實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)紅綠燈PLC編程

一章 設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)此次PLC編程方法均與以S7-200作為背景機(jī)。1.2 方案選擇這次給的方案有三種，一種是傳統(tǒng)紅綠燈，即綠燈切換到紅燈之前用黃燈緩沖，而紅燈到綠燈沒有黃燈緩沖，這種紅綠燈沒有人行道上的紅綠燈；第二種是普通紅綠燈，就是在傳統(tǒng)紅綠燈基礎(chǔ)上加上人行道紅綠燈，人行道上只有紅、綠兩種燈；第三種是大型紅綠燈，這種紅綠燈是在普通紅綠燈基礎(chǔ)上加左右轉(zhuǎn)彎和倒計(jì)時(shí)顯示。下面就來介紹這三種紅綠燈：方案一 傳統(tǒng)紅綠燈十字路口每個(gè)方向各有一組紅綠燈，共四組。這種紅綠燈控制簡單方便。但是缺點(diǎn)是只適合小型城市或者沒有行人過馬路和馬路兩邊架設(shè)天橋的十字路口?，F(xiàn)今已經(jīng)無法滿足較大城市的交通需求，很容易出現(xiàn)交通堵塞現(xiàn)象。當(dāng)啟動(dòng)PLC時(shí)，南北方向綠燈亮25s，同時(shí)東西方向紅燈亮30s ；25s后南北方向綠燈閃爍3次（用時(shí)3s）后，改為黃燈，之后南北紅燈并維持30s；此時(shí)東西方向由紅燈變?yōu)榫G燈亮25s，然后綠燈閃爍3次（用時(shí)3s）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s，如此一直循環(huán)。如圖：傳統(tǒng)紅綠燈平面示意圖方案二 普通實(shí)用型紅綠燈十字路口每個(gè)方向各有一組紅綠燈，共四組；在每個(gè)路口加上人行道，人行道左右方向上各有一組紅綠燈，共八組。這種紅綠燈以控制簡單實(shí)用方便，普遍運(yùn)用在我們生活中。缺點(diǎn)是此種紅綠燈不適合用在大型的交通樞紐上，因?yàn)樗荒艹惺艽罅髁康能囕v通行。下面就來介紹這種紅綠燈的設(shè)計(jì)。當(dāng)啟動(dòng)PLC時(shí)，南北方向綠燈亮25s，人行道南北方向亮紅燈30s ，同時(shí)馬路東西方向紅燈亮30s人行道東西亮綠燈27s后閃爍3次（頻率1s/次）；25s后馬路南北方向綠燈閃爍3次（頻率1s/次）后，改為黃燈亮2s，之后馬路南北紅燈亮并維持30s，這時(shí)人行道南北方向亮綠燈27s后閃爍3次（頻率1s/次）；此時(shí)馬路東西方向由紅燈變?yōu)榫G燈亮25s，人行道由綠燈變?yōu)榧t燈亮30s；然后綠燈閃爍3次（頻率1s/次）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s。如此一直循環(huán)。下面是示意圖：普通實(shí)用型紅綠燈平面示意圖方案三 大型紅綠燈十字路口每個(gè)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(duì)現(xiàn)今大城市交通而設(shè)計(jì)的，車道上設(shè)計(jì)了左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三組信號(hào)燈。它相對(duì)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(duì)大量的行人和車輛也可以進(jìn)行秩序化的放行。下面就來介紹這種紅綠燈：注：先對(duì)各個(gè)方向上的燈作序號(hào)，記向北左轉(zhuǎn)為1點(diǎn)方向、向北直行為2點(diǎn)方向以此順時(shí)針計(jì)數(shù)。最后向東左轉(zhuǎn)為12點(diǎn)方向。當(dāng)啟動(dòng)PLC時(shí)，系統(tǒng)得電。按下啟動(dòng)按鈕，9、5點(diǎn)方向亮綠燈27s后變?yōu)辄S燈亮3s最后變?yōu)榧t燈亮90s；9、5變紅燈同時(shí)11、3變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最后變?yōu)榧t燈亮90s ，11、3變?yōu)榧t燈同時(shí)2、6變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最后變?yōu)榧t燈亮90s ，2、6變?yōu)榧t燈同時(shí)8、12變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最后變?yōu)榧t燈亮90s。人行道上開始南北方向綠燈亮60s后變?yōu)榧t燈亮60s，東西方向紅燈亮60s后變?yōu)榫G燈亮60s。馬路東南西北右轉(zhuǎn)方向亮燈與南北人行道一樣。完成一個(gè)周期后，循環(huán)。下面是平面示意圖：大型紅綠燈平面示意圖1.3 方案比較下面把三種方案列出比較：方案材料選擇優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案比較方案一 傳統(tǒng)紅綠燈12盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，有基本功能只有基本馬路紅綠燈功能，不具實(shí)用性經(jīng)三種方案優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比（以麗水城市為例），選擇方案二比較適合，她適用現(xiàn)在的中小城市，控制結(jié)構(gòu)簡單，功能相對(duì)齊全，從經(jīng)濟(jì)方面考慮也是相對(duì)節(jié)約的。方案二 普通實(shí)用型紅綠燈28盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架，八桿兩米燈架控制簡單實(shí)用，安裝方便，擁有馬路和人行道功能在一些大型城市或交通繁忙路段無法正常疏導(dǎo)交通方案三 大型紅綠燈52盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架，八桿兩米燈架能勝任各個(gè)交通路口，指示燈全面，功能齊全。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)都很復(fù)雜，安裝線路繁多第二章 紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 PLC型號(hào)選用根據(jù)設(shè)計(jì)要求得出，只需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕SB1和一個(gè)停止按鈕SB2兩個(gè)輸入信號(hào)，而馬路上有六組信號(hào)燈，人行道上有四組信號(hào)燈，共十組輸出信號(hào)。為避免大材小用，秉承經(jīng)濟(jì)節(jié)約方針，我們應(yīng)盡量選擇最經(jīng)濟(jì)的方案。這次設(shè)計(jì)我們選用了S7-200 CPU224型號(hào)PLC，外加CPU221作為外加的模塊。2.2 硬件設(shè)備選用及I/O地址分配2.2.1 硬件設(shè)備選用名稱型號(hào)及要求備注PLC主機(jī)S7-200 CPU224可另加模塊主開關(guān)SB1、SB2變壓器方正EI行變壓器220v變24v交通信號(hào)指示燈超高強(qiáng)度LED燈光強(qiáng)度：紅928cd黃714cd綠989cd；功率（w）：紅、黃20w 綠=500m,工作電壓AC220v15%人行道信號(hào)指示燈電線BVR2.5平方銅芯硬線長度自選其他附件S7-200 CPU221外加PLC模塊2.2.2 I/O地址分配序號(hào)功能外部元件內(nèi)部地址I/O備注1停止停止按鈕SB1I0.2紅色按鈕2啟動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB2I0.3綠色按鈕3連接作用M0.0、M0.1中間繼電器4計(jì)時(shí)T37、T47、T51計(jì)時(shí)30s5計(jì)時(shí)T48、T53計(jì)時(shí)27s6計(jì)時(shí)T38、T43計(jì)時(shí)25s7計(jì)時(shí)T42、T46計(jì)時(shí)2s8計(jì)時(shí)T39、T40、T44、T45、T49、T50、T54、T55計(jì)時(shí)0.59計(jì)數(shù)C20-C23計(jì)數(shù)3次10停止指示馬路南北紅燈Q0.0亮30s11通行指示馬路南北綠燈Q0.1亮25s，閃3s12等待指示馬路南北黃燈Q0.2亮2s13停止指示馬路東西紅燈Q0.3亮30s14停止指示馬路東西綠燈Q0.4亮25s，閃3s15等待指示馬路東西黃燈Q0.5亮2s16通行指示人行道南北綠燈Q0.6亮27s，閃3s17停止指示人行道南北紅燈Q0.7亮30s18通行指示人行道東西綠燈Q1.0亮27s，閃3s19停止指示人行道東西紅燈Q1.1亮30s地址分配表2.2.2 硬件電路接線（實(shí)驗(yàn)用電路）PLC調(diào)試接線圖注：實(shí)驗(yàn)選用的指示燈為工作電壓為24v 50Hz。變壓器為方正EI行變壓器。進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，接線每個(gè)端口輸出都只接一盞燈作為指示。2.2.3 硬件電路接線（實(shí)驗(yàn)線路接線）實(shí)際電路接線圖2.2.4 紅綠燈控制系統(tǒng)要求A圖從圖中的方向箭頭可以看出，南北馬路亮的是綠燈指示可以通行，東西人行道上亮的綠燈也是可以通行的。而馬路東西方向上兩的是紅燈車輛停止通行，南北人行道上亮的也是紅燈禁止通行。B圖在A圖中馬路南北是綠燈通行的，經(jīng)過一段時(shí)間馬路南北由綠燈變?yōu)辄S燈，而東西人行道上海是綠燈通行狀態(tài)，而南北人行道和東西馬路沒有變化。C圖緊接B圖之后，黃燈計(jì)時(shí)到馬路南北變?yōu)榧t燈禁止通行。而東西馬路和南北人行道紅燈變?yōu)榫G燈通行狀態(tài)。此時(shí)東西人行道就馬上變?yōu)榧t燈讓道給馬路上的車輛。D圖D圖 效果與B圖相類似，它是記綠燈之后的黃燈緩沖階段，馬路東西方向原本是綠燈通行狀態(tài)，現(xiàn)變?yōu)辄S燈緩沖階段，車輛等待下一步指示。而東西人行道和南北馬路紅燈因計(jì)時(shí)沒到?jīng)]有變化。緊接D圖之后是A圖。ABCD四張圖紙依次循環(huán)組成十字路口紅綠燈。2.3 紅綠燈設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能圖順序流程圖當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕后，系統(tǒng)如圖所示的循環(huán)工作。2.4 紅綠燈控制系統(tǒng)時(shí)序圖紅綠燈工作時(shí)都按系統(tǒng)控制要求的順序進(jìn)行，如圖時(shí)序圖當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，其工作情況如上時(shí)序圖。馬路東西紅燈亮30s，同時(shí)馬路南北綠燈亮25s，之后由3s的閃爍，緊接著為黃燈亮2s。馬路東西紅燈30s結(jié)束后綠燈接上，綠燈亮25s后變?yōu)辄S燈亮2s之后變?yōu)榧t燈，如此循環(huán)。系統(tǒng)啟動(dòng)同時(shí)，人行道南北紅燈亮30s，東西綠燈亮25s之后閃爍3s在變?yōu)辄S燈亮2s 。人行道東西綠燈亮25s后閃爍3s變?yōu)辄S燈亮2s在變?yōu)榧t燈亮30s又變?yōu)榫G燈如此循環(huán)。2.5 紅綠燈PLC編程2.5.1 程序說明根據(jù)對(duì)紅綠燈的控制要求及PLC地址分配的定義，可對(duì)PLC程序編制，其梯形圖見附錄1。下面對(duì)所編的程序梯形圖作簡要的說明：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕I0.3，中間繼電器M0.1得電其常開觸點(diǎn)閉合代替了I0.3達(dá)到自鎖使得MO.1在一直通電的狀態(tài)。中間串上M0.0常閉觸點(diǎn)是為了當(dāng)需要切斷電源時(shí)，按下I0.2，繼電器M0.0得電，其常閉觸點(diǎn)斷開，而此斷開M0.1的自鎖程序達(dá)到切斷電源的效果。（1）當(dāng)按下啟動(dòng)開關(guān)后，以下接觸器得電：aQ0.0通過中間繼電器M0.1的常開觸點(diǎn)閉合接通電源，馬路南北紅燈亮。而計(jì)時(shí)器也接通，它是為Q0.0計(jì)時(shí)作用的。當(dāng)T37計(jì)時(shí)30s后，它的常閉觸點(diǎn)斷開，斷開Q0.0的電源。T42常閉觸點(diǎn)在這里起循環(huán)作用，就是在此程序運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)周期時(shí)，控制最后一個(gè)接觸器的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)完成，斷開T37使得T37重新計(jì)時(shí)，以達(dá)到循環(huán)效果。bQ0.4得電，馬路東西綠燈亮。與之串連的是計(jì)數(shù)器C21（計(jì)數(shù)3次，作用是Q0.4閃爍3次時(shí)斷開其電源），T43、T44在這里起控制Q0.4閃爍并計(jì)時(shí)作用。cQ0.7接通人行道東西方向紅燈亮，Q0.7與Q0.0公用一個(gè)計(jì)時(shí)器，所以Q0.7的顯示時(shí)間與Q0.0一樣。d Q1.0得電人行道南北方向綠燈亮，它的顯示與Q0.4相同。C22、T48、T49的功能葉相同。（2）延時(shí)25s后，Q0.4馬路東西方向綠燈開始閃爍。計(jì)時(shí)器T43計(jì)時(shí)到，它的常閉觸點(diǎn)先斷開，使得Q0.4失電，同時(shí)它的常開觸點(diǎn)閉合，接通計(jì)時(shí)器T44。T44、T45（接通T44后，T44開始工作，0.5S后接通QO.4與T45，再過0.5s后計(jì)時(shí)器T45工作，先斷開T44。如此循環(huán)工作。而這里加上計(jì)數(shù)器C21的3次計(jì)數(shù)達(dá)到綠燈閃爍功能。（3）經(jīng)過3s后，C21計(jì)數(shù)完成，斷開Q0.4（熄滅綠燈）接通Q0.5馬路東西黃燈和計(jì)時(shí)器T46（T46在這里起計(jì)時(shí)作用，2s后它先斷開Q0.5，然后其常開觸點(diǎn)閉合接通Q0.3，達(dá)到紅綠燈循環(huán)效果。（4）延時(shí)2s后，T46常開觸點(diǎn)閉合接通Q0.3馬路東西紅燈。這時(shí)計(jì)時(shí)器T47接通開始工作。T47計(jì)時(shí)2s后，它的敞開觸點(diǎn)閉合，復(fù)位C21。使得Q0.4重新開始工作，如此一直循環(huán)。 （5）當(dāng)人行道紅燈Q0.7亮30s后，T37計(jì)時(shí)30s動(dòng)作，其常閉觸點(diǎn)先端開，切斷Q0.7。然后其常開觸點(diǎn)閉合接通Q0.6(人行道東西綠燈)，Q0.6接通27s后閃爍3s（頻率1s/次）其工作過程與馬路閃爍3次相類似。此次設(shè)計(jì)的紅綠燈系統(tǒng)工作情況就向上面介紹的循環(huán)工作。2.5.2 控制系統(tǒng)程序梯形圖見附錄12.5.3 梯形圖對(duì)應(yīng)的語句表見附錄32.6 PLC設(shè)備安裝這次選用的S7-200設(shè)計(jì)小巧便于安裝，可以利用安裝孔把模塊固定在控制柜的背板上；或者利用設(shè)備上的DIN夾子，把模塊固定在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（DIN）的導(dǎo)軌上。在安裝時(shí)應(yīng)注意與熱源、高電壓和電子噪音隔開，S7-200設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)采用自然散熱方式，所以在安裝線路時(shí)要留足夠的空間。在擴(kuò)展接口處也應(yīng)留出足夠的空間。這樣可以靈活地使用I/O擴(kuò)展電纜。在安裝或卸載任何電器前必須確認(rèn)設(shè)備電源已經(jīng)斷開。（安裝詳情可參考西門子S7-200手冊）3.7 實(shí)驗(yàn)電路接線實(shí)物圖見附錄23.8 程序調(diào)試程序調(diào)試在PLC模擬電路板上進(jìn)行。先按硬件接線圖完成實(shí)物的接線。接線時(shí)各個(gè)接口按圖正確接線，并且每個(gè)接口牢靠。完成此步驟后再連接上傳輸線。在做調(diào)試時(shí)，首先將事先編好的程序系在到PLC上（至于怎么下載這里就不作討論）。完成后可進(jìn)行通電試運(yùn)行。PLC一上電電路應(yīng)無任何反應(yīng)，這時(shí)線路可進(jìn)行下一步調(diào)試。這時(shí)電腦上可進(jìn)行程序狀態(tài)監(jiān)控。按下啟動(dòng)按鈕SB1，啟動(dòng)后Q0.1、Q0.3、Q1.1、Q2.0四個(gè)接口上的接觸器馬上吸合，25s后Q0.1接口上的接觸器考試跳動(dòng)，跳動(dòng)3次后斷開，改為Q0.2后面的接觸器吸合。2s后Q0.4、Q1.0、Q2.1吸合，25s后Q0.4接口上的接觸器開始跳動(dòng)3次，跳動(dòng)3次后斷開，改為Q0.5后面的接觸器吸合。2s后Q0.5斷開，Q1.0后面的接觸器開始跳動(dòng)3次后斷開。后面動(dòng)作一直如此循環(huán)作業(yè)。在沒有按下SB2停止按鈕之前，電路一直循環(huán)作業(yè)。第三章 報(bào)告總結(jié)寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告是學(xué)機(jī)電一體化必不可少的程序，我體會(huì)了其中的艱辛，為寫著份報(bào)告曾多次去實(shí)地取材，并做記錄。為把身邊最常見的紅綠燈原原本本的概述在報(bào)告里是件很困難的事情，也為此提前一個(gè)星期就開始做準(zhǔn)備。這次設(shè)計(jì)的紅綠燈適用于一般交通十字路口，不推薦使用在繁忙地段（與麗水地區(qū)作為參考）。此設(shè)計(jì)使用方便，從經(jīng)濟(jì)方面算成本也不高，適合在一般中小城市推廣。在設(shè)計(jì)時(shí)還有人性化設(shè)計(jì)，使用時(shí)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌顟B(tài)調(diào)整紅綠燈的時(shí)間或在紅綠燈上面加計(jì)時(shí)器。為適應(yīng)時(shí)代變化，將會(huì)有更多的功能更全面的推出，總之一切都是為了順應(yīng)時(shí)代變化。設(shè)計(jì)過程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至讓我想打退堂鼓。不過經(jīng)過不斷的完善，終于完成了這次設(shè)計(jì)并寫完報(bào)告，這給了我很大的信心，在才過程中我對(duì)PLC可編程控制又有了新的了解。但是設(shè)計(jì)中存在許多不足，這些不足限制了更多的功能。通過這次紅綠燈設(shè)計(jì)業(yè)讓我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在這過程中還得到了許多人的幫助，是他們讓我順利的完成了這次設(shè)計(jì)?？傊痪湓?，過程了痛苦的，成果是欣慰的。我想這可能是我大二這學(xué)期最后一份報(bào)告，它也將是我大學(xué)階段一個(gè)不錯(cuò)的收獲，也為我將來的路作了一個(gè)很好的鋪墊。參考文獻(xiàn)：廖常初可編程序控制器的編程方法與工程應(yīng)用重慶大學(xué)出版社，2001廖常初PLC梯形圖程序的設(shè)計(jì)方法與技巧電工技術(shù)，1998周少武等大型可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中國電力出版社，2001曹輝可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用電子工業(yè)出版社，2003路林吉，江龍康等可編程序控制器原理及應(yīng)用清華大學(xué)出版社，2002西門子公司SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊，20046王仁詳常用低壓電器原理及控制技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006附錄1 梯形圖附錄2 實(shí)驗(yàn)電路接線實(shí)物圖附錄3 語句表LD I0.2= M0.0LD I0.3O M0.1A M0.0= M0.1LD M0.1AN T42TON T37, 300LD T37A T53LPSAN T55TON T54,