plc交通灯控制新版系统.doc

目 录

1 题目背景意义 1
1.1交通灯研究背景及意义 1
1.2交通灯控制系统设计意义 2
2 设计题目介绍 2
2.1设计内容及要求 2
2.2交通灯控制系统设计意义 2
3 系统设计方案 3
3.1设计方案 3
3.2设计思绪步骤图 3
4 硬件系统设计 4
4.1控制系统模块配置 5
4.2 PLC I/O口设置 5
4.3硬件接线图 6
5 软件系统设计 6
6 系统仿真调试 8
6.1 软件调试 9
6.2 运行调试 10
7 结论 10
参考文件 11
附录 11

1 题目背景意义
1.1交通灯研究背景及意义
伴随中国经济飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不停增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。大家常常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，比如：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候经过。所以提升城市路网通行能力、实现道路交通科学化管理迫在眉睫，怎样才能保持城市交通安全便捷、高效通畅和绿色环境保护，已成为政府政策计划一个关键问题。
经过对十字路口交通灯控制系统设计和制作，使我们深入巩固和加深了对所学基础理论、基础技能和专业知识认识掌握。同时也培养本身综合利用所学过基础理论、基础知识和基础技能进行分析和处理实际问题能力，更使我们受到了PLC系统开发综合训练，从而能够使我们进行PLC系统设计和实施，而且掌握经典自动控制系统工作原理和设计思绪。更关键是：经过对十字路口交通灯系统每个步骤实际制作，锻炼了本身刻苦钻研、勇于探索、实事求是、善于和她人合作工作作风，这为我们未来上岗实习做好了充足准备。
1.2交通灯控制系统设计意义
伴随城市汽车数量增多和汽车进入家庭步伐加紧，城市道路交通问题显得越来越关键。马路上常常会看到这种现象：一旦整个路口交通信号灯出现故障，若没有交警立即疏导，该路口会塞得一塌糊涂，甚至造成严重交通事故。原交通信号控制大全部采取继电器或单片机实现，存在着功效少、可靠性差、维护量大等缺点，越来越不能适应城市道路交通高速发展要求。
本文对十字路口交通信号灯控制系统，利用可编程逻辑器件PLC做了软件和硬件设计，能基础达成控制要求。怎样采取适宜控制方法，最大程度利用好花费巨款修建城市高速道路，缓解主干道和匝道、城区同周围地域交通拥堵情况，越来越成为交通运输管理和城市计划部门亟待处理关键问题。
怎样采取适宜控制方法，最大程度利用好花费巨款修建城市高速道路，缓解主干道和匝道、城区同周围地域交通拥堵情况，越来越成为交通运输管理和城市计划部门亟待处理关键问题。所以，交通灯设计是十分关键且迫在眉睫。伴随社会发展，一个城市交通是否便捷是衡量其是否含有发展潜力关键指标，现在，中国大中小城市全部出现了交通拥堵现象，尤其是大城市，伴随城市机动车量不停增加，如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行情况，所以，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成早期，它们也曾有效地改善了交通情况。
2 设计题目介绍
2.1设计内容及要求
利用西门子S7-300PLC ，组态软件Wincc Flexible， 触摸屏，交换机及外围相关低压电器，组成控制系统，依据项目要求，编写相关程序，完成对应功效，组态人机界面，能够进行模拟仿真。具体要求：
（1）制作画面模板，在模板画面中显示“交通灯控制模拟项目”和日期时钟。
（2）先组态两个画面，一个为主画面，一个为系统画面。两画面之间能进行切换。
（3）在系统画面中作出交通灯控制系统图。
（4）交通灯绿灯亮时间模拟量数值0～100进行设置。
（5）按下开启键时,交通灯开始按以下时序图运行：
东西向绿灯亮25s后，闪烁3次（1s/次），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，25s后东西向绿灯又亮……如此不停循环，直至停止工作。
南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次（1s/次），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮……如此不停循环，直至停止工作。
按下停止键时，全部灯全部灭。
（6）交通灯亮灭剩下时间可动画显示。
（7）交通灯亮时间数值高于90时产生一个交通拥堵报警。
（8）组态报警画面，并能实现系统画面之间切换。
（9）组态一个用户组“班组长”和一个用户名“user1“，“user1”属于“班组长”用户组，“user1”密码为“000”。“班组长”用户组权限为操作和“绿灯亮时间”。然后在系统画面中绿灯亮设定安全权限。即通常见户不能进行绿灯亮设定值设定，用户“user1”能够进行设定。
（10）组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮和注销按钮，能显示目前用户名。能和系统画面进行切换。
2.2交通灯控制系统设计意义
交通灯控制系统是近现代社会伴随物流、出行等交通发展产生一套独特公共管理系统。伴随中国城市现代化进程不停推进，交通是影响中国社会经济发展严重问题，而城市交通问题关键就是对十字路口交通信号控制。伴随中国城市现代化进程不停推进，交通是影响中国社会经济发展严重问题，而城市交通问题关键就是对十字路口交通信号控制。现在大多数城市全部常常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系协调，已成为交通管理部门需要处理关键问题之一。
十字路口交通灯路况画出模拟图图1所表示：

图1交通灯模拟图
3 系统设计方案
3.1设计方案
(1)完成控制系统PLC硬件组态，网络组态。编写程序步骤图，完成系统梯形图并仿真调试成功，下装到PLC,完成在线调试。
(2)完成外部阀门，电机，行程开关等低压电器选择，及系统IO清单，系统接线图。
(3)根据任务书要求完成人机界面组态画面,并下装触摸屏，连接PLC和触摸屏，调试相关任务。
3.2设计思绪步骤图
依据课程设计任务书任务要求，我初步定下了此次课程设计大致设计方案。基于越简单越可靠考虑，强调设计实用性，利用简单次序控制，逐步定时逐步实施，以实现对交通信号灯基础控制。
因为此次设计包含到两个软件配合，本图只给出大致设计思绪步骤，在具体设计过程中再进行不一样软件负担功效分配。
东西向绿灯亮25s后，闪烁3次（1s/次），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，25s后东西向绿灯又亮……如此不停循环，直至停止工作。
南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次（1s/次），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮
Step7设计思绪步骤图图2所表示：
东西黄灯亮2s
东西绿灯亮25s，
闪烁3次

开启

东西红灯亮30s

南北绿灯亮25s，闪烁3次

南北红灯亮30s

南北黄灯亮2s

图2 Step7设计思绪步骤图

WINCC设计思绪步骤图图3所表示：

图3 wincc步骤图
4 硬件系统设计
4.1控制系统模块配置
模块配置基础步骤：
（1）选择SIMATIC 300里RACK300Rail ；
（2）1号槽里选择电源模块（PS）:PS-300选PS 307 5A；
（3）2号槽选CPU模块：CPU 300里选CPU 315F-2PN/OP里最终一个选V3.1；
（4）3号槽空；
（5）4号槽信号模块（SM）：SM-300里DI/DO-300里第一个；
（6）5号槽选SM-300里AI/AO-300里第四个；
（7）选好后Save and Compile。
控制系统使用西门子S7-300PLC，对应模块见图4所表示：

图4 S7-300PLC对应模块
4.2 PLC I/O口设置
PLC数字量输入类型通常常见全部是DC型号，就是直流输入，当然也有交流输入。直流输入通常全部是24V，外接信号通常全部为无源开关量信号。所谓开关量信号或是数字量信号，就是表现出信号只有两种状态，象开关一样：或是开或是关，没有第三种状态。在计算机中表现是：0或是1；电气电路中表现是：接通或是切断等等。因为输入外接信号通常全部是无源信号，所以在接入PLC端子时，要提供电源形成适宜电流回路，在PLC上为方便输入信号电源供取，提供有24VDC（250MA）直流电源引出端子。
PLC I/O口分配地址如表1所表示：
表1 I/O清单
输入设备

输出设备

元件名称
地址

元件名称
地址

开启按钮SB1
M0.1

南北向红灯H1
Q1.0

停止按钮SB2
M0.2

南北向绿灯G1
Q1.7

南北向黄灯Y1
Q1.3

东西向红灯H2
Q0.0

东西向绿灯G2
Q0.7

东西向黄灯Y2
Q0.3
4.3硬件接线图
PLC硬件接线图图5所表示：

图5 S7-300PLC硬件接线图
5 软件系统设计
软件设计关键是PLC梯形图设计，包含符号编辑，I/O口编排等。
按下开启键时,交通灯开始按以下时序图运行：东西向绿灯亮25s后，闪烁3次（1s/次），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，25s后东西向绿灯又亮……如此不停循环，直至停止工作。南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次（1s/次），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮……如此不停循环，直至停止工作。按下停止键时，全部灯全部灭。
由任务要求可知，交通灯系统东西方向，南北方向输出电信号图6所表示。

图6 东西南北方向交通灯时序图
符号表图7所表示：

图7 符号表定义
6 系统仿真调试
6.1 软件调试
打开Step7软件，按要求输入梯形图，看软件是否和PLC可编程控制器正常连接，下载此梯形图到PLC可编程控制器，进行下一步运行调试。
6.2 运行调试
在硬件调试和软件调试基础上，运行此程序并进行调试直至程序可根据系统要求运行。
按要求运行后，我打开画面分为4个部分，分别是主界面，系统界面，报警界面，用户界面。
主画面图8所表示：

图8 主画面

（1）制作画面模板，在模板画面中显示“交通灯控制模拟项目”和日期时钟。
（2）先组态两个画面，一个为主画面，一个为系统画面。两画面之间能进行切换。
（3）在系统画面中作出交通灯控制系统图
（4）组态报警画面，并能实现系统画面之间切换。
（5）组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮和注销按钮，能显示目前用户名。能和系统画面进行切换。
系统画面图9所表示

图9 系统画面
用户画面图10所表示：

图10用户画面

报警画面图11所表示：

图11报警画面
7总结
对于这次PLC课程设计，我设计了交通红绿灯PLC控制系统。经过快要两个周设计制作，我完成了以下内容：
1. 使用Step7软件，在Step中根据要求编写了梯型图而且梯形图实现了红灯、绿灯、黄灯亮灭切换。
2. 使用Wincc软件，在Wincc中掌握了添加画面和画面之间切换，添加I/O域、按钮，I/O域属性设定。I/O域属性选择对应变量。
3. 组和用户，用户User1设置密码。
4. 模拟量报警，上升沿有效，超出90报警，报警界面亮。
5. 然后在Wincc中集成到Step7，点击设备相连接。
设计步聚和基础方法。经过这次设计实践。我学会了PLC基础编程方法，对PLC工作原理和使用方法也有了更深刻了解。
PLC课程设计是学习电厂开关量控制技术关键实践步骤，其目标是经过课程设计实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识了解；培养学生利用所学知识和技能，配合相关技术资料查阅，独立分析和处理生产实际中相关工业控制实际问题能力；深入提升学生对PLC控制系统分析、设计能力。要求学生了解可编程控制器原理、硬件结构；掌握基础编程语言；掌握系统硬件配置方法和步骤；掌握PLC软件编程和调试操作方法和步骤。
参考文件
[1]刘华波，王雪，何文雪.组态软件WINCC及其应用.北京: 机械工业出版社，
[2]阳胜峰，吴志敏.图解西门子S7-300/400PLC编程技术.北京：中国电力出版社，
[3]吴作明，杜明星.深入浅出西门子STEP7.北京：北京航空航天大学出版社，
[4]柳春生. 电器控制和PLC:西门子S7-300机型.北京: 机械工业出版社，
[5]胡健. 西门子S7-300 PLC应用教程.北京: 机械工业出版社，
附录：