青島理工大學(xué)琴島學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）PAGEI摘要隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。同時隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步發(fā)展，隨著城市機動車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進入尋常老百姓的家庭。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ),綜合了計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點,已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。由于PLC具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強的特性,同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時,PLC本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現(xiàn)科學(xué)化管理本論文設(shè)計的是基于西門子S7-300系列PLC和人機界面winccflexible構(gòu)成的交通燈控制系統(tǒng)，本文闡述了交通燈控制系統(tǒng)的來源與發(fā)展，以及它在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，對交通燈控制系統(tǒng)的方案進行了論證，介紹了PLC的基本組成、特點以及工作原理，對基于西門子S7-300系列PLC構(gòu)成的交通燈控制系統(tǒng)整體設(shè)計過程進行較為細致的論述，并且介紹了人機界面的相關(guān)知識和顯示畫面。關(guān)鍵詞：交通燈、可編程控制器、城市交通AbstractWiththesocialandeconomicdevelopment,urbantransportproblemsmoreandmorepeople'sattention.People,vehicles,coordinatingthethree-wayrelationshiphasbecomeoneoftheimportantissuestoaddresstrafficmanagementdepartment.Urbantrafficcontrolsystemforurbantrafficdatamonitoring,trafficsignalcontrolandtrafficcontrolcomputerintegratedmanagementsystem,whichisamodernurbantrafficmonitoringcommandsystemisthemostimportantpart.MeanwhileWiththesteadydevelopmentofChina'seconomy,withtheincreasingamountofurbanvehicles,increasingpeople'slivingstandardsimprove,moreandmorecarsintothehomesofordinarypeople'shomes.PLCprogrammablelogiccontrollerisamicroprocessor-based,integratedcomputertechnology,automaticcontrolofanewindustrialcontroldevicesandcommunicationtechnologiesevolved.Ithasasimplestructure,easyprogramming,highreliability,hasbeenwidelyusedforautomaticcontrolofindustrialprocessesandlocation.DuetotheuseofPLChasstrongenvironmentaladaptabilitycharacteristics,whileitsinternaltimerresourcesareveryrich,thecurrentwidespreaduseof"progressive"signalforprecisecontrol,especiallyformulti-forkcanbeeasilycontrolled.SonowincreasinglyusedinthePLCtrafficlightsystem.Meanwhile,PLCcommunicationitselfalsohasnetworkingcapabilities,willformaroadwithlightsontheunifiedmanagementofalocalareanetwork,youcanshortenthewaitingtimeforvehiclestoachievescientificmanagementThisthesisisbasedonthedesignoftrafficlightsSiemensS7-300seriesPLCandHMIcontrolsystemconsistingofwinccflexiblepaperdescribesthesourcesoftrafficlightcontrolsystemanddevelopmentathomeandabroadaswellasitsdevelopment,trafficlightcontrolschemeofthesystemweredemonstrated,describesthebasiccomponentsofthePLC,characteristicsandworkingprinciple,basedonthetrafficlightsSiemensS7-300seriesPLCcontrolsystemconsistingoftheoveralldesignprocessofamoredetaileddiscussion,andintroducestherelatedhuman-machineinterfaceknowledgeofthedisplayscreen.Keywords：Trafficlights、programmablecontrollers、urbantransport目錄摘要 I1緒論 51.1課題背景 51.2研究目的和意義 61.3本文設(shè)計目的 62PLC的介紹 82.1PLC的基礎(chǔ) 82.2PLC的特點 92.3PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理 102.4PLC-300模塊及其介紹 113WinCC的介紹 163.1HMI的定義 163.2HMI簡介 163.3人機界面（HMI）產(chǎn)品的組成及工作原理 173.4人機界面的使用方法 183.5HMI的特點 183.6人機界面的發(fā)展趨勢 194十字路口交通燈的硬件介紹 204.1控制要求 204.2系統(tǒng)設(shè)計方案分析 204.3系統(tǒng)硬件選型和接線 215十字路口交通燈的軟件介紹 245.1程序設(shè)計分析 245.2程序設(shè)計軟件 245.3程序流程圖 265.4系統(tǒng)中PLC與組態(tài) 276系統(tǒng)檢測與調(diào)試 296.1檢測與調(diào)試 296.2調(diào)試錯誤與修改方法 297交通燈的仿真 307.1PLC仿真界面 307.2HMI仿真界面 30結(jié)論 33致謝 34參考文獻 35附錄1 36附錄2 51PAGE211緒論隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。隨著交通越來越發(fā)達所出現(xiàn)的問題也越來越多,路面狹窄,車輛擁擠。尤其是到了上下班的時候,許多車輛在路口浪費了很多的時間,不僅給車主帶了很多的麻煩也給交通部門帶了不少麻煩。為了解決這些問題,國家政府也花了不少的心思和精力去研究,探討。為了能有效地解決交通問題,政府對城市進行了有規(guī)模的城市規(guī)劃和道路擴建與維修。還有就是對交通燈進行了研究和改善,調(diào)整交通燈的時間控制和變換頻率以及工作時間的控制,從而使交通更為暢通和安全,提高了交通燈的自身作用和價值。單片基控制系統(tǒng)設(shè)計時硬件和軟件均要設(shè)計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價格中等，制造較難。程序的設(shè)計中，分析控制交通的多種原理，用傳統(tǒng)的方法實現(xiàn)難度較大，所以使用可編程控制器，其主要原因是因為PLC具有簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列的優(yōu)點。本設(shè)計介紹了應(yīng)用PLC實現(xiàn)十字路口交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求分析，對PLC控制系統(tǒng)進行了軟、硬件設(shè)計，并通過實驗證明該系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟、運行可靠，具有很高的實用價值。1.1課題背景1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國《道路交通和道路標志信號協(xié)定》對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。1.2研究目的和意義在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預(yù)先設(shè)置好。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計交通燈控制器，能較好地解決這個問題。1.3本文設(shè)計目的回顧交通燈的歷史，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，交通管制的要求越來越高，采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機，設(shè)計開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)，才會滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程，通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點、卓越性能、結(jié)構(gòu)、原理，有一個感性的總體認識。結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進行硬件、程序設(shè)計，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計任務(wù)。通過對系統(tǒng)的調(diào)試和檢測，再進行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運行。2PLC的介紹2.1PLC的基礎(chǔ)PLC即可編程控制器（ProgrammablelogicController），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序、執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按易于工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計?？傊?，可編程控制器是一臺專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的計算機，它是將傳統(tǒng)的繼電器技術(shù)，計算機技術(shù)和通信技術(shù)相融合而發(fā)展起來的一種新型的控制裝置。在具體的國內(nèi)工業(yè)應(yīng)用中，由于它不是針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，因此它的硬件應(yīng)根據(jù)實際需要來進行配置，其軟件則根據(jù)控制要求進行編寫。隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模、超大規(guī)模、集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的不斷進步，PLC也迅速發(fā)展其發(fā)展過程大致可以分為三個階段。1、早期的PLC早期的PLC稱為可編程邏輯控制器。這時，PLC主要功能只是執(zhí)行原先由繼器完成的順序控制、定時等。早期的PLC的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點包括簡單易懂、便于安裝、體積小、能耗低、有故障指示及能重復(fù)使用等。其中PLC特有的編程語言－－梯形圖，一直沿用到現(xiàn)在。2、中期的PLC這時PLC產(chǎn)品已使用了16位、32位高性能微處理器，而且實現(xiàn)了多處理器的多通道處理，通信技術(shù)是PLC的應(yīng)用得到了進一步的發(fā)展。在硬件方面，除了保留原有的開發(fā)模塊外，還增加了模擬量模塊、遠程I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使PLC的范圍更大。在軟件方面，還增加了算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理和傳送通信、直診斷等功能。3、近期的PLC由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器價格的大幅度下降，使的各種類型的PLC所采用的微處理器的檔次普遍提高。為了提高PLC的處理速度，各制造廠商還研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。世界上生產(chǎn)PLC產(chǎn)品的廠家多達200多個，其中比較著名的有美國的AB、通用(GE)，日本的三菱(MITSBISHI)、歐姆龍(OMRON)、松下，德國的西門子(SIEMENS)，韓國的三星(SUMSUNG)、LG等。2.2PLC的特點1.可靠性高,抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。由于PLC模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路，所以的I/O接口電路均采用光電隔離;在結(jié)構(gòu)上對、防潮、防塵、抗震等都有周到的考慮;在硬件上采用隔離、濾波、屏蔽、接地等抗干擾措施;在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施。以上這些使PLC具有較高的抗干擾能力。2.控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,通用性強在PLC控制系統(tǒng)中，只需要在PLC輸入/輸出端子上接入相應(yīng)的信號線即可,不需要連接如繼電器之類的低壓電器和大量而又復(fù)雜的硬件接線線路，大大簡化了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。PLC的輸入/輸出可直接與交流220V、直流24V等強電相連，并且具有較強的帶負載能力。3.編程方便,易于使用PLC作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。4.功能完善PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來PLC的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。在PLC內(nèi)部具備許多控制功能，如：邏輯控制、定時控制、計數(shù)控制、步進控制、PID控制、數(shù)據(jù)控制、通信和聯(lián)網(wǎng)，還有其他特殊功能模塊。5.設(shè)計、施工、調(diào)試的周期短PLC用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。6.體積小,維護操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝，不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。2.3PLC的結(jié)構(gòu)和工作原理2.3.1PLC的基本組成目前，可編程控制器的產(chǎn)品很多，不同的廠家生產(chǎn)的PLC以及同一家生產(chǎn)的不同型號的PLC其結(jié)構(gòu)個不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結(jié)構(gòu)，其功能的實現(xiàn)不僅基于硬件的作用，而更靠軟件的支持。PLC的主機由微處理器（CPU）、存儲器（EPROM、ROM）、輸入/輸出模塊、外設(shè)I/O接口、通信接口及電源組成。下面分別介紹PLC各組成部分及作用。編程器輸出電路輸入電路中央處理器（CPU）系統(tǒng)程序存儲器用戶程序存儲器電源PLC硬件結(jié)構(gòu)組成框圖2.3.2PLC的工作原理PLC在程序運行方式、輸入輸出操作、特殊功能模塊等方面做了特別的考慮。1.PLC的3個工作階段當PLC投入運行后，其工作過程一般分為輸入采樣階段、用戶程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段三個階段完成。上述3個階段即為一個周期。在整個運行期間PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述3個階段。(1)輸入采樣階段PLC。在輸入采樣階段，先掃描所以輸入端子并將各輸入端子狀態(tài)存入對應(yīng)的輸入元件映像寄存器。此時，輸入元件映像寄存器被刷新，接著進入用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段或輸出階段，輸入元件映像寄存器與外界隔離，無論輸入端子信號如何變化，輸入元件映像積存器始終保持不變，直到下個掃描周期的輸入采樣階段才將輸入端子的新內(nèi)容重新寫入。(2)用戶程序執(zhí)行階段。根據(jù)PLC梯形圖程序掃描規(guī)則，PLC以先左后右，先上后下的步序逐句掃描。當指令中涉及輸入/輸出時，PLC從輸入映像寄存器中讀入上一階段采入的對應(yīng)輸入端子狀態(tài)，從輸出映像寄存器讀入對應(yīng)輸出映像寄存器的當前狀態(tài)。然后，進行相應(yīng)的運算，運算結(jié)果在存入元件映像寄存器中。對元件映像來說，每一個元件的狀態(tài)會隨程序的執(zhí)行過程而變化。(3)輸出刷新階段。在所有指令執(zhí)行完畢后，輸出映像寄存器中所有繼電器的狀態(tài)在（通/斷）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過一定方式輸出驅(qū)動外部負載。對于小型PLC，I/O點數(shù)較少，用戶程序較短，用集中采樣集中輸出的工作方式，雖然在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，但從根本上提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，增強了系統(tǒng)的可靠性。2.PLC對輸入/輸出的處理規(guī)則PLC對輸入/輸出的處理規(guī)則如下：輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸入端子板上各輸入點在上有個刷新期間的通/斷狀。2.4PLC-300模塊及其介紹圖2-1PLC模塊結(jié)構(gòu)圖1電源模塊PS307標準電源模塊PS307（2A）、PS307（5A）、PS307（10A)PS305戶外型電源模塊，采用直流供電，輸出為24V直流。2CPU模塊緊湊型CPU（6種）、標準型CPU（5種）、革新型CPU（5種）、戶外型CPU（3種）、故障安全型CPU（3種）、特種型CPU（2種）緊湊型CPUCPU312C：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出，并具有與過程相關(guān)的功能，比較適用于具有較高要求的小型應(yīng)用。CPU運行時需要微存儲卡（MMC）。CPU313C：帶有集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足對處理能力和響應(yīng)時間要求較高的場合。CPU運行時需要微存儲卡（MMC）。CPU313C-2PtP：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出及一個RS422/485串口，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足處理量大、響應(yīng)時間高的場合。CPU運行時需要微存儲卡（MMC）。CPU313C-2DP：帶有集成的數(shù)字量輸入和輸出，以及PROFIBUSDP主/從接口，并具有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接標準I/O設(shè)備。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU314C-2PtP：帶有集成的數(shù)字量和模擬量I/O及一個RS422/485串口，并具有與過程相關(guān)的功能，能夠滿足對處理能力和響應(yīng)時間要求較高的場合。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU314C-2DP：帶有集成的數(shù)字量和模擬量的輸入和輸出，以及PROFIBUSDP主/從接口，并具有與過程相關(guān)的功能，可以完成具有特殊功能的任務(wù)，可以連接單獨的I/O設(shè)備。CPU運行時需要微存儲卡MMC。標準型CPUCPU313：具有擴展程序存儲區(qū)的低成本的CPU，比較適用于需要高速處理的小型設(shè)備。CPU314：可以進行高速處理以及中等規(guī)模的I/O配置，用于安裝中等規(guī)模的程序以及中等指令執(zhí)行速度的程序。CPU315：具有中到大容量程序存儲器，比較適用于大規(guī)模的I/O配置。CPU315-2DP：具有中到大容量程序存儲器和PROFIBUSDP主/接口，比較適用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O系統(tǒng)。CPU316-2DP：具有大容量程序存儲器和PROFIBUSDP主/從接，可進行大規(guī)模的I/O配置，比較適用于具有分布式或集中式I/O配置的工廠應(yīng)用。革新型CPUCPU312（新型）：是一款全集成自動化（TIA）的CPU，比較適用于對處理速度中等要求的小規(guī)模應(yīng)用。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU314（新型）：對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理性能，比較適用于對程序量中等要求的應(yīng)用。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU315-2DP（新型）：具有中、大規(guī)模的程序存儲容量和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果需要可以使用SIMATIC功能工具；對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理性能；具有PROFIBUSDP主/從接口。可用于大規(guī)模的I/O配置或建立分布式I/O結(jié)構(gòu)。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU317-2DP：具有大容量程序存儲器，可用于要求很高的應(yīng)用；能夠滿足系列化機床、特殊機床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動化系統(tǒng)；與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力；具有PROFIBUSDP主/從接口，可用于大規(guī)模的I/O配置，可用于建立分布式I/O結(jié)構(gòu)；可選用SIMATIC工程工具，能夠在基于組件的自動化中實現(xiàn)分布式智能系統(tǒng)。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU318-2DP：具有大容量程序存儲器和PROFIBUSDP主/從接口，可進行大規(guī)模的I/O配置，比較適用于分布式I/O結(jié)構(gòu)。戶外型CPUCPU312IFM：具有緊湊式結(jié)構(gòu)的戶外型產(chǎn)品。內(nèi)部帶有集成的數(shù)字量I/O，具有特殊功能和特殊功能的特殊輸入。比較適用于惡劣環(huán)境下的小系統(tǒng)。CPU314IFM：具有緊湊式結(jié)構(gòu)的戶外型產(chǎn)品。內(nèi)部帶有集成的數(shù)字量I/O，并具有擴展的特殊功能，具有特殊功能和特殊功能的特殊輸入。比較適用于惡劣環(huán)境下且對響應(yīng)時間和特殊功能有較高要求的系統(tǒng)。CPU314（戶外型）：具有高速處理時間和中等規(guī)模I/O配置的CPU。比較適用于惡劣環(huán)境下，要求中等規(guī)模的程序量和中等規(guī)模的指令執(zhí)行時間的系統(tǒng)。故障安全型CPUCPU315F：基于SIMATICCPUS7-300C，集成有PROFIBUSDP主/從接口，可以組態(tài)為一個故障安全型系統(tǒng)，滿足安全運行的需要。使用帶有PROFIBUS協(xié)議的PROFIBUSDP可實現(xiàn)與安全相關(guān)的通訊；利用ET200M和ET200S可以與故障安全的數(shù)字量模塊連接；可以在自動化系統(tǒng)中運行與安全無關(guān)的標準模塊。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU315F-2DP：基于SIMATICCPU315-2DP，集成有一個MPI接口、一個DP/MPI接口，可以組態(tài)為一個故障安全型自動化系統(tǒng)，滿足安全運行的需要。使用帶有PROFIsafe協(xié)議的PROFIBUSDP可實現(xiàn)與安全無關(guān)的通訊；可以與故障安全型ET200SPROFIsafeI/O模塊進行分布式連接；可以與故障安全型ET200MI/O模塊進行集中式和分布式連接；標準模塊的集中式和分布式使用，可滿足與故障安全無關(guān)的應(yīng)用。CPU運行時需要微存儲卡MMC。CPU317F-2DP：具有大容量程序存儲器、一個PROFIBUSDP主/從接口、一個DP主/從MPI接口，兩個接口可用于集成故障安全模塊，可以組態(tài)為一個故障安全型自動化系統(tǒng)，可滿足安全運行的需要?？梢耘c故障安全型ET200MI/O模塊進行集中式和分布式連接；與故障安全型ET200SPROFIsafeI/O模塊可進行分布式連接；標準模塊的集中式和分布式使用，可滿足與故障安全無關(guān)的應(yīng)用。CPU運行時需要微存儲卡MMC。特種型CPUCPU317T-2DP：除具有CPU317-2DP的全部功能外，增加了智能技術(shù)/運動控制功能，能夠滿足系列化機床、特殊機床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動化系統(tǒng)，特別適用于同步運動序列（如與虛擬/實際主設(shè)備的耦合、減速器同步、凸輪盤或印刷點修正等）；增加了本機I/O，可實現(xiàn)快速技術(shù)功能（如凸輪切換、參考點探測等）；增加了PROFBUSDP（DRIVE）接口，可用來實現(xiàn)驅(qū)動部件的等時連接。與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；在PROFIBUSDP上，可實現(xiàn)基于組件的自動化分布式智能系統(tǒng)。CPU317-2PN/DP：具有大容量程序存儲器，可用于要求很高的應(yīng)用；能夠在PROFInet上實現(xiàn)基于組件的自動化分布式智能系統(tǒng)；借助PROFInet代理，可用于基于部件的自動化（CBA）中的PROFIBUSDP智能設(shè)備；借助集成的PROFInetI/O控制器，可用在PROFInet上運行分布式I/O；能夠滿足系列化機床、特殊機床以及車間應(yīng)用的多任務(wù)自動化系統(tǒng)；與集中式I/O和分布式I/O一起，可用作生產(chǎn)線上的中央控制器；可用于大規(guī)模的I/O配置、建立分布式I/O結(jié)構(gòu)；對二進制和浮點數(shù)運算具有較高的處理能力；組合了MPI/PROFIBUSDP主/從接口；可選用SIMATIC工程工具。CPU運行時需要微存儲卡MMC。3接口模塊雙機架接口模塊IM365IM365發(fā)送模塊IM365接收模塊多機架接口模塊IM360:用于發(fā)送數(shù)據(jù)IM361:用于接收數(shù)據(jù)4信號模塊SM321數(shù)字量輸入模塊(DI)SM322數(shù)字量輸出模塊(DO)SM323數(shù)字量輸入/輸出模塊(DI/DO)SM331模擬量輸入模塊(AI)SM332模擬量輸出模塊(AO)數(shù)字量輸入模塊SM321有直流輸入型和交流輸入型數(shù)字量輸入模塊SM321有直流輸入型和交流輸入型SM334模擬量輸入/輸出模塊(AI/AO)數(shù)字量輸出模塊SM322，可用于驅(qū)動電磁閥、繼電器、接觸器、指示燈等。按照工作原理分為：晶體管輸出型、可控硅輸出型、繼電器輸出型。5特殊功能模塊（FM）FM350-1,FM350-2計數(shù)器模板FM351用于快速/慢速驅(qū)動的定位模板FM353用于步進電機的定位模板FM354用于侍服電機的定位模板FM357-2定位和連續(xù)通道控制模板SM338超聲波位置探測模板SM338SSI位置探測模板FM352電子凸輪控制器FM352-5高速布爾運算處理器FM355PID模板FM355-2溫度PID控制模板3WinCC的介紹3.1HMI的定義連接可編程序控制器（PLC）、變頻器、直流調(diào)速器、儀表等工業(yè)控制設(shè)備，利用顯示屏顯示，通過輸入單元（如觸摸屏、鍵盤、鼠標等）寫入工作參數(shù)或輸入操作命令，實現(xiàn)人與機器信息交互的數(shù)字設(shè)備,由硬件和軟件兩部分組成。3.2HMI簡介在80年代末期，由于個人計算機的普及，PC機開始走上工業(yè)監(jiān)控的歷史舞臺，與此同時開始出現(xiàn)基于PC總線的各種數(shù)據(jù)I/O板卡，加上軟件工業(yè)的迅速發(fā)展，開始有人研究和開發(fā)通用的PC監(jiān)控軟件—組態(tài)軟件。世界上第一個把組態(tài)軟件做為商品進行開發(fā)、銷售的專業(yè)軟件公司是美國的Wonderware公司，它于80年代末率先推出第一個商品化監(jiān)控組態(tài)軟件Intouch。此后組態(tài)軟件得到了迅猛的發(fā)展。目前世界上的組態(tài)軟件有幾十種之多，國際上較知名的監(jiān)控組態(tài)軟件有：Fix，Intouch，Wincc，LabView，Citech等。1、基本功能：設(shè)備工作狀態(tài)顯示，如指示燈、按鈕、文字、圖形、曲線等數(shù)據(jù)、文字輸入操作，打印輸出生產(chǎn)配方存儲，設(shè)備生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄簡單的邏輯和數(shù)值運算可連接多種工業(yè)控制設(shè)備組網(wǎng)2、選型指標：顯示屏尺寸及色彩，分辨率HMI的處理器速度性能輸入方式：觸摸屏或薄膜鍵盤畫面存貯容量，注意廠商標注的容量單位是字節(jié)（byte）、還是位（bit）通訊口種類及數(shù)量，是否支持打印功能機界面產(chǎn)品，常被大家稱為“觸摸屏”，包含HMI硬件和相應(yīng)的專用畫面組態(tài)軟件，一般情況下，不同廠家的HMI硬件使用不同的畫面組態(tài)軟件，連接的主要設(shè)備種類是PLC。而組態(tài)軟件是運行于PC硬件平臺、windows操作系統(tǒng)下的一個通用工具軟件產(chǎn)品，和PC機或工控機一起也可以組成HMI產(chǎn)品；通用的組態(tài)軟件支持的設(shè)備種類非常多，如各種PLC、PC板卡、儀表、變頻器、模塊等設(shè)備，而且由于PC的硬件平臺性能強大（主要反應(yīng)在速度和存儲容量上），通用組態(tài)軟件的功能也強很多，適用于大型的監(jiān)控系統(tǒng)中。因為“觸摸屏”僅是人機界面產(chǎn)品中可能用到的硬件部分，是一種替代鼠標及鍵盤部分功能，安裝在顯示屏前端的輸入設(shè)備；而人機界面產(chǎn)品則是一種包含硬件和軟件的人機交互設(shè)備。人機界面產(chǎn)品是為了解決PLC的人機交互問題而產(chǎn)生的，但隨著計算機技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)控制設(shè)備都具備了串口通訊能力，所以只要有串口通訊能力的工業(yè)控制設(shè)備，如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接人機界面產(chǎn)品，來實現(xiàn)人機交互功能。為通用的人機界面產(chǎn)品都提供了大量的、可供選擇的常用設(shè)備通訊驅(qū)動程序；一般情況下，只要在人機界面的畫面組態(tài)軟件中選擇與連接設(shè)備相對應(yīng)的通訊驅(qū)動程序，就可以完成HMI和設(shè)備的通訊連接。如果所選HMI產(chǎn)品的組態(tài)軟件中沒有要連接設(shè)備的通訊驅(qū)動程序，用戶則可以把要連接設(shè)備的通訊口類型和協(xié)議內(nèi)容告知HMI產(chǎn)品的生產(chǎn)商，請HMI廠商代為編制該設(shè)備的通訊驅(qū)動程序。在工業(yè)中，人們常把具有觸摸輸入功能的人機界面產(chǎn)品稱為“觸摸屏”，但這是不科學(xué)的。隨著數(shù)字電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，未來的人機界面產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，HMI的功能將越來越豐富；5.7寸以上的HMI產(chǎn)品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于計算機硬件成本的降低，HMI產(chǎn)品將以平板PC計算機為HMI硬件的高端產(chǎn)品為主，因為這種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢，是未來HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。當然，小尺寸的（顯示尺寸小于5.7寸）HMI產(chǎn)品，由于其在體積和價格上的優(yōu)勢，隨著其功能的進一步增強（如增加IO功能），將在小型機械設(shè)備的人機交互應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。一般而言，HMI系統(tǒng)必須有幾項基本的能力：實時的資料趨勢顯示——把擷取的資料立即顯示在屏幕上；自動記錄資料——自動將資料儲存至數(shù)據(jù)庫中，以便日后查看；歷史資料趨勢顯示——把數(shù)據(jù)庫中的資料作可視化的呈現(xiàn)；報表的產(chǎn)生與打印——能把資料轉(zhuǎn)換成報表的格式，并能夠打印出來；圖形接口控制——操作者能夠透過圖形接口直接控制機臺等裝置；警報的產(chǎn)生與記錄——使用者可以定義一些警報產(chǎn)生的條件，比方說溫度過度或壓力超過臨界值，在這樣的條件下系統(tǒng)會產(chǎn)生警報，通知作業(yè)員處理。3.3人機界面（HMI）產(chǎn)品的組成及工作原理人機界面產(chǎn)品由硬件和軟件兩部分組成,硬件部分包括處理器、顯示單元、輸入單元、通訊接口、數(shù)據(jù)存儲單元等,其中處理器的性能決定了HMI產(chǎn)品的性能高低,是HMI的核心單元。根據(jù)HMI的產(chǎn)品等級不同,處理器可分別選用8位、16位、32位的處理器。HMI軟件一般分為兩部分，即運行于HMI硬件中的系統(tǒng)軟件和運行于PC機Windows操作系統(tǒng)下的畫面組態(tài)軟件。使用者都必須先使用HMI的畫面組態(tài)軟件制作“工程文件”,再通過PC機和HMI產(chǎn)品的串行通訊口，把編制好的“工程文件”下載到HMI的處理器中運行。圖3-1人機界面硬件構(gòu)成圖3-2人機界面軟件構(gòu)成3.4人機界面的使用方法明確監(jiān)控任務(wù)要求,選擇適合的HMI產(chǎn)品在PC機上用畫面組態(tài)軟件編輯“工程文件”測試并保存已編輯好的“工程文件”PC機連接HMI硬件,下載“工程文件”到HMI中連接HMI和工業(yè)控制器（如PLC、儀表等），實現(xiàn)人機交互3.5HMI的特點組態(tài)軟件最突出的特點就是實時多任務(wù)。數(shù)據(jù)的輸入輸出、數(shù)據(jù)的處理、顯示、存儲及管理等多個任務(wù)需在同一個系統(tǒng)中同步快速的運行。組態(tài)軟件的用戶是自動化工程設(shè)計人員，組態(tài)軟件的目的就是讓用戶迅速開發(fā)出適合自己需要的可靠的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，組態(tài)軟件一般具備以下特點：（1）使用簡單，用戶只需編寫少量自己所需的控制算法代碼，甚至可以不寫代碼。（2）運行可靠，用戶在組態(tài)軟件平臺上開發(fā)出的應(yīng)用系統(tǒng)可以長時間的連續(xù)可靠運行，在運行期間實現(xiàn)免維護。（3）提供數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動程序，以把控制現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集到計算機中，并把運算的控制結(jié)果送回到控制現(xiàn)場的執(zhí)行機構(gòu)。（4）提供自動化應(yīng)用系統(tǒng)所需的通用監(jiān)控軟件的組件。（5）強大的圖形設(shè)計工具。3.6人機界面的發(fā)展趨勢隨著數(shù)字電路和計算機技術(shù)的發(fā)展，未來的人機界面產(chǎn)品在功能上的高、中、低劃分將越來越不明顯，HMI的功能將越來越豐富；5.7寸以上的HMI產(chǎn)品將全部是彩色顯示屏，屏的壽命也將更長。由于計算機硬件成本的降低，HMI產(chǎn)品將以平板PC計算機為HMI硬件的高端產(chǎn)品為主，因為這種高端的產(chǎn)品在處理器速度、存儲容量、通訊接口種類和數(shù)量、組網(wǎng)能力、軟件資源共享上都有較大的優(yōu)勢，是未來HMI產(chǎn)品的發(fā)展方向。當然，小尺寸的（顯示尺寸小于5.7寸）HMI產(chǎn)品，由于其在體積和價格上的優(yōu)勢，隨著其功能的進一步增強（如增加IO功能），將在小型機械設(shè)備的人機交互應(yīng)用中得到廣泛應(yīng)用。4十字路口交通燈的硬件介紹4.1控制要求本論文設(shè)計的是基于西門子S7-300系列PLC和人機界面winccflexible構(gòu)成的交通燈控制系統(tǒng)。交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：1、信號燈受一個起動開關(guān)控制，當起動開關(guān)接通時，信號系統(tǒng)開始工作，且先南北和東西紅、綠、黃亮交替亮滅。當起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。2、南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并報警。3、由于本論文設(shè)計設(shè)計為三車道十字路口交通燈，首先南北左轉(zhuǎn)綠燈亮維持10S，在黃燈閃爍5S，然后變紅燈；同時南北直行綠燈亮的同時東西人形橫道綠燈也亮，并維持10S，南北直行閃爍5S，人行橫道綠燈閃爍3S，然后變紅燈；同時南北右轉(zhuǎn)綠燈亮10S，在黃燈閃爍5S，然后變紅燈；同時東西左轉(zhuǎn)綠燈亮10S，在黃燈閃爍5S后，然后變紅燈；同時東西直行綠燈亮?xí)r南北人行橫道綠燈亮，東西直行綠燈亮10S，在黃燈閃爍5S，人形橫道綠燈亮12S，然后綠燈閃爍3S，然后都變紅燈；同時東西右轉(zhuǎn)車道綠燈亮10S，在黃燈閃爍5S，然后變紅燈；這時南北左轉(zhuǎn)車道綠燈亮。4、周而復(fù)始。4.2系統(tǒng)設(shè)計方案分析按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子S7-300系列可編程控制器和人機界面winccflexible的特性。十字路口每個方向各有一組左右轉(zhuǎn)彎直行紅綠燈，一共四組；人行道東南西北方向上各有一組紅綠燈，共八組。這種紅綠燈是針對現(xiàn)今大城市交通而設(shè)計的，車道上設(shè)計了左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三組信號燈。它相對前兩種紅綠燈有了很大的變化，系統(tǒng)也復(fù)雜很多。各組燈之間的關(guān)系也比較復(fù)雜；但是這種紅綠燈面對大量的行人和車輛也可以進行秩序化的放行。下面就來介紹這種紅綠燈：注：先對各個方向上的燈作序號，記向北左轉(zhuǎn)為1點方向、向北直行為2點方向以此順時針計數(shù)。最后向東左轉(zhuǎn)為12點方向。當啟動PLC時，系統(tǒng)得電。按下啟動按鈕，1、7點方向亮綠燈10s后變?yōu)辄S燈亮5s后變?yōu)榧t燈亮；1、7變紅燈同時12、6變?yōu)榫G燈亮10s后變?yōu)辄S燈亮5s最后變?yōu)榧t燈亮，12、6變?yōu)榧t燈同時11、5變?yōu)榫G燈亮10s后變?yōu)辄S燈亮5s最后變?yōu)榧t燈亮，11、5變?yōu)榧t燈同時10、4變?yōu)榫G燈亮10s后變?yōu)辄S燈亮5s最后變?yōu)榧t燈亮，10、4變?yōu)榧t燈同時9、3變?yōu)榫G燈亮10s后變?yōu)辄S燈亮5s最后變?yōu)榧t燈亮，9、3變?yōu)榧t燈同時8、2變?yōu)榫G燈亮10s后變?yōu)辄S燈亮5s最后變?yōu)榧t燈亮。人行道上開始南北方向12、6綠燈亮后東西人行橫道綠燈亮12S，然后綠燈閃爍3S，變成紅燈；東西方向9、3綠燈亮后南北人行橫道綠燈亮12S，綠燈閃爍3S，變成紅燈。完成一個周期后，循環(huán)。下面是平面示意圖：圖4-1交通燈平面示意圖4.3系統(tǒng)硬件選型和接線4.3.1PLC硬件硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計了解各個對象的控制要求,分析對象的控制要求,確定輸入/輸出(I/O)接口的數(shù)量,確定所控制參數(shù)的精度及類型.如對開關(guān)量,模擬量的控制,用戶存儲器的存儲容量等.選擇合適PLC機型及外設(shè),完成PLC的硬件結(jié)構(gòu)配置。PLC不但可以實現(xiàn)類似的控制功能，還具有性能可靠、電壓使用范圍廣、靈活通用、易于編程、使用方便等特點，并且提高了交通燈系統(tǒng)的穩(wěn)定性，能夠保證交通燈長期穩(wěn)定運行；因此近年來在工業(yè)自動控制、機電一體化、改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)等方面得到普遍應(yīng)用。所以，本文選擇PLC來控制交通燈系統(tǒng)。此次，我選擇的是西門子PLC300。相對于PLC200來講，PLC300有著更高的性能，編程、選址、處理速度都大大提高。硬件性能穩(wěn)定可靠，軟件嚴謹，操作方便。根據(jù)上述選型及工作要求,繪制PLC控制交通燈的電路接線圖,編制I/O接口功能表,根據(jù)信號控制要求,I/O分配及其接線，所謂輸入/輸出接口電路是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件，各輸入輸出點的通斷態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，外部接線一般接在PLC的接線端子上。表PLCI/O端口分配表輸入功能輸出功能I0.0(M0.0)啟動Q4.0南左轉(zhuǎn)紅燈北左轉(zhuǎn)紅燈I0.1(M0.1)停止Q4.1南左轉(zhuǎn)綠燈北左轉(zhuǎn)綠燈Q4.2南左轉(zhuǎn)黃燈北左轉(zhuǎn)黃燈Q4.3南直行紅燈北直行紅燈Q4.4南直行綠燈北直行綠燈Q4.5南直行黃燈北直行黃燈Q4.6南右轉(zhuǎn)紅燈北右轉(zhuǎn)紅燈Q4.7南右轉(zhuǎn)綠燈北右轉(zhuǎn)綠燈Q5.0南右轉(zhuǎn)黃燈北右轉(zhuǎn)黃燈Q5.1東左轉(zhuǎn)紅燈西左轉(zhuǎn)紅燈Q5.2東左轉(zhuǎn)綠燈西左轉(zhuǎn)綠燈Q5.3東左轉(zhuǎn)黃燈西左轉(zhuǎn)黃燈Q5.4東直行紅燈西直行紅燈Q5.5東直行綠燈西直行綠燈Q5.6東直行黃燈西直行黃燈Q5.7東右轉(zhuǎn)紅燈西右轉(zhuǎn)紅燈Q6.0東右轉(zhuǎn)綠燈西右轉(zhuǎn)綠燈Q6.1東右轉(zhuǎn)黃燈西右轉(zhuǎn)黃燈Q6.2東西人形綠燈Q6.3東西人形紅燈Q6.4南北人形綠燈Q6.5南北人形紅燈4.3.2PLC外部接線圖5十字路口交通燈的軟件介紹5.1程序設(shè)計分析設(shè)計思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個觸摸屏里的啟動按鈕，當啟動按鈕動作，系統(tǒng)工作。首先，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北左轉(zhuǎn)方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北左轉(zhuǎn)綠燈亮10S,需計時器設(shè)定延時10秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北左轉(zhuǎn)黃燈閃爍，然后變紅燈；同時，南北直行方向道路也一起亮綠燈10S,需計時器設(shè)定延時10秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)黃燈閃爍；黃燈閃爍5S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動作使南北黃燈閃爍，還要需計時器設(shè)定延時5秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)紅燈亮；同時南北直行綠燈亮10S,需計時器設(shè)定延時10秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北直行黃燈閃爍，同時東西人形橫道綠燈亮12S，進入下一狀態(tài)閃爍3S，然后紅燈亮；同時，南北方向右轉(zhuǎn)車道綠燈亮10S，需要計時器設(shè)定延時10S，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)黃燈閃爍5S，然后變紅燈；其次，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西左轉(zhuǎn)方向道路綠燈亮10S，需要計時器設(shè)定延時10S，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)黃燈閃爍5S，然后變紅燈；同時東西直行綠燈亮10S,需計時器設(shè)定延時10秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)黃燈閃爍，同時南北人形橫道綠燈亮12S，閃爍3S，然后紅燈亮；東西右轉(zhuǎn)方向道路綠燈亮10S，需要計時器設(shè)定延時10S，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)黃燈閃爍5S，然后變紅燈；同時南北左轉(zhuǎn)車道綠燈亮，狀態(tài)過程中，只有南北直行和東西直行時，人行橫道才能通行；如此循環(huán)下去。另外，當斷開系統(tǒng)，所有信號燈熄滅；需要按鈕停止動作斷開系統(tǒng)，停止輸入信號入可編程控制器，而最快的方法，是使可編程控制器不動作，那么肯定無信號輸出。而且，南北、東西綠燈同時亮，報警。可編程控制器要輸出一個信號，驅(qū)動一個報警燈。系統(tǒng)程序詳情請見附錄1。5.2程序設(shè)計軟件5.2.1定時器定時器是PLC中重要的編程元件，是累計時間增量的內(nèi)部器件。定時器的工作過程與繼電器控制系統(tǒng)的時間繼電器基本相同，但它沒有瞬動觸點，失電時，常閉觸點閉合，常開觸點打開；定時器得電時，常閉觸點打開，常開觸點閉合。定時器的當前值、設(shè)定值均為10位有符號整數(shù)（INT），允許的最大值為32767。定時器是一種由位和字組成的復(fù)合單元。其觸點由位表示，定時值存儲在定時器字節(jié)中。定時器指令類型及其特點語句表指令梯形圖指令梯形圖方塊指令定時值的設(shè)定直接表示法：直接表示法僅在語句表指令中使用，其指令格式如下：LW#16#wxyz其中Xyz為定時值，取值范圍為1-999，W為時基號，取值范圍為0、1、2、3，分別對應(yīng)不同的時基，定時時間=時基*定時值S5時間表示法在STL、LAD以及梯形圖方塊指令中都能使用，其指令格式如下：LS5T#AHBBMCCSDDDMS該執(zhí)行指令是把定時值以二進制數(shù)的形式裝入累加器1中，當執(zhí)行后面的定時器指令時，累加器1存放的定時值會以二進制的形式自動裝入定時器字中，這一點與直接表示方法不一樣，注意定時器指令定時器指令語句描述TONTxxx，PT接通延時定時器TOFTxxx，PT斷開延時定時器TONRTxxx，PT保持型接通延時定時器BITIMOUT起動間隔定時器CITIMIN,OUT計算間隔定時器5.2.2計數(shù)器S7-300的計數(shù)器都是16位的，因此每個計數(shù)器占用該區(qū)域2個字節(jié)空間，用來存儲計數(shù)值。不同的CPU模板，用于計數(shù)器的存儲區(qū)域也不同，最多允許使用64～512個計數(shù)器。計數(shù)器的地址編號：C0～C511。計數(shù)值的范圍為0至999。計數(shù)器指令語句描述S_CUD加/減計數(shù)器S_CU加計數(shù)器S_CD減計數(shù)器以雙向計數(shù)器S_CUD為例如果輸入S有上升沿，S_CUD(雙向計數(shù)器)預(yù)置為輸入PV的值。如果輸入R為1，則計數(shù)器復(fù)位，并將計數(shù)值設(shè)置為零。如果輸入CU的信號狀態(tài)從"0"切換為"1"，并且計數(shù)器的值小于"999"，則計數(shù)器的值增1。如果輸入CD有上升沿，并且計數(shù)器的值大于"0"，則計數(shù)器的值減1。如果兩個計數(shù)輸入都有上升沿，則執(zhí)行兩個指令，并且計數(shù)值保持不變。如果已設(shè)置計數(shù)器并且輸入CU/CD為RLO=1，則即使沒有從上升沿到下降沿或下降沿到上升沿的變化，計數(shù)器也會在下一個掃描周期進行相應(yīng)的計數(shù)。如果計數(shù)值大于等于零("0")，則輸出Q的信號狀態(tài)為"1"。5.3程序流程圖5.4系統(tǒng)中PLC與組態(tài)系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進行。其中離線調(diào)試主要是對程序的編制工作進行檢查和調(diào)試，采用STEP7能對用戶編制程序進行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運行，可隨時發(fā)現(xiàn)問題、隨時解決問題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。如果設(shè)置正確，組態(tài)環(huán)境就與plc建立連接，組態(tài)中交通燈的變化就會反映到plc上，從而實現(xiàn)控制功能。同理，如果plc中有相應(yīng)的交通燈程序，將組態(tài)中的腳本程序屏蔽，組態(tài)環(huán)境就會顯示plc控制下交通燈的變化情況，這樣便實現(xiàn)了監(jiān)控功能。1、集成的好處在SIMATICManager中可以同時管理自動化項目的PLC和HMI的組態(tài)、編程和調(diào)試。在STEP7中組態(tài)的硬件參數(shù)可以自動地傳遞到WinCCflexible中。例如：在STEP7中修改了通信參數(shù)，WinCCflexible中的通信參數(shù)會同時自動修改。在STEP7中定義的符號表可以在WinCCflexible中定義變量時使用。在STEP7中修改了變量的符號，WinCCflexible中的變量會同時自動更新。2、集成的方法新創(chuàng)建一個集成項目，通過SIMATICManager創(chuàng)建集成的WinCCflexible項目啟動WinCCflexible打開一個獨立的WinCCflexible項目，在“項目”下拉菜單中點擊“在STEP7中集成”，彈出“集成與STEP7項目中”對話框，選擇需要集成的STEP7項目名稱，點擊“確認”按鈕，完成將獨立的WinCCflexible項目集成到STEP7項目中。下面是系統(tǒng)變量定義及分配表系統(tǒng)變量定義及分配表符號地址數(shù)據(jù)類型報警M57.1BOOL東西車右轉(zhuǎn)圖MW42WORD東西車中圖MW40WORD東西車左轉(zhuǎn)圖MW38WORD東西人形圖MW26WORD東西閃爍M5.3BOOL東西右紅M7.7BOOL東西右黃M7.6BOOL東西右綠M7.4BOOL東西右圖MW24WORD東西中紅M6.6BOOL東西中黃M6.5BOOL東西中綠M6.3BOOL東西中圖MW22WORD東西左圖MW20WORD東西左轉(zhuǎn)紅M5.5BOOL東西左轉(zhuǎn)黃M5.4BOOL東西左轉(zhuǎn)綠M5.1BOOL南北車右轉(zhuǎn)圖MW36WORD南北車中圖MW34WORD南北車左轉(zhuǎn)圖MW32WORD南北人形圖MW28WORD南北閃爍M1.5BOOL南北右紅M3.5BOOL南北右黃M3.4BOOL南北右綠M3.2BOOL南北右圖MW18WORD南北中紅M2.4BOOL南北中黃M2.3BOOL南北中綠M2.1BOOL南北中圖MW16WORD南北左轉(zhuǎn)紅M1.6BOOL南北左轉(zhuǎn)黃M1.3BOOL南北左轉(zhuǎn)黃時間MW12WORD南北左轉(zhuǎn)綠M0.6BOOL南北左轉(zhuǎn)綠時間MW10WORD南北左轉(zhuǎn)圖片MW14WORD啟動M0.0BOOL停止M0.1BOOL運行狀態(tài)M0.2BOOL6系統(tǒng)檢測與調(diào)試6.1檢測與調(diào)試大體思路流程如下：1、硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等），檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進行。①靜態(tài)調(diào)試靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。第一步：目測。檢查外部的各種元件或者是電路是否有斷點。第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求的值第四步：是聯(lián)機檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的調(diào)試。②動態(tài)調(diào)試動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠、由分到合。由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當調(diào)試電路時，與該元件無關(guān)的器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某個局部的電路上。當各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電路間可能存在的相互聯(lián)系進行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。由近及遠是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進行由近及遠的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會定位故障元件了。2、軟件調(diào)試：軟件調(diào)試是通過對擁護程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進行調(diào)試，如此反復(fù)直到調(diào)試成功。6.2調(diào)試錯誤與修改方法經(jīng)過設(shè)計，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯誤。剛開始的時候把程序?qū)戇M去然后運行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來而且在完成了一個周期后就循環(huán)不起來了。那時真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫成了輸出真正的輸出口就沒有收到信號了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來。從梯形圖又仔細的看了一次卻看不出什么問題出來。突然想起來編程器還可以進行監(jiān)控于是再在運行的同時進行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運行正常但再運行下去的時候第二周期就再沒有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來是程序前面沒有并上完成這個循環(huán)的繼電器號。后來就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯誤也找出來了。雖然找錯誤是一個枯燥無味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動西。7交通燈的仿真7.1PLC仿真界面7.2HMI仿真界面結(jié)論系統(tǒng)的檢測與調(diào)試是一個很枯燥無味的過程，要求一步一腳印地嚴謹細致進行，才能將想當然而引致錯誤的地方找出來并改正。交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計,我們以前學(xué)過，我想這個課題是很容易的。當真正做起來的時候，還是覺得有點困難的，有些東西以前學(xué)了，但現(xiàn)在用起來可能又有點疑問。就如畫電氣原理圖吧，整體的構(gòu)造腦海里都有一個整體的概念。而你要畫出來的話，你可能會遇到細節(jié)上的問題，比如說按鈕開關(guān)的方向是怎樣，以及怎么劃分區(qū)域等。遇到這些問題的時候都能讓你主動去翻書，復(fù)習(xí)這些陌生的知識。我認為這是一種最好的學(xué)習(xí)方法——通過實踐去檢驗自己的知識。這個只有你自己投入進去你才能發(fā)現(xiàn)自己知識點的欠缺。做為一名機電專業(yè)的學(xué)生對電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻的認識，知道它的重要性。要能看的懂，給你一張電氣原理圖，你要能夠?qū)懗鎏菪螆D。查找資料也是一件繁瑣的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也不是一件容易的事，需要耐心查找。在程序設(shè)計過程中，我對以前的編程方法做了歸納，之前我習(xí)慣用功能流程寫程序，遇到難點的時候習(xí)慣翻書，對照例子提取點精華?，F(xiàn)在能靈活運用經(jīng)驗設(shè)計法、電氣原理圖設(shè)計法、順序控制設(shè)計法。特別多順序控制設(shè)計有了一定的了解。這里面最經(jīng)典我認為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個三個是很值得研究的，也是一種格式。只要你能熟悉掌握，靈活應(yīng)用的話，那么編程對你來說將變的非常容易。一個流程圖無論多么復(fù)雜，都可以拆分上面的形式，然后就可以利用上面的方法編程了。當然對于簡單的流程也可以用順序設(shè)計。這種方法也是一種固定的格式，只要按照它的格式就可以寫出正確的程序，它的優(yōu)點可以說易懂，條理清晰。但結(jié)構(gòu)多，對于活動步多的設(shè)計我想用這個設(shè)計比較煩瑣。更加體會到PLC的可靠性高，抗干擾能力強，通用性強，控制程序可變，使用方便等優(yōu)點。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令。這次的課程設(shè)計使我把可編程控制器的理論知識用在實踐中，實現(xiàn)了理論和實踐相結(jié)合，從中更懂得理論是實踐的基礎(chǔ)，實踐又能檢驗理論的正確性，讓我受益非淺，對我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生巨大的幫助和影響。致謝從接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計論文，衷心的感謝我的指導(dǎo)姜賢林老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助。姜賢林老師在PLC方面具有豐富的實經(jīng)驗，對我的設(shè)計工作給予了很多的指導(dǎo)和幫助，使我能夠?qū)⒗碚撝械慕Y(jié)果與實際相結(jié)合。尤其在課題設(shè)計的前期準備階段，姜賢林老師提出許多寶貴的設(shè)計意見，在最后的測試修改階段老師在百忙之中抽出時間為我們提供了必要的幫助，這樣使得我們得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計開發(fā)工作，在短暫的一個月的相處時間里，老師淵博的知識，敏銳的思路和實事求是的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，這將使得我終身受益，謹此向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意。通過這次設(shè)計，我對PLC設(shè)計控制有了深刻的認識，對以前學(xué)的PLC又有了一定的新認識，溫習(xí)了以前學(xué)的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，我和同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這兩年學(xué)習(xí)期間，琴島學(xué)院的老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學(xué)到了很多書里和書外的知識。為我們即將進入社會打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。你們辛苦了！最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位老師！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。參考文獻曹金福、譚勝富《電氣控制與PLC》化學(xué)工業(yè)出版社2010.02[2]薛士龍《電氣控制與可編程控制器》電子工業(yè)出版社2011.3[3]王文義《可編程原理與應(yīng)用》科學(xué)出版社2010.01[4]袁任光《可編程控制器選用手冊》機械工業(yè)出版社2003.10.1[5]盧巧《PLC編程指令與梯形圖快速入門》電子工業(yè)出版社2010.11[6]張凱《可編程控制器教程》東南大學(xué)出版社2005.2李紅萍《工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用》西安電子科技大學(xué)出版社2011.8龔仲華、韓曉新《從基礎(chǔ)到實踐—PLC》機械工業(yè)出版社2011.8附錄1附錄2外文文獻ProgrammablecontrollertechnologyProgrammablecontrollerreferredto-PLCisamicroprocessor-based,integratedcomputertechnology,anewtypeofindustrialcontroldevicesautomaticcontroltechnologyandcommunicationtechnologyevolved.Ithasasimplestructure,easyprogramming,highreliability,hasbeenwidelyusedforautomaticcontrolofindustrialprocessesandlocation.Accordingtostatistics,theprogrammablecontrollerisadeviceforindustrialautomationapplicationsuptoadevice.Expertsbelievethattheprogrammablecontrollerwillbecometheprimarymeansforfutureindustrialcontrolandcriticalinfrastructureequipment.PLC,robotics,CAD/CAMwillbethethreepillarsofindustrialproduction.PLCrelaycontrollogicisbasedonthe3C(Computer,Control,Communication)technology,evolvingsound.Hasbeensmall-scalestand-alonesequencecontrol,thedevelopmentofallareas,includingcontrolofprocesscontrol,positioncontrolandotheroccasions.VarioustypesofPLCautomationsystemused,somecentralizedinstallationinthecontrolroom,somescatteredstand-alonedeviceinstalledoneachproductionsite,althoughmostofthemareintheharshelectromagneticenvironmentstrongelectricalcircuitsandhighvoltageequipmentformed,However,PLCcontroldeviceisdesignedforindustrialenvironments,inthedesignandmanufacturingprocessusesamulti-levelanti-jammingmeasuresandselectedcomponents,ithasastrongabilitytoadapttoharshindustrialenvironments,andhighoperationalstabilityreliability,andthereforegenerallydonotneedtotakeanyspecialmeasurescanbedirectlyusedinindustrialenvironments.Highreliabilityisthekeytotheperformanceofelectricalcontrolequipment.DuetotheuseofmodernPLCLSItechnology,strictproductionprocess,theinternalcircuittotaketheadvancedanti-jammingtechnology,withhighreliability.Forexample,theproductionofFseriesMitsubishiPLCMTBFupto300,000hours.SomeuseredundantPLCCPUMTBFworkingtimeislonger.PLCofthemachineoutsidethecircuit,constituteacontrolsystemusingPLC,andthesamescalerelaycontactorsystems,electricalwiringandswitchcontactshavebeenreducedtohundredsoreventhousandsoftimes,thefailurewillbegreatlyreduced.Inaddition,PLChardwarefaultself-testfunction,failuretogivetimelywarninginformation.Intheapplication,theapplicationarealsoincorporatedintotheself-diagnosticprogramperipheraldevices,thesysteminadditiontothePLCcircuitsandequipmentalsogainedself-diagnosticprotection.Thus,theentiresystemhashighreliabilityisnotsurprising.Foralongtime,plcisalwaysinthefieldofindustrialautomationcontrolthemainbattlefield,provideaveryreliablecontrolsolutionsforawiderangeofautomationandcontrolequipment,industrialpcwithdcsandformedthethreepillars.Meanwhile,plcalsosufferfromtheimpactofothertechnologyproducts,especiallytheimpactofindustrialpc.Currently,theworld'sapproximately200plcmanufacturer,producingmorethan300kindsofproducts.Thedomesticmarketisstillplcforeignproducts,suchassiemens,modicon,ab,omron,Mitsubishi,geproducts.Afteryearsofdevelopment,domesticplcmanufactureraboutthirty,buttheydidnotformlarge-scaleproductioncapacityandbrand-nameproducts,wecansayinourcountryhasnotyetformedplcmanufacturingindustry.Inplcapplications