十字路口交通信号灯PLC控制系统设计（毕业论文）.doc

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1、课程设计任务书课程电器控制及PLC专业电器控制及自动化姓名学号指导教师指导教师职称课程设计题目十字路口交通信号灯PLC控制系统设计学期一、课程设计的主要内容与要求设计内容：1系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。2控制对象有八个：东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。3控制规律：1）高峰时段按时序图二（见正文设计内容）运行， 正常时段按时序图三（见正文设计内容）运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个

2、黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。2）高峰时段、 正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行（见下图）。 二、应收集资料及主要参考文献1、 许谬、王淑英编著电气控制与PLC机械工业出版社 2006年 12月2、 廖常初主编PLC编程及应用（第3版）机械工业出版社 2008年 6月3、 罗宇航主编流行PLC实用程序及设计 机械工业出版社 2006年12月4、 方承远主编工厂电气控制技术（第3版） 机械工业出版社 2008年4月5、 姚英学主编计算机辅助设计与制造 高等教育出版社 2002年5月 6、 王爱玲主编现代数控原理及控制系统国防工业出版

3、社 2003年6月7、 罗宇航主编流行PLC实用程序及设计西安电子科技大学出版社 2006年12月三、工作进度安排1、查阅资料、功能分析 1天2、可编程控制器外部电路设计和PLC程序设计 2.5天3、可编程控制器应用系统的调试 1.5天4、书写设计报告 1天任务审定：教研室意见：教研室主任（签字）：年 月 日任务完成人：指导教师签字：年 月 日学生签字： 年 月 日十字路口交通信号灯PLC控制系统设计（Intersection street-traffic control lights PLC control system design）摘 要： 本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控

4、制，其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用了顺序控制设计法用了八个定时器六个计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。控制程序包括有顺序功能图（SFC）、梯形图(LAD)、指令表(STL)。仿真测试用的是S7-200汉化版的仿真软件进行仿真，最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。关键词： PLC S7-200，交通信号灯，顺序功能图，梯形图，仿真调试，自动控制Abstract: This design is realizes with PLC to the inte

5、rsection street-traffic control lights control, its control method is uses Simenss S7-200 series CPU224 model PLC to the East, West, South and North red, yellow, green, the left green light to realize the orderly circulation to glisten, achieves to street-traffic control lights control. In the contr

6、olled process used the sequential control design law to use eight timer six counters to divide the time interval frequency division rate to realize automatically to eight controlled member control. The control procedure includes the smooth functional diagram (SFC), trapezoidal chart (LAD), instructi

7、on list (STL). What simulation test with is S7-200 sinicizes versions simulation software to carry on the simulation, passed through finally debugs many times has realized the complete design requirements which we needed.Key words: PLC S7-200, street-traffic control lights, smooth functional diagram

8、, trapezoidal chart, simulation debugging, automatic control目录1前言12设计内容及要求13硬件设计23.1 硬件选择23.2 PLC外部接设计23.2.1 PLC输入输出分配23.2.2 PLC外部接线图34 软件设计34.1 整体控制设计34.2 仿真与调试54.2.1调试中遇到的问题54.2.2 问题的分析与解决方案54.2.3 程序仿真65 设计总结86 参考文献8附录91.前言可变程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集

9、散系统融合方面有了很大的进展，可变程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。2.设计内容及要求系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。控制对象有八个：东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个 , 南北

10、方向黄灯两个，东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。高峰时段按时序图二运行， 正常时段按时序图三运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。高峰时段、 正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行。3.硬件设计3.1 硬件选择本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制设计法用多

11、个定时器和计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC编程对其实行自动控制。晚上时段黄灯按一定规律亮灭循环，可先用定时器控制其亮灭，再用计数器控制其循环。高峰时段与正常时段可先选时序图中的90秒为一个周期，用定时器与计数器先实现一个周期的循环，再用计数器实现高峰时段与正常时段的交错循环。3.2 PLC外部接线设计3.2.1 PLC输入输出分配表3-1 I/O分配表输入信号输出信号名称符号地址名称符号地址起动开关SQ-ONI0.0东西红灯R-EWQ0.0停止开关SQ-OFFI0.0东西黄灯Y-EWQ0.1东西绿灯G-EWQ0.2东西左绿L-EWQ0.3南北

12、红灯R-SNQ0.4南北黄灯Y-SNQ0.5南北绿灯G-SNQ0.6南北左绿L-SNQ0.73.2.2 PLC外部接线图图3-1是PLC外部接线图，选用的是西门子S7-200系列CPU224的PLC。图3-1 PLC外部接线图4.软件设计4.1 整体控制设计 图4-1为本设计的顺序功能图，及控制流程为： 1.晚间时段：拉上起动开关I0.0,功能图直接进入晚间时段，M0.0置位，触点M0.0通，常闭开关I0.0和常闭触点T38为通，所有黄灯亮，定时器T37开始计时，0.4秒后黄灯灭，同时T38开始计时，0.6秒后经计数器C1计数，循环以上过程达到黄灯亮0.4秒，灭0.6秒循环闪亮的目的，重复32

13、400次（9小时）后，常闭触点C1断开退出晚间时段，经M0.4进入正常时段（其中左支路实现正常时段运行状况，右支路实现高峰时段运行状况，并且左右支路互锁，运行周期周期均为90秒）。2.正常时段：M0.4置位，导通经M0.5东西红灯Q0.0亮维持55秒（T39 +T40 +T41+T42），同时南北左转弯绿灯Q0.7亮，T39开始计时，10秒后，Q0.7灭，常开触点T39闭合导通，南北绿灯Q0.6亮，T40计时30秒后，Q0.6灭，常开触点T40闭合，南北黄灯Q0.5亮，T41计时5秒，黄灯、东西红灯Q0.0灭，触点T41导通，东西左转弯绿灯Q0.3、南北红灯Q0.4亮，T42计时10秒后，Q0

14、.3灭，触点T42导通，Q0.4继续处于亮的状态，同时东西绿灯Q0.2亮，T43开始计时，30秒后Q0.2灭，触点T43导通，东西黄灯亮Q0.1与东西红灯Q0.0亮维持5秒，T44到时，至此正常时段的一个周期工作完毕，经计数器C2计数，循环以上正常时段工作运行过程，期间常闭触头T44对以上定时器进行复位，以达到从新计时的目的，当C2计数达20次（30分钟）时，常闭触头C2断开，常开触头C2闭合，及左支路断开，右支路导通，进入高峰时段。图4-1 顺序功能图3.高峰时段：M1.2置位导通，经M1.3,东西红灯Q0.0亮维持60秒（T45 +T46 +T47+T48），同时南北红灯Q0.4、南北左转

15、弯绿灯Q0.7亮，定时器T45计时，10秒后Q0.4、Q0.7灭，常开触点T46导通，南北黄灯Q0.5亮，T47计时5秒后，Q0.5灭，常开触点T47导通，东西左转弯绿灯Q0.3灭，同时触点T48通，东西绿灯Q0.2亮，T49计时，25秒后，Q0.2灭，触点T49导通，东西黄灯Q0.1亮，计时器T44计时5秒，T44到时，至此高峰时段的一个周期工作完毕，经计数器C3计数返回高峰时段运行状态，直到C3计数达51次（循环50次共1.25小时），这时常闭触点C3断开，常开触点C3导通，高峰时段运行支路断开，又从新进入正常时段运行状态。4.交叉循环运行：第二阶段正常时段的运行状况同一阶段正常运行状况，

16、只是它们循环次数从20次变成331次（循环330次共8.25小时），工作到16:30又进入两小时的高峰运行时段，共循环80次，即C5计数80次后常闭触点C5断开，常开触点C5闭合，再次进入正常时段工作状态循环运行C6计数121次（循环120次共3小时）计数完后C6将所有定时器、计数器复位，又从新进入晚间时段重复以上工作过程。当拉下停止开关I0.0交通信号停止循环，计数器、计时器都复位清零，若再次拉上I0.0，交通灯继续从头开始循环闪亮。4.2 仿真与调试4.2.1 调试中遇到的问题1.在开始阶段按下起动按钮后无法实现黄灯闪烁。2.程序进入正常时段后，停留在正常时段循环中，即使C2计数完毕，但下

17、面的计数器无法计数，程序无法前进。3.当晚间时段运行完毕后，正常时段与高峰时段两支路同时在运行。4.当一次大周期运行完后无法再进行第二次循环。5.当按下停止按钮I0.1，再松开I0.1后，有时黄灯不断闪烁，同时其他灯也在运行。6.当我们在调试时有I0.0、I0.1两个按钮开关，总共有4种情况，及I0.0置1、I0.1置0，I0.0置1、I0.1置1、I0.0置0、I0.1置0，I0.0置0、I0.1置1，同时他们的关断顺序不同也会产生不同的结果，总之，这里有两种情况是不用的，会产生不利影响的隐患。我就在思考可否只用一个开关来控制其通断，这样不仅消除了隐患，还使操作更便利，更符合要求。4.2.2

18、 问题的分析与解决方案 1. 原因:无法实现黄灯闪烁是因为定时器T37、T38计数完后没有复位，所以只能计时一次。 措施：用计时器T38的常闭触点放在计时器T37前面，实现当T38计时完后常闭触点T38自动断开，实现对T37的复位，这样就可以实现T37的自动置位、复位，达到循环计时的目的。 2.原因：C3及其后面的计数器无法计数，可以判断出每次循环到计数器前时没有脉冲过来，及其一直处于断开或导通，经判断C2计数完毕后C3一直处于导通状态，但并没有脉冲过来使其计数。 措施：要使C3导通，我们就要在C2计数完毕后使其有个通断过程，产生脉冲使其计数，我们发现前面循环过程前，我们都采用了用T44的常闭

19、触头来使下面的计时器复位，及当T44计数完毕后，T44常闭触头断开的瞬时将下面的计时器全部清零，包括T44自己本身。经思考我们也可以用T44的常闭触头来实现计数器没导通时有个瞬时通断过程（时间忽约不计），及只需在C3前面串上一个T44常闭触头。同理下面的计数器前也加上T44常闭触头即可。 3.原因：由于C1计数完后，常开触点C1导通，脉冲并不会因为C2在为左分支工作，而先进入左分支，而是自动分向两个分支，导致两边同时运行。 措施：这个问题主要出在左右分支即正常时段与高峰时段的运行状况不能同时运行，必须使他们互锁。考虑到后面正常时段与高峰时段要交替运行，我们必须同时对后面的运行进行考虑解决。后面

20、共用了C2、C3、C4、C5、C6五个计数器，但我们只需考虑前四个。经过分析用表达示（!C2+C3*!C4+C5）和（C2*!C3 +C4*!C5）实现对左右分支的互锁。 4.原因：无法再继续运行，可见问题出在计时器或计数器上，又经过分析不会是计时器的问题，因为计时器的前后步紧密相连，前对后在每次运行后都进行了复位的，因此就是计时器的问题。我发现每次运行计数器到数后其运数器还一直在计数，第二次循环时，计数器并没有复位，因此无法计数，也就无法实现再循环。 措施：要想让第一次运行完后，程序能够实现自动再循环，需要对全部计时器、计数器进行复位，由上分析我们只需对计数器进行复位，最好的方法是，用最后一

21、个计数器C6来对他们复位，即在每个计数器的复位接线上接一个常开触点C6，当最后一个计数器C6计数完毕后，常开触点C6闭合自动复位实现再循环。 5.原因：出现黄灯不断闪烁，其他灯也在运行是因为当我们把停止开关置于高电平时，程序运行到中段，C1已计完，但把I0.1按下，即置回低电平时，前面晚间时段再次导通 ，C1已被复位，因此会使黄灯不断闪烁，而还有其他灯在运行，则是因为我们之前加的脉冲进入了正常时段或高峰时段的循环中，没有断开这里面的脉冲，及我们的停止开关没有对步实现完全断开。 措施：我们在每个计数器加上停止开关I0.1的常闭触头，同时在计数器C1前面加上C1的常闭触头使其彻底断开，无法再继续运

22、行，同时起到无法再向下输送脉冲的作用。同时要实现断开每一个步，还需在每步的前面加上一常闭触头I0.1，当按下I0.1后能够断开每一步，实现彻底停止的目的。 6.原因：用一个开关能使系统更趋于自动化，更加简便，更符合现实要求。 措施：经思考，我将原来的按钮开关换成了闸刀开关，用I0.0去替代所有的I0.1（考虑其通断关系），并去掉一些可以不用的触头，经多次调试最终使设计趋于完美。4.2.3 程序仿真 各时段的仿真运行情况如图4-2、图4-3、图4-4、图4-5所示。 图4-2 晚间时段运行情况 图4-3 正常时段运行情况图4-4 高峰时段运行情况图4-5 停止运行情况5.设计总结经过本次课程设计

23、，让我更加深刻的学习和巩固了电气控制及PLC这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中拓宽了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强，可以通过平时学的知识自己设计很多有意思的电子产品，不仅能培养我们的兴趣爱好，更对我们今后的发展起到至关重要的作用。在这次课程设计中遇到了很多问题，也获得了很多意想不到的知识。在每次突破一个问题后都有种久违的满足感，甚至对每发现一个问题都有种莫名的兴奋。虽然这次的课程设计整整花了我一个星期的时间，每天从早到晚，头脑中就只有这个设计，甚至屡次因为忙于修改方案，调试程序，想解决问题的方法而忘记

24、吃饭、休息，这种感觉不像高中时段那样被人追着学习，而这是自主的去思考突破，是自身的能动力起了作用。因此，这次的课程设计很有意义，感谢我们院上的领导为我们精心安排了这次课程设计，让我们在短时间内掌握了很多知识，以及知识以外的许多东西，比如吃苦耐劳的精神、专研问题的韧劲等等，在此特别感谢我们PLC课程的赵欣老师每天来到教室为我们传授她丰富的知识和经验，感谢赵老师的悉心教导才有了我们的设计取得突破性进展。6.参考文献1 许谬、王淑英编著电气控制与PLC机械工业出版社 2006年 12月2 廖常初主编PLC编程及应用（第3版）机械工业出版社 2008年 6月3 罗宇航主编流行PLC实用程序及设计 机械

25、工业出版社 2006年12月4 方承远主编工厂电气控制技术（第3版） 机械工业出版社 2008年4月5 姚英学主编计算机辅助设计与制造 高等教育出版社 2002年5月 6 王爱玲主编现代数控原理及控制系统国防工业出版社 2003年6月7 罗宇航主编流行PLC实用程序及设计西安电子科技大学出版社 2006年12月附录：十字路口交通信号灯梯形图附录：指令表Network 1 LD I0.0S M0.0, 1Network 2 LD M0.0AN C1AN T38A I0.0S M0.1, 1R M0.0, 1TON T37, 4Network 3 LD T37S M0.2, 1R M0.1, 1T

26、ON T38, 6Network 4 LD T38S M0.3, 1R M0.2, 1Network 5 LD T38LD C6ON I0.0CTU C1, 32400Network 6 LD C3AN C4ON C2O C5AN T44A C1S M0.4, 1R M0.3, 1Network 7 LD M0.4S M0.5, 1R M0.4, 1TON T39, 100Network 8 LD T39S M0.6, 1R M0.5, 1TON T40, 300Network 9 LD T40S M0.7, 1R M0.6, 1TON T41, 50Network 10 LD T41S M1

27、.0, 1R M0.7, 1TON T42, 100Network 11 LD T42S M1.1, 1R M1.0, 1TON T43, 300Network 12 LD C2AN C3LD C4AN C5OLDA C1AN T44S M1.2, 1R M0.3, 1Network 13 LD M1.2S M1.3, 1R M1.2, 1TON T45, 100Network 14 LD T45S M1.4, 1R M1.3, 1TON T46, 350Network 15 LD T46S M1.5, 1R M1.4, 1TON T47, 50Network 16 LD T47S M1.6,

28、 1R M1.5, 1TON T48, 100Network 17 LD T48S M1.7, 1R M1.6, 1TON T49, 250Network 18 LD T49O T43S M2.0, 1R M1.7, 1R M1.1, 1TON T44, 50Network 19 LD T44S M2.1, 1R M2.0, 1Network 20 LD T44LD C6ON I0.0CTU C2, 20Network 21 LD C2AN T44S M2.2, 1R M2.1, 1Network 22 LD C2AN T44LD C6ON I0.0CTU C3, 51Network 23 L

29、D C3AN T44S M2.3, 1R M2.2, 1Network 24 LD C3AN T44LD C6ON I0.0CTU C4, 331Network 25 LD C4AN T44S M2.4, 1R M2.3, 1Network 26 LD C4AN T44LD C6ON I0.0CTU C5, 81Network 27 LD C5AN T44S M2.5, 1R M2.4, 1Network 28 LD C5AN T44LD C6ON I0.0CTU C6, 121Network 29 LD C6S M2.5, 1R M0.0, 1Network 30 LD M0.5O M0.6

30、O M0.7O M1.0O M1.3O M1.4O M1.5O M1.6= Q0.0Network 31 LD M0.1O M2.0= Q0.1Network 32 LD M1.1O M1.7= Q0.2Network 33 LD M1.0O M1.6= Q0.3Network 34 LD M0.5O M1.0O M1.1O M1.3O M1.6O M1.7O M2.0= Q0.4Network 35 LD M0.1O M0.7O M1.5= Q0.5Network 36 LD M0.6O M1.4= Q0.6Network 37 LD M0.5O M1.3= Q0.7Network 38 LD I0.0R M0.5, 1R M0.6, 1R M0.7, 1R M1.0, 1R M1.1, 1R M1.3, 1R M1.4, 1R M1.5, 1R M1.6, 1R M1.7, 1R M2.0, 1