PLC课程设计（论文)-十字路口交通灯控制系统.doc

十字路口交通灯控制系统摘 要自从交通灯诞生以来，其内部的电路系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。本文主要采用PLC实现对交通灯的下位机控制，并通过组态软件对上位机进行实时监控。文中选择西门子可编程控制器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图等进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化关键词：交通灯；PLC；组态软件目 录1、绪论12、系统工作原理13、十字路口交通灯的硬件配置23.1 PLC简介23.2 十字路口交通灯的I/O分配23.3 十字路口交通灯的外部接线44、十字路口交通灯软件设计44.1编程软件介绍44.2十字路口交通灯程序设计及分析54.2.1交通灯正常显示模块的设计54.2.2红灯倒计时模块的设计84.2.3紧急情况时模块的设计115、十字路口交通灯监控界面的设计135.1 组态软件的概述135.2 定义数据词典135.3 用户界面的制作145.4命令语言的编写156、程序调试167、实验体会17参考文献18181、绪论城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量，更好的利用现有运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。目前，大多数城市已经建立了多种交通信号控制系统，其中利用定时控制的比例较大。可编程控制器简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的信号灯进行精确控制，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理，还可以将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。2、系统工作原理十字路口交通灯分1、2两组，工作时序图如下：图1 工作时序图1、实现交通信号灯的东西和南北方向的红、绿、黄灯控制，并实现东西和南北方向的红灯倒计时显示功能。2、根据车流情况分别调整两个方向的时间。3、实现定时工作，比如说让系统工作10分钟。4、当出现紧急情况时，东西或者南北方向的绿灯亮。5、当按停止按钮，所有的灯都熄灭。6、制作一个在组态监控系统，包括有登录画面、生产画面、报警画面、趋势曲线画面、报表画面，通过画面的制作、脚本的编写，能够实时的反应整个运行过程，并且对其进行控制，能够打印报表。3、十字路口交通灯的硬件配置3.1 PLC简介 PLC（Programmable Logic Controller），是可编程逻辑控制器。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。 PLC 具有以下鲜明的特点：(1) 系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。(2) 使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。(3) 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。3.2 十字路口交通灯的I/O分配本系统需要6个输入点和13个输出点。根据PLC的特点和系统设计的需要，输入信号包括启动按钮、东西、南北的绿灯、定时等等。输出信号包括红绿灯的显示、数码管的显示等等。其I/O分配如表1所示。表1 元件地址I/O分配 PLC地址（PLC端子）电气符号（面板端子）功能说明I0.0SD启动（SD）I0.2I0.2南北绿灯亮I0.3I0.3复位I0.4I0.4东西绿灯亮I1.0I1.0启动定时I0.5I0.5 进入另一时段I0.6I0.7 结束程序Q0.0南北R南北红灯亮Q0.1南北G南北绿灯亮Q0.2南北Y南北黄灯亮Q0.3东西R东西红灯亮Q0.4东西G东西绿灯亮Q0.5东西Y东西黄灯亮Q0.6A数码管显示Q0.7B数码管显示Q1.0C数码管显示Q1.1D数码管显示Q2.0E数码管显示Q2.1F数码管显示 Q2.2G数码管显示3.3 十字路口交通灯的外部接线PLC输入点与系统开关相连接。 PLC输出点与东西，南北灯相连接。外部接线图如图2所示。图2 PLC外部接线图4、十字路口交通灯软件设计4.1编程软件介绍本次课设我们所使用的变成软件是V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3提供软件工具帮助调试和测试程序。这些特征包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为了S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。其他功能有：（1）运动控制 （2）创建调制解调模块程序 （3）USS协议库 （4）Modbus从站协议指令 （5）使用配方 （6）使用数据记录 （7）PID自整定和PID整定控制面板4.2十字路口交通灯程序设计及分析4.2.1交通灯正常显示模块的设计 在设计中应用了常开触点、常闭触点、比较指令、定时器、置位和复位指令、计数器等指令来实现功能。其梯形图如下：程序分析： 南北红灯亮维持9秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持5秒。到5秒时，东西绿灯闪亮，闪亮2秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持9秒。南北绿灯亮维持5秒，然后闪亮2秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。若关闭开关I0.6，成程序停止，所有灯都熄灭。若打开开关I1.0，则程序进入定时状态，即运行1分钟后自动停止。若打开开关I0.5，则南北红灯亮维持20秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持16秒。到16秒时，东西绿灯闪亮，闪亮2秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持9秒。南北绿灯亮维持5秒，然后闪亮2秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。4.2.2红灯倒计时模块的设计系统由数码显示管组成，完成红灯倒计时的功能。程序分析： 闭合“启动”开关，计数器C0开始工作，C0是减计数器，定义成9，它将从开始，依次递减，同时数码显示管也从9开始，依次递减。4.2.3紧急情况时模块的设计 程序分析： 闭合开关I0.2，南北的绿灯亮，闭合开关I0.3，复位，继续原来的程序，闭合开关I0.4，东西绿灯亮，同理，复位。5、十字路口交通灯监控界面的设计5.1 组态软件的概述组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。特点:它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。5.2 定义数据词典在系统中要先对不同类型的数据进行定义才能进行系统的设计。本系统实时数据的定义如表2所示。表2 数据词典的定义变量名类型PLC地址解释说明M3.0I/O离散I0.0启动M3.1I/O离散I0.2南北绿灯亮M3.3I/O离散I0.3复位M3.2I/O离散I0.4东西绿灯亮M3.4I/O离散I0.5南北红灯时间长M3.5I/O离散I0.6停止Q0.0I/O离散Q0.0南北红Q0.1I/O离散Q0.1南北绿Q0.2I/O离散Q0.2南北黄Q0.3I/O离散Q0.3东西红Q0.4I/O离散Q0.4东西绿Q0.5I/O离散Q0.5东西黄AI/O离散Q0.6数码管显示BI/O离散Q0.7数码管显示CI/O离散Q1.0数码管显示DI/O离散Q1.1数码管显示EI/O离散Q2.0数码管显示FI/O离散Q2.1数码管显示GI/O离散Q2.2数码管显示5.3 用户界面的制作十字路口交通灯的登录界面如图3所示，监控系统界面如图4所示。图3 十字路口交通灯的登录界面图4 十字路口交通灯监控系统界面5.4命令语言的编写 用户界面制作完成后要与界面编制程序，程序是用户界面的后台支持。程序使得用户界面与下位机PLC实现通讯，使用户界面可以控制系统的运行。本系统编写的命令语言如下：小车运动if(本站点红2=1)本站点东西车流=本站点东西车流+10;if(东西车流=100)东西车流=0;else东西车流=0;if(本站点红3=1)本站点南北车流=本站点南北车流+10;if(南北车流=100)南北车流=0;else南北车流=0;if(本站点启动=1)本站点红1=1&本站点红3=1&本站点绿2=1&本站点绿4=1;6、程序调试在本次课设初期，将程序编译好，运行，发现有2个问题，第一个，东西和南北的绿灯不亮，经过检查后发现，我犯了一个来时经常强调的错误，就是绿灯在前5s的时候是一直亮，然后闪2s，结果我将它们放在2个网络里导致的绿灯不正常亮，改正后，恢复正常。所以说，老师讲课的时候一定要认真听，同时也需要在实践中进一步掌握这些知识。第二个，就是线连接错误，使得数码显示管显示的不对，改正后正常运行。在用组态时，我将图画完，连接后，老师检查提出意见，就是需要有登录的界面和脚本的编写，脚本的编写就是在绿灯亮时小车也来回运动，在开始我遇到了一点问题，就是绿灯闪，使得程序有些混乱，后想了一下，决定采用红灯为条件，这样小车就能正常行驶了。7、实验体会在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现