交通信号灯plc控制系统.docx
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1、沈阳航空航天大学课程设计(论文)题目交通信号灯PLC控制系统设计班级学号学生姓名 指导教师K0K.1CPU224图4 PCL外部接线图3 .交通信号灯控制系统的软件设计3.1 交通信号灯控制系统软件分析设计用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化,用一路数字量的不同 输入状态分别用作程序的启动控制,用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的住手控 制,每一方向有红、黄、绿及转弯四种信号灯,分别对应四位数字量输出,两个方向共有 8位数字量输出;用两个延时脉冲定时器分别控制黄灯闪烁的亮、灭时间,根据道路人车 流量多少,分别设置各信号灯亮灭时间的长短,通过6个定时器挨次交替工作,就可实现
2、各方向交通信号灯的顺序工作。本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序(时钟初始 化子程序,晚间时段交通灯控制子程序,正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控 制子程序)组成。3.2 主程序设计主程序主要任务包括:读取二个开关状态,根据开关的不同状态做出相应的处理,当 开关SBO闭合时则对时钟进行初始化,反之则不对时钟进行初始化;当开关SB1闭合时, 则读取时钟值,并做处理,根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段, 并调用相应的交通灯控制子程序,当开关SB1闭合时,则住手程序的运行。主程序流程 图如图5所示。图5主:程序流程图3.3 晚间时段程序设计晚间时段的控制规律为:两个方向
3、的四个黄灯均按亮0.4秒灭0.6秒的规律闪烁,其 余的交通灯全火程序中将用到两个定时器T37和T38o梯形图如图6所示图6晚间时段梯形图3.4 正常时段程序设计程序中将用到6个定时T37-T42,实现正常时段系统对信号灯的控制,控制方案为:(1)南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒,同时东西方向红灯亮;(2)南北方向绿灯亮30秒,东西方向红灯继续亮;(3)南北方向黄灯亮5秒;东西方向红灯继续亮;(4)东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒,东西方向红灯继续亮;(5)东西方向绿灯亮30秒,南北方向红灯继续亮;(6)东西方向黄灯亮5秒,南北方向红灯继续亮,然后跳至第(1)步挨次循环
4、。控制系统梯形图如图7所示3.5 高峰时段程序设计程序中将用到6个定时T37-T42,实现了高峰时段系统对信号灯的控制,控制系统梯 形图如图8所示。(1)南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒,同时东西方向红灯亮;(2)南北方向绿灯亮35秒,东西方向红灯继续亮;(3)南北方向黄灯亮5秒;东西方向红灯继续亮;(4)东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒,东西方向红灯继续亮;(5)东西方向绿灯亮25秒,南北方向红灯继续亮;(6)东西方向黄灯亮5秒,南北方向红灯继续亮,然后跳至第(1)步挨次循环。图7正常时段梯形图图8高峰时段梯形图该程序实现了信号由东西左转、东西直行、南北直行挨次循环变化
5、。其优势思路简单, 容易理解,对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修改方便。如路口要求在晚 11: 00以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能,只需要将实时采集PLC的时钟信号作为 一个子程序的跳转条件,再增加一段闪光程序即可。如果需要将几个路口集中到一台PLC 控制,根据实际需要的I/O点数,硬件上再增加相应的数字量输出模板即可。需要指出的 是,用PLC实现城市道路关通信号控制,最好几个路口共用一套PLC,这样可以大大降 低工程成本。4 .组态王分析设计4.1 组态王简介组态王是一款功能强大的工业生产监控软件。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、 经济、开辟周期短等优点。通常可以把这样的系
6、统划分为控制层、监控层、管理层三个层 次结构。其中监控层对下连接控制层,对上连接管理层,它非但实现对现场的实时监测与 控制,且在自动控制系统中完成上传下达、组态开辟的重要作用。特别考虑三方面问题: 画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析,采用组态王对监控系统进行 设计。4.2 新建工程启动“组态王”工程管理器,选择菜单“文件新建工程”或者单击“新建”按钮。 按照新建工程向导一步步的建立一个新的工程路径,并按自己要求设定工程文件目录。 并将把新建工程设定为组态王当前工程。新建的工程命名为:“交通信号灯”。如图9所zJno图9新建一个工程维眼概檄箍瞽录中选择设备,在右边的工作区中浮现
7、了“新建”图标, 双击“新建”图标,弹出“设备配置导向”对话框。由于本次设计是采用软件编程与仿真 的,需要连接PLC设备,因此新建的设备选用的是西门子S7-200设备,如图10和图11 所示。然后为设备选择连接的串口: COM1 。设备定义完成后,由于定义的是一个真 实PLC设备,所以串口通讯参数必需设置,否则会导致通讯失败。如图12、图13、图 14和图15所示是具体挨次通信连接参数设置。图10连接设备选择图11连接设备选择图12设置设备逻辑名称图13选择通信口图14设定设备地址图15通信设置完成4.4数据字典建立图16交通信号灯控制系统变量数据字典通信后需要建立数据字典,为创建画面链接动画
8、监控使用,该控制系统在监控时所需 的变量设置如表1所示,组态王中建立数据字典如图16所示。4.5监控画面建立单击“画面”定义及命令语言工程栏,开始创建画面,输入画面名称,选择画面位置、画面风格及类型,在画面位置一栏输入需要创建的画面的宽度高度等数值。本设计创建的 画面名称为:交通信号灯动画连接给图形对象定义动画连接是在“动画连接”对话框中进行的。在组态王开 发系统中双击图形对象,弹出动画连接对话框。图形对象可以按动画连接的要求改变颜色、 尺寸、位置、填充百分数等,一个图形对象又可以同时定义多个连接。把这些动画连接组 合起来。然后全部存入,与PLC连接后,切换到VIEW即可对机电转速进行调节和监
9、控。 静态监控画面如图17所示。图17信号灯静态监控画面4.6 动画连接用组态王监控时,需要进行动画连接,比如监控画面中的信号灯或者开关按钮进行动画 连接时,用鼠标双击信号灯或者开关按钮,弹出信号灯或者开关按钮设置向导,在变量名中选 择数据字典中相应的信号灯名字或者开关按钮名字即可。比如启动南北方向黄灯的动画连接,双击黄灯,弹出向导后,在变量名中选择数据字典中的南北黄灯即可。如图18所示。图18动画连接5 .系统调试和结果分析将编写好的控制程序下载到PLC中后点击运行,然后关闭STEP7-Micro,否则无法 进行组态王监控(STEP7-Micro与组态王的通讯串口是相同的)。然后点击组态王上
10、的启动按钮,或者在PLC的输入端按下启动按钮,程序开始运行,这时PLC面板上对应的启 动指示灯点亮,同时组态王监控画面中的信号灯对应也点亮,与实际指示灯保持一致, 起到 统的启动监控画面。图19启动监控画面6 .结论及进一步猜想本系统采用PLC比采用传统的电子路线和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简 单、通用性强等特点,PLC还可以联成网络,根据实测各十字路口之间的距离,车流量 和车速等,合理确定各路口信号灯之间的时差,把N台PLC联网到一台控制电脑上,以 方便操作、管理和监控,从而极大的提高城市道路交通管理能力,减少交通事故的发生。该交通灯所设计的程序采用主程序调用子程序的思想,完成多时段
11、交通灯的智能控 制。这一设计是一个创新亮点,可根据时序段划分来设定相应的时钟,进而来调整多时段 交通灯控制。本系统适应性和应变能力都强,在应变情况下不需要大改动相关程序,只需 要做弱小设定和修改。系统兼有手动和自动操作功能,可根据不同的需要,选择不同的工 作方式。该系统可用实际生活中,能在指挥交通中发挥重要作用。本系统同样存在不少不合理的地方,编写程序时前期工作量很大,而且需要用到各种 繁琐的指令和相应的寄存器及众多定时器。画梯形图工作量比较大,编写较多指令,理解 起来不太容易。程序过多,有点让人不寒而栗。在学习中,追求简单而有效的解决方法是 最可取的,是世人所推崇的。那末后续的工作是改进设计
12、思路,简化设计程序。我们要研 究的方向就是要用最简单,最有效的程序来控制多时段交通灯,使其在现实生活中体现设 计思路的价值。设计过程中有不少匡助过我的老师和同学,我首先要感谢我的指导老师,我们做课 程设计的每一个阶段都她赋予了悉心的指导并且细心的找出我设计中的错误,然后引导我 走向正确的设计方向。其次要感谢本次课程设计过程中同学赋予的匡助,并教会我一些 重要的知识要点,使我能够完成这次课程设计,谢谢你们。在此,谨向匡助过我的老师 和同学致以诚挚的谢意和崇高的敬意。老师和同学们所体现出的治学严谨和科学研究的 精神也是我学习的模范将积极的影响我今后的学习和工作。参考文献1廖常初主编.PLC编程及应
13、用.北京:机械工业出版社,20032周万珍、高鸿斌主编.PLC分析与设计应用.北京:电子工业出版社20043钟肇新、王潮可编程序控制器入门教程.华南理工大学出版社19994温照方SIMATIC S7-200可编程序控制器教程.北京理工大学出版社,20025张进秋.可编程控制器原理及应用实例.北京机械工业 出版社,20046王宗才.机电传动与控制.北京:电子工业出版社,20227王永华.现代电气控制及PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社,2003课程设计任务书课程名称控制系统课程设计院(系) 自动化学院 专业 自动化班级_学号 学生姓名课程设计题目 交通信号灯PLC控制系统设计课程设计时
14、间2022年 月 日至2022年_月_日课程设计内容及要求:用PLC控制十字路口交通信号灯,其要求如下:- .控制要求:系统工作受开关控制,启动开关“ON”则系统开始工作,启动开关“OFF” 则系统住手工作,所有灯关闭。夜间信号灯自动关闭所有红灯、绿灯,转入 提示警告方式。- .控制对象:东西方向红灯两个,南北方向红灯两个,东西方向左转弯绿灯两个,东西 方向黄灯两个,南北方向黄灯两个,南北方向左转弯绿灯两个,东西方向绿灯 两个,南北方向绿灯两个。- .控制规律:(1)系统24小时循环运行,工作规律按时序自动运行。绿灯闪烁时按 0.5秒间隔运行。(2)提示警告方式运行时,控制规律为:东、西、南、
15、北四个方向黄灯20018郁汉琪.机床机器及可编程控制器实验课程设计指导书.高等教育出版社,附录I源程序丁1_=程序注解VART:BYTE; 时钟值缓冲区H:INT; 小时数存储单元MINT; 分钟数存储单元SECINT; 秒钟数存储单元Tim:WORD;小时数乘100加分钟数乘10加秒钟数所得结果存储单元END_VARBEGINNetwork 1LD I0.0CALL SBRO 开关SBO闭合,调用SBRO(INIT)对时钟进行初始化 Network 2LDN IO. 1 起动/住手开关SB1断开,则住手程序STOPNetwork 3LD IO. 1TODR LBO 起动/住手开关SB1闭合,
16、则起动程序,读取时钟Network 4LD 10. 1INCB LB0Network 5LD IO. 1INCB LBONetwork 6LD IO. 1INCB LBO /T加3指向小时存储单元Network 7LD IO. 1BTI LBO, LW1 将小时由字节型转换为整型Network 8LD IO. 1MOVW LW1, VW16*l+100, VW16 将小时的数值乘以100Network 9LDI0. 1INCB LBO 将T指向分钟存储单元Network 10LD I0. 1BTI LBO, LW3 将分钟由字节型转换为整型Network 11LD I0. 1MOVW LW3,
17、 VW18*l+10, VW18将分钟的数值乘以10Network 12LDI0. 1MOVW VW16, VW20+l VW18, VW20 将小时数乘100与分钟数乘10相加Network 13LD I0. 1INCB LBO 将T指向秒钟存储单元Network 14LD I0. 1BTI LBO, LW5 将秒钟由字节型转换为整型Network 15LD I0. 1MOVW VW14, LW7+l LW5, LW7 将小时数乘100与分钟数乘10相加所得的结果与秒钟数相加得TimNetwork 16LDW= LW7, 630 序CALL SBR1 /Tim 小于 630 时,则调用 SB
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