交通灯系统设计.docx
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交通灯系统设计.docx
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交通灯系统设计
xxxx大学
自动化基础实验课程设计报告书
系部名称
:
自动化学院
学生姓名
:
xxxx
专业名称
:
自动化
班级
:
自动xx班
时间
:
2013年05月20日至
2013年05月31日
交通灯系统设计
1、设计要求:
信号灯受启动开关控制。
当启动开关接同时,信号灯系统开始工作,先南、北红灯亮,在东、西绿灯亮。
当启动开关断开时,所有信号灯都熄灭。
(1)南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮,如果同时亮则应关闭信号灯系统,并立刻报警。
(2)南、北红灯亮维持60s,在南、北红灯亮的同时东.西灯也亮,并维持50s,到50s时,东、西绿灯闪亮,闪亮5s后熄灭。
在动系绿灯熄灭时,东、西黄灯亮,并维持5s。
到5s时,东、西黄灯熄灭,东、西红灯亮。
同时,南、北红灯熄灭,绿灯亮。
(3)东、西红灯亮维持90s,南、北绿灯亮维持80s,然后闪亮5s后熄灭,同时南、北黄灯亮,维持5s后熄灭,这时南、北红灯亮,东、西绿灯亮。
2、设计方案分析
1、方案设计:
1)系统设计思路:
在PLC交通灯模拟模块中,东西南北都有3个控制信号灯,他们分别是:
1,禁止通行灯(亮时为红色)
2,允许通行(亮时为绿色)
3,准备禁止通行(亮时为黄色)
所以结合交通灯实际情况可以设计交通灯模拟控制实验:
当交通系统起动开关接通时按照工作要求南北红灯持续时间位60s,南北向绿灯持续时间80s,绿灯闪烁持续时间5s,黄灯闪烁持续时间5s,当南北红灯亮时,东西向绿灯持续亮50s,东西向绿灯闪烁持续时间5s,东西向黄灯闪烁持续时间5s;反之,当东西向红灯亮时,南北向绿灯持续时间80s,南北向绿灯闪烁持续时间5s,南北向黄灯闪烁持续时间5s。
2)系统框图:
开始
I0.0开关
南北红灯50s,东西绿灯50s
南北红灯5s,东西绿闪5s
南北红灯5s,东西黄灯5s
南北绿灯80s,东西红灯80s
南北绿闪5s,东西红灯5s
南北黄灯5s,东西红灯5s
结束
3)器材选择:
PLC(CPU224XP)、交通灯模块、导线若干。
2、背景知识介绍:
1)交通灯设计背景:
自从交通灯诞生以来,其内部的电路控制系统就不断的被改进,设计方法也开始多种多样,从而使交通灯显得更加智能化。
尤其是近几年来,随着电子与计算机技术的飞速发展,电子电路分析和设计方法有了很大的改进,电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段,而现今PLC技术飞快发展,应用越来越广,在工业自动化中的地位极为重要,广泛的应用于各个行业。
随着科技的发展,可编程控制器的功能日益完善,加上小型化、价格低、可靠性高,在现代工业中的作用更加突出。
同时交通控制更是趋向智能化方向发展,LED交通信号灯在持续发光、雨淋、灰尘等恶劣的气候条件下,仍然能保持较好的工作性能,而且价格更低廉。
本文主要通过西门子PLC控制交通红绿灯。
2)S7-200系列编程软(STEP7-Micro/WIN)编程软件介绍:
1.1STEP7-Mirco/WIN窗口组件
主界面一般可以分为以下几个部分:
菜单条、工具条、浏览条、指令树、用户窗籍口、输出窗口和状态条。
除菜单条外,用户可以根据需要通过检视菜单和窗口菜单决定其它窗口的取舍和样式的设置。
STEP7-Micro/WIN32的主界面如图1.71所示。
图1.71STEP7-Micro/WIN32的主界面
主菜单
主菜单包括:
文件、编辑、检视、PLC、调试、工具、窗口、帮助8个主菜单项。
1.2编程准备
(一).指令集和编辑器的选择
在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。
SIMATIC是专为S7-200PLC设计的,专用性强,采用SIMATIC指令编写的程序执行时间短,可以使用LAD、STL、FBD三种编辑器。
IEC1131-3指令集是按国际电工委员会(IEC)PLC编程标准提供的指令系统,作为不同PLC厂商的指令标准,集中指令较少。
有些SIMATIC所包含的指令,在IEC1131-3中不是标准指令。
IEC1131-3标准指令集适用于不同厂家PLC,可以使用LAD和FBD两种编辑器。
本教材主要用SIMATIC编程模式。
1单命令“工具”→“选项”→“一般”标签→“编程模式”→选SIMATIC。
程序编辑器有LAD、STL、FBD三种。
本论文主要用LAD和STL。
2择编辑器的方法如下:
用菜单命令“检视”→LAD或STL。
或者菜单命令“工具”→“选项”→“一般”标签→“默认编辑器”。
(二)根据PLC类型进行参数检查
在PLC和运行STEP7-Micro/WIN的PC连线后,在建立通信或编辑通信设置以前,应根据PLC的类型进行范围检查。
必须保证STEP7-Micro/WIN中PLC类型选择与实际PLC类型相符。
方法如下:
1菜单命令“PLC”→“类型”→“读取PLC”。
2在指令树→“项目”名称→“类型”→“读取PLC”
1.3STEP7-Mirco/WIN主要编程功能与程序的上载下载
(一)下载
如果已经成功地在运行STEP7-Micro/WIN32的个人计算机和PLC之间建立了通讯,就可以将编译好的程序下载至该PLC。
如果PLC中已经有内容将被覆盖。
下载步骤如下:
(1)下载之前,PLC必须位于“停止”的工作方式。
检查PLC上的工作方式指示灯,如果PLC没有在“停止”,单击工具条中的“停止”按钮,将PLC至于停止方式。
(2)单击工具条中的“下载”按钮,或用菜单命令“文件”→“下载”。
出现“下载”对话框。
(3)根据默认值,在初次发出下载命令时,“程序代码块”、“数据块”和“CPU配置”(系统块)复选框都被选中。
如果不需要下载某个块,可以清除该复选框。
(4)单击“确定”,开始下载程序。
如果下载成功,将出现一个确认框会显示以下信息:
下载成功。
(5)如果STEP7-Micro/WIN32中的CPU类型与实际的PLC不匹配,会显示以下警告信息:
“为项目所选的PLC类型与远程PLC类型不匹配。
继续下载吗?
”
(6)此时应纠正PLC类型选项,选择“否”,终止下载程序。
(7)用菜单命令“PLC”→“类型”,调出“PLC类型”对话框。
单击“读取PLC”按钮,由STEP7-Micro/WIN32自动读取正确的数值。
单击“确定”,确认PLC类型。
(8)单击工具条中的“下载”按钮,重新开始下载程序,或用菜单命令“文件”→“下载”。
下载成功后,单击工具条中的“运行”按钮,或“PLC”→“运行”,PLC进入RUN(运行)工作方式。
(二)上载
用下面的方法从PLC将项目元件上载到STEP7-Micro/WIN32程序编辑器:
⏹单击“上载”按钮。
⏹选择菜单命令“文件”→“上载”。
⏹按快捷键组合Ctrl+U。
执行的步骤与下载基本相同,选择需的上载的块(程序块、数据块或系统块),单击“上载”按钮,上载的程序将从PLC复制到当前打开的项目中,随后即可保存上载的程序。
1.4程序的调试与监控
在运行STEP7-Micro/WIN32编程设备和PLC之间建立通信并向PLC下载程序后,便可运行程序,收集状态进行监控和调试程序。
(一)选择工作方式
PLC有运行和停止两种工作方式。
在不同的工作方式下,PLC进行调试的操作方法不同。
单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮可以进入相应的工作方式。
(1)选择STOP工作方式
在STOP(停止)工作方式中,可以创建和编辑程序,PLC处于半空闲状态:
停止用户程序执行;执行输入更新;用户中断条件被禁用。
PLC操作系统继续监控PLC,将状态数据传递给STEP7-Micro/WIN32,并执行所有的“强制”或“取消强制”命令。
当PLC位于STOP(停止)工作方式可以进行下列操作:
1使用图状态或程序状态检视操作数的当前值。
(因为程序未执行,这一步骤等同于执行“单次读取”)
2可以使用图状态或程序状态强制数值。
使用图状态写入数值。
3写入或强制输出。
4执行有限次扫描,并通过状态图或程序状态观察结果。
(二)选择运行工作方式
当PLC位于RUN(运行)工作方式时,不能使用“首次扫描”或“多次扫描”功能。
可以在状态图表中写入和强制数值,或使用LAD或FBD程序编辑器强制数值,方法与在STOP(停止)工作方式中强制数值相同。
还可以执行下列操作(不能在STOP工作方式使用):
1使用图状态收集PLC数据值的连续更新。
如果希望使用单次更新,图状态必须关闭,才能使用“单次读取”命令。
2使用程序状态收集PLC数据值的连续更新。
3使用RUN工作方式中的“程序编辑”编辑程序,并将改动下载至PLC。
3、硬件设计:
硬件结构设计了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输入/输出(I/O)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型.如对开关量,模拟量的控制,用户存储器的存储容量等.选择合适的PLC机型及外设,完成PLC的硬件结构配置。
根据上述选型及工作要求,绘制PLC控制交通灯的电路接线图,编制I/O接口功能表,根据信号控制要求,I/O分配及其接线分别如图所示。
所谓输入/输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部件,各输入输出点的通断态用发光二极管(LED)显示,外部接线一般接在PLC的接线端子上。
下面先根据输入/输出接口的数量编制出输入输出分配表:
I/O分配表
输入
输出
机内器件
T37南北向红灯亮持续时间60s
东西绿灯Q0.1
T38东西向绿灯亮持续时间50s
启动开关I0.0
东西黄灯Q0.2
T39东西向绿灯闪烁持续时间5s
东西红灯Q0.3
T40东西向黄灯亮持续时间5s
南北绿灯Q0.4
T41东西向红灯亮持续时间90s
南北黄灯Q0.5
T42南北向绿灯亮持续时间80s
南北红灯Q0.6
T43南北向绿灯闪烁持续时间5s
T44南北向黄灯亮持续时间5s
图3.2
(1)
根据输入输出分配表画出接线图,如下:
3.2交通灯PLC外部I/O分配及接线图
4、软件设计:
1)软件编程:
根据上述I/O分配表编制出程序如下:
2)PLC系统调试:
(1)常规检查。
在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等),避免损坏PLC模块(用STEP7的诊断程序对所有模块进行检查)。
(2)系统调试。
系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。
其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试,采用STEP7能对用户编制程序进行自动诊断处理,用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。
而在线调试是一个综合调试过程,包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。
在线调试过程中,系统在监控状态下运行,可随时发现问题、随时解决问题,从而使系统逐步完善。
因此,一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。
5、测试数据及设计结果:
1)路况示意图(模拟图)
交通灯示意图
北
西东
南
2)交通灯时序波形图
所谓时序图(SequenceDiagram)用来显示对象之间的关系,并强调对象之间消息的时间顺序,同时显示了对象之间的交互。
下面就根据交通灯的工作要求画出他的时序波形图.如图2.4
交通灯控制时序波形
6、调试中出现的错误及解决方法
本次课程设计的题目相对来说不是很难,但由于以前从来没有接触过plc这门课程,所以一切做起来又不是很得心应手,难免会产生一些疑惑,这又不得不把课本再好好看上一看,逐渐找到方法去解决这方面的问题。
通过这次的实验,我能勉强的运用PLC做一些简单的实验了,以前学PLC总以为它是一门理论性比较强的课程,经过这次的实验之后才发现原来自己一直都误解了,也发现原来自己一直都没有重视过这门课程。
这门课程与以往的课程不一样,以前学的课程里大多数都是用C或汇编语言写的程序,而这次用的是PLC特有的一种语言编程,所以在编程方面也有点不适应。
不过只要努力的去学,还是能够学会的,而且在硬件上也有不同,再加上用的是STEP-200所以一切都得慢慢熟悉之后才能动手操作。
本次实习虽然顺利,不过一些小问题还是存在的,而且让我重新认识了PLC的重要性以及它的应用,这也许就是我的收获。
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