人才培养模式改革与开放教育试点理工类毕业设计( 论文)
安徽广播电视大学
毕业设计( ( 论文) )
分校名称
马鞍山电视( ( 网络) ) 大学
教学点名称
马鞍山电大
年级名称
2 02 秋开放( ( 本科) )
专业名称
计算机科学与技术
课题名称
p pc lc 控制交通信号灯
学生姓名
指导教师
7 2017 年
5 5
月
1 18 8
日
摘要: 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。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,随着社会的发展与进步,路上的车辆越来越多,而道路建设却往往跟不上城市发展的速度,因此城市交通的问题日益突出,经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况,在这个时候,道路交通灯的正常运行以及合理的功能就就是交通畅通的重要保证。而以往的交通信号灯大都采用继电器或就是单片机来实现。存在着功能少。可靠性差。维护量大等缺点,而PLC编程简单。易维护,可以随着不同场合的需要灵活改变程序以实现不同的功能需求。且可靠性高。性价比较好,最重要的就是PLC很适合来控制交通信号灯这类的时序控制系统。所以设计了一种用PLC控制的城市十字路口交通灯控制系统。详细的
阐述了设计方案的选择以及整个程序设计的过程。经过上机实践,结果表明,该系统设计方案合理,可靠性高,达到预期目标,实现效果好 目录 一、 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 二、 PLC 与 TIA 博途介绍 „„„„„„„„„„„„„„4 1、 plc 的特点与应用 „„„„„„„„„„„„„„„4 2、 全集成自动化软件 TIA portal 的简介
„„„„„„6 三、 梯形图的设计与编程方法 „„„„„„„„„„„„7 四、 plc 程序 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 五、 设计总结
„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 1、 plc 的特点与应用 SIMATIC S7-1200 控制器 随着可编程序控制器在工业自动化中的发展,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,在现代工业中的应用更加突出。
SIMATIC S7-1200 就是一款紧凑型、模块化的 PLC,可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI 与网络通信等任务。具有支持小型运动控制系统、过程控制系统的高级应用功能。
可实现简单却高度精确的自动化任务。SIMATIC S7-1200 控制器实现了模块化与紧凑型设计,功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。可扩展性强、灵活度高的设计,可实现最高标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成技术功能,使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。
SIMATIC S7-1200 系统有五种不同模块,分别为 CPU 1211C、CPU 1212C 、 CPU 1214C、CPU1215C 与 CPU1217C。其中的每一种模块都可以进行扩展,以完全满足您的系统需要。
(1)安装简单方便 所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都有内置的卡扣,可简单方便地安装在标准的 35 mm DIN 导轨上。这些内置的卡扣也可以卡入到已扩展的位置,当需要安装面板时,可提供安装孔。SIMATIC S7-1200 硬件可以安装在水平或竖直的位置,为您提供其它安装选项。
(2)节省空间的设计
所有的 SIMATIC S7-1200 硬件都经过专门设计,以节省控制面板的空间。例如,经过测量,CPU 1214C 的宽度仅为 110 mm,CPU 1212C 与 CPU 1211C 的宽度仅为 90 mm。结合通信模块与信号模块的较小占用空间,在安装过程中,该模块化的紧凑系统节省了宝贵的空间,为您提供了最高效率与最大灵活性。
S7-1200SIMATIC S7-1200 硬件创新 集成 Profinet / Ethernet 端口 不需要专用编程电缆与以太网扩展模块,减少了安装空间与成本。
信号板可以增加额外的 I / O 点,而不必要改变 CPU 的体积;例如仅仅需要一路热电阻传感器信号的输入,通过信号板就可以完成。
CPU 本体集成数字量 I/O,模拟量 I/O 与运动控制 I/O
不需要额外的硬件扩展,减少了 PLC 安装空间与成本。
S7-1200SIMATIC S7-1200 软件创新 Step7 Basic 就是针对逻辑控制,HMI 与网络通信功能进行开发的通用型编辑器
所有向导,工具条与菜单具有相似的可视化效果,易于学习与维护可节约使用者大量时间。
在设计阶段,硬件组态简单快速,所有文档存储于 CPU 中,包括符号,注释,描述,易于维护。
具有 PID 控制环节自整定功能,应用 PLCopen 架构的运动控制功能,这些功能都嵌入到工程软件包括用户程序中。
S7-1200 通讯 PROFINET I/O 作为所有控制器的接口标准,用于现场通信;同时也支持 TCP/IP 标准通信方式。
通过 PN 网络,可以进行固件升级。
智能 IO 设备(I-Device )。
标准的 Web 服务器功能,用户可自定义 Web 网页,可以获取控制与诊断信息。
针对控制器与通讯模块的编程非常简单。
新模块S7-1217C与已有模块S7-1215C都具有第二个PROFINET接口,可以同时连接 HMI,I/O,驱动与编程计算机。
2、 全集成自动化软件 TIA portal 的简介 TIA 博途作为一切未来软件工程组态包的基础,可对西门子全集成自动化中所涉及的所有自动化与驱动产品进行组态、编程与调试。
它就是业内首个采用统一的工程组态与软件项目环境的自动化软件,几乎适用于所有自动化任务。借助该全新的工程技术软件平台,用户能够快速、直观地开发与调试自动化系统。与传统方法相比,无需花费大量时间集成各个软件包,同时显著降低了成本。
作为西门子所有软件工程组态包的一个集成组件,TIA 博途平台在所有组态界面间提供高级共享服务,向用户提供统一的导航并确保系统操作的一致性。例如,自动化系统中的所有设备与网络可在一个共享编辑器内进行组态。在此共享软件平台中,项目导航、库概念、数据管理、项目存储、诊断与在线功能等作为标准配置提供给用户。统一的软件开发环境由可编程控制器、人机界面与驱动装置组成,有利于提高整个自动化项目的效率。此外,TIA 博途在控制参数、程序块、变量、消息等数据管理方面,所有数据只需输入一次,大大减少了自动化项目的软件工程组态时间,降低了成本。TIA 博途的设计基于面向对象与集中数据管理,避免了数据输入错误,实现了无缝的数据一致性。使用项目范围的交叉索引系统,用户可在整个自动化项目内轻松查找数据与程序块,极大地缩短了软件项目的故障诊断与调试时间。
TIA 博途采用此新型、统一软件框架,可在同一开发环境中组态西门子的所有可编程控制器、人机界面与驱动装置。在控制器、驱动装置与人机界面之间建立通信时的共享任务,可大大降低连接与组态成本。
TIA 博途的硬件要求: 处理器:四核以上。
内存:不少于 4G,建议 8G。
硬盘:300GB 以上。
显示器:不小于 15、6“ 宽屏。
图形分辨率:不低于 1920×1080 上述要求就是保证软件流畅运行的条件 TIA 博途的软件要求: Windows7 Home Premium SP1(针对 Basic 版)。
Windows7 Professional SP1 或 Enterprise SP1 或 Ultimate SP1。
Windows8、1(针对 Basic 版)。
Windows8、1 Pro 或 Enterprise。
Microsoft Server 2012 R2 Standard。
Windows Server 2008 R2 Standard Edition SP2。
三、 梯形图的设计与编程方法 首先下载与安装 SIMATIC STEP7 Professional V13 软件,给 s7-1200 硬件组态与编写 PLC 程序。
1、打开 SIMATIC STEP7 Professional V13 软件:
2、在 SIMATIC STEP7 Professional V13 软件中创建新项目,填写项目名称、作者:
3、创建项目后,便要组态 PLC 设备型号:
4、根据 PLC 的订货号选择添加新设备,我们这里选择的就是 SIMAIC S7-1200
CPU1211C AC/DC/RLY 6ES7 211-1HE40-0XB0 这个型号的 PLC:
设备说明:25KB 工作存储器;24 VDC 电源,板载 DI6 x 24 VDC 漏型/源型,DQ4 x 继电器输出与 AI2;板载 3 个高速计数器(可通过数字量信号板进行扩展)与 4 路脉冲输出;信号板扩展板载式 I/O;多达 3 个可进行串行通信的通信模块;0、1ms/1000 条指令;PROFINET 接口用于编程、HMI 以及 PLC 间通信 5、添加设备后,查瞧设备的 IP 地址:192、168、0、1。将本计算机的 IP 地址改成同频段地址:
6、进行设备编译,将设备组态软件下载到 PLC 中:
７、设备组态下载完成后,就可以在程序块中写程序了:
四、 PLC 程序: 首先,在写交通灯程序之前,在设备组态里,将设备属性-常规中,勾选“允许使用时钟存储器字节”。并为时钟标志选定一个地址,我们这里选择的就是 MB100,时钟标志的每一位都将被分配不同频率的脉冲信号。
脉冲信号标志 M100、0 到 M100、7 都将被分配不同频率的脉冲,我们这里需要用到 M100、5,1HZ 时钟,正好就是一秒改变一次状态。
使用时钟脉冲只需要更改组态设置,简单便捷。不需要用 IEC 定时器指令,大大减少了梯形图程序块的数量。写程序时只需要在脉冲信号后面加上一个 IEC计数器 CTU 加计数指令就可以了。
后面就根据交通灯在 0 到 132 秒这个区间的变化,来使用比较器操作指令将红绿黄灯依次点亮,这里要注意逻辑顺序。最后,还要有一个计数器复位程序就可以了。
交通灯时序图说明: 南北直行:0 到 30 秒绿灯,31 到 33 秒黄灯,34 到 132 秒红灯 南北左转:0 到 33 秒红灯,34 到 64 秒绿灯,65 到 67 秒黄灯,68 到 132 秒红灯 南北右转:0 到 33 秒红灯,34 到 64 秒绿灯,65 到 67 秒黄灯,68 到 101 秒红灯,102 到 130 秒绿灯,131 到 132 秒黄灯 东西直行:0 到 67 秒红灯,68 到 98 秒绿灯,99 到 101 秒黄灯,102 到 132 秒红灯 东西左转:0 到 101 秒红灯,102 到 130 秒绿灯,131 到 132 秒黄灯 东西右转:0 到 33 秒红灯,34 到 64 秒绿灯,65 到 67 秒黄灯,68 到 101 秒红灯,102 到 130 秒绿灯,131 到 132 秒黄灯
PLC 梯形图:
上述为 PLC 梯形图,经过上机实验,以满足交通灯使用。
五、 设计总结 将PLC用于对交通信号灯的控制,主要就是考虑其具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”红绿灯信号进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟,通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能,所以将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,根据实时路况的情况,可缩短车辆通行的等候时间,实现科学化管理。
随着我国车辆现状,交通道路拥挤已严重制约经济快速持续发展,影响人们的日常生活。本系统作为城市十字路口交通信号的控制系统,为我国“智能交通系统”全面开发提供了有利的支持,具有一定的实践价值。