基于PLC交通灯控制系统课程设计.doc

西安文理学院课程设计报告 第1章 绪 论1.1 课题研究的目的及其意义30年来，可编程控制器从无到有，实现了工业控制领域接逻辑到存储逻辑的飞跃；其功能从弱到强，实现了逻辑控制到数字控制的进步；其应用领域从小到大，实现了单体设备简单控制到胜任运动控制、过程控制、及集散控制等各种任务的跨越。今天的可编程控制器正在成为工业控制领域的主流控制设备，在世界各地发挥着越来越大的作用。交通信号灯的控制系统，是城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。plc 在工业控制中得到了广泛应用，但是目前国内利用plc 实现交通信号灯自动控制还不是十分广泛。本文重点讨论用plc实现交通灯自动控制的设计方法。基于我国城市道路交通控制的现状根据十字路口交通灯的控制要求介绍了应用西门子s7-300系列plc实现交通信号灯的自动控制。通过分析对交通信号灯的控制要求，对plc控制系统进行了软、硬件设计，并通过软件实验证明该系统简单、经济、运行可靠，达到了预期目标,具有很高的实用价值。控制交通灯部分，并且完成了软件部分设计，并且用实际证明了它也是一种简单可靠且实用的应用软件。1.2 所用的方法及其优缺点 电气控制技术是随着科学技术发展，生产工艺不断提出新的要求而不断发展的。随着电力拖动方式的演变与发展，电力控制的控制方式也由手动控制向自动控制方向发展而在电气控制技术的发展所经历的三个发展阶段中plc又因其自身的特点成为自动控制中应用最广泛的控制装置，本文就是针对plc控制十字路口交通灯所做的研究，plc相对于继电接触器系统有以下优势：.功能强，性能价格比高.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强.可靠性高，抗干扰能力强.系统的设计、安装、调试工作量少.体积小、编程简单、能耗低.维修工作量少，维修方便当然plc控制也有自身的缺点：在控制简单的装置时由于plc没有接触器控制系统有成本优势，而且所以至今仍是机床和其他许多机械设备广泛使用的基本电气控制方式。 第2章 交通灯信号控制系统2.1 十字路口交通灯控制实现目标南北向（列）和东西向（行）主干道均设有直行红灯40s，直行绿灯15s，直行黄灯6s，左转红灯45s，左转绿灯10s，左转黄灯6s。考虑到左转灯的设计需求，并且保证行人的安全性，当南北方向直行红灯40s，直行绿灯15s，再到直行黄灯6s实现一个为期61s的循环时，南北方向的左转灯点亮顺序如下：绿灯4s，黄灯6s，红灯45s，绿灯6s，东西方向应依次点亮直行红灯10s，直行绿灯15s，直行黄灯6s，直行红灯30s；左转红灯25s，左转绿灯10s，左转黄灯6s，左转红灯20s。然后程序进入循环，实现指挥过往车辆与行人的有序行进。人行道的信号灯应与其对应方向的直行灯信号一致。2.2 流程图启动开始东西左转红灯东西直行红灯南北左转绿灯南北直行红灯南北左转黄灯东西左转绿灯东西直行绿灯南北直行绿灯东西左转黄灯南北左转红灯东西直行黄灯南北直行黄灯2.3输入信号按钮设置 输入信号的分为启动（开始）信号和停止（复位）信号两个。 启动（开始）按钮是系统的开始运行的唯一且必须信号源。本系统的启动输入为i0.0。停止和复位按钮的设计是十分必要的，可以在有需求时进行人工调整，无论是现场指挥还是远程在线指挥。本设计控制系统的停止和复位按钮的实现是等位输入的，是程序中所使用的定时器的复位输入（m0.1）。 第3章 可编程控制器程序设计3.1 可编程控制器选择 本次交通灯设计用的plc为西门子300系列315可编程控制器。编程环境为simatic step 7 v5.5（s7），监控组态软件为西门子公司的视窗控制中心wincc7.0（windows control conter）3.2 十字路口交通灯模拟控制时序图启动（开始）信号南北直行红灯40s21s南北直行绿灯15s南北直行黄灯6s南北左转红灯45s南北左转绿灯4s10s南北左转黄灯6s6s东西直行红灯10s21s40s东西直行绿灯15s东西直行黄灯6s东西左转红灯45s25s东西左转绿灯10s东西左转黄灯6s3.3 可编程控制器i/o端口分配输入量（i），位存储量（m），输出量（q）。启动开关i0.0（m0.0）停止开关i0.1（m0.1）南北方向直行红灯q8.0东西方向直行红灯q 9.0南北方向直行绿灯q8.1东西方向直行绿灯q 9.1南北方向直行黄灯q 8.2东西方向直行黄灯q 9.2南北方向左转红灯q 8.3东西方向左转红灯q 9.3南北方向左转绿灯q 8.4东西方向左转绿灯q 9.4南北方向左转黄灯q 8.5东西方向左转黄灯q 9.5 （表3-1）3.4程序设计 西门子具有多种编程语言，如lad、stl、fbd、graph等。本次系统设计使用的是梯形图即lad编程。梯形图直观，易懂，上手快速等。 程序设计思路：红绿灯的开始信号为外部手动给入（i0.0）考虑wincc的需求，同时建立中间变量（m0.0）。根据“2.2 十字路口交通灯模拟控制时序图”可知，高电平的出现是“一段一段”，所以在程序中，我们调用ob块中接通延时定时器s_odt(图2-1)和断开延时定时器s_offdt（图2-2）。当开始信号经过断开延时定时器（s_offdt）和输出量（如南北直行红灯）及其过程量（如m1.0），这样就实现了启动时“南北直行红灯”被点亮一定时间t1，然后由“m1.0”到达接通延时定时器(s_odt)延时t1后到断开延时定时器（s_offdt）再到下一个输出量（南北直行绿灯）及其过程量（m1.1）。此时实现了信号由“南北直行红灯”到“南北直行绿灯”传递，进而完成信号的循环。实现交通灯这一功能。具体程序见附录 。3.5 视窗监控中心wincc设计： wincc运行与个人计算机环境，可以与多种自动化设备及控制软件集成，具有丰富的设置项目、可视窗口和菜单选项，使用方式灵活，功能齐全。用户在其友好的界面下进行组态、编程和数据管理，可形成所需的操作画面、监视画面、控制画面、报警画面、实时趋势曲线、历史趋势曲线和打印报表等。为操作者提供了图文并茂、形象直观的操作环境，不仅缩短软件周期，而且提供了工作效率。设计步骤如下：.启动wincc，建立一个项目。.选择及安装通讯程序。.定义变量。.建立和编辑过程画面。.指定wincc运行系统的属性。.激活wincc画面。依照上述步骤如下图所示建立监控画面并激活： （图3.1） 如上图所示，进入wincc在变量管理中选择并安装通讯程序simatic s7 protocol suite。然后再mpi中新建如右侧所示的变量。 （图3.2） 如上图所示，点击图形编辑器，建立右侧的启动画面。 如下图所示，在启动画面中添加（标准对象）圆与（窗口对象）按钮，并指定运行属性。 （图3.3）激活运行画面如下图所示。 （图3.4）第4章 总结4.1 难点分析 本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。4.1.1行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系 因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少plc不必要的运算。4.1.2左转灯的设计 因左转车辆与同向行人会有交叉部分，为避免造成交通事故，左转灯的设计必须考虑这一情况。4.1.3交通灯的闪亮 交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要考虑这个功能，我在保证程序运行无误的前提下才中通过两个定时器实现闪烁，简便了程序的思考量，需注意的是wincc是刷新时间最小时间为1s。4.2调试错误与修改方法 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出，真正的输出就没有收到信号了。循环完成后，再在运行的同时进行监控，发现了在程序的第一周期交通灯没有全部亮但再运行下去的时候第二周期就没有问题，最后发现原来是程序在一开始的时候有多路输出同时提供给这个灯。于是就对程序进行了优化，及时解决了问题。在wincc的使用中也碰到了很多问题，一些系统参数的设定是我们所不清楚，最终在老师的指导下顺利完成设置。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的东西。4.3收获经过半个多月的艰苦奋斗，设计成果终于出来了，我才松了一口气，我通过采集资料、进行实际考察后，做出以上设计的方法。查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是一件容易的事，需要耐心查找。花了整整十几天，终于完成了设计，不过调试的时候却发现结果和想的有所不同，通过监控和修改才得出了需要的设计。这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于领会到成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。感谢通过这次设计，我对plc设计控制有了深刻的认识，对以前学的plc又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，我和同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。在此要感谢雷俊红老师的细心指导，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个课程设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。参考文献1柳春生编著.电器控制与plc（西门子s7-300机型）.机械工业出版社，2010.2. 张运刚，宋小春，郭武强编著.