最新版交通灯报告毕业设计.docx
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最新版交通灯报告毕业设计
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《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:
2014/11/24~~2014/12/31
1、引言3
2、设计任务及要求4
2.1设计任务4
(1)PLC4
(2)触摸屏(smart700)5
(3)winccflexible20085
(4)如何实现5
(5)系统结构框图设计及说明6
2.2设计要求6
2.3PLC程序设计7
(1)PLC的地址分配7
(2)顺序功能图8
(3)PLC外部接线图8
3、项目画面的设计9
3.1组态设计思路9
3.2上下位机通信17
4、项目运行效果19
5、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)29
1、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(PLC)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PLC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,0-5VV)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Smart 700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)winccflexible2008
WinCCflexible,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。
WinCCflexible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案概念的组态任务的支持。
WinCCflexible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WinCCflexible(位于HMI设备端)之间以及WinCCflexible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
SIMATICHMI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SIMATICHMI,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。
2.3PLC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1I/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
I1.0
SB1
开始按钮
Q1.0
HL9
东西直行红灯
I1.1
SB2
停止按钮
Q1.1
HL10
东西左右转绿灯
I1.2
SB3
复位按钮
Q1.2
HL11
东西左右转黄灯
Q0.0
HL1
东西人行绿灯1
Q1.3
HL12
东西左右转红灯
Q0.1
HL2
东西人行红灯1
Q1.4
HL13
南北直行绿灯
Q0.2
HL3
东西人行绿灯2
Q1.5
HL14
南北直行黄灯
Q0.3
HL4
东西人行红灯2
Q1.6
HL15
南北直行红灯
Q0.4
HL5
南北人行绿灯
Q1.7
HL17
南北左右转绿灯
Q0.5
HL6
南北人行红灯
Q2.1
HL18
南北左右转黄灯
Q0.6
HL7
东西直行绿灯
Q2.2
HL19
南北左右转红灯
Q0.7
HL8
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1
BOOL
东西左右转红灯
BOOL
东西人行红灯1
BOOL
南北直行绿灯
BOOL
东西人行绿灯2
BOOL
南北直行黄灯
BOOL
东西人行红灯2
BOOL
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
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