交通灯毕业设计报告

1、毕业设计报告毕业设计报告 题目：基于题目：基于 PLCPLC 与与 WinCCWinCC 组态的多车道交通灯组态的多车道交通灯 学学 校：校：黎明职业大学 学学 院：院：机电工程与自动化 专专 业：业：机电一体化 设计作者设计作者 1 1：陈友加 专业班级专业班级/ /学号：学号：12 机电 2 设计作者设计作者 2 2：张家健 专业班级专业班级/ /学号：学号：12 机电 2 设计作者设计作者 3 3：陈维维 专业班级专业班级/ /学号：学号：12 机电 2 指导教师：指导教师： 曾喜娟曾喜娟 设计时间：设计时间： 2014/11/242014/12/31 目目 录录 1 1、引、引言言 .

2、3 3 2 2、设计任务及要求、设计任务及要求 .4 4 2.1 设计任务 .4 （1)PLC .4 （2）触摸屏（smart700） .5 （3）wincc flexible2008 .5 （4）如何实现 .5 （5）系统结构框图设计及说明 .6 2.2 设计要求 .6 2.3 PLC 程序设计 .7 （1）PLC 的地址分配.7 （2）顺序功能图 .8 （3）PLC 外部接线图.8 3 3、项目画面的设计、项目画面的设计 .9 9 3.1 组态设计思路 .9 3.2 上下位机通信 .17 4 4、项目运行效果、项目运行效果 .1919 5 5、结论、结论 .2424 参考文献参考文献 .2

3、525 附录（附录（PLCPLC 程序）程序）.2525 (1) 主程序 .25 （2）子程序（交通灯）.29 1 1、引言引言 随着社会的不断发展城市的人口在不断的增长,相应的城市道路也在不断的扩建,所以会出现越来越 多的十字路口,当然对于不同的路段人流的状况也各不相同,对交通信号灯的功能要求也越来越高,怎样实 现资源的最优化是建设节约型社会的关键。 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。用可编程控制器实现交通灯管 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

4、、经济，能够有效地疏导交通， 提高交通路口的通行能力。分析了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，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。可编程序控制 器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。 PLC 与工控机相比具有可靠性高、抗干扰能力强、安装使用方便、编程简单、体积小、功耗低等优点。 触摸屏是一种较适于工业控制的人机界面,其界面友好,输入简单,便于系统的维护和改造。本设计将 PLC 与触摸屏结合对十字路口交通信号灯监控是具有一定科学意义的,实现对交通灯的实时监控、参数修改及 异地控制。 通过对十字路口交通灯控

5、制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深了对所学的基础理论、基 本技能和专业知识的认识掌握。同时也培养自身综合运用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行 分析和解决实际问题的能力，更使我们受到了 PLC 系统开发的综合训练，从而能够使我们进行 PLC 系统 设计和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。更重要的是：通过对十字路口交通灯 系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇于探索、实事求是、善于与他人合作的工作作 风，这为我们将来的上岗实习做好了充分的准备。 课题的现状、发展趋势和已解决的问题近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的 可编程控制器（PLC

6、）得到了迅猛的发展。早期的 PLC 主要用于顺序控制，今天的 PLC 已经能够应用于闭 环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而便捷的 方式。由于 PLC 自身具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比 高、等优点，因而在工业生产中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。 而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC 必将能够获得更大的发展空间。PLC 主体由三部分组成， 主要包括中央处理器 CPU、存储系统和输入、输出接口。 2 2、设计任务及要求、设计任务及要求 2.12.1 设计设计任务任务

7、 （1)PLC1)PLC 可编程控制器（PLC）之所以能够高速发展，除了顺应工业自动化的客观需要外，还由于其具有很多 适合工业控制的独特优点，能较好地解决工业控制领域中普遍关心的可靠、安全、灵活、方便、经济等 问题，其主要特点如下： 1可靠性高，抗干扰能力强 2编程简单，操作简单 3系统的设计、安装、调试工作量小，维护方便 4 体积小,能耗低 从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、显示面板、 内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电 源模块、底板或机架，这些模块可以

8、按照一定规则组合配置。 CPU 的构成：CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程 序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存 入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。CPU 主要由 运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、 总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，I

9、O 数量及软件容量等，因此 限制着控制规模。 I/O 模块：PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信 号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI） ，模 拟量输出（AO）等模块。 开关量是指只有开和关（1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。模拟量：按信号类型 分，有电流型（4-20mA,0-20mA） 、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有

10、 12bit,14bit,16bit 等。 电源模块：PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC） ，直流电源（常用的为 24VAC） 。 （2 2）触摸屏（）触摸屏（smart700smart700） THPSSM-1 型系统的人机界面采用西门子 SMART 触摸屏。人机界面采用西门子 Smart 700 触摸屏。人 机界面是在操作人员和机器设备之间做双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字 等来处理、监控、管理随时可能变化的信息的多功能显示屏幕。 （3 3

11、）winccwincc flexible2008flexible2008 WinCC flexible，德国西门子（SIEMENS）公司工业全集成自动化（TIA）的子产品，是一款面向机 器的自动化概念的 HMI 软件。WinCC flexible 用于组态用户界面以操作和监视机器与设备，提供了对面 向解决方案概念的组态任务的支持。WinCC flexible 与 WinCC 十分类似，都是组态软件，而前者基于触 摸屏，后者基于工控机。 在工艺过程日趋复杂、对机器和设备功能的要求不断增加的环境中，获得最大的透明性对操作员来 说至关重要。 人机界面(HMI)提供了这种透明性。HMI 是人(操作员)

12、与过程(机器/设备)之间的接口。 PLC 是控制过程的实际单元。 因此，在操作员和 WinCC flexible（位于 HMI 设备端）之间以及 WinCC flexible 和 PLC 之间均存在一个接口。 HMI 系统承担下列任务： 过程可视化 操作员对过程的控制 显示报警 归档过程值和报警 过程值和报警记录 过程和设备的参数管理 SIMATIC HMI 提供了一个全集成的单源系统，用于各种形式的操作员监控任务。 使用 SIMATIC HMI，您可以始终控制过程并使机器和设备持续运行。 （4 4）如何实现）如何实现 通过设计要求设计出 PLC 程序，同时到实地考察，以及上网搜索图片做好组态

13、画面，将组态画面和 程序导入 smart700，进行程序调试和优化 （5 5）系统结构框图设计及说明）系统结构框图设计及说明 系统控制结构框图如下图所示： 交通灯通过PLC进行编程，其主要的输入就是通过开始、复位、停止三个按钮，然后传递给信息分析 中心（PLC） ，PLC将根据信号作出相应的响应。 本次设计可大致分为 3 大部分：红绿灯部分（包括主车道及人行道） 、倒计时部分及显示部分。在运 行过程中，肯定要有自锁和互锁控制，自锁是为了保持信号长期有效，互锁是为了对组间互不影响；在 倒计时显示部分中，主要通过调用时间函数时间来实现。 2.22.2 设计要求设计要求 要求可以显示每个路口的灯的情

14、况，可以白天与黑夜进行切换。软件编程部分要求可控制整个系统 的运行情况。要求多车道运行，包括人行道、左右转等 设计南北双向 4 车道加一条左等待车道，东西双向 6 车道加两条左等待车道。在南北直行红灯、南 北左转红灯、南北右转红灯同时亮起时，东西方向直行绿灯亮起 25s 倒计时，后 5s 闪烁，黄灯亮 5s；东 西人行 1 道绿灯亮 60s，东西人行道 2 绿灯亮 30s，东西左转、右转红灯亮起，左转车道的车辆进入左转 等待区域。东西直行红灯亮起时，东西左转、右转绿灯亮 25s 倒计时，5s 闪烁，黄灯亮 5s。当在东西直 行红灯、东西左转红灯、东西右转红灯同时亮起时，南北方向直行绿灯亮起 2

15、5s 倒计时，后 5s 闪烁，黄 灯亮 5s；南北人行道绿灯亮 30s，南北左转、右转红灯亮起，左转车道的车辆进入左转等待区域。南北 直行红灯亮起时，南北左转、右转绿灯亮 25s 倒计时，5s 闪烁，黄灯亮 5s。循环开始到东西方向。夜间 时各方向的路口绿灯加 10s。 2.32.3 PLCPLC 程序设计程序设计 （1 1）PLCPLC 的地址分配的地址分配 根据设计要求 PLC 五路抢答器的 I/O 分配表，如表 1 所示。 表格 1 I/O 端口分配表 输入信号输出信号 PLC 地 址 电气 符号 功能说明 PLC 地址 电气符 号 功能说明 I1.0SB1开始按钮Q1.0HL9东西直行

16、红灯 I1.1SB2停止按钮Q1.1HL10东西左右转绿灯 I1.2SB3复位按钮Q1.2HL11东西左右转黄灯 Q0.0HL1东西人行绿灯 1Q1.3HL12东西左右转红灯 Q0.1HL2东西人行红灯 1Q1.4HL13南北直行绿灯 Q0.2HL3东西人行绿灯 2Q1.5HL14南北直行黄灯 Q0.3HL4东西人行红灯 2Q1.6HL15南北直行红灯 Q0.4HL5南北人行绿灯Q1.7HL17南北左右转绿灯 Q0.5HL6南北人行红灯Q2.1HL18南北左右转黄灯 Q0.6HL7东西直行绿灯Q2.2HL19南北左右转红灯 Q0.7HL8东西直行黄灯 （2 2）顺序功能图）顺序功能图 （3 3

17、）PLCPLC 外部接线图外部接线图 3 3、项目画面的设计、项目画面的设计 3.1 组态设计思路组态设计思路 图表 1 设备类型 图表 2 主画面 图表 3 连接 图表 4 运行画面 表格 2 变量 变量名变量名类型类型变量名变量名类型类型 开始按钮BOOL(开关)东西直行红灯BOOL 停止按钮BOOL(开关)东西左右转绿灯BOOL 复位按钮BOOL(开关)东西左右转黄灯BOOL 东西人行绿灯 1BOOL东西左右转红灯BOOL 东西人行红灯 1BOOL南北直行绿灯BOOL 东西人行绿灯 2BOOL南北直行黄灯BOOL 东西人行红灯 2BOOL南北直行红灯BOOL 南北人行绿灯BOOL南北左右

18、转绿灯BOOL 南北人行红灯BOOL南北左右转黄灯BOOL 东西直行绿灯BOOL南北左右转红灯BOOL 东西直行黄灯BOOL东西直行绿灯倒计时字 东西左右转绿灯倒计时字南北直行绿灯倒计时字 南北左右转绿灯倒计时字 图表 5 变量 图表 6 图形列表 图表 7 图形列表 图表 8 图形列表 图表 9 图形列表 图表 10 开始按钮按下设置（停止、复位类似） 图表 11 开始按钮释放设置（停止、复位类似） 图表 12 指示灯设置（列举一个） 图表 13 小车运动设置 1（列举东西方向） 图表 14 小车运动设置 2（列举东西方向） 图表 15 小车运动设置 3（列举东西方向） 图表 16 倒计时显

19、示设置 3.23.2 上下位机通信上下位机通信 图表 17 计算机的 IP 地址 图表 18 PLC 通信 IP 地址 图表 19 MinCC 组态连接 IP 设置 图表 20 组态传送 IP 地址 4 4、项目运行效果、项目运行效果 图表 21 程序未运行 图表 22 东西直行绿灯亮起，亮 25S,同时小车开始运动,以及东西人行道绿灯全亮 图表 23 东西直行绿灯闪烁 5S 图表 24 东西直行黄灯亮起，亮 5S，同时人行道 1 道绿灯亮，人行道 2 道红灯亮 图表 25 东西左右转绿灯亮起，亮 25S，人行道 1 道绿灯亮，人行道 2 道红灯亮。绿灯亮完后有 5S 闪烁时间。 图表 26

20、东西左右转黄灯亮起，亮 5S，东西人行道全部亮红灯 图表 27 南北直行绿灯亮起，亮 25S，同时南北人行道亮起。绿灯亮完 25S 后，有 5S 闪烁时间 图表 28 南北直行黄灯亮起，亮 5S，同时南北人行红灯全亮 图表 29 南北左右转绿灯亮起，亮 25S，同时所有人行道红灯亮起 图表 30 南北左右转黄灯亮起，亮 5S，所有人行道红灯全亮 5 5、结论、结论 （1）遇到问题 在组态画面中，因为画面中数量超过 200 上限，组态中无法运行。 解决方法：解决方法：现在一个组态画面中画出所需背景，然后进行截图，并添加到所需画面中，同时将此截图设 为背景图片。这样就能够大量的减少画面中的数量。 在组态画面中，利用图形 IO 域进行交通指示灯的设置，但是当组态画面通信进触摸屏时，图形 IO 域 所在位置无法显