PLC報(bào)告十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制要點(diǎn)

1、0 / 20 文檔可自由編輯 目錄 一、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).1 1.1 交通信號(hào)燈的控制要求 .1 1.1.1、采用 PLC 構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號(hào)燈 的電氣控制.2 1.1.2、信號(hào)燈的控制原則.2 1.2 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序.2 1.3 PLC 硬件控制電路的設(shè)計(jì) .4 1.3.1、PLC 的選型 .4 1.3.2、 PLC 的地址分配表 .5 1.3.3、PLC 控制電路接線圖 .6 二、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì).7 2.1、STEP7 編程軟件的概述 .7 2.2、交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程.7 2.2.1、 PLC 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 .7 2.2.2、交通信號(hào)燈程

2、序設(shè)計(jì)步驟.8 2.2.3 工作過程流程圖 .9 2.2.4、交通信號(hào)燈的 PLC 程序.10 心得體會(huì).13 參考文獻(xiàn).14 十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的交通信號(hào)燈控制 1 / 20 文檔可自由編輯 一、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)一、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 1.11.1 交通信號(hào)燈的控制要求交通信號(hào)燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號(hào)燈發(fā)揮的作用越來越大，正 因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘?hào)燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時(shí)，減少了交 通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號(hào)燈不合理使用或設(shè)置，也會(huì)影 響交通的順暢。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要遵循一定的原則和要求。 交通信號(hào)燈由

3、紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠 燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。交通信號(hào)燈分為機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、 非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、 閃光警告信號(hào)燈、道路與鐵路平面交叉道口信號(hào)燈。交通信號(hào)燈用 于道路平面交叉路口，通過對(duì)車輛、行人發(fā)出行進(jìn)或停止的指令， 使各個(gè)方向同時(shí)到達(dá)的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提 高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。 在本設(shè)計(jì)中，我們僅以機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈為例，來說明它的控制要 求。一般的十字路口交通信號(hào)燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖如圖 1.1 所示，其南北 和東西每個(gè)方向各有紅、綠、黃三種信號(hào)燈，為確保交通安全，對(duì) 其控制系統(tǒng)的要求如下。 圖 1.

4、1 交通燈現(xiàn)場(chǎng)示意圖 2 / 20 文檔可自由編輯 1.1.11.1.1、采用、采用 PLCPLC 構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號(hào)燈的電構(gòu)成十字路口的南北向和東西向交通信號(hào)燈的電 氣控制氣控制 采用 PLC 構(gòu)成十字路口帶倒計(jì)時(shí)顯示的南北向和東西向交通信 號(hào)燈的電氣控制。系統(tǒng)上電后，交通指揮信號(hào)控制系統(tǒng)由由一個(gè) 3 位轉(zhuǎn)換開關(guān) SA1 控制。SA1 手柄指向左 45 時(shí)，接點(diǎn) SA1-1 接通， 交通指揮系統(tǒng)開始按常規(guī)正?？刂乒δ芄ぷ?，按照如圖 1.2 所示工 作時(shí)序周而復(fù)始，循環(huán)往復(fù)工作。正常運(yùn)行時(shí)，南北向及東西向均 有兩位數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示牌同時(shí)顯示相應(yīng)的指示燈剩余時(shí)間值。SA1 手柄

5、指向中間 0 時(shí)，接點(diǎn) SA1-2 接通，交通指揮系統(tǒng)南北向綠燈常 亮，東西向紅燈常亮，數(shù)碼管顯示 99 不變。SA1 手柄指向右 45 時(shí)， 接點(diǎn) SA1-3 接通，交通指揮系統(tǒng)東西向綠燈常亮，南北向紅燈常亮， 數(shù)碼管顯示 99 不變。控制信號(hào)說明見表 1.3。 3 / 20 文檔可自由編輯 1.1.21.1.2、信號(hào)燈的控制原則、信號(hào)燈的控制原則 1) 當(dāng)東西方向允許通行（綠燈）時(shí)，南北方向應(yīng)禁止通行（紅燈） ； 同樣，當(dāng)南北方向允許通行（綠燈）時(shí)，東西方向應(yīng)禁止通行（紅 燈） 。 2) 在綠燈信號(hào)要切換為紅燈信號(hào)之前，為提醒司機(jī)提前減速并剎車， 應(yīng)有明顯的提示信號(hào)：綠燈閃爍。 3) 信號(hào)

6、燈控制系統(tǒng)啟動(dòng)后應(yīng)能自動(dòng)循環(huán)動(dòng)作。 1.21.2 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序交通信號(hào)燈的控制時(shí)序 交通信號(hào)燈的控制時(shí)序如圖 1.2 所示，它是按信號(hào)燈置 1 與置 0 兩種狀態(tài)繪制的，置 1 表示信號(hào)燈點(diǎn)亮，置 0 表示信號(hào)燈點(diǎn)滅。 圖 1.2 十字路口交通燈正常工作時(shí)序 4 / 20 文檔可自由編輯 T7：2s C1：3次 T6：0.5s T5：0.5s T4：25s T3：2s C0：3次 T1：0.5s T2：0.5sT0：25s 南北綠燈 南北黃燈 南北紅燈 東西綠燈 東西黃燈 東西紅燈 表 1.3 十字路口交通燈控制 信號(hào)說明 輸 入輸 出 文字 符號(hào) 說 明文字符 號(hào) 說 明 SA1-1

7、 交通燈正常工作控制開 關(guān) H1 南北向綠燈指示 SA1-2 南北向交通燈常綠控制 開關(guān) H2 南北向黃燈指示 SA1-3 東西向交通燈常綠控制 開關(guān) H3 南北向紅燈指示 5 / 20 文檔可自由編輯 H4 東西向綠燈指示 H5 東西向黃燈指示 H6 東西向紅燈指示 H11 南北向 2 位七段數(shù)碼顯 示管 H12 東西向 2 位七段數(shù)碼顯 示管 1.31.3 PLCPLC 硬件控制電路的設(shè)計(jì)硬件控制電路的設(shè)計(jì) 1.3.11.3.1、PLCPLC 的選型的選型 在對(duì) PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要了解各個(gè)控 制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；其次， 要分析對(duì)象的

8、控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；再次， 要確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對(duì)開關(guān)量、模擬量的控制、 用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的 PLC 機(jī)型及外設(shè)，完成相應(yīng)的 PLC 硬件結(jié)構(gòu)配置。因此，PLC 的選型 是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。 目前，國(guó)內(nèi)外 PLC 生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的 PLC 品種可達(dá)數(shù)百個(gè)，其性 能各有特點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要盡可能考慮采用便于學(xué)習(xí)、掌 握、維護(hù)方便、備品配件通用性強(qiáng)的 PLC。 我國(guó)市場(chǎng)上流行的 PLC 產(chǎn)品有以下幾家： 1) 德國(guó)西門子(Siemens)公司的產(chǎn)品，目前有 SIMATIC S7- 6 / 20 文檔可自由編輯 4

9、00/300/200 系列產(chǎn)品； 2) 美國(guó)羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的 AB(Allen&Bradly)公 司的產(chǎn)品，目前有 SLC、Micro Logix、Control Logix 等產(chǎn)品； 3) GE-Fanuc 公司的產(chǎn)品； 4) 法國(guó)施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品； 5) 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。 本次設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和內(nèi)容集中在程序 編寫和梯形圖的繪制，由于在本設(shè)計(jì)中用到了大量的開關(guān)量、繼電 器、計(jì)數(shù)器以及計(jì)時(shí)器等。而德國(guó)西門子出產(chǎn)的 PLC 功能全，性價(jià) 比高，有統(tǒng)一的地址分配，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的要求。并且，在 目前相關(guān)領(lǐng)域的控制設(shè)計(jì)中

10、，西門子產(chǎn)品的應(yīng)用比較廣泛。綜上所 述，我們采用了西門子公司 S7-200PLC/CPU224，它有 24 輸入/16 輸出。 1.3.21.3.2、 PLCPLC 的地址分配表的地址分配表 1ms: T32,T96 10ms: T33T36, T97T100 100ms: T37T63, T101T25 7 / 20 文檔可自由編輯 表 1.4 交通燈 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)分配表 表 1.5 十字路口交通燈控制信號(hào)說明 地址外部設(shè)備 I0.0啟動(dòng)/停止按鈕 Q0.1南北主干道綠燈 Q0.2 南北主干道黃燈 Q0.3 南北主干道紅燈 Q0.4 東西主干道綠燈 Q0.5 東西主干道黃燈 Q0.

11、6 東西主紅燈干道 輸入輸出 文字 符號(hào) 信號(hào) 地址 說明文字 符號(hào) 信號(hào) 地址 說明 SA1-1X0 交通燈正常工作控 制開關(guān) H1Y4 南北向綠燈 指示 SA1-2X1 南北向交通燈常綠 控制開關(guān) H2Y5 南北向黃燈 指示 SA1-3X2 東西向交通燈常綠 控制開關(guān) H3Y6 南北向紅燈 指示 H4Y0 東西向綠燈 8 / 20 文檔可自由編輯 1.3.31.3.3、PLCPLC 控制電路接線圖控制電路接線圖 根據(jù)上述硬件選型及工藝要求，繪制 PLC 控制電路線路圖，如圖 1.6。 圖 1.6 中用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)信號(hào)燈，如果 PLC 輸出點(diǎn)的輸 出電流不夠，可以用一個(gè)輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)信

12、號(hào)燈，也可以在 PLC 輸 出端增設(shè)中間繼電器，由中間繼器再去驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈。 指示 H5Y1 東西向黃燈 指示 H6Y2 東西向紅燈 指示 Y6 COM1 Y0 Y1 Y2 COM2 Y4 Y5 220 V AC L N COM SA RUN SB1 X0 SB2 X1 SB3 X2 X3 FX2-32MR 9 / 20 文檔可自由編輯 圖 1.6 十字路口交通信號(hào)燈 PLC 外部 I/O 分配及 其接線 二、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)二、交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中以城市十字路口為研究對(duì)象，根據(jù)十字路口車輛運(yùn) 行情況，調(diào)整各紅、綠、黃燈亮的時(shí)間，利用 STEP7 軟件對(duì)其進(jìn)行 程

13、序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通信號(hào)燈的實(shí)時(shí)控制。 2.12.1、STEP7STEP7 編程軟件的概述編程軟件的概述 STEP7 編程軟件用于 SIMATIC S7、M7、C7 和基于 PC 的 WinAC, 是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。STEP7 具有以下功能: 硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件 建檔、運(yùn)行和診斷功能等。 在 STEP7 中，用項(xiàng)目來管理一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件和軟件。STEP7 10 / 20 文檔可自由編輯 用 SIMATIC 管理器對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽 SIMATIC S7、M7、C7 和 WinAC 的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn) STEP7 各種功

14、能所需的 SIMATIC 軟件工具都集成在 STEP7 中。 2.22.2、交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程、交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)過程 2.2.12.2.1、 PLCPLC 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移的狀態(tài)轉(zhuǎn)移 在設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的程序時(shí)，僅僅采用簡(jiǎn)單的邏輯處理已經(jīng)很難 保證程序的正確性和易讀性，所以就需要采用別的方法來編制程序。 為了保證程序邏輯的正確以及程序的易讀性，我們可以將一個(gè)控制 過程分為若干個(gè)階段，在每一個(gè)階段均設(shè)立一個(gè)控制標(biāo)志，當(dāng)每一 個(gè)階段執(zhí)行完畢，就啟動(dòng)下一個(gè)階段的控制標(biāo)志，將本階段的控制 標(biāo)志清除。 所謂“狀態(tài)”是指特定的功能，因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實(shí)際上就是控制 系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)移。機(jī)電自控系統(tǒng)中機(jī)械的自動(dòng)工作循環(huán)過

15、程就是電 氣控制系統(tǒng)的狀態(tài)自動(dòng)、有序、逐步轉(zhuǎn)移的過程。這種功能流程圖 完整地表現(xiàn)了控制系統(tǒng)的控制過程，各狀態(tài)的功能、狀態(tài)轉(zhuǎn)移順序 和條件，它是 PLC 應(yīng)用控制程序設(shè)計(jì)的極好工具。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如 圖 1.7 所示。 S0 X0 Y6 S20 Y6 Y0 Y0 T0K250 S21T1K5 T0 T1 S22Y0 C0 T2 S23Y1 T3K20T3 T2K5 K3 C0 T2 C0 S24Y2 T7 RSTC0 S30Y6 T4K250 S31Y4 K5 T3 T1 S32T5 T6 S33Y4 T6 C1 T6 C1 S34Y5 RSTC1 T5 C1 K5 K3 T7K20 11 / 2

16、0 文檔可自由編輯 圖 1.7 十字路口交通信號(hào)燈 PLC 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 2.2.22.2.2、交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟、交通信號(hào)燈程序設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)圖 1.7 所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，其具體的程序設(shè)計(jì)步驟如下： 1、PLC 開始運(yùn)行時(shí)，M8002 產(chǎn)生一初始脈沖，使初始狀態(tài) S0 置 1； 2、當(dāng) SA1 手柄指向中間 0時(shí)，觸點(diǎn) X1 接通，交通指揮系統(tǒng)南北 向綠燈常亮，東西向紅燈常亮； 3、當(dāng) SA1 手柄指向右 45時(shí)，觸點(diǎn) X2 接通，交通指揮系統(tǒng)東西向 綠燈常亮，南北向紅燈常亮； 4、當(dāng) SA1 手柄指向左 45時(shí)，觸點(diǎn) X0 接通，狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S20 和 S30，使 S20 和 S30

17、 置 1，同時(shí) S0 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y0 線圈得電東西綠燈亮與此同時(shí) Y6 線圈得電，南北紅燈亮； 5、延時(shí) 25S 后，轉(zhuǎn)移條件 T0 閉合，狀態(tài)從 S20 轉(zhuǎn)移到 S21，使 S21 置 1，同時(shí)驅(qū)動(dòng) T1 記時(shí)，而 S20 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位； 6、延時(shí) 5S 后，轉(zhuǎn)移條件 T1 閉合，狀態(tài)從 S21 轉(zhuǎn)移 S22，使 S22 置 1 產(chǎn)生 0.5S 接通和斷開的時(shí)針脈沖信號(hào)，從而使東西綠燈閃爍，同 時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器 C0 記數(shù)，若記數(shù)次數(shù)未到三次，C0 的常閉觸點(diǎn)接通， 12 / 20 文檔可自由編輯 狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S21，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次； 7、次數(shù)到三，C0 常開觸點(diǎn)閉合，

18、狀態(tài)由 S22 轉(zhuǎn)移到 S23，使 S23 置 1 同時(shí) S22 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y1 線圈得電東西黃燈 亮； 8、延時(shí) 2S 后，轉(zhuǎn)移條件 T3 閉合，一方面狀態(tài)從 S23 轉(zhuǎn)移到 S24， 使 S24 置 1，S23 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y2 線圈得電東西紅 燈亮，計(jì)數(shù)器 C0 復(fù)位。另一方面狀態(tài) S30 轉(zhuǎn)移到 S31，使 S31 置 1 同時(shí) S30 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，線圈 Y4 得電南北綠燈 亮； 9、延時(shí) 25S 后，轉(zhuǎn)移條件 T4 閉合，狀態(tài)從 S31 轉(zhuǎn)移到 S32，使 S32 置 1，同時(shí)驅(qū)動(dòng) T5 記時(shí)，而 S31 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位； 10、延時(shí) 5

19、S 后轉(zhuǎn)移條件 T5 閉合，狀態(tài)從 S32 轉(zhuǎn)移 S33，使 S33 置 1 產(chǎn)生 0.5S 接通和斷開的時(shí)針脈沖信號(hào)，從而使南北綠燈閃爍 同時(shí)驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器 C1 記數(shù)若記數(shù)次數(shù)未到三次，C1 的常閉觸點(diǎn)接 通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S32，繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次； 11、次數(shù)到三，C1 常開觸點(diǎn)閉合，狀態(tài)由 S33 轉(zhuǎn)移到 S34，使 S34 置 1 同時(shí) S33 在下一掃描周期自動(dòng)復(fù)位，Y5 線圈得電南北黃燈 亮，計(jì)數(shù)器 C1 復(fù)位； 12、延時(shí) 2S 后，回到初始狀態(tài) S0 進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。 13 / 20 文檔可自由編輯 2.2.32.2.3 工作過程流程圖工作過程流程圖 2.2.42.2.4、交通信號(hào)燈的

20、、交通信號(hào)燈的 PLCPLC 程序程序 在本設(shè)計(jì)中，交通信號(hào)燈 PLC 控制系統(tǒng)的程序采用梯形圖語言 來設(shè)計(jì)。具體過程如下： 3S 30S 30S 2S 3S 25S 東西綠燈閃爍 東西綠燈亮 25S 東西黃燈亮 南北紅燈亮 南北綠燈閃爍 南北黃燈亮 啟動(dòng) 南北綠燈亮南北紅燈亮 2S 14 / 20 文檔可自由編輯 15 / 20 文檔可自由編輯 16 / 20 文檔可自由編輯 17 / 20 文檔可自由編輯 心得體會(huì)心得體會(huì) 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；可現(xiàn)自動(dòng)控制，具有一定的智能 18 / 20 文檔可自由編輯 性；對(duì)優(yōu)化城市交通具有一定的意義。本設(shè)計(jì)將各任務(wù)進(jìn)行細(xì)分包 裝，使各任務(wù)保持相對(duì)獨(dú)立；能有效改善程序結(jié)構(gòu)，便于模塊化處 理，使程序的可讀性、可維護(hù)性和可移植性都得到進(jìn)一步的提高。 通過課程設(shè)計(jì)，不光是知識(shí)儲(chǔ)備上有了增加，對(duì)這門課程也產(chǎn) 生了濃厚的興趣。或許是我們現(xiàn)在接觸的還很淺，但我認(rèn)為 PLC 設(shè) 計(jì)是