通用GE平台课程设计.docx
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通用GE平台课程设计
成绩
课程设计报告
题目多个路口交通信号灯的
自动控制系统设计
课程名称电气工程系统设计
院部名称机电工程
专业电气工程及其自动化
班级14电气工程及其自动化（专转本）
学生姓名卢小江
学号1404501002
课程设计地点2334
课程设计学时20课时
指导教师应明峰
金陵科技学院教务处制
目录
摘要I
1绪论2
1.1 国内外对十字路口交通信号灯的研究现状及存在问题2
1.2国内研究现状2
1.3存在问题3
1.4 发展前景3
1.5设计任务和要求4
1.6课程设计目的：
4
1.7设计思路5
2系统硬件介绍5
2.1电源模块（IC695PSD040）5
2.2CPU模块（IC695CPU310）5
2.3以太网通信模块（IC695ETM001）6
2.4数字量输入模块（IC694ACC300）6
2.5数字量输出模块（IC694MDL754）7
3系统软件部分设计8
3.1软件设计流程图8
3.2写出第一个十字路口交通灯控制系统I/O地址分配表9
3.3编程工具操作步骤9
3.4安装调试与过程12
4总结与体会17
5参考资料18
附录19
多个路口交通信号灯的自动控制设计
摘要
当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。
社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。
人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。
所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。
PLC的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档.这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率.PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。
它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。
由于PLC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”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。
因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。
同时，PLC本身还具有通讯联网功能，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，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。
在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。
关键词：
交通灯，PLC，程序，设计
1绪论
1.1 国内外对十字路口交通信号灯的研究现状及存在问题
早在1850年，城市交叉口处不断增长的交通就引发了人们对安全和拥堵的关注。
世界上第一台交通自动信号灯的诞生，拉开了城市交通控制的序幕，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，这一次的煤气爆炸事故致使这种交通信号灯几乎销声匿迹了近半个世纪。
1914年及稍晚一些时候，美国的克利夫兰、纽约和芝加哥才重新出现了交通信号灯，它们采用电力驱动，与现在意义上的信号灯已经相差无几。
1926年英国人第一次安装和使用自动化的控制器来控制交通信号灯，这是城市交通自动控制的起点。
20世纪30年代初，美国最早开始用车辆感应式信号控制器，之后是英国，当时使用的车辆检测器是气动橡皮管检测器。
车辆感应控制器的特点是它能根据检测器测量的交通流量来调整绿灯时间的长短，使绿灯时间更有效地被利用，减少车辆在交叉口的时间延误，比定时控制方式有更大的灵活性。
车辆感应控制的这一特点刺激了车辆检测器技术的发展。
继气动橡皮管式检测器之后，雷达、超声波、光电、地磁、电磁、微波、红外以及环形线圈等检测器相继问世。
当前世界广泛使用的最具代表性却有实施的城市道路交通信号控制系统有英国的TRANSYT与SCOOTS交通控制系统和澳大利亚的SCATS系统。
在信号机的发展过程中，自适应理论一直受到各研究机构的欢迎，比如上面所说的SCOOTS与SCATS系统。
最近几年，国外仍偏向与引进自适应理论来对交通控制系统进行研究，特别是美国有十几个大学或研制机构正在研制自适应交通信号控制系统，具有代表性的有美国亚利桑那大学研制的RHODES.
1.2国内研究现状
我国交通领域的发展起步比较晚，基本是从新中国建国之后，随着各方面的条件的成熟以及社会发展的要求，才建立及健全的交通系统。
城市交通是一个高度综合而又复杂的问题，必须从政策，机构，体制，管理，收费价格，基础设施和投资各个方面同时入手解决。
我国城市经济和社会告诉发展使得社会对交通的需求急剧增加，也对此提出了严峻的挑战。
目前国内设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法；有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计；有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。
交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。
加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。
对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：
1．两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。
2．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。
1.3存在问题
我国是一个文明古国，许多城市已有上千年的历史，城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的，近几年虽然作了些改建和扩建，但毕竟还难以冲破原来的基本格局。
目前我国城市道路普遍存在以下三个弊端：
①路网密度低；②交通干道少；③路口平面交叉。
道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性，主要有以下表现：
城市路网稀，干道少，间距大，市区人口稠密，出行需求集中，迫使车辆集中于少数干道上行驶。
尤其是一些中小城市，干道特征更为明显，往往只有一两条干道贯穿全市，而其他支路上交通量极小。
从流量变化情况来看，除外围过境干道外，都是有一定规律的，高峰小时基本上都集中在几个时段内。
我国城市机动车车种繁杂，从50年代的老式车到80年代的新型车，从大货车到小轿车都在一个平面上行驶，不少城市拖拉机还是一种主要运输工具，前面一辆旧车挡道，尾随的新型车只能跟着爬行，过交叉口时经常出现启动慢的车挡住启动快的车，严重影响了人们的生活节奏和出行效率。
1.4 发展前景
综合分析国内外先进的城市交通控制系统，结合我国城市道路及交通的实际情况，同时也对今后城市交通与道路建设的发展的前瞻性考量，我国道路智能交通控制系统的发展模式应具有如下功能：
（1）多模式化。
首先从系统结构上吸收集中式SCOOT、分布式SCAT等智能交通系统的长处，在控制范围内各个区域采用灵活可转换的系统结构，使系统结构根据交通流的区域变化而改变。
此外，充分根据不同地区实时交通情况，对路口能力最大、延迟时间最短等作为遴选不同系统的参考标准。
（2）智能化。
随着信息技术的高度发展，作为道路交通控制系统所承担的工作不仅仅是对交通流的引导，更承担了诸如为车辆提供道路交通信息的职能，利用对车辆的GPS 诱导，使道路通行更加顺畅。
（3）最优化。
随着计算机技术和优化理论的发展，模型算法的求解和交通模型的建立就有可能获得最优解并建立最佳模型。
当我们建立整个交通路网的动态交通分配模型和整体优化模型并求最优解，从而达到对路口的控制参数进行调整进而实现某个地域范围内对交通流进行动态协调控制就成为可行。
（4）规整化。
任何控制系统都是立足于具体的道路和交通条件，所以采用道路的方法和疏导交通流的方法对控制系统会有很大的参考作用。
我国在建立完整的道路交通控制系统之前，必须针对道路状况和交通流做出若干种交通疏导预案和道路使用预案，从而使交通和道路更加规整。
（5）通用性和模块化。
根据计算科学的发展，我国在制定和实施智能交通控制系统时必须在硬件设计和软件编程上采用通用化和模块化，有利于将来的逐步升级和换代。
1.5设计任务和要求
电气工程系统设计课程的主要任务是运用工业现场总线技术并结合其他专业知识与技术完成多主机机电设备运动控制系统或流程型生产过程多主机控制系统的设计，提高学生综合运用专业技术知识解决多主机协调控制工程问题的能力。
通过本课程的学习，学生能够较深入地了解工业现场总线技术在未来电气工程系统设计中的重要作用和发展前景，为即将到来的工业4.0智慧工厂的构建准备知识和技能，同时也能够引导学生从更高层面、更广阔的空间范围去认识和理解电气工程系统的设计理念。
1.6课程设计目的：
1.掌握使用PLC控制十字路口交通灯的程序设计方法；
2.进一步熟悉PLC指令的应用；
3.熟悉（PAC）基本系统操作及其组成部件的功能；
4.学会PROFICYMACHINEEDITION软件的使用；
5.使用PROFICYMACHINEEDITION软件创建一个新项目—编制梯形图逻辑程序。
6.掌握以太网通讯模块IC695ETM001的使用。
7.理解基于现场总路线的电气控制系统设计方法。
1.7设计思路
十字路口交通信号灯在我们日常生活中经常遇到，其控制通常采用数字电路控制或单片机控制即可达到目的。
这里采用PLC可编程序控制器对其进行控制，并运用现场总路线技术实现对多个交通路口的信号灯进行启动、停止等后台操作。
2系统硬件介绍
2.1电源模块（IC695PSD040）
图2.1电源模块图
电源模块安装在背板上，具有自动电压适应功能；内置智能开关熔丝，具有限流功能，发生短路时电源模块会自动关断来避免硬件损坏。
电源模块型号为IC695PSD040，该模块的输入电压范围为DC18~24V，提供最大40W的功率输出。
2.2CPU模块（IC695CPU310）
图2.2CPU模块图
CPU模块采用Celeron300MHz处理器，配置10MB用户内存，具有高速运算和高速数据吞吐能力，能轻松地完成各种复杂的应用。
CPU模块模型型号为IC695CPU310，不支持热插拔，在安装或拆卸CPU模块时应先切断电源。
CPU模块需要占用两个插槽，并且可以插在除槽号最高的（最右边的）插槽以外的任何插槽。
2.3以太网通信模块（IC695ETM001）
图2.3以太网通信模块图
以太网通信模块型号为IC695ETM001，PACSystemsRX3i控制器通过以太网通信模块与PC机、其他PACSystems和VersaMax控制器等进行通信。
IC695ETM001有两个自适应的10/100BaseT（X）的RJ-45端口，用来连接10MBaseT或者100BaseTXIEEE802.3网络中的任意一个，该端口能够自动检测速度、双工模式（半双工或者全双工）和与之连接的电缆接线方式（直行或者交叉）。
2.4数字量输入模块（IC694ACC300）
图2.4数字量输入模块图
数字量输入模块用于连接外部用的机械触点和电子式传感器，例如光电开关和接近开关，将来自现场的外部数字量信号电平转换为PAC内部的信号电平。
数字量输入模块为IC694ACC300，调试程序和系统时能模拟现场实际连接的输入。
2.5数字量输出模块（IC694MDL754）
图2.5数字量输出模块图
数字量输出模块用于驱动电磁阀、接触器、小功率电机、指示灯和电机启动器等负载。
数字量输出模块将内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平，同时有隔离和功率放大作用。
负载电源由外部现场提供。
数字量输出模块为IC694MDL754，。
带有ESCP电流输出保护功能。
具有正逻辑特性。
3系统软件部分设计
3.1软件设计流程图
PAC1PAC2
图3.1软件设计流程图
3.2写出第一个十字路口交通灯控制系统I/O地址分配表
输入
输出
启动
I00081
北红灯，南红灯
Q00011
停止
I00082
北绿灯，南绿灯
Q00012
北黄灯，南黄灯
Q00013
东红灯，西红灯
Q00021
东绿灯，西绿灯
Q00022
东黄灯，西黄灯
Q00023
表3.1I/O地址分配表
3.3编程工具操作步骤
1）打开编程软件ProficyMachineEdition，运用EtherNet模块组建多PAC系统，要有两个PAC系统，一个PC屏；设置PC机本地连接IP地址为：
192.168.1.1。
图3.2工程打开图
2）配置PC机的IP地址，192.168.1.1，触摸屏为192.168.1.3。
图3.3PC主机ip地址图图3.4触摸屏ip地址图
3）新建空工程，以自己的十位学号命名，并添加四个target,分别命名为“PAC”、“PAC2”、“PC”、“QPV”，对配置结果进行截图粘贴。
图3.5重命名工程图
4）对两个PAC系统硬件进行分别配置，每个PAC系统至少包含电源模块、CPU模块、EtherNet通讯模块、模拟输入模块、输出模块，配置结果如图。
图3.6PAC硬件配置图
5）设置PACSystemsRX3i临时IP地址，右击PAC，点击OfflineCommands,点击SetTemporany；设置第一个临时IP地址为：
192.168.1.4，设置第二个PACSystemsRX3i临时IP地址为：
192.168.1.5。
图3.7设置临时地址图
6）
对目标PAC进行参数配置；右击PAC，点击Properties，将PhysicalPort改成ETHERNET。
对目标PAC1进行参数配置，IP地址设为：
192.168.1.4，对目标PAC2进行参数配置，IP地址设为：
192.168.1.5，并对配置结果进行截图粘贴。
图3.8工程属性图
7）对目标PAC1中通讯模块ETM001进行参数配置，将IP地址设为：
192.168.1.4，对目标PAC2中通讯模块ETM001进行参数配置（其他模块采用默认配置），将IP地址设为：
192.168.1.5，并对配置结果进行截图粘贴。
图3.9通信模块地址图
8）通讯连接测试；右击PAC，点击SetasActiviceTarget将工程置为当前，点击闪电图标，进行通信连接，小手变绿，表示通信成功，点击
，下载程序经行调试；
图3.10通信测试图
3.4安装调试与过程
1）将其中的一个PAC通过临时IP设置好地址之后，将该PAC脱离PC机所在的网段，然后在设置另一个PAC与之前相同的的IP地址。
2）将两个PAC设为同一个IP地址时需注意设置地址不同重复出现，否则将会设置失败。
3）PC机的IP地址与PAC系统的IP地址须在同一号段内但不能相同，以防止IP地址冲突。
4）完成PC机与PAC系统的通信连接，将IP地址配置与硬件配置分别下载到PAC1和PAC2中
东西方向绿灯亮10秒,南北红灯亮10秒
图3.11PC屏实验图
东西方向黄灯亮5秒
图3.12PC屏实验图
南北方向绿红亮10秒,东西绿灯亮10秒
图3.13PC屏实验图
南北方向黄灯亮5秒.
图3.14PC屏实验图
东西方向绿灯亮10秒,南北红灯亮10秒
图3.15QPV屏实验图
东西方向黄灯亮5秒
图3.16QPV屏实验图
南北方向绿红亮10秒,东西绿灯亮10秒
图3.17QPV屏实验图
南北方向黄灯亮5秒
图3.18QPV屏实验图
4总结与体会
经过这次课程设计设计，使我对GE实验平台有了更加深刻的理解。
通过PLC编程和电脑与PAC之间的通信让我更加熟练的掌握这门课的学习。
平时在课本上学习的理论知识虽然比较好理解，但是在实际上机操作却不一定那么顺利。
我了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作夯实了坚实的基础。
我应该在大学里面学到的不仅仅是书本上的知识，我们应该学会的是“再学习”的能力，只有具备了这种再学习的能力，才能在没有老师指导的情况下自己查阅书籍做出以前没有学过的东西。
这次课程设计真的让我学到很多，这也会是求学路途中的一次重要的进步。
在PLC编程的过程中，总是会遇到一些逻辑上的问题。
这需要考虑周全，PLC在现在的工业生产中很常见。
在这次为期一周的PLC课设中，通过十字路口交通灯的设计，我巩固了以前所学的PLC的知识。
在后半周，学习了GE软件的使用，并且用组态实现了课设要求的控制功能。
我将在书本上学到的知识，在这次课设中得到体系化、架构化，对PLC电气控制理论，有了更加深刻的理解。
对于这周的课设，我以为得到的不仅仅是对于PLC编程的巩固和GE的初步掌握，更多的是接触到了将来踏入社会，接触实际工程所必须的一些东西。
同时，我已经历了对于一个开发工具从完全陌生到初步掌握的过程。
在学习GE的过程中，我了解到了有目的地学习会加促进我们的学习效率。
在设计过程中遇到问题，需要花费精力和耐心去解决。
在解决问题的过程中，我的耐心建立起来了。
为以后的工作积累了经验，增强了信心。
5参考资料
[1]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京东南大学出版社,2009.
[2]刘艺柱．GE智能平台自动化系统实训教程[M]．天津：
天津大学出版社，2014.
[3]陈在平．现场总线及工业控制网络技术[M]．北京：
电子工业出版社，2008.
[4]郭琼姚晓宁．现场总线技术及其应用[M]．北京：
机械工业出版社，2011
附录
PAC和PAC1的程序
PLC的交通灯程序
PLC1的交通灯程序
升级会员 