基于PLC交通燈控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)-林維昌

1、西安文理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第1章 緒 論1.1 課題研究的目的及其意義30年來，可編程控制器從無到有，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)控制領(lǐng)域接邏輯到存儲(chǔ)邏輯的飛躍；其功能從弱到強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制到數(shù)字控制的進(jìn)步；其應(yīng)用領(lǐng)域從小到大，實(shí)現(xiàn)了單體設(shè)備簡單控制到勝任運(yùn)動(dòng)控制、過程控制、及集散控制等各種任務(wù)的跨越。今天的可編程控制器正在成為工業(yè)控制領(lǐng)域的主流控制設(shè)備，在世界各地發(fā)揮著越來越大的作用。交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)，是城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。PLC 在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用，但是目前國內(nèi)利用PLC 實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈自動(dòng)控制還不是十分廣泛。本文重點(diǎn)討論用PLC實(shí)現(xiàn)交通燈自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)方法?；谖覈鞘械?/p>

2、路交通控制的現(xiàn)狀根據(jù)十字路口交通燈的控制要求介紹了應(yīng)用西門子s7-300系列PLC實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制。通過分析對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求，對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，并通過軟件實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行可靠，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),具有很高的實(shí)用價(jià)值?？刂平煌舨糠?，并且完成了軟件部分設(shè)計(jì)，并且用實(shí)際證明了它也是一種簡單可靠且實(shí)用的應(yīng)用軟件。1.2 所用的方法及其優(yōu)缺點(diǎn) 電氣控制技術(shù)是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)工藝不斷提出新的要求而不斷發(fā)展的。隨著電力拖動(dòng)方式的演變與發(fā)展，電力控制的控制方式也由手動(dòng)控制向自動(dòng)控制方向發(fā)展而在電氣控制技術(shù)的發(fā)展所經(jīng)歷的三個(gè)發(fā)展階段中PLC又因其自身的特點(diǎn)成為自

3、動(dòng)控制中應(yīng)用最廣泛的控制裝置，本文就是針對(duì)PLC控制十字路口交通燈所做的研究，PLC相對(duì)于繼電接觸器系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：.功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高.硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng).可靠性高，抗干擾能力強(qiáng).系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少.體積小、編程簡單、能耗低.維修工作量少，維修方便當(dāng)然PLC控制也有自身的缺點(diǎn)：在控制簡單的裝置時(shí)由于PLC沒有接觸器控制系統(tǒng)有成本優(yōu)勢(shì)，而且所以至今仍是機(jī)床和其他許多機(jī)械設(shè)備廣泛使用的基本電氣控制方式。 第2章 交通燈信號(hào)控制系統(tǒng)2.1 十字路口交通燈控制實(shí)現(xiàn)目標(biāo)南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有直行紅燈40s，直行綠燈15s，直行黃燈6s，左轉(zhuǎn)紅燈45s，左

4、轉(zhuǎn)綠燈10s，左轉(zhuǎn)黃燈6s?？紤]到左轉(zhuǎn)燈的設(shè)計(jì)需求，并且保證行人的安全性，當(dāng)南北方向直行紅燈40s，直行綠燈15s，再到直行黃燈6s實(shí)現(xiàn)一個(gè)為期61s的循環(huán)時(shí)，南北方向的左轉(zhuǎn)燈點(diǎn)亮順序如下：綠燈4s，黃燈6s，紅燈45s，綠燈6s，東西方向應(yīng)依次點(diǎn)亮直行紅燈10s，直行綠燈15s，直行黃燈6s，直行紅燈30s；左轉(zhuǎn)紅燈25s，左轉(zhuǎn)綠燈10s，左轉(zhuǎn)黃燈6s，左轉(zhuǎn)紅燈20s。然后程序進(jìn)入循環(huán)，實(shí)現(xiàn)指揮過往車輛與行人的有序行進(jìn)。人行道的信號(hào)燈應(yīng)與其對(duì)應(yīng)方向的直行燈信號(hào)一致。2.2 流程圖啟動(dòng)開始東西左轉(zhuǎn)紅燈東西直行紅燈南北左轉(zhuǎn)綠燈南北直行紅燈南北左轉(zhuǎn)黃燈東西左轉(zhuǎn)綠燈東西直行綠燈南北直行綠燈東西左轉(zhuǎn)黃

5、燈南北左轉(zhuǎn)紅燈東西直行黃燈南北直行黃燈2.3輸入信號(hào)按鈕設(shè)置 輸入信號(hào)的分為啟動(dòng)（開始）信號(hào)和停止（復(fù)位）信號(hào)兩個(gè)。 啟動(dòng)（開始）按鈕是系統(tǒng)的開始運(yùn)行的唯一且必須信號(hào)源。本系統(tǒng)的啟動(dòng)輸入為I0.0。停止和復(fù)位按鈕的設(shè)計(jì)是十分必要的，可以在有需求時(shí)進(jìn)行人工調(diào)整，無論是現(xiàn)場(chǎng)指揮還是遠(yuǎn)程在線指揮。本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的停止和復(fù)位按鈕的實(shí)現(xiàn)是等位輸入的，是程序中所使用的定時(shí)器的復(fù)位輸入（m0.1）。 第3章 可編程控制器程序設(shè)計(jì)3.1 可編程控制器選擇 本次交通燈設(shè)計(jì)用的PLC為西門子300系列315可編程控制器。編程環(huán)境為SIMATIC STEP 7 V5.5（s7），監(jiān)控組態(tài)軟件為西門子公司的視窗控制中

6、心Wincc7.0（Windows Control Conter）3.2 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖啟動(dòng)（開始）信號(hào)南北直行紅燈40s21s南北直行綠燈15s南北直行黃燈6s南北左轉(zhuǎn)紅燈45s南北左轉(zhuǎn)綠燈4s10s南北左轉(zhuǎn)黃燈6s6s東西直行紅燈10s21s40s東西直行綠燈15s東西直行黃燈6s東西左轉(zhuǎn)紅燈45s25s東西左轉(zhuǎn)綠燈10s東西左轉(zhuǎn)黃燈6s3.3 可編程控制器I/O端口分配輸入量（I），位存儲(chǔ)量（M），輸出量（Q）。啟動(dòng)開關(guān)I0.0（m0.0）停止開關(guān)I0.1（m0.1）南北方向直行紅燈Q8.0東西方向直行紅燈Q 9.0南北方向直行綠燈Q8.1東西方向直行綠燈Q 9.1南北方向

7、直行黃燈Q 8.2東西方向直行黃燈Q 9.2南北方向左轉(zhuǎn)紅燈Q 8.3東西方向左轉(zhuǎn)紅燈Q 9.3南北方向左轉(zhuǎn)綠燈Q 8.4東西方向左轉(zhuǎn)綠燈Q 9.4南北方向左轉(zhuǎn)黃燈Q 8.5東西方向左轉(zhuǎn)黃燈Q 9.5 （表3-1）3.4程序設(shè)計(jì) 西門子具有多種編程語言，如LAD、STL、FBD、GRAPH等。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的是梯形圖即LAD編程。梯形圖直觀，易懂，上手快速等。 程序設(shè)計(jì)思路：紅綠燈的開始信號(hào)為外部手動(dòng)給入（I0.0）考慮wincc的需求，同時(shí)建立中間變量（m0.0）。根據(jù)“2.2 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖”可知，高電平的出現(xiàn)是“一段一段”，所以在程序中，我們調(diào)用OB塊中接通延時(shí)定時(shí)器S_

8、ODT(圖2-1)和斷開延時(shí)定時(shí)器S_OFFDT（圖2-2）。當(dāng)開始信號(hào)經(jīng)過斷開延時(shí)定時(shí)器（S_OFFDT）和輸出量（如南北直行紅燈）及其過程量（如m1.0），這樣就實(shí)現(xiàn)了啟動(dòng)時(shí)“南北直行紅燈”被點(diǎn)亮一定時(shí)間T1，然后由“m1.0”到達(dá)接通延時(shí)定時(shí)器(S_ODT)延時(shí)T1后到斷開延時(shí)定時(shí)器（S_OFFDT）再到下一個(gè)輸出量（南北直行綠燈）及其過程量（m1.1）。此時(shí)實(shí)現(xiàn)了信號(hào)由“南北直行紅燈”到“南北直行綠燈”傳遞，進(jìn)而完成信號(hào)的循環(huán)。實(shí)現(xiàn)交通燈這一功能。具體程序見附錄 。3.5 視窗監(jiān)控中心Wincc設(shè)計(jì)： wincc運(yùn)行與個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境，可以與多種自動(dòng)化設(shè)備及控制軟件集成，具有豐富的設(shè)置項(xiàng)

9、目、可視窗口和菜單選項(xiàng)，使用方式靈活，功能齊全。用戶在其友好的界面下進(jìn)行組態(tài)、編程和數(shù)據(jù)管理，可形成所需的操作畫面、監(jiān)視畫面、控制畫面、報(bào)警畫面、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線、歷史趨勢(shì)曲線和打印報(bào)表等。為操作者提供了圖文并茂、形象直觀的操作環(huán)境，不僅縮短軟件周期，而且提供了工作效率。設(shè)計(jì)步驟如下：.啟動(dòng)wincc，建立一個(gè)項(xiàng)目。.選擇及安裝通訊程序。.定義變量。.建立和編輯過程畫面。.指定wincc運(yùn)行系統(tǒng)的屬性。.激活wincc畫面。依照上述步驟如下圖所示建立監(jiān)控畫面并激活： （圖3.1） 如上圖所示，進(jìn)入wincc在變量管理中選擇并安裝通訊程序SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE。然后再M(fèi)P

10、I中新建如右側(cè)所示的變量。 （圖3.2） 如上圖所示，點(diǎn)擊圖形編輯器，建立右側(cè)的啟動(dòng)畫面。 如下圖所示，在啟動(dòng)畫面中添加（標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象）圓與（窗口對(duì)象）按鈕，并指定運(yùn)行屬性。 （圖3.3）激活運(yùn)行畫面如下圖所示。 （圖3.4）第4章 總結(jié)4.1 難點(diǎn)分析 本程序在設(shè)計(jì)過程遇到了一些難點(diǎn)我把它整理了一下發(fā)現(xiàn)有以下幾個(gè)問題。4.1.1行人道紅綠燈和主干道紅綠燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系 因?yàn)閷?shí)際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時(shí)簡化程序、減少PLC不必要的運(yùn)算。4.1.2左轉(zhuǎn)燈的設(shè)計(jì) 因左轉(zhuǎn)車輛與同向行人會(huì)有交叉部分，為避免造成交通事故，

11、左轉(zhuǎn)燈的設(shè)計(jì)必須考慮這一情況。4.1.3交通燈的閃亮 交通燈綠燈在實(shí)際運(yùn)行中是要經(jīng)過閃爍的，所以在設(shè)計(jì)程序中也要考慮這個(gè)功能，我在保證程序運(yùn)行無誤的前提下才中通過兩個(gè)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)閃爍，簡便了程序的思考量，需注意的是wincc是刷新時(shí)間最小時(shí)間為1s。4.2調(diào)試錯(cuò)誤與修改方法 經(jīng)過設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤。剛開始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個(gè)周期后就循環(huán)不起來了。那時(shí)真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出，真正的輸出就沒有收到信號(hào)了。循環(huán)完成后，再在運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期交通

12、燈沒有全部亮但再運(yùn)行下去的時(shí)候第二周期就沒有問題，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序在一開始的時(shí)候有多路輸出同時(shí)提供給這個(gè)燈。于是就對(duì)程序進(jìn)行了優(yōu)化，及時(shí)解決了問題。在wincc的使用中也碰到了很多問題，一些系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定是我們所不清楚，最終在老師的指導(dǎo)下順利完成設(shè)置。雖然找錯(cuò)誤是一個(gè)枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的東西。4.3收獲經(jīng)過半個(gè)多月的艱苦奮斗，設(shè)計(jì)成果終于出來了，我才松了一口氣，我通過采集資料、進(jìn)行實(shí)際考察后，做出以上設(shè)計(jì)的方法。查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找?；苏畮滋?，終于完成了設(shè)計(jì)，不過調(diào)試的

13、時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果和想的有所不同，通過監(jiān)控和修改才得出了需要的設(shè)計(jì)。這次的設(shè)計(jì)讓我們?cè)鲩L了實(shí)踐技能，還增加了有關(guān)交通知識(shí)，這些對(duì)于我們真是受益匪淺。一次又一次的學(xué)習(xí)，我們慢慢地在體會(huì)，研究和感悟，終于領(lǐng)會(huì)到成功的那一份喜悅，從撰寫開報(bào)告，查找資料，程序設(shè)計(jì)，到整理每一個(gè)次的調(diào)試，我們學(xué)會(huì)了細(xì)心和耐心，也品嘗到了酸、甜、苦、辣，無數(shù)的成功與失敗更加肯定了我們的研究成果。興趣是自發(fā)形成的，而默契是慢慢培養(yǎng)出來的。當(dāng)前的社會(huì)，科技迅速發(fā)展，知識(shí)更新速度大大加快，只有我們共同去探索，用自己的雙手去征服每一片天空，用我們新的力量去打造一片創(chuàng)新的領(lǐng)域。感謝通過這次設(shè)計(jì)，我對(duì)PLC設(shè)計(jì)控制有了深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前

14、學(xué)的PLC又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多的問題，我和同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。在此要感謝雷俊紅老師的細(xì)心指導(dǎo)，感謝老師給我這樣的機(jī)會(huì)鍛煉。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。參考文獻(xiàn)1柳春生編著.電器控制與PLC（西門子s7-300機(jī)型）.機(jī)械工業(yè)出版社，2010.2. 張運(yùn)剛，宋小春，郭武強(qiáng)編著.