特長隧道雙向行駛安全指示PLC控制系統(tǒng)設計

石家莊鐵道高校四方學院畢業(yè)設計特長隧道雙向行駛平安指示PLＣ把握系統(tǒng)設計ThｅDesigｎofＰＬCCoｎtrｏlSysｔeｍAboutTunnｅlＴwo-ｗaｙRoａｄＳａfｅtyＩnstrｕctioｎs2011屆電氣工程系專業(yè)電氣工程及其自動化學號同學姓名指導老師石彥輝完成日期2０1１年５月１5日畢業(yè)設計成果單同學姓名學號1班級專業(yè)電氣工程及其自動化畢業(yè)設計題目特長隧道雙向行駛平安指示PLＣ把握系統(tǒng)設計指導老師姓名石彥輝指導老師職稱講師評定成績指導老師得分評閱人得分答辯小組組長得分成果:院長(主任)簽字:年月日畢業(yè)設計任務書題目特長隧道雙向行駛平安指示ＰLC把握系統(tǒng)設計同學姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化擔當指導任務單位電氣工程系導師姓名石彥輝導師職稱講師一、主要內容有一地下隧道,寬約3．3ｍ，僅能通過一輛面包車,長350m，南道口簡稱A口,北道口簡稱B口，車輛時速嚴格把握為25～３0km/h，全程需45~56ｓ，設計時留有約2s的裕量。依據(jù)把握對象的主要技術特征、動作挨次要求,對隧道汽車雙向行駛指示燈的把握要求進行分析，完成以PLC為核心的把握系統(tǒng)設計。二、基本要求1.無人值班指揮，能錯開時序雙向行車。2.按啟動按鈕，A口綠燈亮，Ｂ口紅燈亮，信號燈把握系統(tǒng)開頭工作。3.兩道口綠燈不能同時亮,假如萬一同時亮，系統(tǒng)停止工作并報警。４．從Ａ口綠燈開頭亮時計算，在持續(xù)5s內假如無車輛進入Ａ口,則A口綠燈閃爍２ｓ后熄滅且紅燈亮,而B口紅燈熄滅綠燈亮。同樣,假如B口綠燈持續(xù)亮5ｓ內無車輛進入B口，則Ｂ口綠燈閃爍2ｓ熄滅紅燈亮，而此時A口綠燈亮……。這是兩道口均無車進入隧道的要求。5.當Ａ口綠燈亮時，從A口進人第一輛車算起，Ｂ口紅燈持續(xù)亮90s,同時A口綠燈持續(xù)亮2０s,接著閃爍2ｓ后熄滅，紅燈亮68ｓ（Ｂ口紅燈仍亮著)。即待從A口進入隧道內的汽車全部開出后,Ｂ口才能進車。6.當B口綠燈亮時,從B口進人第一輛車算起，A口紅燈持續(xù)亮９０s，B口綠燈持續(xù)亮20s，接著閃爍2s后熄滅,此后兩道口紅燈同時亮68s。即待從Ｂ口進入隧道內的汽車全部開出后,A口才能進車。7.周而復始。這是某大單位專用車道，車輛不會太多，一般從早上6時到夜里10時使用。8.在兩道口出入處，在隧道中從A口算起130ｍ和26０m處各安裝一個停止信號燈把握系統(tǒng)工作的開關S，作為交通事故時的急停用。9．兩個道口安裝有紅外線自動檢測裝置,檢測車輛進人隧道的狀況，并通過小型繼電器的觸點KA1和KA2,把信號輸入PＬC。三、主要技術指標(或爭辯方法)1.設計應貫徹最新國家標準；2.依據(jù)把握選擇PLＣ型號，安排I／O端口;3.設計I/O電路，選擇電器元件;4.繪制各信號燈工作時序圖,電氣把握系統(tǒng)圖，梯形圖，繪制用戶程序短語表并模擬調試；5．編制元件清單；6．編寫設計、使用說明書。四、應收集的資料及參考文獻[1]《小型可編程序把握器原理與實踐》遼寧科技出版社[2]《可編程把握器應用技術》機械工業(yè)出版社[3]《建筑電氣把握技術》竇曉霞高等教育出版社[4]《現(xiàn)代建筑電氣把握技術應用》陳志新機械工業(yè)出版社五、進度方案第1周—第２周：收集資料，完成開題報告;第３周—第4周：分析、確定方案；第5周—第7周：系統(tǒng)軟、硬件設計;第8周：中期檢查;第9周—第1２周:模擬調試;第13周—第14周:論文審核定稿；第15周—第１6周：答辯。教研室主任簽字時間畢業(yè)設計開題報告題目特長隧道雙向行駛平安指示ＰＬC把握系統(tǒng)設計同學姓名學號班級專業(yè)電氣工程及其自動化一、爭辯背景:隨著我國城市化,現(xiàn)代化進程的加快，交通流量變的越來越大,為了緩解或有效解決日益嚴峻的城市交通問題，提高道路的空間利用率，修建各種城市隧道或地下構筑物已成為急劇增長的趨勢。城市隧道對削減城市道路用地、縮短城市行車里程、疏導城市交通起到樂觀的作用。目前我國已建成的隧道超過1069座,單通道延長超過340公里，建成的3００0米以上的隧道13座,隨著國家加大大路建設的步伐和力度,隧道的平安問題日益引起關注。大路隧道作為高速大路的特殊結構，不僅車速高和流量大,結構也相對封閉,加之行駛經過的車輛排放大量的有害物質,所以車輛的行駛環(huán)境與條件相對較差,比較簡潔發(fā)生交通事故，并且事故的處理與救援亦相對比較困難,對于長大和特長隧道而言更是如此。因此,高速大路隧道成為高速大路監(jiān)控與管理的重中之重，進而我們要進行特長隧道雙向行駛平安指示ＰＬC把握系統(tǒng)的設計。隨著電氣工業(yè)的進展，PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開頭接受PLＣ進行把握,PLC在我國的應用增長格外快速。隨著中國的經濟高速進展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國將保持高速增長勢頭。二、國內外爭辯概況：建國后３0年所修建的大路等級均較低,線形指標要求不高。五十年月,我國僅有大路隧道3０多座,總長約2５00m,且單洞長度都很短。六、七十年月,我國干線大路上曾修建了一些百米以上的隧道,但標準也很低。進入八十年月，大路隧道的進展?jié)u漸加快,具有代表性的工程有深圳梧銅山隧道和珠海板樟山隧道，福建鼓山隧道和馬尾隧道，甘肅七道梁隧道等。到１990年底,我國建成的千米以上隧道已有十余座。在大型大路隧道建設中,技術也隨著不斷提高,并學習和引進了很多國外先進技術。福建鼓山隧道，洞內設有照明、吸音、防潮、通訊、防火等裝置和閉路電視監(jiān)控及雷達測速系統(tǒng),這是我國第一座現(xiàn)代化的大路隧道?！鞍宋濉眫“九五”期間是我國大路隧道建設快速進展的時期?！熬盼濉逼陂g新建隧道5０4座,27.8萬延米。還建成了多座特長或寬體扁坦隧道，如中梁山隧道(３10０m×２)、縉云山隧道(2450m×2）、大溪嶺隧道(４１１6m×２)、二郎山隧道（420０m×2)、飛鸞嶺隧道、真武山隧道等。據(jù)不完全資料統(tǒng)計，我國已建成大路隧道1208座,總里程362ｋｍ?！笆濉逼陂g，我國鐵路、大路等領域合計約有總長30０0公里的隧道工程需要修建,隧道長度大于10公里的約占10％左右?，F(xiàn)在國外的隧道進展快速，青函隧道：目前世界最長的鐵路隧道，全長53.9公里,海底長度23.3公里。此隧道跨越津輕海峽連接日本的北海道和本州美國的德拉瓦隧道：世界最長的輸水隧道全長１69公里。美國紐約的林肯隧道：跨越哈德遜河連接紐約市和紐澤西州,是世界最繁忙的大路隧道之一，長度２.4公里。三、所要進行的主要工作和所接受的方法、手段。各部分硬件設計:本設計接受三菱FX系列PLC、光電傳感器、紅綠交通燈、報警電鈴。按鈕:系統(tǒng)需要的按鍵有3個,一個啟動鍵，一個１30m把握鍵，還有一個26０m的把握鍵。報警電鈴。軟件設計：梯形圖程序的設計（程序的設計思想,無車通過時的程序設計,有車通過時的程序設計,有汽車通過和無車通過時的連接,把握開關在程序中的設計）,各信號燈工作時序圖(A、B兩入口都無車進入的狀況和A口有車進入時以及B口有車進入時),電氣把握系統(tǒng)圖設計報警電鈴報警電鈴B口綠燈B口紅燈A口綠燈A口紅燈PLC機紅外傳感器信號手動把握信號四、預期結果：ＰLC產生把握信號,使得系統(tǒng)的信號燈紅綠轉換,按動啟動按鈕,A口綠燈亮，B口紅燈亮,信號燈系統(tǒng)開頭工作。當B口綠燈亮時，從B口進人第一輛車算起，A口紅燈持續(xù)亮90s，B口綠燈持續(xù)亮2０s，接著閃爍２ｓ后熄滅,此后兩道口紅燈同時亮68s。即待從B口進入隧道內的汽車全部開出后,A口才能進車,A口時同理，周而復始，指示車輛的平安運行，避開發(fā)生交通事故。兩道口綠燈不能同時亮,假如萬一同時亮，系統(tǒng)停止工作并報警。指導老師簽字時間年月日摘要本文介紹了國內交通系統(tǒng)的進呈現(xiàn)狀,以及特長隧道汽車雙向行駛平安存在的問題。信號把握是一種用來確保交通循環(huán)的質量和平安的必要措施。紅外傳感器的應用從根本上解決了人工操作的繁瑣和削減了大量的失誤，更加有效的增加了汽車雙向行駛的平安性,有利于加強隧道的平安?；诂F(xiàn)狀設計了一種基于PLC的特長隧道汽車雙向行駛把握系統(tǒng)，具體介紹了所選用的三菱FＸ2N系列PLC，并依據(jù)設計要求對PLC的輸入輸出Ｉ/O進行了安排，編寫了PLＣ梯形圖程序。最終介紹了本PLC電路所可能存在的干擾,并介紹了預防干擾的方法。對系統(tǒng)的輸入、輸出點進行統(tǒng)計,依據(jù)ＰLC的選型相關規(guī)定和輸入輸出的總點數(shù),選用日本三菱FX2N可編程序把握器。安排了PＬC的I／O地址,設計出PLC的外接線圖。介紹了PLC常見的編程方法，設計了PLＣ把握系統(tǒng)的程序。這種方法易學易用，成功率高，設計簡單的把握程序可以節(jié)省大量的設計時間。在此基礎上,進行了現(xiàn)場安裝、調試。針對系統(tǒng)調試、安裝以及運行過程中消滅的問題，進行了分析,提出了解決方法和留意的事項。從硬件和軟件兩個方面實行措施,提高PＬC把握系統(tǒng)的抗干擾力量。論文最終總結了課題爭辯的成果，爭辯了課題中所用到的編程與接口技術。關鍵詞：特長隧道PＬC傳感器汽車雙向行駛AbstractＴhispａpｅrintroｄｕceｓthedｅvｅlopｍentsｔatusｏfdｏmｅsｔictｒanspｏrtaｔiｏnsysｔem,aｎｄthｅlongtwo-waytraffiｃtunneｌcarpｒoblems，aｎddescribestｈewｏrkingｐrinｃｉpleofｔｈeproｇramｍabｌeconｔrollｅr,ｓelectioｎbasiｓ．Siｇｎaｌｃoｎtrolisaｎｅcesｓarｙｍeasurｅｔomaｉntaｉntｈequａliｔｙandｓafetｙoftrafficcircuｌation．Ｉnｆrａredsensｏrappｌｉｃatioｎｓfrｏmbasiｃaｌlyｓolveｄtｈeredtaｐｅａndredｕｃeartificialoperaｔioｎalotofmistaｋｅｓ,andmoreeｆfeｃｔivetoenｈａncetｈesecuｒｉｔｙoｆdrｉvｉngｔhecａrtwo-ｗay,tostrｅngthenthｅｓecurityｏftheｔuｎnel.DesiｇnedbａｓｅdoｎtｈｅloｎgtunnelPＬCcｏｎtrｏlsystｅmfoｒautｏmotiｖeｔwｏ-wayｔｒaffiｃ,dｅscribedｉndetailｔhechｏｉceｏfMｉtsｕｂiｓhiFX2NSｅrｉｅsPLC,accoｒｄingtｏthedｅsiｇnreqｕirementsofｔheiｎｐutandoutputPＬＣI/Ofortｈedistrｉｂution,ａndｐrepaｒatioｎofsysｔemoperationｌaｄder．ＴhｒoughtheanaｌyｓiｓoｆTunnｅlｔwｏ-waｙｒｏaｄsafetyinstruｃtionsＰLCcｏｎｔｒolsyｓtｅmdesｉgn，desigｎaｓystemoftｈePLＣcoｎtrolcircuit,ｔｈesyｓteminputanｄoutput,sｔatistics．SelｅｃtｉonofJａpanmｉｔsuｂｉshiFX2NPLC,ｔheｄiｓtｒiｂuｔionofthｅPLCI/Oａｄdresｓ，ｔheexterｎalcirｃuiｔｄeｓignPLＣ．Itiｎtrｏｄuｃesfａmiliaｒproｇrammerｍethods．Ａccｏrdiｎgtoｔｈeｂoringmachinecontrolrｅquiｒemeｎtsａndｃhaｒaｃterｉsticssetouttｈelｏgicoｆalgｅｂraｓｈow,usinglogicdesignｍethodsladｄerdesign.Thｉsｍethodissiｍplｅrtolearnaｎdtouｓｅ,hashiｇherSUＣＣＥＳSrａt(yī)io,anｄcansaｖｅｔｉｍeｉnｄeｓｉgnｉngcomｐｌexcontrolｌingprｏｇramｍerｔｏtransformthｅｓysｔeｍrequirｅmｅnｔsａndeｆfectiveopｅration．Bｙusinｇharｄwarｅandｓｏftwaremethｏds，itimprｏvｅｓantiｄｉstuｒbancepｅrfoｒmａnｃｅofPＬCcontrollinｇｓｙstem．Ｆinally，theｐａｐｅrsummaｒizｅｄｒesearchachieveｍent,tｅclmiｃiｎrｅseａｒchsubjectcoｍbineｗithauthor’Sspｅｃiaｌtｙ.Keｙworｄs：LoｎgtunnelPLCＳensｏrsVehｉcｌeｔｗo-ｗaｙliｎe名目TOC\o＂1-3＂\h\ｕHＹPＥRLＩNＫ\ｌ_Ｔｏc5077第１章緒論 PAＧERＥF＿Ｔoc５0771HYPＥRLＩＮK\l＿Ｔoc１5814１.１課題爭辯的目的意義PＡGEREF_Tｏｃ1５８１41HYPＥRLINK\ｌ＿Toc265331.2國內外爭辯現(xiàn)狀PＡGEREF＿Toc265332ＨYＰEＲＬIＮK\l_Ｔoｃ97５９１.3課題背景及要求９759２HYPEＲＬＩNK\l_Toc2377３1.3．1課題背景PＡGERＥF_Toｃ237732HYPEＲLINK\l_Ｔoc1198５１．3.2本課題的ＰLＣ把握要求ＰAGＥＲEF＿Toc11９8５3HYＰＥRLＩNK\l_Ｔｏｃ123７91．４論文主要內容PAGＥRＥF_Ｔｏc1２３793HＹPERLIＮK\l_Toc30６４81.５總體方案設計及創(chuàng)新點ＰAＧEＲＥF_Toc30648４HYＰERLIＮK\l_Tｏc263991.5．1總體方案設計ＰAGEREＦ_Toc263９9４HYPERＬINK\l＿Ｔoc31０９論文創(chuàng)新點PAGEREF_Tｏc310９4ＨＹPERLIＮK\l_Tｏc144２5第２章PＬC原理及各模塊的選擇２55HＹＰＥRLIＮK\l_Toｃ１71772.1PLC原理介紹．PAGEＲＥF_Toc171７75ＨYPERLINK\l_Toc4403２.2ＰLＣ進展歷程ＰAGEREＦ_Toc44035ＨYＰＥRLＩＮK\l_Ｔoc１80512.3PLC的應用現(xiàn)狀PAGＥＲEＦ＿Toc18０516HYPＥＲLINK\l＿Tｏc183422.4PLC把握系統(tǒng)的進展前景PAＧＥＲEF＿Ｔoｃ1８3426HYPERLＩNＫ\ｌ_Ｔoｃ85022.５可編程序把握器PLC的分類PAGEＲEF_Ｔoc8５０２7HYＰＥRLINK\ｌ_Toc32０１32．6PLＣ的選擇PAGEREＦ_Toc320139ＨYPＥRLＩNK＼l_Toc３０3０32.7輸入輸出模塊的選擇PＡＧEREF_Toc3０３039HYPERLINK＼l_Toｃ４0482.8電源的選擇PAＧEREF＿Toｃ4０4810HＹPEＲLINK\l_Tｏc7９91第３章各部分硬件設計ＰAGEREF_Ｔoc7９9111HYＰERLIＮK\l_Tｏc9８５73.1PLC的外連電路設計７11ＨＹPＥRLINK\l_Toc2２0333.2系統(tǒng)原理框圖１１HYＰＥＲLINＫ\ｌ_Toc21342３.3傳感器的選擇及安裝PAGＥREF＿Ｔｏc2134212HYＰERLＩＮK\l＿Toc21９１33.４幫助設備設計與選型PＡGEREＦ_Tｏc2191３14HYPＥRLIＮＫ＼ｌ＿Toc190４６第4章軟件設計PＡGERＥF_Toc1９０4616HYPＥRＬＩＮK\l_Toc３03904.1梯形圖程序設計PAGERＥF_Toc3039０1６HＹPEＲLINK\ｌ_Tｏc66７２4.2程序設計思想PAGEＲEF＿Toc6６7216HYPERLINK＼l_Ｔｏｃ76354.3無車通過隧道式的程序設計ＰAGEREF_Toc7６3517ＨYPＥＲLINK\l_Tｏc217６４4.4有車通過隧道時的程序設計ＰAGEREＦ_Toｃ21764１9HYPＥRＬINK＼l_Ｔoc１0784.6時序圖周期為1s的方波PAGＥREF_Tｏc1０７821HYＰＥRＬIＮK\l_Toc2５5404.7Ｉ/O安排表PAGERＥF_Tｏc25５４0２３ＨYPERＬINK\ｌ_Ｔｏc3１5824.8有汽車通過隧道和無汽車通過隧道程序的連接ＰAGERＥF_Tｏc315８22３HＹＰEＲLＩNＫ\l_Toc227064.9把握開關在程序中的設計７0６23HYPＥＲＬINＫ\ｌ_Toc１６25８第5章PLＣ整體電路的干擾與預防PAＧEREF＿Ｔｏc1６2582５HＹPERLIＮK\l_Toc33555．1電源系統(tǒng)引入的干擾PAGＥRＥＦ_Toc３３５5２5ＨYＰＥRLINK\l_Toc２5316５.2感性負載引起的干擾PAＧEREF_Toc2５３162５HYＰERLINＫ＼l＿Toc60765.3輸出信號的抗干擾措施PAGＥREF_Ｔoc6076２6ＨYPERLＩNK＼ｌ_Toｃ１658２5.４抑制外部配線干擾的措施PAGEＲEＦ_Ｔoc１65822６HYPERＬINK＼ｌ＿Tｏｃ2８77３第六章結論與展望PＡGEREF＿Ｔoc２877３２8ＨＹPERLＩＮK＼l＿Toc7429６.1結論PAGEREＦ_Toｃ７42９28HYPＥRLＩNK\l＿Ｔoc２90８16.2展望PＡGEREF_Ｔoc２90８128HYＰＥRLINK\l＿Tｏc３2175參考文獻ＰAＧEＲEＦ＿Ｔｏｃ3２17529HＹPＥRLIＮK＼ｌ＿Tｏc12391致謝PAＧEREF＿Ｔoc１2３９１30HYPERLINＫ\ｌ_Toc30２１3附錄PAＧEＲEF_Tｏｃ3021331ＨＹPERLINK＼l_Ｔoc9164附錄A外文資料ＰAGＥRＥF＿Ｔoc９１6431HＹPERＬINK\l_Tｏc5829附錄B梯形圖PAGEＲEＦ_Ｔｏc5８２94１HYPEＲLINK＼ｌ_Toc82８4附錄C指令表PAGERＥＦ_Toc828４44第1章緒論1.1課題爭辯的目的意義近年來,我國大路交通得到長足的進展，山區(qū)高速大路建設帶動了山區(qū)的經濟、社會進展。然而，大路交通運輸在為國民經濟和社會進展做出重大貢獻的同時,又因交通事故造成了大量人員傷亡和巨大經濟損失。隧道是山區(qū)高速大路的主要結構物,在山區(qū)高速大路中占有越來越高的比例。由于高速大路隧道建設有著簡單的地理環(huán)境和特殊建筑結構，給高速大路交通平安管理工作帶來了肯定難度。近年來。隧道交通事故已屢見不鮮,很多隧道已經成為高速大路交通事故多發(fā)區(qū)和把握區(qū)。西南地區(qū)某高速大路2０04年1月～２005年1月，共發(fā)生交通事故181起，其中隧道交通事故就達５6起，約占全線事故總數(shù)的31％。把握隧道交通事故的發(fā)生已成為刻不容緩的工作。因此,從隧道交通事故發(fā)生的緣由著手分析、探討改進隧道的汽車平安行駛問題有著重要的意義。高速大路隧道事故多樣性的緣由分析據(jù)調查，發(fā)生隧道交通事故的緣由主要有以下幾個方面:（1）隧道的人口路段線型為彎道、坡道路段。用地條件制約著道路線型及道路走向的選擇,因此,部分隧道的人口為彎道、坡道路段,有的甚至是多彎道、長下坡路段;（２）隧道人口段一般為兩種不同路面材料的過渡區(qū)域。由于瀝青具有可燃性,不利于隧道消防，隧道內一般為水泥路面，而隧道外多為瀝青路面。因此，隧道內外路面附著系數(shù)存在差異;（3)隧道內外光線存在明顯差異。在較長的隧道中，光線照人較少,雖然隧道內設置有照明裝置，但是終究存在較大的隧道內外光線明暗程度的差異；(4）隧道人口處積水問題較難解決。在某些地區(qū),雨天隧道人口處往往積水較多，影響了車輛行駛的平安性;（５)隧道的空氣環(huán)境較差。隧道是一個相對封閉性的通道，空氣環(huán)境較差,車輛排放的廢氣和車輛的揚棄廢塵不易排解，廢塵和廢氣在一段時間后簡潔沉積在路面上，降低了路面的附著系數(shù)。由于隧道區(qū)段的上述特點,打算了隧道交通事故分布特征具有多樣性、簡單性。因此，打算我們要努力去改進隧道汽車的行駛平安。本設計的目的就是為了從平安指示方面解決特長單向隧道的汽車平安行駛問題。1.2國內外爭辯現(xiàn)狀建國后3０年所修建的大路等級均較低,線形指標要求不高。五十年月，我國僅有大路隧道３0多座，總長約25０0m,且單洞長度都很短。六、七十年月，我國干線大路上曾修建了一些百米以上的隧道，但標準也很低。進入八十年月，大路隧道的進展?jié)u漸加快，具有代表性的工程有深圳梧銅山隧道和珠海板樟山隧道，福建鼓山隧道和馬尾隧道，甘肅七道梁隧道等。到1９90年底,我國建成的千米以上隧道已有十余座。在大型大路隧道建設中,技術也隨著不斷提高，并學習和引進了很多國外先進技術。福建鼓山隧道，洞內設有照明、吸音、防潮、通訊、防火等裝置和閉路電視監(jiān)控及雷達測速系統(tǒng)，這是我國第一座現(xiàn)代化的大路隧道?！鞍宋濉薄熬盼濉逼陂g是我國大路隧道建設快速進展的時期?！熬盼濉逼陂g新建隧道5０４座，27.8萬延米。還建成了多座特長或寬體扁坦隧道,如中梁山隧道(31０0m×2)、縉云山隧道（2450m×２)、大溪嶺隧道（4１16m×2）、二郎山隧道(４20０m×2)、飛鸞嶺隧道、真武山隧道等。據(jù)不完全資料統(tǒng)計，我國已建成大路隧道1208座，總里程362km?！笆濉逼陂g,我國鐵路、大路等領域合計約有總長3000公里的隧道工程需要修建，隧道長度大于10公里的約占1０%左右。現(xiàn)在國外的隧道進展快速，青函隧道：目前世界最長的鐵路隧道,全長53.９公里，海底長度23.3公里。此隧道跨越津輕海峽連接日本的北海道和本州美國的德拉瓦隧道：世界最長的輸水隧道，全長1６9公里。美國紐約的林肯隧道：跨越哈德遜河連接紐約市和紐澤西州，是世界最繁忙的大路隧道之一,長度2.4公里。1.3課題背景及要求1.3.1課題背景隨著我國城市化，現(xiàn)代化進程的加快，交通流量變的越來越大，為了緩解或有效解決日益嚴峻的城市交通問題,提高道路的空間利用率，修建各種城市隧道或地下構筑物已成為急劇增長的趨勢。城市隧道對削減城市道路用地、縮短城市行車里程、疏導城市交通起到樂觀的作用。目前我國已建成的隧道超過１069座，單通道延長超過34０公里,建成的3000米以上的隧道13座，隨著國家加大大路建設的步伐和力度,隧道的平安問題日益引起關注。大路隧道作為高速大路的特殊結構，不僅車速高和流量大，結構也相對封閉,加之行駛經過的車輛排放大量的有害物質，所以車輛的行駛環(huán)境與條件相對較差,比較簡潔發(fā)生交通事故，并且事故的處理與救援亦相對比較困難,對于長大和特長隧道而言更是如此。因此,高速大路隧道成為高速大路監(jiān)控與管理的重中之重，進而我們要進行特長隧道雙向行駛平安指示PLＣ把握系統(tǒng)的設計。隨著電氣工業(yè)的進展,PLＣ價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大,越來越多的中小設備開頭接受PLC進行把握,PLC在我國的應用增長格外快速。隨著中國的經濟高速進展和基礎自動化水平的不斷提高,今后一段時期內PLC在我國將保持高速增長勢頭。1A口檢測裝置B口檢測裝置KA2停3Y3停3A口檢測裝置B口檢測裝置KA2停3Y3停3停2SB4SB3B口A口A口紅燈LED1A口綠燈LED2B口綠燈LED4B口紅燈LED3啟動SB1停1SB2報警Y把握臺KA1圖1－1現(xiàn)場模擬圖1.4論文主要內容(1)總體方案的設計（２)ＰLＣ原理與系統(tǒng)各模塊選擇（3)各部分硬件設計(４）軟件設計(5)ＰLC整體電路的干擾與預防１.5總體方案設計及創(chuàng)新點1．5．１總體方案設計ＰLC作為現(xiàn)代把握系統(tǒng)中最重要的把握器之一,我們當然不能忽視它。實行它來進行我們系統(tǒng)的設計，不但能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、牢靠性,還具有很強的性價比，還可以通過通信聯(lián)網，實現(xiàn)分散把握,集中管理。而且在程序編制上也不需要費太大的工夫，所以我們用ＰLC來進行這樣的一種系統(tǒng)設計是無可后非的。本方案中，隧道口交通燈把握系統(tǒng)以PLC作為把握核心。利用可行的傳感器采集汽車到達隧道口的信號,傳感器作為輸入信號設備，它將采集到的把握信號送入PLC。作為對來自傳感器輸入信號的響應,ＰLＣ產生輸出把握信號去把握隧道A、B口的信號燈工作，從而實現(xiàn)了單向隧道汽車的順當通行。PLC還接受來自兩個附加開關的輸入信號,兩個開關安裝在隧道130M和２6０M位置,它們主要功能是在消滅交通意外,或著是信號燈消滅故障的狀況下，可以利用這兩個開關將系統(tǒng)程序停止運行，以便準時處理,削減更多的意外。在設計中,還安裝了報警電鈴,它在隧道的A、B口都有，假如系統(tǒng)出錯導致A、B口綠燈同時亮,這時報警電鈴工作，可以告知隧道口欲進入隧道的汽車,從而保證了隧道汽車通行的平安性。1.5.２論文創(chuàng)新點本方案設計要求中，兩個道口安裝有紅外線自動監(jiān)測裝置，檢測車輛進入隧道的狀況，并通過小型的繼電器觸點KA１和ＫA2,把信號輸入PLC。經過查閱資料,我發(fā)覺一般的傳感器在現(xiàn)場將光信號轉化成了模擬信號，然后經過模數(shù)轉換后輸入到PLC中,然后進行PLC模塊的把握。在本次設計中，使用的光電傳感器的內部電路比一般的傳感器多加了一個比較電路，使得輸出的信號是一個高電平和一個低電平，起到了代替小型繼電器線圈的作用。因而省去了一部分的外部電路,起到了簡化的作用。第２章ＰLC原理及各模塊的選擇２.1PＬC原理介紹.PLＣ基本工作原理:ＰＬC由CＰU,存儲器、I/０接口、內嵌的精簡高效操作系統(tǒng)組成。用戶可以依據(jù)自己的需要配置(擴展）自己的Ｉ/0(輸入、輸出)的類型及數(shù)量,用戶按自己的把握需求編寫把握程序下載到PLＣ的存儲器內，PＬC在運行的時候，ＰＬＣ內的操作系統(tǒng)能運行用戶的程序,依據(jù)用戶程序通過輸入端子完成輸入信號(開關、觸點、傳感器等）的讀取，并進行處理運算,把運算處理的結果輸出到輸出端子，以把握用戶的執(zhí)行機構（閥門、線圈、指示燈等）[1]。從而完成用戶所需的把握功能。ＰＬＣ接受“挨次掃描，不斷循環(huán)”的工作方式。每次掃描過程。集中對輸入信號進行采樣。集中對輸出信號進行刷新。輸入刷新過程。當輸入端口關閉時，程序在進行執(zhí)行階段時,輸入端有新狀態(tài),新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時,新狀態(tài)才被讀入。一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。元件映象寄存器的內容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。掃描周期的長短由三條打算。（1）ＣPU執(zhí)行指令的速度(2)指令本身占有的時間(３)指令條數(shù)。由于接受集中采樣[２]。集中輸出的方式。存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象,即輸入／輸出響應延遲。2.2PＬC進展歷程在工業(yè)生產過程中，大量的開關量挨次把握,它依據(jù)規(guī)律條件進行挨次動作,并按照規(guī)律關系進行連鎖愛護動作的把握，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣把握系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1９68年美國GM(通用汽車）公司提出取代繼電氣把握裝置的要求，其次年,美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的把握裝置，首次接受程序化的手段應用于電氣把握，這就是第一代可編程序把握器,稱ProｇramｍａblｅCoｎtｒｏller(PC)[3]。個人計算機（簡稱PC）進展起來后，為了便利，也為了反映可編程把握器的功能特點,可編程序把握器定名為ＰｒｏgrａmmaｂlｅLogiｃCｏｎtｒoller（ＰLC）。上世紀8０年月至90年月中期,是PLC進展最快的時期，年增長率始終保持為３0～４0%。在這時期，PLC在處理模擬量力量、數(shù)字運算力量、人機接口力量和網絡力量得到大幅度提高,ＰLC漸漸進入過程把握領域，在某些應用上取代了在過程把握領域處于統(tǒng)治地位的DＣS系統(tǒng)[４]。PＬＣ具有通用性強、使用便利、適應面廣、牢靠性高、抗干擾力量強、編程簡潔等特點[５]。ＰLC在工業(yè)自動化把握特殊是挨次把握中的地位，在可預見的將來，是無法取代的。2．3PＬC的應用現(xiàn)狀自２０世紀６0年月中期以來PLC產品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用,尤其近20年來計算機和信息技術的飛速進展不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格,使PLC、通訊聯(lián)網技術、過程把握軟件都獲得了長足進步,也使PLC的廣泛應用成為可能。下面通過兩組數(shù)據(jù)(引自工控網)說明PLC的應用現(xiàn)狀[６]。PLＣ在冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加20０３年中國的工業(yè)消滅了快速增長,工業(yè)產值同比增長在12%以上,而且中國的最大鋼鐵出口對象—美國在２００３年下半年取消了鋼鐵附加稅,中國鋼材對其出口也將快速回升。這些有利因素刺激了中國冶金行業(yè)的投資。據(jù)調查,中國冶金行業(yè)對設備的投資同比增長接近50%。冶金設備的大量增長帶動了PLC在該行業(yè)的增長,2０03年PLC在冶金行業(yè)的市場達到216億元,2004年有望達到3億元。PＬC在紡織行業(yè)的應用分析[７］。在中國,PLC在紡織機械上的運用已經有17年的歷史了,從最早的進口合成纖維生產設備到目前的中小型紡機,PLC無處不在。占各類紡織機械60%以上的織機平均每臺帶有一個小型的ＰLＣ，主要用于檢測、報警、速度把握和機器啟停把握。紡機的比例在紡織機械中不到5％，卻用到更多的PLC,單臺紡紗機最多用到１7臺PLC,主要是60個Ｉ/Ｏ點以下的微型產品。梳棉機也用微小型PLC把握。其它各類紡織機械基本上都接受PLC把握，只有一些相對簡潔的設備接受單片機或者其它把握方式。紡織機械的幫助設備也主要由PLC把握,如循環(huán)水系統(tǒng)、空調系統(tǒng)、蒸氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、包裝線等。實際上PLC在中國的應用已分布到各行各業(yè),依據(jù)工控網的調查,20０3年中國把握類產品市場PLC的占有率已超過50％,而且保持著10%~１5%的進展速度[８］。2.4PＬＣ把握系統(tǒng)的進展前景現(xiàn)在，雖然消滅了性能更加優(yōu)越的DＣS和FCS把握系統(tǒng),PLC把握也終將會被先進的FCＳ把握所取代，但是目前以及今后相當長的一段時間,PLC還會與DCS和FCS共存，這主要基于以下緣由：(1)現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向進展，但這并不意味著要將現(xiàn)有把握系統(tǒng)推倒重來。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的ＰLC把握系統(tǒng)已經成型,假如要完全推翻再建立新的ＤＣＳ或FCS把握系統(tǒng)，需要更大的資金投入,將造成很大的鋪張。(2）基于以上市場需求，很多軟件廠商（例如：華富惠通軟件公司)正在考慮如何利用企業(yè)已經成型的把握系統(tǒng)及新建的廠級網絡，開發(fā)把握系統(tǒng)軟件,掛念企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化,為企業(yè)供應把握系統(tǒng)與管理網絡的集成。（3）目前,PLC的功能增加、結構優(yōu)化，ＩＯ模塊趨向分散化、智能化,編程工具和編程語言更具標準化和高級化。(4）PLC的聯(lián)網通信力量增加，向高速度、多層次、大信息量、高牢靠性及開放式的通信進展。(5)現(xiàn)在的PLＣ系統(tǒng)與DCＳ技術、現(xiàn)場總線IO技術相結合,結構開放、擴展便利、技術先進、價格低廉。由以上分析可以預見,將來ＰLC將朝著多功能化、集成化、智能化、標準化、開放化的方向進展，故PLC雖然面臨其它自動化把握系統(tǒng)的挑戰(zhàn),但同時也在吸取它們的優(yōu)點,相互融合,不斷創(chuàng)新，在今后一段時間內將與其它先進把握方式并存,共同進展[9]。2.5可編程序把握器PLC的分類可編程序把握器PLC的分類ＰLＣ產品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類,通常依據(jù)其結構形式的不同、功能的差異和Ｉ／O點數(shù)的多少等進行大致分類。按結構形式分類依據(jù)PLC的結構形式,可將PLC分為整體式和模塊式兩類。整體式PLC整體式PLＣ是將電源、CPＵ、I/Ｏ接口等部件都集中裝在一個機箱內，具有結構緊湊、體積小、價格低的特點。小型PＬＣ一般接受這種整體式結構。整體式PＬC由不同I／Ｏ點數(shù)的基本單元(又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌扔蠧PU、I/Ｏ接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內只有Ｉ/Ｏ和電源等,沒有CPU[7］?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式ＰLＣ一般還可配備特殊功能單元,如模擬量單元、位置把握單元等，使其功能得以擴展。模塊式PLC模塊式PLC是將PＬC各組成部分,分別做成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊(有的含在ＣＰU模塊中)以及各種功能模塊。模塊式PＬC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式ＰLC的特點是配置機敏,可依據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配便利，便于擴展和修理。大、中型PLＣ一般接受模塊式結構。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結合起來,構成所謂疊裝式PLC。疊裝式ＰLC其CPU、電源、Ｉ／O接口等也是各自獨立的模塊,但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接,并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣,不但系統(tǒng)可以機敏配置，還可做得體積小巧[6]。(2)按功能分類依據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。低檔PLC具有規(guī)律運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于規(guī)律把握、挨次把握或少量模擬量把握的單機把握系統(tǒng)。中檔PLＣ除具有低檔PLＣ的功能外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉換、遠程I/Ｏ、子程序、通信聯(lián)網等功能。有些還可增設中斷把握、PID把握等功能，適用于簡單把握系統(tǒng)。高檔PLC除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術運算、矩陣運算、位規(guī)律運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網功能,可用于大規(guī)模過程把握或構成分布式網絡把握系統(tǒng),實現(xiàn)工廠自動化。(3)按Ｉ/O點數(shù)分類依據(jù)ＰLC的I/Ｏ點數(shù)的多少,可將PＬC分為小型、中型和大型三類。小型PLＣ——I/O點數(shù)小于256點;單CＰU、8位或１6位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。中型PLC——I／Ｏ點數(shù)２5６~2０48點；雙ＣPU,用戶存儲器容量2～8K。大型ＰLC——I／Ｏ點數(shù)＞2048點;多CPＵ，16位、32位處理器,用戶存儲器容量8~1６Ｋ.今后一段時間內將與其它先進把握方式并存,共同進展。CPU的構成從結構上分,PLＣ分為固定式和組合式(模塊式)兩種。固定式PＬC包括CPU板、Ｉ/O板、顯示面板、內存塊、電源等,這些元素組合成一個不行拆卸的整體［4]。模塊式PLＣ包括CＰU模塊、Ｉ／O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以依據(jù)肯定規(guī)章組合配置。CＰＵ是PＬC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個CＰＵ,它按PLC的系統(tǒng)程序賜予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù),用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中,同時,診斷電源和PＬC內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后,從用戶程序存貯器中逐條讀取指令,經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的把握信號，去指揮有關的把握電路。ＣPU主要由運算器、把握器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、把握及狀態(tài)總線構成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù),是ＰLC不行缺少的組成單元。在使用者看來,不必要具體分析ＣPU的內部電路,但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。ＣPU的把握器把握CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號把握。運算器用于進行數(shù)字或規(guī)律運算,在把握器指揮下工作。寄存器參與運算,并存儲運算的中間結果,它也是在把握器指揮下工作。CPＵ速度和內存容量是ＰLC的重要參數(shù)，它們打算著ＰLC的工作速度，IＯ數(shù)量及軟件容量等,因此限制著把握規(guī)模。I/O模塊：PＬＣ與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分(I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的Ｉ/O電路,其輸入暫存器反應輸入信號狀態(tài)，輸出點反應輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng),輸出模塊相反。I/O分為開關輸入（DI)開關輸入量(ＤＯ)模擬量輸入（ＡI),模擬量輸出（ＡO)等模塊。常用的I／O分類如下：開關量：按電壓水平分，有2２0VＡC,1１０VAC,24VDC,按隔離方式分,有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量:按信號類型分,有電流型（４-20Ma,０-20mA）,電壓型等,按精度分有12bit，１４biｔ,16biｔ等。出來上述通用的IO外，還有特殊的I/O模塊,如熱電阻，熱電偶，脈沖等模塊。按Ｉ/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/Ｏ模塊可多可少,但是其最大數(shù)受CPＵ所能管理的基本配置的力量,即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。電源模塊:PＬC的電源用于為PLC的各模塊的集成電路供應工作電源。同時，有時還為輸入電路供應２4V的工作電源，電源輸入類型有：溝通電源（２20ＶAC/１10VAC)直流電源（常用的為24ＶDC)，底板或機架大多數(shù)模塊式ＰLC使用底板或機架，其作用是:電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的全部模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接,使各模塊構成一個整體。２.6PLC的選擇ＰLC按結構分為整體型和模塊型兩類,按應用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和把握室安裝兩類；按CPU的字長分為1位、4位、８位、16位、３２位、6４位等，從應用的角度動身，通常可按功能把握或輸入輸出點數(shù)選型。整體型PLC的I/Ｏ點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小,用于小型把握系統(tǒng)，模塊型ＰLC供應多種I/O卡件或插卡,因此用戶可較合理的選擇和配置把握系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展便利機敏，一般用于大中型把握系統(tǒng)。2．７輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應考慮與應用要求的統(tǒng)一。例如對輸入輸出模塊，應考慮信號電平、信號傳輸距離、信號供電方式等應用要求。對輸出模塊，應考慮選用的輸出模塊類型,通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應時間較長等特點,可控硅輸出模塊適用于開關頻繁,電感性低功率因數(shù)負荷場合,但價格較貴，過載力量較差。輸出模塊還有直流輸出、溝通輸出和模擬量輸出等，與應用要求應全都?？梢罁?jù)應用要求,合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高把握水平和降低應用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I／O機架等［9]。２.8電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設備時同時引進PＬC應依據(jù)產品說明書要求設計和選用外,一般ＰLＣ的供電電源應設計選用2２0ＶAC電源，與國內電網電壓全都。重要的應用場合,應接受不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電[10]。為防止外部高電壓電源因誤操作而引入ＰLC,對輸入和輸出信號的隔離是必要的,有時也可接受簡潔的二極管或熔絲管隔離。第３章各部分硬件設計3.1PLＣ的外連電路設計本次設計的隧道口信號燈把握器電路原理圖。利用可行的傳感器探測汽車到達隧道口的信號，本設計所接受的傳感器是光電傳感器，去感知汽車到達，作為輸入設備，輸入信號送入到PＬC中，作為對來自傳感器輸入信號的響應，PLC產生輸出把握信號去驅動信號等工作，從而實現(xiàn)隧道隧道口紅綠燈的變化。ＰLC還接受來自隧道口中兩個故障停止工作開關的輸入信號--－一個安裝在距A隧道口１30m處,另一個安裝在距Ａ隧道口26０m處，它們用于處理故障狀況下信號燈的停止把握從設計要求中可以看出,設計需要PLC的輸入輸出點數(shù)并不多，輸入點中兩個點是由傳感器采集到的信號輸入信號。一個點是起停把握開關,另外兩個輸入點是故障把握系統(tǒng)停止開關,輸入點一共是五個點。輸出點接隧道口的四個紅綠指示燈，和一個報警電鈴。因此可以確定其硬件部分主要有PLＣ，光電傳感器、紅綠交通信號燈，報警電鈴以及一些幫助設備組成。圖３-１ＰLC外部接線圖3.2系統(tǒng)原理框圖本設計是利用PLC接受紅外傳感器接收的信號和手動把握信號，然后通過ＰＬC發(fā)送把握信號,把握各個交通燈的亮滅,從而達到指揮交通,避開發(fā)生交通事故的效果。如圖３－2所示。報警電鈴B口綠燈報警電鈴B口綠燈B口紅燈A口綠燈A口紅燈PLC機紅外傳感器信號手動把握信號圖3-2系統(tǒng)原理框圖３．3傳感器的選擇及安裝本設計利用光電傳感器來感知汽車的到達,下面就光電傳感器做下介紹。圖3-3傳感器原理框圖光電傳感器是通過把光強度的變化轉換成電信號的變化來實現(xiàn)把握的。光電傳感器在一般狀況下，有三部分構成：他們分為發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標放射光束,放射的光束一般來源于半導體光源,發(fā)光二級管、激光二極管及紅外放射二極管。光束不間斷的放射,或者轉變脈沖寬度。接受器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接受器前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，她能濾出有效信號和應用該信號。此外，光電開關的結構元件中還有放射板和光導纖維。三角反射板是結構堅固的放射裝置。它由很小的三角錐反射材料組成，能夠使光束精確的從反射板中返回，具有有用意義。它可以在于光軸0到2５的范圍內轉變放射角，使光束幾乎是從一根放射線，經過反射后，還是從這根反射線返回。光電式傳感器工作原理：光電傳感器是接受光電元件作為檢測元件的傳感器，它首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉換成電信號,光電傳感器一般由光源，光學通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高,反應快,非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結構簡潔，形式機敏多樣,體積小。近年來，隨著光電技術的進展,光電傳感器已成為系類產品,其品種及產量日益增加，用戶可依據(jù)需要選用各種規(guī)格產品,在各種輕功自動機上獲得廣泛的應用[１0］。分類和工作方式槽型光電傳感器把一個光放射器和一個接收器面對面的裝在一個槽的兩側的是槽型光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻狀況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時,光被遮擋，光電開關便動作。輸出一個開關把握信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次把握動作。槽型開關的檢測距離由于受整體結構的限制一般只有幾厘米。對射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分別開,就可使檢測距離加大。由一個發(fā)光器和一個收光器組成的光電開關就稱為對射分別式光電開關,簡稱對射式光電開關。它的檢測距離可達幾米甚至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物體用過路徑的兩側，檢測物通過時阻擋光路,收光器就動作輸出一個開關信號。反光板型光電開關把發(fā)光器和收光器裝猶如一個裝置內，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電把握作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射)光電開關。正常狀況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到，一旦光路被檢測物體物攔住，收光器收不到光時，光電開關就動作，輸出一個開關把握信號它的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和收光器,但前方沒有反光板。正常狀況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當檢測物通過時攔住了光,并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關信號?；诠怆妭鞲衅鞯谋姸鄡?yōu)點，所以在本設計中接受這種傳感器來采集汽車信號。而對射型光電傳感器可以檢測到大距離的信號,所以針對隧道口汽車的檢測，我們接受對射型光電傳感器作為PＬＣ的信號采集器傳感器要精確無誤的檢測到汽車的到來,這需要對傳感器的安裝位置進行很好的設計,傳感器安裝的位置不對,可能人或動物都會對信號采集有影響。由于汽車體積較大，我們選擇４只光電傳感器，在隧道Ａ、B口各安兩只,接受兩只光電傳感器,便可以牢靠地檢測汽車的到來。光電傳感器采集到的汽車到達信號后,各輸出一個高電平,將兩個信號相與后,輸出的高電平送至PLC中，通過驅動信號燈工作。接受這種采集系統(tǒng)，只有當兩個傳感器都采集到信號時,PLC的輸入繼電器才會動作,不會由于在小的物體觸及到一個傳感器而使信號燈工作，具有很高的牢靠性。以下為傳感器基本原理圖(RPR22０光電傳感器）。圖３-3傳感器內部原理圖若檢測到光，剛RＰR22０的3腳輸出一個電壓與基準電壓比較，若RPR220的３腳的電壓比基準電壓大,則LM3３9的2腳就輸出一個低電平。相反檢測不到光,則ＬＭ33９的２腳就輸出一個高電平。３.４幫助設備設計與選型(1）按鈕：系統(tǒng)需要的按鍵有3個，一個啟動鍵，一個130m把握鍵，還有一個260m的把握鍵，三個按鈕通過通信線與PLC相連,直接將把握信號輸送到ＰLC中，按鈕選用LＡ19-１1型號。（２）報警電鈴:利用電磁繼電器原理制造的，通電時,電磁鐵有電流通過,產生磁性，把小錘下方的彈性片吸過來了,是小捶打擊電鈴發(fā)出聲音,同時電路斷開，電磁鐵失去了磁性，小錘又被彈回，電路閉合,不斷重復，電鈴便發(fā)出連續(xù)擊打聲了。電鈴在隧道口A,B口各安裝一個,對系統(tǒng)消滅問題時,能夠準時報警通知即將進入隧道的汽車,起到了平安保障作用。第4章軟件設計4.1梯形圖程序設計PＬC是以程序的形式進行工作的，所以必需把把握要求變換成PLC能接受并執(zhí)行的程序,編制程序接受編程語言。它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)把握圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術語和一些圖形符號構成,左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點(觸點)只有常開和常閉,接點可以是PLC輸入點接的開關也可以是PLＣ內部繼電器的接點或內部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接把握外部負載,只能做中間結果供CPU內部使用。PLＣ是按循環(huán)掃描大事，沿梯形圖先后挨次執(zhí)行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當作條件使用。語句表語言,類似于匯編語言。規(guī)律功能圖語言,沿用半導體規(guī)律框圖來表達，一般一個運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。4．2程序設計思想本系統(tǒng)的設計思想，當系統(tǒng)上電以后進入初始狀態(tài),Ｘ０作為整個系統(tǒng)的啟動停止開關,當X0被按下時,系統(tǒng)啟動進入程序的運行，當Ｘ0再次按下時,整個系統(tǒng)停止工作。當啟動按鈕被按下時,系統(tǒng)開頭執(zhí)行無車程序,X2，X4是隧道A,Ｂ口的信號繼電器開關,假如A、B隧道口均無車時,系統(tǒng)循環(huán)運行此程序。假如隧道口Ａ口有車到達時，通過我們的紅外傳感器探測到信號后,將其信號輸送到PLＣ中,即如流程圖中，中斷無車程序轉為A口有車程序，當執(zhí)行相應的程序。B口和Ａ口的程序所執(zhí)行的條件一樣。X10和X１1作為隧道１3０m和26０ｍ的系統(tǒng)故障急停開關，在任何時候只要撥動開關，都可以對整個系統(tǒng)進行停止把握，當檢修完線路后，將Ｘ10和X11撥回原位,又可以啟動系統(tǒng)。是系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。在程序設計中,3段程序都是獨立的挨次功能程序，所以我接受的是STＬ步進順控指令,這種指令是特地挨次把握而設計的指令。在工業(yè)領域很多的把握過程都可用挨次把握的方式來實現(xiàn),使步進指令實現(xiàn)挨次把握既便利又便于閱讀修改。YYB口有車程序A口有車B口有車？A口有車程序兩口均無車程序初始狀態(tài)開頭YNN啟動圖4-１程序流程圖接受這種指令進行挨次執(zhí)行,主要是為了在設計程序中,假如A、B隧道口有車時,我們能夠接受一些簡潔方法馬上停止當前執(zhí)行的無車程序，并轉移到有車程序。三段程序都是挨次的，任意一段程序執(zhí)行的前提條件滿足時,我們能夠馬上轉移到當前的程序段，并執(zhí)行相應的程序。4.3無車通過隧道式的程序設計依據(jù)設計要求，畫出Ａ,B口信號燈的工作時序圖如圖4-2所示。圖４-2A,B口信號燈的工作時序圖從上面的時序圖可以分析AＢ口各個信號燈的工作狀況,系統(tǒng)啟動后,首先A口的綠燈亮,B口的紅燈亮。5s后A口綠燈閃2s后熄滅,７ｓ后A口紅燈亮,B口綠燈亮,同樣5s后B口綠燈閃2s熄滅，而后反復循環(huán)此過程。無車程序的設計必需在整個程序的前面，由于在系統(tǒng)啟動信號來時,當沒有車在隧道口時,就直接進入到無車程序,并循環(huán)執(zhí)行。如圖４-3和圖４-4。圖4－3無車通過梯形圖程序初始狀態(tài)。Ａ、B兩入口均亮紅燈。按啟動按鈕SB1，程序啟動，B口紅燈亮。在計時5s內,A口亮綠燈。當A口無車進入時,計時5s,計時5s后,A口綠燈閃爍2s。A口無車進入且Ａ口綠燈閃爍2s后,程序轉向S41。S４1啟動,A口紅燈亮。B口綠燈亮5s的時間。B口無車進入時，計時５s,5s后，Ｂ口綠燈閃爍2ｓ，7s后,B口有車進入,程序跳轉向S42。圖4-4無車通過梯形圖4.4有車通過隧道時的程序設計A口：圖4-5Ａ口有車通過隧道時時序圖從上面的時序圖可以分析出AB口各個信號燈的工作狀況,系統(tǒng)轉為執(zhí)行Ａ口有車程序時，首先A口綠燈亮，B口的紅燈亮。２0s后A口綠燈閃２ｓ后熄滅，隨之Ａ口紅燈點亮,90s后B口紅燈熄滅綠燈亮,在A口的紅燈亮75s后，即系統(tǒng)默認汽車通過隧道,這時程序返回無車程序。圖4-６A口有車通過隧道時梯形圖S31啟動,B口紅燈亮。Ｔ2計時2０s，即A口進車開頭計20s。T３計時90s，即Ａ口進車到待其從B口全部開出的總計時時間。在A口進車開頭的20s內,A口綠燈亮。A口綠燈亮在20s后閃爍2s。2２s后,A口亮紅燈。9０s后程序跳轉向S41，B口允許汽車進入。３個停止觸點并聯(lián),把握程序跳轉向S0初始狀態(tài)。Y2、Y4同時得電，即A、B綠燈同時亮時，程序轉向S5１。B口：圖4-7B口有車通過隧道時時序圖從上面的時序圖可以分析出A、Ｂ口各個信號燈的工作狀況,系統(tǒng)轉為執(zhí)行B口有車程序時,首先Ａ口紅燈亮,B口的綠燈亮。20ｓ后B口綠燈閃2s后熄滅,隨之B口紅燈點亮，9０ｓ后Ａ口紅燈熄滅綠燈亮，在Ｂ口的紅燈亮75s后，即系統(tǒng)默認汽車通過隧道,這時程序返回無車程序。圖4-8B口有車通過隧道時梯形圖A口亮紅燈，T７計時90ｓ，即Ｂ口進車到待其從A口全部開出的總時間。Ｔ８計時20s,即B口進車開頭的2０s內，B口綠燈亮。B口綠燈在亮２0s后,閃爍２s。２s后，Ｂ口紅燈亮。９0s后，程序跳轉到Ｓ21,A口允許進車。4．6時序圖周期為1s的方波0.5S0.5SM100：T10：圖4－9時序圖周期為１s的方波圖在把握綠燈閃爍時可接受串接周期為1s的方波來實現(xiàn)，因而在程序開頭時常加入一段方波發(fā)生程序,以上是該程序的時序圖。SFC狀態(tài)轉移圖如圖4－１０所示X1X1Y2 Y4X1T0T9T6T4

k20Y1X0X5Y1Y5Y4Y2Y2Y4X1X2X3T7Y4T8T8T9M100T8T9K20T6M100T5Y4T6K20Y4X5T5X2X3X1T3T4T2T4M100Y2T2T2

k200Y3T3

k900T1X4Y2T1M100X4T0M8002S21S31S41S42S51S0Y3Y2T0K50T1K20Y2Y1S41S0Y1Y1T7

k900T8K200Y4Y3S21S0ENDRETY3Y3S21S0S51Y2 Y4S0S51圖4－9SFC狀態(tài)轉移圖以上狀態(tài)轉移圖充分的說明白程序執(zhí)行的過程。4．７I/Ｏ安排表表４－1Ｉ/O安排表輸入輸出器件號地址號功能器件號地址號功能ＳB1Ｘ0啟動ＬＥＤ1Y１Ａ口紅燈SB2X1停止1LED2Y２A口綠燈SB3X２停止２LEＤ3Y3Ｂ口紅燈SB4X3停止3LED4Y4B口綠燈KA1X4A口檢測裝置ＹY5報警ＫA2Ｘ5B口檢測裝置4．8有汽車通過隧道和無汽車通過隧道程序的連接依據(jù)設計要求,在執(zhí)行無車程序時，假如隧道口有車來到時,要馬上停止當前的無車程序轉到有車程序，這就需要對如何進行轉換進行很好的設計,這也是在編程上最大的難題。考慮到用中斷調用,不能夠在執(zhí)行完無車程序后返回有車程序并從頭開頭執(zhí)行，所以我們不接受中斷調用，假如用跳轉指令也會遇到同樣的問題?；谏鲜鰡栴},在編程上我們實行步進指令編寫,它的特點挨次執(zhí)行時，無論在執(zhí)行任何程序段,只要當前步執(zhí)行的條件滿足都不會受到其他因素的影響。用步進指令的執(zhí)行條件,我們就能夠解決在執(zhí)行無車程序的任何時刻,當有車信號到來時，都能夠馬上轉為到車程序的起始位置。圖4-１0程序示意圖4.9把握開關在程序中的設計在設計要求中，要在隧道１３0m和２60m處設計一個把握開關，起到系統(tǒng)故障時,作為急停使用。把握開關在打開時,要解決兩個問題,一是關閉整個系統(tǒng)，讓信號燈停止工作，二是要讓整個系統(tǒng)復位,以致系統(tǒng)恢復時，能夠讓系統(tǒng)從開頭執(zhí)行。圖４－11程序示意圖S？？是程序中的“步”,也就是在程序中的每一步都要編寫上面的程序，當Ｓ？?為活動步,Ｘ10被打開時,Ｓ0被置1,并且系統(tǒng)被復位,S0為1時，X10非為0,因此不會執(zhí)行無車程序，整個系統(tǒng)也不會執(zhí)行。第5章PＬC整體電路的干擾與預防PLＣ由于使用機敏、故障率低、程序設計使用便利、維護便利等優(yōu)點，已在工業(yè)生產的各個領域得到了廣泛的應用。但是現(xiàn)場的條件往往比較惡劣,如各種工業(yè)電磁波、聲光、輻射,所以需接受合理的抗干擾措施,保證ＰLC的牢靠工作。對于我們的隧道監(jiān)視系統(tǒng),一般沒有交通警察的現(xiàn)場指揮，車輛多的狀況下，假如PＬＣ被外界的信號干擾了，紅綠燈工作不正常，那可能就會造成車禍事故，還可能因此造成大路交通堵塞，所以隧道的PＬC抗干擾也是不容忽視的。下面我們就一般的干擾信號及干擾措施做一個具體的介紹。一般的干擾源的產生，主要有以下幾個方面:一是電源系統(tǒng)的引入干擾;二是輸入輸出電路的引入干擾：三是接地系統(tǒng)引入的干擾。5.1電源系統(tǒng)引入的干擾市電不要直接進入ＰLＣ電源模塊，首先用功率相匹配的低通濾波器，為了保證溝通供電的穩(wěn)定,使用溝通穩(wěn)壓器，然后使用隔離變壓器輸出各種電壓,隔離變壓器需要滿足兩點：一是屏蔽層要有良好的接地，初級線圈的屏蔽接到電網的地,次級的屏蔽接入本系統(tǒng)的地；二是次級連接最好用雙絞線，由于雙絞線能有效的防止線間寄生電容的存在,削減電磁干擾。這樣的話就會除掉來自電源的多種干擾,提高ＰＬＣ的抗干擾力量。５．2感性負載引起的干擾由于工業(yè)現(xiàn)場存在著大量的感性負載,如交、直流繼電器、接觸器、變壓器和交直流電磁鐵等,當對其進行投切操作時，會在電感線圈的兩端產生極高反向電動勢，引起猛烈的高頻電磁干擾,而且會使觸點間隙產生電弧擊穿,并通過傳導作用而施于電源側的計算機,嚴峻影響四周工作的計算機把握系統(tǒng)的正常運行。溝通信號并接RC愛護回路,吸取感應電動勢一般負荷容量在1０KVＡ以下,接受１20?+０.1MT，在10kVA以上接受47?+0.４7ＭＴ,直流輸入時，依據(jù)楞次定律,并接該二極管，釋放反向電動勢，愛護PLC不受過量反向電動勢影響。這樣的話可以削減感性負載所引起的干擾,進而達到愛護電路的目的,這也是我們所追求的一個回路。這樣的話就會除掉來自電源的多種干擾，提高ＰＬＣ的抗干擾力量。圖５-1RC愛護回路5.3輸出信號的抗干擾措施圖5-2RＣ浪涌的吸取器假如是溝通，在負載二端并接RＣ浪涌的吸取器，ＲＣ越靠近越好。假如是直流負載,在負載兩端并接二極管,二極管的反向耐壓應是負載的4倍。5．4抑制外部配線干擾的措施(１）溝通輸入輸出信號與直流輸入輸出信號分別使用各自的電纜。(2)輸入輸出信號與高電壓大電流的動力線分開鋪設,鋪設時如用全封閉電纜槽要接地。(3)輸入輸出信號線，必需使用屏蔽電纜，屏蔽電纜必需單側接地，接地點應在PLＣ把握器外。（4)為了實現(xiàn)信號在電氣上完全隔離,最好用光電隔離。圖５-3輸入和人輸出電路結論與展望6.1結論本次的設計從實際動身,我們對隧道當中汽車的雙向行駛的交通燈把握部分進行了深化的爭辯和設計。取得了幾個方面的成果:(１）設計了把握系統(tǒng)的硬件部分,依據(jù)實際的需要對PＬC的型號，輸入輸出點進行了安排,設計了PＬC的外部接線圖。（2）設計了PＬC的把握程序，介紹了PLC的設計方法，并設計了相應的PLC程序。這種設計方法簡潔易學,節(jié)省了大量的時間。(3）最終對交通燈進行了安裝與調試，對于調試過程中消滅的問題進行了分析,提出來解決方案，并成功地解決了問題。6．2展望本設計在現(xiàn)在的基礎上可以更加深化的進行細化,比如汽車在隧道中消滅故障時，利用信號燈的指示來避開汽車事故的發(fā)生，還有我們可以利用ＰＬC來把握檢測隧道的結構平安等。參考文獻［1]郁漢琪主編.電氣把握與可編程序把握器應用技術．南京：東南高校出版社，20０３,6.［2］王也仿主編．可編程序把握器應用技術.北京:機械工業(yè)出版社,２０01,9．[3]求是科技編著．ＰＬC應用開發(fā)技術與工程實踐．北京:人民郵電出版社,２0０5,１.[４]鄭瑜平主編.可編程序把握器.北京:航天航空高校出版社,１99５.[5]崔亞軍主編.可編程序把握器原理及程序設計.北京，電子工業(yè)出版社,19９3．[６]楊長能主編.可編程序把握器原理及應用(第一版).重慶：重慶高校出版社，1992.[7]彭和標主編．可編程把握原理及應用（第一版)．西安電子科技高校出版社,１９99.[8］.［9]Ｇ.L.Batten.ProgrammabeＣｏｎtroｌｌeｒs:haｒdｗarｅ.soｆtwareaｎdAｐplｉcatｉon.．NewYork:MCGraw-Hiｌl．1９9４．［10]袁任光．可編程把握器應用技術與實例.華南理工高校出版社,2003.25.致謝經過幾個月的查資料、整理材料、寫論文，今日最終可以順當完成論文最終的致謝了，想了很久，要寫下這段致謝,表示可以進行畢業(yè)答辯了，時間匆忙飛逝,四年的努力與付出，隨著論文的完成，最終我在高校愛生活得以劃上完善的句號。整個畢業(yè)設計期間，我得到了老師的認真指導,她認真負責,悉心指導使我能夠順當有效地完成畢業(yè)設計。在他們身上，時刻體現(xiàn)著科研工作者的所特有的嚴謹?shù)慕虒W作風,勇于探究的工作態(tài)度和求同思變、不斷創(chuàng)新的治學理念。他們不知疲乏的敬業(yè)精神和精益求精的治學要求，端正了我的學習態(tài)度，使我受益匪淺。再次感謝老師和同學們的掛念。附錄附錄A外文資料IntelligｅnttｒａfficｌiｇhtsAbstrａｃt：Ｓiｇnalcontrolisanｅceｓsarymeasureｔｏmaｉnｔａinthｅqualityandsaｆｅｔyoftrafficcircｕｌation.Fｕrtherdevelｏpmｅnｔoｆｐresentsignａlconｔroｌhasgｒeaｔpotentiaｌtorｅducｅtraｖｅlｔimes，veｈicleandaccidentcoｓｔs,aｎdvehiclｅｅmｉsｓｉｏns.Tｈedevelopmenｔofdetｅｃtiｏnandcomｐuterｔechnｏｌｏgyhａschaｎgｅdtraｆficsｉｇnａlconｔrolfrｏmfixed-timｅopen-lｏoprｅguｌａt(yī)ｉoｎｔoａｄaptivefｅｅｄｂackcontrol．Preｓentadaptivecoｎtrolmｅthｏds,lｉkｅtｈeBritishMOVA,ＳｗeｄiｓｈＳOS(isolatedｓigｎaｌs)andBriｔishSＣOＯT（ａrea-wiｄecoｎｔｒｏl），uｓemａt(yī)hemａｔicaloptimｉzatｉｏnａｎdsimulａt(yī)ｉonｔeｃhniquestoadjustｔhesignalｔｉmingtｏｔheobｓｅrｖｅdflｕctuationsoｆtrａfficｆｌowinrealtime.Theopｔimizatｉonisｄonｅbychａngingtｈeｇreentｉmeandｃｙclelengthｓｏfthesｉｇｎaｌs.Inarea-widecontrｏlｔhｅoｆfseｔsbeｔｗeeｎiｎtersｅctionsａreaｌsｏchaｎgｅd．Ｓｅverａlｍethoｄshaｖｅbｅｅndevelopｅdｆordeｔerminingｔheoptｉmａｌcyclelenｇthandtheminimuｍdeｌayatanintｅｒsｅｃtioｎbuｔ,baｓedonuｎcerｔaiｎtyandrｉｇｉｄnａt(yī)ureoftraｆficsｉgnaｌcontrol,ｔｈegloｂaｌｏptimumiｓnotposｓiｂlｅtofｉｎdouｔ.1.Ciｔation：Asaresｕltofgrowingｐublicawａrenｅssofthｅenｖiｒoｎmentａlimpaｃtoｆroadｔrafｆicmanyaｕｔhorｉtiesarｅnoｗpurｓuｉngpolｉciｅsto:?mａnaｇeｄemａｎｄandcongeｓｔｉon;?inｆluenceｍｏdeaｎｄｒouteｃhｏice；?improｖepriｏrityfｏrbusｅs,traｍsaｎｄotherpublicservicevehiｃlｅｓ；?proｖｉdeｂetteraｎdsaferfacｉlitiｅsｆorｐｅdestrｉans，ｃyclisｔｓaｎdｏtheｒｖuｌnerablerｏａduserｓ;?rｅｄucｅvｅhicｌｅeｍisｓiｏnｓ,nｏiｓeandｖisuａliｎtrusion;and?ｉmprovesafeｔyfoｒalｌroadｕsergｒoups．Ｉnadaｐtiｖetrａｆficsignalconｔroltheincreaｓeinfｌｅxibilitｙincｒｅasｅsｔhenumbｅrｏｆoverｌａppｉnｇgｒeenｐhaｓesintheｃycle,thusmａkｉngtheｍathemａt(yī)icaｌopｔimizaｔionverycomｐlicatｅdａnｄｄｉffiｃｕlt.Foｒtｈatrｅason,theadaｐｔｉvesignａlｃonｔrｏliｎmｏｓtcasesisnoｔbasedonprecｉseoｐtiｍiｚatioｎbuｔoｎthｅｇreeneｘteｎｓiｏnprinciｐle.Inpracｔｉｃe，uｎiformｉｔyｉsthepｒｉncｉplefollowedinsigｎalcontrolfｏrtrafficsafeｔyreasons．Thissetslｉmitationｓｔothecyｃlｅｔimeanｄｐhaｓearｒangements.Hence,ｔｒafｆiｃsignａlconｔｒoｌｉnpractiｃearebasedontaiｌor-madｅsolｕtiｏnsandａdjustmeｎｔsmａdebythetｒaｆficｐｌａｎｎers.Tｈeｍodernproｇraｍmablesignalcｏntrolｌerswiｔｈagreatnumbｅrofadjustablｅpａramｅtｅrsareｗeｌlｓuitedtothｉsproｃｅｓs.Forｇoodresults,aneｘpｅrｉeｎcedplanｎerａｎdｆine-ｔuniｎｇinthefｉelｄisneeded．Fuzzy