向禁止通行
BC方向左拐车流
BC方向直行车流
停车等待
BC方向直行车流
BC方向左拐车流
AD方向直行车流
BC方向左拐车流
停车等待
数码管显示程序
AD方向左拐车流
停车等待
AD方向左拐车流
AD方向直行车流
停车等待
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