《可编程控制器》课程设计-带有显示的十字路口交通信号灯.doc

设 计 任 务 书可编程控制器课程设计全套设计加扣 3012250582设 计 题 目： 带有显示的十字路口交通信号灯 学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 14电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 2 月 20日可编程控制器课程设计任务书（一） 设计题目带有显示的十字路口交通信号灯控制程序的设计与调试（二） 情况简介作为解决城市动态交通以及防止在多路口出现事故的有效措施十字路口交通灯。交通灯有两种，给机动车看的叫机动车灯，通常指由红、黄、绿（绿为蓝绿）三种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯黄闪时，已越过停止线的车辆可以继续通行；没有通过的应该减速慢行到停车线前停止等待，红灯亮时，禁止车辆通行。给行人看的叫人行横道灯，通常指由红、绿（绿为蓝绿）二种颜色灯组成用来指挥交通通行的信号灯，红灯停，绿灯行。（三） 设计要求系统框图:1）南北方向为主干道，绿灯亮的时间比东西方向次干道绿灯亮的时间多一倍，黄灯间隔0.5s闪烁3 s后切换到红灯，信号灯工作时序图如下，一次循环共需96s。2） 时序图：3） 主干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字63（绿灯亮60s，黄灯亮3s），然后隔秒减1，当减到0时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示33，然后隔秒减1，当减到0时，再进行切换，完成一次工作循环。4）有白天/夜间操作转换开关、运行/停止开关、紧急操作开关1#、2#，其功能如下： 白天/夜间操作转换开关在“白天”位置时，按上述时序正常工作，在“夜间”位置时，两边均只有黄灯闪烁 运行开关在接通电源时，方可切换白天/夜间开关 开关在“运行”位置时，系统启动，在“停止”位置时，系统关闭 当有特殊情况（如事故）需某一方向的绿灯一直亮，则应用紧急操作开关实现次功能。比如：1#开关=“1”，则南北方向绿灯一直亮，东西方向红灯一直亮，2#开关=“1”，则东西方向绿灯一直亮，南北方向红灯一直亮，关闭紧急开关，则系统恢复正常。（四） 设计步骤. 查找资料，了解和分析题目所要求具体工程项目控制的过程。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，并根据需要进行硬件系统配置。. 绘制外部I/O接线图及相关的电气原理图。. 编程。. 调试。. 编写设计说明书。（五） 设计说明书要求.完整的设计任务书。. 确定I/O点数，选择PLC 的型号，完成系统组态或硬件配置。.正确合理地进行编程元件的地址分配。.画出输入/输出接线图及相关电气原理图。.设计梯形图控制程序。.编制系统的操作说明。.编制系统的调试说明及注意事项。.设计体会（可选）.参考文献.（六） 列出设计参考资料目录设计时间 2017 年 2 月 20 日至 2017 年 3 月 5 日（2周）指导教师 设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 带有显示的十字路口交通灯控制程序学 院： 机电工程学院 学 号： 专业（方向）年级： 电气工程及其自动化3班 学 生 姓 名： 福建农林大学机电工程学院2017年 3月 1日4目录1、引言11.1背景11.2设计内容及目的12.1 系统硬件配置及组成原理22.1.1系统硬件配置22.1.2 PLC系统的结构组成22.1.3显示十字路口交通灯原理22.2 系统变量定义及分配表22.3 系统接线图设计43、控制系统程序设计53.1 控制程序流程图设计53.2 控制系统的设计思路及设计程序64、控制系统的上位机设计84.1 人机界面选择84.2 人机界面设计84.2.1通讯连接84.2.2变量设置84.2.3画面组态95、系统调试及结果分析105.1 PLC程序调试及解决的问题105.2 PLC与上位机联调115.3 结果分析11结束语12附录：PLC程序13161、引言1.1背景随着城市车辆数目的急剧增加，交通道路管制变得日益重要，为了解决好公路车道交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。通过本课程学习设计一个简单合理实用的城市交通灯控制系统的电路设计方案，缓解交通状况。1.2设计内容及目的本次的课程设计的主题就是：带有有显示的十字路口交通灯控制程序设计。内容：1）南北方向为主干道，绿灯亮的时间比东西方向次干道绿灯亮的时间多一倍，黄灯间隔0.5s闪烁3 s后切换到红灯，信号灯工作时序图如下，一次循环共需96s。2） 时序图：3） 主干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字63（绿灯亮60s，黄灯亮3s），然后隔秒减1，当减到0时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示33，然后隔秒减1，当减到0时，再进行切换，完成一次工作循环。4）*有白天/夜间操作转换开关、运行/停止开关、紧急操作开关1#、2#，目的:给交通带来方便,有效的控制了交通秩序,减少事故发生,等问题。 2、系统总体方案设计2.1 系统硬件配置及组成原理2.1.1系统硬件配置（1） 西门子S7200(CPU226)，扩展1个EM223 8I/8O。（2） 8个七段数码管（3） 开关按钮4个（4） 红、绿、黄交通灯各4个2.1.2 PLC系统的结构组成图2-1 PLC系统的结构框图2.1.3显示十字路口交通灯原理主干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字63（绿灯亮60s，黄灯亮3s），然后隔秒减1，当减到0时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示33，然后隔秒减1，当减到0时，再进行切换，完成一次工作循环。2.2 系统变量定义及分配表根据不同控制要求，可以定义不同的变量名来代替外界发来的开关信号，并且合理的分配对应的变量，从而针对性的进行开关信号的转变，使程序的可读性增强，使程序在扩展方面更加方便。在我的设计方案中，I/O分配如表2-2、表2-3所示。表2-2 输入信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输入信号启动/停止常开按钮SB1I0.0东西停南北通SB2I0.1东西通南北停SB3I0.2白天/黑夜SB4I0.3表2-3 输出信号的定义及地址分配表控制信号信号名称元件名称元件符号地址编码输出信号发光二极管七段数码管1KM1Q0.0KM2Q0.1KM3Q0.2KM4Q0.3KM5Q0.4KM6Q0.5KM7Q0.6七段数码管2KM8Q1.0KM9Q1.1KM10Q1.2KM11Q1.3KM12Q1.4KM13Q1.5KM14Q1.6发光二极管东西红灯KM15Q2.5东西绿灯KM16Q2.3东西黄灯KM17Q2.4南北红灯KM18Q2.2南北绿灯KM19Q2.0南北黄灯KM20Q2.12.3 系统接线图设计接线图，是根据电气设备和电器元件的实际位置和安装情况绘制的，只用来表示电气设备和电器元件的位置、配线方式和接线方式，而不明显表示电气动作原理。主要用于安装接线、线路的检查维修和故障处理。 根据系统变量定义及分配表可以看出，要实现控制目的要利用PLC中的4个输入继电器和20个输出继电器，所以本系统可以选用PLC型号为西门子S7200(CPU226)，扩展1个EM223 8I/8O。这种机型的I/O点数分别为24/16；而输入部分的电压可以采用DC24V的直流电，输出部分的电压则必须采用AC220V的交流电，并且热继电器的辅助常闭触点要接在主线上，这样才能达到保护的目的。此十字路口交通灯的接线图可如图2-4所示。图2-4 PLC I/O接线图3、控制系统程序设计3.1 控制程序流程图设计我设计的十字路口交通灯控制系统分为四个个主要部分：正常运行，事故运行，夜间运行；具体的程序流程图如图3-1。图3-1程序流程图3.2 控制系统的设计思路及设计程序设计思路：我将十字路口交通灯的功能分为两个部分红绿黄灯的转换和七段数码管计时，设置了启动停止开关M0.0和故障M0.1，M0.2两个开关，还有白天黑夜开关M0.3。如图3-1,，图3-2 3-3。Vb0附上初始值，然后对VB0做除法，得到的商放入VW14，余数放入VW12，再把VW12中值给VB20，VW14中值给VB21，T39为每秒重置定时器 图3-2 数码管控制 图3-3 数码管控制故障或夜间数码管置0图3-4数码管控制图4、控制系统的上位机设计4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择富昌维控公司的触摸屏来制作。4.2 人机界面设计4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示图4-1 通讯连接相关图4.2.2变量设置表4-1 上位机输入变量I0.0/M1.0启动停止按钮I0.1/M1.1东西停南北通按钮I0.2/M1.2东西通南北停按钮I0.3/M1.3白天/夜间按钮4.2.3画面组态图4-2程序界面图图4-2为主界面图，我设置了4个按钮和20个指示灯。当用户要正常运行时，首先需要按下启动按钮，则交通灯会按照正常红绿灯运行、如果要故障运行，则按下东西通南北停或者东西停南北通按钮。这样有利于事故处理。如果是夜间，则按下白天夜间按钮。则两边钧只有黄灯闪烁。5、系统调试及结果分析5.1 PLC程序调试及解决的问题（1）连接线路，接电源。（2）将在“LeviStudio”开发平台编写好的软件通过“RS-232/PPI电缆”下载到“CPU2246。（3）运行程序，并调整相应的错误，直到实验成功为止。（4）利用S7-200仿真软件调试如下图（图5-1）。图5-1 红绿交通灯的仿真图5.2 PLC与上位机联调上位机是采用富昌维控公司的触摸屏来制作，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开富昌维控软件，选择自己的工程，运行自己创建的人机界面。联调时，第一，点击人机界面中的启动按钮，观察界面交通灯和数码管是否正常运行；第二，直接拨动PLC工作台上的启动开关，观察是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。5.3 结果分析经过PLC与上位机的联调，我发现我做的上位机有些许不足，像#1#2按钮会同时亮，说明我的设计不足之处，包括硬件设计与软件设计。此装置只是通过了模拟部分，离实际的系统实现还有一段距离。由于我水平有限，还不能将系统提升到一个新的高度。因此在今后的学习生活中，还要加强自