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1、设 计 说 明 书可编程控制器课程设计设 计 题 目： 十字路口交通灯控制程序的设计 学 院： 金山学院 学 号： 136713083 专业（方向）年级： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 吴林胜 福建农林大学金山学院信息与机电工程系2016年 3月 10日 目录1、引言31.1设计目的31.2设计要求31.3设计任务41.4要实现的目标42 系统总体方案设计52.1 系统硬件配置及组成原理52.2 系统变量定义及分配表52.3 系统接线图设计63 控制系统程序设计63.1 控制程序流程图设计63.2 控制系统的设计思路、程序设计等63.3 创新设计内容104 控制系统的上位机设计10
2、4.1 人机界面选择104.2 人机界面设计104.2.1通讯连接104.2.2画面组态125 系统调试及结果分析145.1 PLC程序调试及解决的问题145.2 PLC与上位机联调145.3 结果分析155.4结束语15参考文献161、引言随着城市车辆数目的急剧增加，交通道口管制变得日益重要，解决好公路车道交通信号灯控制问题将是保障交通有序、安全、快速运行的重要环节。通过本课设学习设计一个简单合理实用的城市交通灯控制系统的电路设计方案。通过这些设备来完成这些智能的交通指挥提高交通的通行力抑制交通事故的发生。通过对实际的PLC控制的系统的编程训练，提高分析问题、解决问题的能力；熟悉工业生产中P
3、LC的应用和系统构成，了解PLC控制电路的设计方法。通过本课程设计增进实际动手能力的培养。用PLC实现简单的任务的程序设计，掌握编程的一般方法和技巧，结合自动控制原理用PLC进行开关量和模拟量的控制。关键词：交通；智能控制；PLC1.1设计目的课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。课程设计应强调能力培
4、养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。1.2设计要求在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1)在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2)在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计
5、过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。3)所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4)说明书要求文字通顺、简练。5)应在规定的时间内完成所有的设计任务。6)如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。1.3设计任务课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书应包括以下内容：1)设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。2)拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。3)联锁、保护要求。4)照明、指示、报警等辅助要求。5)应绘制的图样
6、。6)说明书要求。原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。 工艺设计的目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图样。图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元器件布置图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件（电器安装底板、控制面板等）为练习对象。对于每位设计者只需完成其中一部分。原理图及工艺图样均应按要求绘制，元器件布置图应标注总体尺寸、安装尺寸和相对位置尺寸。接线图的编号应与原理图一致，要标注组件所有进出线编号、配线规格、进出线的连接方式（采用端子板或接插板）。1.4要实现的目标课程设计的目标是根据课程设计任务书完成指定的设计任务并进一步了解所学课程
7、的内容，会利用所学知识解决现实生活中的实际问题。本课设需要实现的目标是：1了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。2通过设计复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。3电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。4课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力：书写技术报告和编制技术资
8、料的能力。2 系统总体方案设计 2.1 系统硬件配置及组成原理根据设计要求，本设计需要用到的硬件主要有：PLC及扩展模块、译码器、LED显示部分、导线若干等。各模块主要功能：PLC及扩展模块：西门子S7/200系列系统控制的主体部分，用于整个交通灯系统的各种情况下的控制，扩展模块主用于PLC的输出部分接口的扩展；译码器：用于接收PLC传出的倒计时信号，并将其译为BCD码，传送至LED显示部分，使其显示倒计时的时间；LED显示部分：用于显示倒计时时间； 导线：用于各个硬件设备的连接。 2.2 系统变量定义及分配表根据设计要求，可以分析出系统需要8输入，22输出因此PLC可选用CPU224(14输
9、入/10输出),扩展模块可选择EM222（8输入）。因此定义各个输入输出变量的内容及分配情况如下图所示：输入内容及其分配输入内容分配底座系统运行I0.0系统停止I0.1白天操作I0.2夜间操作I0.3紧急操作1#开I0.4紧急操作1#关I0.5紧急操作2#开I0.6紧急操作2#关I0.7输出内容及其分配输出内容分配地址东西红灯Q0.0东西绿灯Q0.1东西黄灯Q0.2南北红灯Q0.3南北绿灯Q0.4南北黄灯Q0.5LED个位Q2.0Q2.7LED十位Q1.0Q1.7 2.3 系统接线图设计3 控制系统程序设计 3.1 控制程序流程图设计 流程图 3.2 控制系统的设计思路、程序设计等设计思路：主
10、干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步，且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时，东西方向和南北方向均应显示数字63（绿灯亮60s，黄灯亮3s），然后隔秒减1，当减到0时，换成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，此时，数码管应显示33，然后隔秒减1，当减到0时，再进行切换，完成一次工作循环。 3.3 创新设计内容对于人机界面，我选择用富昌维控公司的触摸屏软件来制作。通过这个软件能够更加简单明了的让人们操作交通控制系统，从而提高人们的操作效率等等。4 控制系统的上位机设计 4.1 人机界面选择对于人机界面，我选择用富昌维控公司的触摸屏软件来制作。通过这个软件能够更加简单明了的让人们操作电梯
11、系统，从而提高人们的出行效率等等。 4.2 人机界面设计 4.2.1通讯连接在系统的设备栏里，点击COM1，接着点击出现的新建设备，西门子S7-200系列PPI，然后选择串口号、设置地址指南等，如下图（图4-1）所示。15 / 16 4.2.2画面组态 图1.1接线图 图1.2控制界面图5 系统调试及结果分析 5.1 PLC程序调试及解决的问题根据设计思路利用V4.0 STEP7 Micro WIN SP9软件编写程序，经过编译确认无误后，导出程序，接着打开S7-200仿真软件，选择CPU型号为225，在工具栏程序中装载之前导出程序块和数据块，点击监视器和运行按钮，就可进行仿真模拟。（也可以在
12、实体机上进行通信-下载-运行，利用监控与状态表来判断正误。）PLC程序的调试是我们写程序中相当关键的一步，调试不仅可以帮我们检查程序的正误及如何改进，而且还能提前让我们了解我们所编程序的最终效果。利用S7-200仿真软件调试的系统如下图（图5-1）。图5-1 交通控制系统的仿真图 5.2 PLC与上位机联调上位机我是采用组态王6.53来编写，人机界面中根据下位机PLC的程序新建一些I/O变量，这些变量需要添加进PLC程序中，才能进行PLC与上位机的联调。（添加后的程序见附录）PLC与上位机的联调：首先在实验室将线路接通后，在V4.0 STEP7 Micro WIN SP9中打开程序，进行程序的
13、通信，并下载程序，随后运行程序，关闭V4.0 STEP7 软件。紧接着，打开组态王软件，选择自己的工程，点击VIEW，运行自己创建的人机界面。联调时，现随机按下一个楼层，等到相应的楼层网络格接通，led灯亮。在随机按下另一楼层开关，观察对应的led灯是否符合设计要求。只有两者都成功了，才能确保PLC与上位机联调成功。 5.3 结果分析 用PLC西门子S7-200在对设计程序进行调试中程序并无错误并达到预想效果。交通系统通过模糊控制无需数学建模，就模仿了有经验的交警指挥时的思路，达到很好的控制效果。只能控制系统模仿有经验的交警指挥交通时的思路指挥交通，达到了很好的控制效果。根据前后相流量来决定信
14、号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用PLC实现单个十字路口交通信号灯模糊控方法，以单个十字路口4相位交通灯为例，把PLC作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题,最终结算调试。 5.4结束语 本次课程设计让我感觉收获颇丰，是上大学以来感觉最有收获的一个课程设计！这次课设不同以往分小组进行，而是每人一个课题，不能和上几次课设一样轻松，是需要独立完成的！确实通过本次课设不仅让我再次的巩固了本学期所学习的专业知识，还对西门子S7-200PLC控制系统原理有了进一步
15、的了解，对十字路口的交通信号灯的PLC控制分析中产生了浓厚的兴趣。在提高了自己对PLC的分析运用能力的同时，从感性认识上升到理性认识的角度！在刚开始的时候困惑迷茫，感觉根本无从下手，尤其是设计题目中的某些要求让人陌生的害怕，望而却步。在自己独立分析设计完成课设中，每一个突破都是收获，每一个收获都是成功，每一个成功都是汗水的积累！这次课设可以说是与自己的耐力和毅力战斗，在困惑与惆怅中前行，在折磨打击中成长！在看着图纸从打印机出来的瞬间突然感觉这一周的摸爬滚打都是那么的值得，那种幸福和成就感是无法言喻的，这是一种只有在经历过之后才能明白的幸福，来之不易的幸福！在此要非常感谢李老师的耐心讲解以及他不辞劳苦的陪伴我们整整一周，不得不说这次课设中李老师在用他丰富的专业知识征服了我们同时他认负责的教学态度给我们留下了深刻的映像！参考文献【1】现代电气控制及PLC应用技术（第2版） 王永华 北京航空航天大学出版社【2】PLC应用技术 徐国林 机械工业出版社【3】PLC应用开发技术与工程实践 求是科技 人民邮电出版社【4】电气控制与可编程序控制器的原理及应用 陈立定 机械工业出版社