基于S7-300程序与WinCC组态站前路与北新西道交叉口交通灯毕业设计论文.doc

基于S7-300程序与WinCC组态站前路与北新西道交叉口交通灯毕业设计论文.doc

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毕业设计报告

学 校：

河北能源职业技术学院

班 级：

12电气自动化一班

姓 名：

陈宇林

学 号：

2012580200226

指导教师：

周冬莉

日 期：

2014年10月13日至2015年1月2日

目录

第1章绪论....................................................................................................3

1.1课题的背景......................................................................................3

1.2课题研究的目的和意义..................................................................6

1.3交通信号系统的历史、现状和发展..............................................7

第2章站前路口交通信号灯设计要求及其相关..........................................8

2.1交通灯控制系统的设计要求和工作过程.......................................8

2.2北新道站前路口交通信号灯要求图表与时序图...........................9

第三章S7-300可编程控制器的介绍...........................................................10

3.1S7-300系列PLC基本结构.............................................................10

3.2S7-300系列PLC的工作原理.........................................................15

3.3S7-300PLCCPU的运行模式.........................................................16

3.4S7-300PLCI/O模块地址的确定...................................................17

3.5S7-300PLC硬件模块的安装和接线..............................................17

第四章WindowsControlCenter（WinCC）仿真软件介绍.......................18

4.1WinCC的概述................................................................................18

4.2WinCC的性能特点........................................................................21

4.3WinCC的编辑工具简介................................................................22

第五章交通灯S7-300程序与WinCC组态画面........................................24

5.1交通灯S7-300程序及其相关.......................................................24

5.2交通灯WINCC组态画面.............................................................32

致谢......................................................................................................39

参考文献..............................................................................................40

第一章绪论

1.1选题背景

交通信号系统的执行终端就是交通信号灯，所以交通信号系统的发展历史也就是交通信号灯的发展历史。

19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。

其中穿红装的女人表示我已结婚，而穿绿装的女人则是未婚者。

后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯--煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏信号灯。

在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。

后来在信号灯的中心装上煤气灯罩，它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。

不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。

从此，城市的交通信号灯被取缔了。

直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。

稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交通信号灯。

随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯（红、黄、绿三种标志）于1918年诞生。

它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。

一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。

回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。

他的建议立即得到有关方面的肯定。

于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。

现今交通灯信号系统主要采取的是电子定时监控，也就是预先设定固定的长然后红绿灯轮流亮以此来对交通进行指挥。

也就是定时控制。

这种控制方式以历史的交通流的统计值为依据，找出每个日/周和时/日不同交通流变化规律，用人工方法和计算机仿真方法预先准备好不同日/周不同时间区间（时段）所使用的配时方案（即一组周期长、绿信比和相位差所组成的控制参数组合），采用程序存储方式将这些配时方案存储在信号控制器或中心计算机中。

在实施信号控制时可以用不同的方式调用这些配时方案。

通常可用日历钟在规定的时间表的控制下选用对应的方案。

这只是自动控制离智能控制还有很长的路要走。

交通信号控制系统的主要发展方向就是向着计算机智能化控制进行。

发展比较迅速的是基于感应控制的交通系统智能化控制。

感应控制的原理是根据车辆检测器测量的交通流数据调整相应的绿灯时间的长短和时间顺序，以适应交通的随机变化。

这种方式比定时控制有更大的灵活性。

感应控制源于单个交叉路口的车辆感应（“VA”）控制，后经发展，干线和交通网络也利用了类似的控制方法。

这样可以很好的对单个路口的交通进行智能化控制，然后再通过计算机系统的联网对每个路口的路况进行数据采集、归纳、计算，然后得出各个路口的佳红绿灯时长情况，反馈会各个路口的交通灯进行针对各个不同车流量的应变，实现交通车流的智能化实时控制。

当今城市的交通状况不容乐观，城市中拥堵的情况时有发生，其主要原因有：

（1）道路容量严重不足。

截至2013年底，我国城市人均道路面积为10.3平方米，这虽然比2012年增加了0.79平方米，但和发达国家相比仍处于较低水平。

同时城市中心地区的过量交通，往往使道路超负荷运载。

（2）机动车增长速度过快。

近几年，大城市机动车的年均增幅在15%以上。

天津市2013年新增轿车6万辆，总量超过30万辆，增速为20%。

目前北京市汽车拥有量为200多万辆，预计2020年将是现在的2.5倍。

广州市近10多年来机动车的年增长速度为17%。

2013年全国汽车拥有量达4000多万辆，其中城市约占60%，造成城市平面交通负荷的快速增加。

（3）交通管理技术水平低。

目前，我国大城市中交通控制管理和交通安全的现代化设施很少。

就北京市与日本的东京相比，同样都是交通控制中心，但北京市控制的交叉路口数只有东京的3%；人行天桥是东京的4.8%；地下人行道只是东京的5%；每公里交通标志只有东京的15%。

由于基础设施明显不足使交通事故居高不下。

此外，国际上开始使用的信息化、智能化管理系统，在我国基本上还是空白。

（4）缺乏整体的交通发展战略。

城市交通建设是一项决策性很强的系统工程，当前城市交通出现的问题，一个重要原因是缺乏科学的整体交通战略和规划，治理工作往往顾此失彼，前后失调，投入不小，而收益不大。

为了解决这些发展而带来的问题现在各个国家都在积极研究对策。

除了限制汽车数量，积极发展道路，大力发展公共交通事业这些之外，现在比较流行的就是进行交通智能控制系统的建立。

这样可以在现有道路资源的基础上大程度的挖掘道路的潜力，提高道路资源的利用率。

我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式。

这样必然产生如下弊端：

当某条道路的车流量很大却要等待红灯，而此时另一条空道或车流量相对少得多的道路却依然按原定时间亮着绿灯，这种现象是未对道路的实际情况进行实时监控所造成的。

这样的交通控制系统效率低，容易造成交通拥挤，而且也浪费人力、物力。

因此，我们有必要寻求一种具有智能通控制系统。

这种智能交通控制系统能够根据车流量的变化自动调节红绿灯的时间长度，大限度地减少十字路口的车辆滞流现象，缓解交通拥挤、实现交通控制系统的优控制，大大的提高了交通控制系统的效率。

此种交通信号灯的控制系统就是接下来要研究的方向。

1.2课题研究的目的和意义

集计算、信息、电子及通讯等众多高新科技手段于一体的智能交通指挥中心控制系统安装及使用,大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力,减少了驾驶员违章的次数,抑制了交通事故的发生,同时对减轻车辆尾气排放,从而降低环境污染都起到了不可低估的作用。

智能交通（1TS）是集计算机、信息、电子及通讯等众多高新科技手段于一体的交通控制系统,是二十一世纪交通的重要发展向.ITS通过对有关交通信息的实时采集、传输和处理,借助各种手段和设备,对各种交通情况进行协调和处理,有效提高交通效率和安全,从而使交通设施得以充分利用,实现交通运输的集约式发展，采用ITS系统可缩短旅行时间和行程,从而节约能源并降低车辆尾气排放总量。

国外实践证明,一旦ITS投入使用,至少可以把城市中的交通堵塞减少一半,交通事故甚至可以减少80%。

发展智能交通已经被写入中国十五综合交通体系发展规划。

智能交通依据系统工程学的原理,结合城市通的控制理论,利用现代的通讯技术、计算机技术多媒体技术,并充分考虑到了将来城市发展的需要它不但能迅速、有效的疏导交通流,提高了交警在通管理、交通指挥、综合协调方面的效率,还增强交警的指挥自动化水平，对干线和控制区域进行面协调控制,极大限度地提高车辆的通行能力起了不可替代的作用。

智能交通指挥中心控制系统主要由信号控制机、光端机或调制解调器、通信主机、监控主机等组成,具有单点固定时制控制、多时段控制、多方案选择控制、感应控制、无缆线