plc交通灯控制系统.docx
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plc交通灯控制系统.docx
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plc交通灯控制系统
1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WinccFlexible,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)在系统画面中作出交通灯控制的系统图。
(4)交通灯绿灯亮的时间模拟量数值0~100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。
(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2Step7设计思路流程图
WINCC设计思路流程图如图3所示:
图3wincc流程图
4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SIMATIC300里的RACK300的Rail;
(2)1号槽里选择电源模块(PS):
PS-300选PS3075A;
(3)2号槽选CPU模块:
CPU300里选CPU315F-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SaveandCompile。
控制系统使用西门子S7-300PLC,相应的模块见图4所示:
图4S7-300PLC相应的模块
4.2PLCI/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。
PLCI/O口分配地址如表1所示:
表1I/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SB1
M0.1
南北向红灯H1
Q1.0
停止按钮SB2
M0.2
南北向绿灯G1
Q1.7
南北向黄灯Y1
Q1.3
东西向红灯H2
Q0.0
东西向绿灯G2
Q0.7
东西向黄灯Y2
Q0.3
4.3硬件接线图
PLC硬件接线图如图5所示:
图5S7-300PLC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,2010
[3]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,2012
[4]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,2015
[5]胡健.西门子S7-300PLC应用教程.北京:
机械工业出版社,2014
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