交通灯毕业设计报告.doc

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1、毕业设计报告题目：基于PLC与WinCC组态的多车道交通灯学 校：黎明职业大学学 院：机电工程与自动化专 业：机电一体化设计作者1：陈友加 专业班级/学号：12机电2 设计作者2：张家健 专业班级/学号：12机电2 设计作者3：陈维维 专业班级/学号：12机电2 指导教师： 曾喜娟 设计时间： 2014/11/242014/12/31 目 录1、引言32、设计任务及要求42.1 设计任务4（1)PLC4（2）触摸屏（smart700）5（3）wincc flexible20085（4）如何实现5（5）系统结构框图设计及说明62.2 设计要求62.3 PLC程序设计7（1）PLC的地址分配7（2

2、）顺序功能图8（3）PLC外部接线图83、项目画面的设计93.1组态设计思路93.2 上下位机通信174、项目运行效果195、结论24参考文献25附录（PLC程序）25(1) 主程序25（2）子程序（交通灯）291、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

3、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、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

4、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

5、处理器为核心的可编程控制器（PLC）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、设计任务及要求2.1 设计任务 （1)PLC可编程控制器（PL

6、C）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PL

7、C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，IO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

8、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

9、或110VAC），直流电源（常用的为24VAC）。（2）触摸屏（smart700）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Smart700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）wincc flexible2008WinCC 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

10、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)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SIMA

11、TIC 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）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画面，将组态画面和程序导入smart700，进行程序调试和优化（5）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

12、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。2.2 设计要求要求可以显示每个路口的灯的情况，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

13、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25s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。2.3 PLC程序设计（1）PLC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东西直行红灯I1.1

14、SB2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）顺序功能图（3）PLC外部接线图3、项目画面的设计3.1组态设计思路图表 1

15、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 变量变量名类型变量名类型开始按钮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

16、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 倒计时显示设置3.2 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、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

17、，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 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、

18、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：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域所在位置无法显示，变成了白底。解决方法：将图形IO域换成图形视图（2）体会经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太理论化

19、了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1 张文明,刘志军.组态软件控制技术M,北京:清华大学出版社,2013.2 祝福,陈贵银.西门子S7-200系列 PLC应用技术M,北京:电子工业出版社,2011.43 网络查找附录（PLC程序）(1) 主程序（2）子程序（交通灯）