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1、目目 录录1 题目背景意义.11.1 交通灯的研究背景及意义.11.2 交通灯控制系统设计意义.22 设计题目介绍.22.1 设计内容及要求.22.2 交通灯控制系统设计意义.23 系统设计方案.33.1 设计方案.33.2 设计思路流程图.34 硬件系统设计.44.1 控制系统的模块配置.54.2 PLC I/O 口设置.54.3 硬件接线图.65 软件系统设计.66 系统仿真调试.86.1 软件调试.96.2 运行调试.107 结论.10参考文献.11附录.111 题目背景意义1.1交通灯的研究背景及意义随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路
2、拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如：绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。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
3、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。 1.2交通灯控制系统设计意义随着城市汽车数量的增多和汽车进入家庭步伐的加快，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象：一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少、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的要求。本文对十字路口交通信
4、号灯控制系统，运用可编程逻辑器件 PLC 做了软件和硬件的设计，能基本达到控制要求。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。因此，交通灯的设计是十分重要且迫在眉睫的。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是大城市，随
5、着城市机动车量的不断增加，如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，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的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。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，交换机及外围的相关低压电器，组成控制系统，根据项目要求，编写相关程序，完成相应的功能，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
6、交通灯控制的系统图。（4）交通灯绿灯亮的时间模拟量数值 0100 进行设置。（5）按下启动键时,交通灯开始按如下的时序图运行：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断循环，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断循环，直至停止工作。按下停止键时，所有灯都灭。 （6）交通灯亮灭的剩余时间可动画显示。（7）交通灯亮时间数值高于 90 时产生一个交通拥堵的报警。（8）组态报警画面，并能实现系统画面之间的切换
7、。（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”的密码为“000” 。 “班组长”用户组的权限为操作和“绿灯亮的时间” 。然后在系统画面中的绿灯亮设定安全权限。即一般用户不能进行绿灯亮设定值的设定，用户“user1”可以进行设定。（10）组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮与注销按钮，能显示当前用户名。能与系统画面进行切换。 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随着物流、出行等交通发展产生的一套独特的公共管理系统。随着我国城市现代化进程的不断推进，交通是影响我国社会经济发展的严重问题，而城市交通问题的核
8、心就是对十字路口交通信号的控制。随着我国城市现代化进程的不断推进，交通是影响我国社会经济发展的严重问题，而城市交通问题的核心就是对十字路口交通信号的控制。现在大多数城市都经常会出现交通拥堵现象，人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。十字路口交通灯的路况画出模拟图如图 1 所示：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 的硬件组态，网络组态。编写程序流程图，完成系统的梯形图并仿真调试成功，下装到 PLC,完成在线的调试。(2)完成外部阀门，电机，行程开关等低压电器的选择，及系统的 IO 清单，系统接线图。(3)按照任务书要求完成
9、人机界面的组态画面,并下装触摸屏，连接 PLC 与触摸屏，调试相关的任务。3.2设计思路流程图根据课程设计任务书的任务要求，我初步定下了本次课程设计的大体设计方案。基于越简单越可靠的考虑，强调设计的实用性，利用简单顺序控制，逐步定时逐步执行，以实现对交通信号灯的基本控制。由于本次设计涉及到两个软件的配合，本图只给出大致的设计思路流程，在具体设计的过程中再进行不同软件承担的功能的分配。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断循环，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
10、 次（1s/次），接着南北向黄灯亮，2s 后南北向红灯又亮Step7 设计思路流程图如图 2 所示：图 2 Step7 设计思路流程图WINCC 设计思路流程图如图 3 所示：图 3 wincc 流程图启动东西绿灯亮 25s， 闪烁 3 次东西黄灯亮 2s东西红灯亮 30s南北红灯亮 30s南北绿灯亮 25s，闪 烁 3 次南北黄灯亮 2s4 硬件系统设计4.1 控制系统的模块配置模块配置的基本步骤：（1）选择 SIMATIC 300 里的 RACK300 的 Rail ；（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 30
11、0 里选 CPU 315F-2PN/OP 里最后一个选V3.1； （4）3 号槽空； （5）4 号槽信号模块（SM）：SM-300 里的 DI/DO-300 里的第一个； （6）5 号槽选 SM-300 里的 AI/AO-300 里的第四个； （7）选好后 Save and Compile。 控制系统使用西门子 S7-300PLC，相应的模块见图 4 所示：图 4 S7-300PLC 相应的模块4.2 PLC I/O 口设置PLC 的数字量输入类型一般常见的都是 DC 型号的，就是直流输入，当然也有交流输入。直流输入一般都是 24V，外接的信号一般都为无源的开关量信号。所谓开关量信号或者是数字
12、量信号，就是表现出的信号只有两种状态，象开关一样：或者是开或者是关，没有第三种状态。在计算机中表现的是：0 或者是1；电气电路中表现的是：接通或者是切断等等。因为输入的外接信号通常都是无源的信号，所以在接入 PLC 端子时，要提供电源形成合适的电流回路，在PLC 上为方便输入信号的电源供取，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 地址启动按钮 SB1M0.1南北向红灯 H1Q1.0停止按钮 SB2M0.2南北向绿灯 G1Q1.7南北向黄灯 Y1Q1.3东西向红灯 H2Q0.0东西向
13、绿灯 G2Q0.7东西向黄灯 Y2Q0.34.3 硬件接线图PLC 硬件接线图如图 5 所示：图 5 S7-300PLC 硬件接线图5 软件系统设计软件设计主要是 PLC 梯形图的设计，包括符号编辑，I/O 口的编排等。按下启动键时,交通灯开始按如下的时序图运行：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断循环，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断循环，直至停止工作。按下停止键时，所有灯都灭。由任务要
14、求可知，交通灯系统的东西方向，南北方向输出电信号如图 6 所示。图 6 东西南北方向交通灯的时序图符号表如图 7 所示：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，看软件是否与 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，进行下一步的运行调试。6.2 运行调试在硬件调试和软件调试的基础上，运行此程序并进行调试直至程序可按照系统要求运行。按要求运行后，我的打开画面分为 4 个部分，分别是主界面，系统界面，报警界面，用户界面。 主画面如图 8 所示：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
15、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的系统图（4）组态报警画面，并能实现系统画面之间的切换。（5）组态一个用户视图画面，要求该用户名作登录按钮与注销按钮，能显示当前用户名。能与系统画面进行切换。 系统画面如图 9 所示图 9 系统画面用户画面如图 10 所示：图 10 用户画面报警画面如图 11 所示：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。经过将近两个周的设计制作，我完成了以下内容：1. 使用 Step7 软件，在 Step 中按照要求编写了梯型图并且梯形图实现了
16、红灯、绿灯、黄灯亮灭的切换。2. 使用 Wincc 软件，在 Wincc 中掌握了添加画面与画面之间的切换，添加 I/O 域、按钮，I/O 域属性的设定。I/O 域属性选择对应的变量。3. 组和用户，用户 User1 设置密码。4. 模拟量报警，上升沿有效，超过 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。设计的步聚和基本方法。通过这次设计实践。我学会了 PLC 的基本编程方法，对 PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。PLC 课程设计是学习电厂开关量控制技术的重要实践环节，其目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理
17、解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查阅，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对 PLC 控制系统分析、设计的能力。要求学生了解可编程控制器的原理、硬件结构；掌握基本的编程语言；掌握系统硬件配置的方法与步骤；掌握 PLC 软件编程与调试的操作方法与步骤。参考文献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，2010 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，20103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，20124柳春生. 电器控制与 PLC:西门子 S7-300 机型.北京: 机械工业出版社，20155胡健. 西门子 S7-300 PLC 应用教程.北京: 机械工业出版社，2014附录：