毕业论文(设计)开题报告(A4).doc

湖北师范学院学士学位论文（设计）开题报告学生姓名李浩勤所在院系机电与控制工程学院所在班级0801指导教师杨青胜学生学号2008118010104专业方向电气工程及其自动化开题时间2012.2.20导师职称讲师论文题目基于PLC和组态王的交通信号灯监控系统设计文献综述：（不少于3页纸）前言部分随着车辆的不断增加和有限的道路空间之间矛盾日益加剧，交通系统面临着越来越多的问题。合理的交通控制技术是缓解城市交通问题的重要措施之一，交通信号自动控制满足交通科学管理的一种有效手段。采用PLC技术和现代网络通讯技术，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵减少交通事故。改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。 可编程序控制器(PLC)是从早期 的继电器逻辑控制系统发展而来的。自 60年代问世以来 ，PLC到了突飞猛进的发展 。尤其在数据处理 、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展 ，可变程序控制器已经成为工业 自动化 强有力的工具 ，得到了广泛的普及和推广应用。 PLC是集自动控制、计算机和通讯技术于一体的产物。可靠性高、适应性强。具有通信功能，编程方便、结构模块化等特点。是一种专门用于工业生产及各个领域的过程控制现场设备。在交通控制系统中系统的计数控制功能要求计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号，利用该状态信号对某个操作进行计数控制，计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。在选用PLC的交通控制系统中程序执行时，PLC可根据用户用计数器指令指定的计数器对某个控制信号的状态改变次数进行计数。以完成对某个工作过程的计数控制。PLC能满足数字运算操作的电子系统，非常容易与工业控制系统联成一体，并且易于扩充具有AD，DA转换功能。可以方便地完成对模拟量的控制和调节。PLC采用通讯技术。实现远程IO控制，多台PLC之间的同位连接的通讯等。利用PLC同位连接，可以把数十台PLC采用同级或分级的方式连成网络。使各台PLC的IO状态相互透明。采用PLC与计算机之间的通讯链接，可以用计算机为上位机。下面连接数十台PLC作为现场控制机构成“集中管理，分散控制”的分布式控制系统以完成计数规模的复杂控制。实现交通灯信号控制系统的牵制任务，需要有很高的灵活性。PLC有各种型号，可根据不同任务，用不同类型的输入输出模块组成控制装置，再者，PLC是利用软件交现控制的。在软件编制上具有较大灵活性，相同硬件构成的PLC。利用不同的软件可以完成不同的控制任务。 PLC可满足交通摔制信号系统对控制设备完全可靠性的要求有完善的自诊断功能，能及时诊断出系统的软硬件故障，并能保护现场。保证厂控制系统对交通灯信号的工作安全性。还可应用于较恶劣的环境具有很强的抗李间电磁干扰的能力。 本文 以交通信号灯控制系统为例着重讲述程序控制器(PLC)与上位计算机工控组态软件组态王之间的通信。主题部分1 组态王简介“组态王”是在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以Windows 98/Windows 2000/ Windows NT4.0中文操作系统作为其操作平台，具有图形功能完备，界面一致友好，易学易用的特点。该软件包由工程管理器(ProjManager)、工程浏览器(TouchExplorer)、画面运行系统(TouchVew)三部分组成。ProjManager用于新建工程、工程管理，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据字典的导入和导出。TouchExplorer是“组态王”软件的核心部分和管理开发系统，是应用工程的开发环境，内嵌画面开发系统，可完成对画面的设计、动画的连接等工作。TouchVew是“组态王”软件的实时运行环境，用于显示画面开发系统中建立的动画图形画面，并负责数据库与I/O服务程序的数据交换,通过实时数据库管理从一组工业控制对象采集到的各种数据，并把数据的变化用动画的方式形象地表示出来，同时完成报警、历史记录、趋势曲线等监视功能，并可生成历史数据文件。在TouchExplorer的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在TouchVew运行环境中才能运行。3 S7-200系列PLC西门子公司的SIMATIC S7-200系列属于小型可编程序控制器，可用于代替继电器的简单控制场合，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200系列PLC共有5种基本型号的CPU模块，即CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM，控制点数可以从10点扩展到248点。其中，CPU221无扩展功能，适于用做小点数的微型控制器，CPU222有扩展功能，CPU224是具有较强控制功能的控制器，CPU226和CPU226 XM适用于复杂的中小型控制系统。所有型号的CPU在内部都集成了1个(CPU221、CPU222、CPU224)或2个(CPU226， CPU226XM)通讯口，该通讯口为标准的RS485口，可在三种方式下工作，即PPI方式、MPI方式和自由通讯口方式。另外，S7-200可通过增加EM277模块接入Profibus-DP网络，通过CP243-1通讯模块连入工业以太网，通过CP243-2模块使其成为AS-i主站。3.交通信号灯控制系统 信号灯受启动开关控制。当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，再东、西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南、北红灯亮维持25s，在南、北红灯亮的同时东.西绿灯也亮，并维持20s，到20s时，东、西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮。同时，南、北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东、西红灯亮维持30s，南、北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南、北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南、北红灯亮，东、西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。 总结部分信号灯控制虽然是一种简单控制，但应用到繁忙街道的十字路口之后却会产生不可以低估的作用。科学的信号灯控制可以提高道路的使用效率，提高城市的通行速度。交通信号自动控制是交通控制的重要组成部分，是交通科学管理的一种有效手段。采用PLC技术和现代阿络通汛技术，使午辆行驶和道路导航实现智能化，不仅可缓解道路交通拥堵，减少交通事故，而且改善道路交通环境节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。开题报告(正文)：（不少于5页纸）论文题目一、研究的目的和意义 交通灯已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，车辆的不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。用可编程控制器PLC实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率。我们分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，准备设计了一套简单实用的城市交通灯控制系统的PLC控制方案。 二、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1.课题研究的现状与发展 近年来,随着我国经济的发展,城市的交通拥挤问题日趋严重,因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通控制灯,通常的做法是：事先经过车辆流量的调查,运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而,实际上车辆流量的变化往往是不确定的,有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案,仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的,统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状,更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。城市交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，如果通过建立一个数学模型来反映实际单路口交通状况是非常困难的。而采用模糊控制方法设计交通灯控制系统，可以建立精确的数学模型，减少路口延误时间和停车次数，更加精确地控制非线性的、随机的十字路口车流量，极大提高路口的通行能力。工业上应用比较成熟的可编程控制器（PLC）能用于对交通信号灯实现车辆等待长度的模糊控制方法。因此,十字路口交通灯控制的设计还存在非常广阔的前景。2.交通灯控制系统发展的趋势和方向 近年来，国内外许多专家致力于开发新的交通信号控制方法，人工智能是新的研究方向之一，这是因为人工智能在复杂系统的定性建模和控制上卓有成效。利用模糊控制与神经网络控制等智能控制技术进行交叉口信号灯控制能取得比定时控制与感应控制更好的效果，是今后单个交叉口信号灯控制的主要研究方向。将模糊控制、神经网络控制和遗传算法这三者结合起来用于交叉口信号灯的控制将有可能是今后交叉口信号控制研究的重点。三、注意研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1.PLC的交通灯的程序设计方法： 第一：画出十字路口交通灯的布置图。 第二，根据主要工序的要求画出各个主干道和行人道模拟控制系统的流程图。 第三，画出模拟控制系统的时序图和顺序功能图。 第四，编写出程序，并仿真出结果。2.组态王与S7-200的PPI通信方式PPI(Point-to-Point)是西门子专为S7-200系列开发的一个通讯协议，为主/从协议，PC机为主站，S7-200为从站。该方式下有两种硬件连接方法，一种是使用PPI电缆将PC机串口和S7-200的通讯口相连，采用串行通讯方式。另一种是PC机通过CP5611通讯卡与S7-200相连。在第一种方式下，使用PLC编程软件STEP 7-Micro/WIN32安装通讯硬件，在“SET PG/PC Interface”对话框中配置PC/PPI cable,选择Interface Parameter Assignment为PPI，并设置PPI参数默认值,双击通讯框中得刷新图标后建立与S7-200的通信连接。在第二种方式下，将CP5611卡安装在PC机的插槽中，用连接带缆将CP5611卡与S7-200的PORT口相连，安装STEP 7-Micro/WIN32和STEP 7 V5.0 +ServicePack5(或STEP 7 V5.1+ServicePack 2)，运行PG/PC-interface parameterisation，将用户界面配置为CP5611 (PPI)方式。这两种方式的上位机组态王的设置基本相同，首先使用“设备配置向导” 定义外部设备，分别选择西门子S7-200系列PPI通信和西门子S7-200系列通讯卡通信，并设定如下通信参数:波特率9600bps,数据位8位，停止位1位，偶校验。在设定PLC地址时，两种方式有所不同，前者将PLC地址设为默认地址2。后者采用“PLC地址.2”地址格式，小数点前的数字为有效地址PLC的地址(即站号)，小数点后为数字2，所设定的地址范围为2.2126.2，其中PLC的地址可通过编程软件STEP 7-Micro/WIN设置来实现。在组态王的“数据字典”中定义相关变量，选择变量类型为I/O型，并选择连接设备，指定所访问的寄存器名及寄存器类型。注意，组态王只支持V寄存器，如果要监控Q、M寄存器，可以先在PLC程序中将Q、M寄存器传至V寄存器，组态王通过对V寄存器的操作来实现对Q、M寄存器的监控。另外，组态王不支持直接以I/O离散变量的定义，需以字节(BYTE)形式存取，每一BYTE类型(8个BIT位)对应8个开关量的输入或输出状态，即BYTE的07位分别对应输入或输出的07开关量通道，如果要显示或控制某一开关量通道的状态，可以使用组态王提供的BIT()或BITSET()函数进行取位或置位。在制作好的监控画面中，将画面的图素与定义的变量建立“动画连接”，在TouchVew中运行，即可建立实时通信，得到一个反映现场的监控画面。四、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、实验设备和实验环境条件等），解决的办法和预期达到的目标。1毕业设计（论文）的工作条件（1）PC机一台（2）组态王V6.0软件一套（3）西门子S7-200一部（4）PPI电缆一条（5）STEP 7-Micro/WIN软件一套（6）西门子S7-200 PLC硬件手册以上资源均可在学校实验室获得2毕业设计（论文）的预期目标（1）分配PLC的I/O口写出交通灯信号控制的梯形图语言。（2）PLC与上位计算机组态王软件的通讯。（3）设计图形界面并建立动画连接。（4）启动组态王运行系统，系统能运行正常且动画效果良好。五、工作的主要阶段、进度与时间安排毕业设计(论文)工作进度安排计划表：2011-11-292011-12-15收集相关资料，对PLC的工作原理和十字路口交通灯的工作流程有简单的认识，提出方案。2012-01-162012-4-12