基于PLC控制的十字路口交通燈設計

《可編程邏輯制器》程設計任務書——供09級電氣工程及其自動化、電氣工程與自動化、自動化專業(yè)學生用引言可編程邏輯控制器》課程設計是該課程的一個重要教學環(huán)節(jié)，既有別于畢業(yè)設計又不同于課堂教學它需要學生統(tǒng)籌運用所學基本理論基本方法對現(xiàn)實生活中的實際系統(tǒng)進行設計和調試。一設題四十路交燈控本設計要求熟練使用西門子公司的S7-200列產品各基本指令和部分應用指令，根據(jù)控制要求進行PLC梯形圖編程，解決十字路口交通燈控制的問題。二系工過說圖1是一個十字路口的交通燈模擬示意圖，、Y、G分別代表紅燈、黃燈、綠燈。紅燈亮表示相應方向的車停止行進，綠燈亮表示相應方向的車可以通行，綠燈閃爍黃燈亮表示短暫的時間后相應方向的車將改變行進狀態(tài)提醒司機朋友做好準備。圖1十字路口的交通燈模擬示意圖如圖1所示，本設計具體要求完成以下工作過程：按一下“啟動”按鈕，信號燈控制系統(tǒng)開始工作，設此時南北向紅燈亮，東西綠燈亮，按一下“停止”按鈕，所有信號燈都熄滅。南北紅燈亮維持秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，東西綠燈并維持24秒。24秒時，東西綠燈2Hz的頻率閃爍，閃3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維3秒。東西黃燈3秒后熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持秒南北綠燈亮維持34秒后以以2Hz的頻率閃爍，閃爍3秒后熄滅。在南北綠燈熄滅時，南北黃燈亮，維持3秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。完成（2的整個過程為一個周期，當“啟動”按鈕按下時，可以周而復始的工作，直至按下“停止”按鈕，整個系統(tǒng)才停止工作。東西綠燈和南北綠燈不能同時亮，東西紅燈和南北紅燈不能同時亮，否則則自動關閉系統(tǒng)并發(fā)出報警信號。三設步：對系統(tǒng)進行需求分析，確定點數(shù)，分配I/O地址；畫出PLC硬件接線圖；繪制PLC梯形圖；繪制時序圖；簡述工作過程。四課設報：1、告內容本報告內容包括7個部分，具體如下：封面；摘、關鍵詞（摘要要綜述性概括設計的任務、過程、結論，字，關鍵詞3-8個課程設計任務書；正文（設計過程，包括需求分析、硬件接線圖、梯形圖、工作過程描述等總結參考文獻（包括在設計過程中查詢過的文獻資料附錄（包括附圖、程序等2、告格式（1）摘

要

標題——加粗，宋體二號字，居中；內容——宋體小四號字，1.5倍行距關鍵詞——分頁（2）正文正文——分頁（3）總結

標題——加粗，宋體小四號字，居左；內容——宋體小四號字，關鍵詞之間以分號隔開標題——居中，加粗宋體三號字內容——宋體小四號字，1.5倍行距標題——居中，加粗宋體二號字——分頁（4）參考文獻

內容——宋體小四號字，1.5倍行距標題——居中，加粗宋體二號字內容——宋體小四號字，1.5倍行距格式：[序號]作者姓名.書名（不用書名號）.出版社.出版日期如：——分頁（5）附錄3其他要求：

標題——居中，加粗宋體二號字內容——宋體小四號字，1.5倍行距論文中涉及到的貼圖一律需要在貼圖正下方居中位置用宋體五號字體注明序號及名稱，如：圖1貼圖稱；涉及到的表格，一律需要在表格正上方居中位置用宋體五號字體注明序號及名稱，如：表2數(shù)據(jù)結構表；正文部分要求在10頁以上；論文中所有正文中文部分采用小四號宋體字全角中文標點英文和數(shù)字一律采用半角，英文采用小四TimesNewRoman字體，半角標點符號。（5）論文一律用紙打印，頁邊距采用A4默認的頁邊距，即：上、下為：2.54厘米；左、右為：3.17厘米。4、告模版（見另外一個文檔）總體設計2.1總體概述城市交通信號控制是通過對交通流的調節(jié)告和誘導以達到改善人和貨物的安全運輸提高運營效率其目標在于改善交通流的質量更好地利用現(xiàn)有運輸能力提高交通流的安全性速性和舒適性目前就我國大多數(shù)城市而言，已經建立了多種交通信號控制系統(tǒng)，與此同時，其中利用定時控制的比例較大。20世紀20年代，人們把各種繼電器、定時器、接觸器以及觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統(tǒng)制各種機械設備傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)。隨著工業(yè)的發(fā)展設備和生產過程越來越復雜對于復雜的系統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)存在兩個缺點：一個是可靠性差，另一個是靈活性差。因此在實現(xiàn)十字路口交通燈控制的時候我們將目光轉向了更為有效的控制裝置——PLC。可編程控制器簡稱——，是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置專家認為可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一。將PLC用于對交通信號燈的控制要是考慮其具有對使用環(huán)境適應性強的特性同時其內部定時器資源十分豐富可對目前普遍使用的信號燈進行精確控制目前大多品牌PLC內部均配有實時時鐘通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理由于PLC本身具有通訊聯(lián)網功能將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統(tǒng)一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。鑒于設備的限制，我們選擇中的S7-200來實現(xiàn)這一功能。2.2總體設計思想當啟動按鈕按下后南北主干道處于紅燈狀態(tài)東西道路處于綠燈可通行狀態(tài)。期間南北紅燈持續(xù)我們使用定時器T39來實現(xiàn)T39定時完成以后，T40開始定時30S，用于東西紅燈的定時。這樣，整個控制系統(tǒng)一個周期。南北亮紅燈的同時，東西亮綠燈，持續(xù)20S，利用定時器實現(xiàn)，隨后，東西綠燈閃爍3S用定時器實現(xiàn)閃爍完成后東西黃燈亮2S利用定時器T43實現(xiàn)功能。在南北紅燈定時完成后南北綠燈定時用定時器T44完成然后是3S的綠燈閃爍電路，用定時器實現(xiàn)，閃爍定時到了以后，南北黃燈進行2S的定時，用定時器T46實現(xiàn)。至此，控制系統(tǒng)的定時已經完成。在設計過程中，考慮到安全因素，我們加入報警系統(tǒng)即出現(xiàn)東西南北同時綠燈或者同時黃燈或者同時紅燈時報警燈亮，工作人員斷開啟動按鈕，進行維修和調試。經過分析，十字路口交通燈在工作過程的一個周期過程中，將會出現(xiàn)以6種狀態(tài)：南北紅燈亮，東西綠燈持續(xù)亮；南北紅燈亮，東西綠燈閃爍；南北紅燈亮，東西黃燈亮；南北綠燈亮，東西紅燈亮；南北綠燈閃爍，東西紅燈亮；南北黃燈亮，東西紅燈亮。另外，若出現(xiàn)同色燈同時亮的情況，報警燈亮。圖2.1十字路口交通燈實驗臺實圖2.3工作過程示意圖啟動南北紅燈亮25S南北綠燈亮25S南北綠燈閃爍南北黃燈亮

東西綠燈亮20S東西綠燈閃爍東西黃燈亮東西紅燈亮30S圖2.2十路口交通燈工作過程2.4十字路口交通燈時序圖啟動南北紅東西綠東西黃東西紅南北綠南北黃

ON20S

2S3S

2S25S

30S圖2.3

十字路口交通燈時序圖3件系統(tǒng)設計3.1PLC號選定從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關量輸入點個，開關量輸出點7個，如果選用CPU222/PLC也需要擴展單元參照西門子S7-200系列特（見附錄），選用主機為CPU224（14

輸入/10繼電器輸出）。圖3.1S7-200CPU主要技術指標3.2PLC地址分配1ms:T32,T9610ms:T33~T36,T97~T100100ms:T37~T63,T101~T255表3.1交通燈PLC輸入輸出點數(shù)分配表地址I0.0

外部設備啟動/止按鈕南北主干道紅燈東西紅燈南北主干道綠燈東西綠燈南北主干道黃燈東西黃燈報警燈3.3PLC接線SD

Q0.0

南北RI0.0

Q0.1Q0.2

東西R南北PLC

Q0.3Q0.4Q0.5

東西南北Y東西YCOM

圖3.2PLC接線圖4序設計4.1程序梯形圖綠燈閃爍電路注：利用T37、自鎖控制燈的閃爍南北紅燈與東西紅燈的定時控制東西綠燈、綠燈閃爍、黃燈的定時控制注：東西綠燈、綠燈閃爍、黃燈順序出現(xiàn)，利用定時器的互鎖控制，即T41定時的完成控制T42的開啟，T42的完成制的開啟。南北綠燈、綠燈閃爍、黃燈的定時控制注：南北綠燈、綠燈閃爍、黃燈順序出現(xiàn)，利用定時器的互鎖控制，即T44定時的完成控制T45的開啟，T45的完成制的開啟。交通燈亮滅的工作控制注：連接南北紅燈連接南北綠燈連接南北黃燈報警燈電路

連接東西紅燈連接東西綠燈連接東西黃燈注：若出現(xiàn)東西、南北道路交通燈同色情況立即報警。4.2程序語句表（）步序0

助記符LDANTONLDTONLDANANTONLDTONANANATONLDTONLDTONLDTONLDTONLDTONAN

操作數(shù)I0.0T37,+5T38,+5I0.0I0.0

ANALDLDANLDANAOLDLDANLDANLDANAOLDLDANLDALDAOLDLDAOLD

I0.05序調試及結果分析調試過程中對原程序圖三處進行了調試和更改。調試一下面三個錯誤均為一個類型的錯誤）圖東西綠燈工作，調試前的梯形圖圖南北綠燈工作，調試前的梯形圖圖報警電路，調試前的梯形圖現(xiàn)象描述：交通燈的綠燈不亮，但可以閃爍。結果分析：梯形圖中一個輸出只能出現(xiàn)一次，亦只識別一次。調試方法如下：圖東西綠燈工作，調試后的梯形圖圖南北綠燈工作，調試后的梯形圖圖報警電路，調試后的梯形圖調試二面兩個錯誤均為一個類型的錯誤）圖南北紅燈定時，調試前的梯形圖圖南北紅燈工作，調試前的梯形圖現(xiàn)象描述：撥動啟動/停止按鈕無反應。結果分析：沒有啟動/止按鈕，工作如出現(xiàn)無法立即停止。調試方法如下：梯形圖在相應位置加上啟動/停止按。圖南北紅燈定時，調試后的梯形圖圖南北紅燈工作，調試后的梯形圖6結通過對十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設計我收益頗豐知識層面上加深了對的認識，掌握了一些常用的指令，例如燈的閃爍電路。通過直行交通燈（無轉彎）的工作過程的分析，畫出其時序電路，進而對I點的分配，選擇CPU，程序設計，序調試，說明書的編寫，這一套完整的步驟走下來，對一個論文的書寫也有了大概的把握。通過課程設計不光是知識儲備上有了增加對這門課程也產生了濃厚的興趣?；蛟S是我們現(xiàn)在接觸的還很淺，但我認為設計是一個有趣的過程，從你拿到題目在手，你分析題目，思考其可能實現(xiàn)的方法，包括上網、上圖書館去搜集材料回頭再進行學習根據(jù)手中現(xiàn)有的資料去對應地編寫程序回頭上實驗臺將你編寫好的程序進行編譯、下載，運行，觀察其實現(xiàn)情況。我這次主要是進行了兩種類型的調試過程一個是多次使用同一個輸出導致其不識別因而在實現(xiàn)過程中南北和東西的綠燈均不亮一個是在南北紅燈定時和工作的過程中