ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ

В отечественной практике недостаточно проработана методика организации движения на пересечениях в одном уровнеу портовых предприятий, которая бы соответствовала современному уровню решения транспортных проблем на таких промышленных предприятияхв том числе и на предприятиях, на которых можетбыть использованбеспилотный транспорт или конвейерные ленты.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка цифровой системы управления трафика на одном уровне упортового промышленного предприятия, на базе программируемого логического контроллера (ПЛК).
Поставлены следующие задачи:
Проанализировать требования и условия работы ЦСУ.
Произвести выбор программируемого логического контроллера.
Проанализировать виды,особенности, достоинства и недостатки транспортных развязок.
Разработать лабораторный стенд.
Разработать программное обеспечение для контроллеров.

Содержание:
Введение…………………………………………………………………….…8
1.Система управления портовым промышленным объектом………….….9
1.1 Обзор транспортных дорог на территории портовых промышленных предприятий……………………………………………………………………...…10
1.2Развязка в разных уровнях………………………………………….……..11
1.3 Требования к транспортным дорогам промышленных предприятий....14
1.4 Одноуровневая развязка с интеллектуальным управлением………….17
1.5 Регулируемый перекресток……………………………………………...19
1.6Виды одноуровневых развязок………………………………………….23
2.Общая характеристика и выбор контроллера……………………………26
2.1ПЛКВыбор контроллера для разработки и проектирования…………27
2.2 Состав, и виды ПЛК……………………………………………………...27
2.3 S7-200Требования к ПЛК……………………………………………….34
2.4 Назначение ПЛК S7-200………………………………………………....38
2.5 Исполнение программы………………………………………………....41
3. Разработка проекта………………………………………………………..45
3.1Алгоритмы работы перекрестка………………………………………...46
3.2 Управление перекрестком с учетом очереди транспортных средств…48
Заключение…………………………………………………………………...63
Список использованных источников……………………………………….64
 

Введение

В отечественной практике недостаточно проработана методика организации движения на пересечениях в одном уровнеу портовых предприятий, которая бы соответствовала современному уровню решения транспортных проблем на таких промышленных предприятияхв том числе и на предприятиях, на которых можетбыть использованбеспилотный транспорт или конвейерные ленты.

Целью данной выпускной квалификационной работы является разработка цифровой системы управления трафика на одном уровне упортового промышленного предприятия, на базе программируемого логического контроллера (ПЛК).
Поставлены следующие задачи:
Проанализировать требования и условия работы ЦСУ.
Произвести выбор программируемого логического контроллера.
Проанализировать виды,особенности, достоинства и недостатки транспортных развязок.
Разработать лабораторный стенд.
Разработать программное обеспечение для контроллеров.

ГЛАВА1. СИСТЕМАУПРАВЛЕНИЯ ПОРТОВЫМПРОМЫШЛЕННЫМОБЪЕКТОМ

1.1 Обзор транспортных дорог на территории портовых промышленных предприятий

В настоящее время большое применение автомобильный транспорт получил в портовой промышленности, где он используется на перевозках различных грузов. При сравнительно небольших объемах перевозокавтомобильный транспорт работает в портах в качестве основного, а при больших объемах - в комбинации с другими видами транспорта. Также в большинстведругих предприятий в последнее время, значительная часть небольших по объему и короткопробежных грузопотоков передана с железнодорожного на автомобильный транспорт.

Для выполнения межцеховых технологических перевозок применяются различные автотранспортные средства как общетранспортного назначения, так и специализированных видов.

Автомобильные дороги портовых промышленных предприятий — это сложный комплекс инженерных сооружений. Основными устройствами автомобильной дороги являются: земляное полотно, дорожная одежда и искусственные сооружения (мосты, трубы, путепроводы).
...

1.2 Развязка в разных уровнях

Согласно СП 34.13330.2012 пересечения и примыкания в разных уровнях (транспортные развязки) надлежит принимать в следующих случаях:
• на дорогах категорий IА и IБ – с автомобильными дорогами всех категорий;
• на дорогах категории IВ – с дорогами, расчетная интенсивность движения на которых превышает 1000 авт/сут;
• на дорогах категории IВ с числом полос движения шесть и более – с автомобильными дорогами всех категорий;
• на дорогах категорий II и III – между собой при суммарной расчетной интенсивности движения более 12000 авт/сут.

Рисунок 1.1 - Способы совершения левых поворотов на транспортных развязках.

• а – непрямые;
• б – по кольцу;
• в – полупрямые;
• г – прямые.

Рисунок 1.2 - Виды клеверных развязок.

• а) Полный клеверный лист с восьмью однопутными съездами
• б) Тоже с четырьмя двухпутными
• в) Неполный клеверный лист с двумя двухпутными съездами, расположенными в накрест лежащих четвертях.
...

1.4. Одноуровневая развязка с интеллектуальным управлением

Для управления такой развязкой могут применяться большое разнообразие датчиков таких, например, как:
• Детекторы транспортных потоков

• Автоматические дорожные метеостанции

• Информационное табло

• Знаки переменной информации

• Телекамеры поворотные

• Телекамеры стационарные

• Дорожные светофорные контроллеры

• Пункты детекции скоростных режимов

Для такого перекрёста интеллектуально транспортная система может быть поделенная на 3 основных уровня:

Первый уровень обусловлен выбором датчиков и исполнительных элементов. Между первым и вторым уровнем осуществляется передача самых важных данных, которая в большинстве случаев тесно связана с безопасностью дорожного движения и управлением транспортными потоками.
...

1.5. Регулируемый перекресток

Рисунок 1.4– Схема регулируемого перекрестка.
Латинские буквы используются для обозначения потоков автомобилей и направлений движения. В модели существует четыре потока: a, g, с, e. Для обозначения направлений движения используются пары букв (например, ab, af). В каждом потоке три полосы, движения автомобилей. Каждая полоса предназначена для движения в одном направлении. Кругами обозначены задержки автомобилей перед перекрестком в каждом из направлений. Движением на перекрестке управляют четыре светофора (модели совокупности реальных светофоров). Каждый светофор имеет номер, пять секций и управляет одним потоком. Например, светофор 3 управляет потоком «e», светофор 2 управляет потоком «а». Каждая секция имеет два состояния (светится / не светится). Секция 1 светится красным цветом, секция 2 – желтым, секции 4, 3, 5 – зеленым. Светофор имеет набор состояний.
...

1.6. Виды одноуровневых развязок

Виды перекрестков по конструкции (конфигурации):

Рисунок 1.6 - Виды четырёхсторонних перекрестков.

• Четырехсторонний.
• Т-образный.
• У-образный.
• Х-образный.
• Круговые.
Каждый из этих видов имеет свою уникальную форму
• Четырехсторонний перекресток встречается чаще всего. Статистика объективно показывает, что на четырехсторонних перекрестках ДТП различной сложности встречаются в два раза чаще, чем на других его видах.
• Т-образные перекрестки представляют собой область пересечения трех дорог.
• X-образные перекрестки представляют собой пересечение четырех дорог. С первого взгляда может показаться, что они идентичны четырехсторонним перекресткам, однако это не так, поскольку главное их отличие заключается в угле пересечения.
• Y-образные перекрестки представляют собой пересечение трех дорог, где транспортный трафик движется с трех сторон.
...

Во второй главе рассмотрены общая характеристика и выбор контроллера.
В третьей главе был разработан проект.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ПЛК - программируемый логической контроллер
ЦСУ – цифровая система управления
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь
РВ - часы реального времени
ЦПУ - центральное процессорное устройство
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство
ПЗУ - постоянное запоминающее устройство
СУС – система управления светофорами
НСУС – неадаптивная система управления светофорами
АСУС– адаптивная система управления светофорами

Введение

В отечественной практике недостаточно проработана методика организации движения на пересечениях в одном уровнеу портовых предприятий, которая бы соответствовала современному уровню решения транспортных проблем на таких промышленных предприятияхв том числе и на предприятиях, на которых можетбыть использованбеспилотный транспорт или конвейерные ленты.
...

2.2Состав, и виды ПЛК

В общем случае система цифрового управления физическим/техническим процессом состоит из следующих компонентов (см. рис. 1.9.)
• Управляющей ЭВМ;
• Каналов обмена информацией;
• АЦП и ЦАП;
• Датчиков, РО и ИМ;
• Собственно физического/технического процесса.

Рисунок 1.9 - Основная структура системы цифрового управления процессом.

Для классификации огромного разнообразия существующих в настоящее время контроллеров рассмотрим их существенные различия.
Основным показателем ПЛК является количество каналов ввода-вывода.
По этому признаку ПЛК делятся на следующие группы:
• нано-ПЛК (менее 16 каналов);
• микро-ПЛК (более 16, до 100 каналов);
• средние (более 100, до 500 каналов);
• большие (более 500 каналов).
По расположению модулей ввода-вывода ПЛК бывают:
• моноблочными - в которых устройство ввода-вывода не может быть удалено из контроллера или заменено на другое.
...

2.4. Назначение ПЛК S7-200

Основной функцией S7–200 является контроль полевых входов и, на основе логики управления, включение и выключение полевых выходных устройств.

Рисунок 1.14 - Микро-ПЛК S7-200

CPU S7–200 состоит из микропроцессора, встроенного источника питания, входных и выходных цепей, находящихся в компактном корпусе и образующих мощный микро-ПЛК (см. рис. 1.14.). После загрузки программы S7–200 содержит логику, необходимую для контроля и управления входными и выходными устройствами в приложении.
S7–200 обрабатывает логику управления в вашей программе циклически, считывая и записывая данные.

Рисунок 1.15 - Цикл ПЛК S7–200.

S7–200 ставит программу в соответствие физическим входам и выходам.
Основной принцип действия S7–200 очень прост:
• S7–200 считывает состояние входов.
• Программа, хранящаяся в S7–200, использует эти входы для анализа логики управления. Во время обработки программы S7–200 обновляет данные.
• S7–200 записывает данныена выходы.
...

2.5. Исполнение программы
На этом участке цикла S7–200 обрабатывает программу с первой команды до последней. Можно непосредственно управлять входами и выходами и получать, таким образом, доступ к ним во время исполнения основной программы или программы обработки прерываний.
Если вы используете в своей программе прерывания, то программы обработки прерываний, которые ставятся в соответствие прерывающим событиям, хранятся как часть основной программы. Однако программы обработки прерываний исполняются не как составная часть нормального цикла, а только тогда, когда происходит прерывающее событие (оно возможно в любом месте цикла).
Обработка запросов на обмен данными:
На участке цикла, выделенном для обработки коммуникаций, S7–200 обрабатывает все сообщения, полученные из коммуникационного порта или от интеллектуальных модулей ввода/вывода.
Самодиагностика CPU:
На этом участке цикла S7–200 проверяет надлежащую работу CPU, области памяти и состояние модулей расширения.
...

3.1. Алгоритмы работы перекрестка

Анализируя данные проблемы был разработан проект.
Схема перекрестка и расположения датчиков приведена на рис. 1

Рисунок1.19 -Схема перекрестка и расположения датчиков.

1. Все кнопки работают с таймерами задержки выключения
2. Кнопки К1, К8 увеличивают состояние счетчика главного направления.
3. Кнопки К4, К6 увеличивают состояние счетчика второстепенного направления.
4. При разрешении движения по главному направлению кнопки К2, К3, К5, К7 уменьшают состояние счетчика главного направления.
5. При разрешении движения по второстепенному направлению кнопки К2, К3, К5, К7 уменьшают состояние счетчика второстепенного направления.
6. Переключение с главного направление на второстепенное осуществляется если: есть машины второстепенного направления и: нет машин на главном направлении или вышло время ожидания для второстепенного направления.

1. Олсон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления (2001)– СПБ: Невский Диалект, 2001. – 557 с.
2. СНиП II-Д.6-62 Автомобильные дороги промышленных предприятий. Нормы проектирования
3. П.П. Игнатов«Совершенствование организации дорожного движения на пересеченияхУДС»Сибирский. федерал. ун-т, 2018. – 94 с.
4. Программируемый контроллер S7-200 Системное руководство
5. http://www.tadviser.ru
https://arduinomaster.ru
7. С.В. Жанказиев«интеллектуальные транспортные системы» учебное пособие – Москва МАДИ 2016 – 118