帶有顯示的十字路口交通燈控制程序的設(shè)計

-.z.設(shè)計題目：十字路口交通燈控制程序的設(shè)計學(xué)院：金山學(xué)院學(xué)號：136713083專業(yè)（方向）年級：機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)生姓名：吳林勝**農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院信息與機電工程系2016年3月10日目錄TOC\o"1-3"\h\u24471、引言374201.1設(shè)計目的3317951.2設(shè)計要求3306621.3設(shè)計任務(wù)4185191.4要實現(xiàn)的目標(biāo)481792系統(tǒng)總體方案設(shè)計5173152.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理514672.2系統(tǒng)變量定義及分配表5291692.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計6102413控制系統(tǒng)程序設(shè)計679743.1控制程序流程圖設(shè)計644563.2控制系統(tǒng)的設(shè)計思路、程序設(shè)計等6314353.3創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容1065594控制系統(tǒng)的上位機設(shè)計1099134.1人機界面選擇1088554.2人機界面設(shè)計10260294.2.1通訊連接10224724.2.2畫面組態(tài)289465系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析14126315.1PLC程序調(diào)試及解決的問題14315695.2PLC與上位機聯(lián)調(diào)14121485.3結(jié)果分析15291435.4結(jié)束語1520353參考文獻161、引言隨著城市車輛數(shù)目的急劇增加，交通道口管制變得日益重要，解決好公路車道交通信號燈控制問題將是保障交通有序、安全、快速運行的重要環(huán)節(jié)。通過本課設(shè)學(xué)習(xí)設(shè)計一個簡單合理實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的電路設(shè)計方案。通過這些設(shè)備來完成這些智能的交通指揮提高交通的通行力抑制交通事故的發(fā)生。通過對實際的PLC控制的系統(tǒng)的編程訓(xùn)練，提高分析問題、解決問題的能力；熟悉工業(yè)生產(chǎn)中PLC的應(yīng)用和系統(tǒng)構(gòu)成，了解PLC控制電路的設(shè)計方法。通過本課程設(shè)計增進實際動手能力的培養(yǎng)。用PLC實現(xiàn)簡單的任務(wù)的程序設(shè)計，掌握編程的一般方法和技巧，結(jié)合自動控制原理用PLC進行開關(guān)量和模擬量的控制。關(guān)鍵詞：交通；智能控制；PLC1.1設(shè)計目的課程設(shè)計的主要目的是通過*一生產(chǎn)設(shè)備的電氣控制裝置的設(shè)計實踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。通過設(shè)計也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達到靈活應(yīng)用的目的。電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。1.2設(shè)計要求在課程設(shè)計中，學(xué)生是主體，應(yīng)充分發(fā)揮他們的主動性和創(chuàng)造性。教師的主導(dǎo)作用是引導(dǎo)其掌握完成設(shè)計內(nèi)容的方法。為保證順利完成設(shè)計任務(wù)還應(yīng)做到以下幾點：1)在接受設(shè)計任務(wù)后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求和應(yīng)完成的設(shè)計內(nèi)容進度計劃，確定各階段應(yīng)完成的工作量，妥善安排時間。2)在方案確定過程中應(yīng)主動提出問題，以取得指導(dǎo)數(shù)師的幫助，同時要廣泛討論，依據(jù)充分。在具體設(shè)計過程中要多思考，尤其是主要參數(shù)，要經(jīng)過計算論證。3)所有電氣圖樣的繪制必須符合國家有關(guān)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，包括線條、圖型符號、項目代號、回路標(biāo)號、技術(shù)要求、標(biāo)題欄、元器件明細表以及圖樣的折疊和裝訂。4)說明書要求文字通順、簡練。5)應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)完成所有的設(shè)計任務(wù)。6)如果條件允許，應(yīng)對自己的設(shè)計線路進行試驗論證，考慮進一步改進的可能性。1.3設(shè)計任務(wù)課程設(shè)計要求是以設(shè)計任務(wù)書的形式表達，設(shè)計任務(wù)書應(yīng)包括以下內(nèi)容：1)設(shè)備的名稱、用途、基本結(jié)構(gòu)、動作原理以及工藝過程的簡要介紹。2)拖動方式、運動部件的動作順序、各動作要求和控制要求。3)聯(lián)鎖、保護要求。4)照明、指示、報警等輔助要求。5)應(yīng)繪制的圖樣。6)說明書要求。原理設(shè)計的中心任務(wù)是繪制電氣原理圖和選用電器元件。工藝設(shè)計的目的是為了得到電氣設(shè)備制造過程中需要的施工圖樣。圖樣的類型、數(shù)量較多，設(shè)計中主要以電氣設(shè)備總體配置圖、電器板元器件布置圖、控制面板布置圖、接線圖、電氣箱以及主要加工零件（電器安裝底板、控制面板等）為練習(xí)對象。對于每位設(shè)計者只需完成其中一部分。原理圖及工藝圖樣均應(yīng)按要求繪制，元器件布置圖應(yīng)標(biāo)注總體尺寸、安裝尺寸和相對位置尺寸。接線圖的編號應(yīng)與原理圖一致，要標(biāo)注組件所有進出線編號、配線規(guī)格、進出線的連接方式（采用端子板或接插板）。1.4要實現(xiàn)的目標(biāo)課程設(shè)計的目標(biāo)是根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書完成指定的設(shè)計任務(wù)并進一步了解所學(xué)課程的內(nèi)容，會利用所學(xué)知識解決現(xiàn)實生活中的實際問題。本課設(shè)需要實現(xiàn)的目標(biāo)是：1了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計過程、設(shè)計要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計方法。2通過設(shè)計復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識，達到靈活應(yīng)用的目的。3電氣設(shè)計必須滿足生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工藝的要求，因此，設(shè)計之前必須了解設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)、操作要求和工藝過程，在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工作的整體觀念。4課程設(shè)計應(yīng)強調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨立完成設(shè)計任務(wù)的同時，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運用專業(yè)及基礎(chǔ)知識的能力，解決實際工程技術(shù)問題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊和各種工具書的能力；工程繪圖的能力：書寫技術(shù)報告和編制技術(shù)資料的能力。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)硬件配置及組成原理根據(jù)設(shè)計要求，本設(shè)計需要用到的硬件主要有：PLC及擴展模塊、譯碼器、LED顯示部分、導(dǎo)線若干等。各模塊主要功能：PLC及擴展模塊：西門子S7/200系列系統(tǒng)控制的主體部分，用于整個交通燈系統(tǒng)的各種情況下的控制，擴展模塊主用于PLC的輸出部分接口的擴展；譯碼器：用于接收PLC傳出的倒計時信號，并將其譯為BCD碼，傳送至LED顯示部分，使其顯示倒計時的時間；LED顯示部分：用于顯示倒計時時間；導(dǎo)線：用于各個硬件設(shè)備的連接。2.2系統(tǒng)變量定義及分配表根據(jù)設(shè)計要求，可以分析出系統(tǒng)需要8輸入，22輸出因此PLC可選用CPU224(14輸入/10輸出),擴展模塊可選擇EM222（8輸入）。因此定義各個輸入輸出變量的內(nèi)容及分配情況如下圖所示：輸入內(nèi)容及其分配輸入內(nèi)容分配底座系統(tǒng)運行I0.0系統(tǒng)停止I0.1白天操作I0.2夜間操作I0.3緊急操作1*開I0.4緊急操作1*關(guān)I0.5緊急操作2*開I0.6緊急操作2*關(guān)I0.7輸出內(nèi)容及其分配輸出內(nèi)容分配地址東西紅燈Q0.0東西綠燈Q0.1東西黃燈Q0.2南北紅燈Q0.3南北綠燈Q0.4南北黃燈Q0.5LED個位Q2.0~Q2.7LED十位Q1.0~Q1.72.3系統(tǒng)接線圖設(shè)計3控制系統(tǒng)程序設(shè)計3.1控制程序流程圖設(shè)計流程圖3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計思路、程序設(shè)計等設(shè)計思路：主干道的數(shù)碼顯示應(yīng)該與紅、黃及綠燈同步，且兩條主、次干道應(yīng)該一樣顯示。比如：南北方向綠燈亮?xí)r，東西方向和南北方向均應(yīng)顯示數(shù)字63（綠燈亮60s，黃燈亮3s），然后隔秒減1，當(dāng)減到0時，換成東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，此時，數(shù)碼管應(yīng)顯示33，然后隔秒減1，當(dāng)減到0時，再進行切換，完成一次工作循環(huán)。3.3創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容對于人機界面，我選擇用富昌維控公司的觸摸屏軟件來制作。通過這個軟件能夠更加簡單明了的讓人們操作交通控制系統(tǒng)，從而提高人們的操作效率等等。4控制系統(tǒng)的上位機設(shè)計4.1人機界面選擇對于人機界面，我選擇用富昌維控公司的觸摸屏軟件來制作。通過這個軟件能夠更加簡單明了的讓人們操作電梯系統(tǒng)，從而提高人們的出行效率等等。4.2人機界面設(shè)計4.2.1通訊連接在系統(tǒng)的設(shè)備欄里，點擊1，接著點擊出現(xiàn)的新建設(shè)備，西門子S7-200系列PPI，然后選擇串口號、設(shè)置地址指南等，如下圖（圖4-1）所示。-.z.-.z.4.2.2畫面組態(tài)圖1.1接線圖圖1.2控制界面圖5系統(tǒng)調(diào)試及結(jié)果分析5.1PLC程序調(diào)試及解決的問題根據(jù)設(shè)計思路利用V4.0STEP7MicroWINSP9軟件編寫程序，經(jīng)過編譯確認無誤后，導(dǎo)出程序，接著打開S7-200仿真軟件，選擇CPU型號為225，在工具欄程序中裝載之前導(dǎo)出程序塊和數(shù)據(jù)塊，點擊監(jiān)視器和運行按鈕，就可進行仿真模擬。（也可以在實體機上進行通信-下載-運行，利用監(jiān)控與狀態(tài)表來判斷正誤。）PLC程序的調(diào)試是我們寫程序中相當(dāng)關(guān)鍵的一步，調(diào)試不僅可以幫我們檢查程序的正誤及如何改進，而且還能提前讓我們了解我們所編程序的最終效果。利用S7-200仿真軟件調(diào)試的系統(tǒng)如下圖（圖5-1）。圖5-1交通控制系統(tǒng)的仿真圖5.2PLC與上位機聯(lián)調(diào)上位機我是采用組態(tài)王6.53來編寫，人機界面中根據(jù)下位機PLC的程序新建一些I/O變量，這些變量需要添加進PLC程序中，才能進行PLC與上位機的聯(lián)調(diào)。（添加后的程序見附錄）PLC與上位機的聯(lián)調(diào)：首先在實驗室將線路接通后，在V4.0STEP7MicroWINSP9中打開程序，進行程序的通信，并下載程序，隨后運行程序，關(guān)閉V4.0STEP7軟件。緊接著，打開組態(tài)王軟件，選擇自己的工程，點擊VIEW，運行自己創(chuàng)建的人機界面。聯(lián)調(diào)時，現(xiàn)隨機按下一個樓層，等到相應(yīng)的樓層網(wǎng)絡(luò)格接通，led燈亮。在隨機按下另一樓層開關(guān)，觀察對應(yīng)的led燈是否符合設(shè)計要求。只有兩者都成功了，才能確保PLC與上位機聯(lián)調(diào)成功。5.3結(jié)果分析用PLC西門子S7-200在對設(shè)計程序進行調(diào)試中程序并無錯誤并達到預(yù)想效果。交通系統(tǒng)通過模糊控制無需數(shù)學(xué)建模，就模仿了有經(jīng)驗的交警指揮時的思路，達到很好的控制效果。只能控制系統(tǒng)模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路指揮交通，達到了很好的控制效果。根據(jù)前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統(tǒng)的理論研究成果，用PLC實現(xiàn)單個十字路口交通信號燈模糊控方法，以單個十字路口4相位交通燈為例，把PLC作為一個模糊控制器，采用梯形圖編程。通過實驗保證了系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，能根據(jù)不同的交通流量進行模糊控制決策，優(yōu)化信號燈的配時，從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題,最終結(jié)算調(diào)試。5.4結(jié)束語本次課程設(shè)計讓我感覺收獲頗豐，是上大學(xué)以來感覺最有收獲的一個課程設(shè)計！這次課設(shè)不同以往分小組進行，而是每人一個課題，不能和上幾次課設(shè)一樣輕松，是需要獨立完成的！確實通過本次課設(shè)不僅讓我再次的鞏固了本學(xué)期所學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，還對西門子S7-200PLC控制系統(tǒng)原理有了進一步的了解，對十字路口的交通信號燈的PLC控制分析中產(chǎn)生了濃厚的興趣。在提高了自己對PLC的分析運用能力的同時，從感性認識上升到理性認識的角度！在剛開始的時候困惑迷茫，感覺根本無從下手，尤其是設(shè)計題目中的*些要求讓人陌生的害怕，望而卻步。在自己獨立分析——設(shè)計——完成課設(shè)中，每一個突破都是收獲，每一個收獲都是成功，每一個成功都是汗水的積累！這次課設(shè)可以說是與自己的耐力和毅力戰(zhàn)斗，在困惑與惆悵中前行，在折磨打擊中成長！在看著圖紙從打印機出來的瞬間突然感覺這一周的