《现代电气控制设备》课程设计-基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计.doc

湖北工业大学课程设计报告书课程名称： 现代电气控制设备课程设计 课题名称：基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计学生姓名： 学生班级： 12电气07班 学生学号： 指导老师： 设计日期： 2015、06、06 二一五年五月基于PLC的十字路口交通灯控制系统设计城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量，更好地利用现有运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。目前，就我国大多数城市而言，已经建立了多种交通信号控制系统，与此同时，其中利用定时控制的比例较大。20世纪20年代，人们把各种继电器、定时器、接触器以及触点按一定的逻辑关接起来组成控制系统，控制各种机械设备，这是传统的继电器控制系统。随着工业的发展，设备和生产过程越来越复杂。对于复杂的系统继电器控制系统存在两个缺点：一个是可靠性差，另一个是灵活性差。因此在实现十字路口交通灯控制的时候我们将目光转向了更为有效的控制装置PLC。可编程控制器简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一。1、系统工作流程分析1.1 控制要求 （1）信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮，东西和南北的LED数码管由25秒开始倒计时，当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭，LED管复位显示25。 （2）南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒；东西和南北的LED管也开始有25秒开始倒计时，到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮，东西和南北的LED数码管又由25秒开始倒计时。 （3）东西红灯亮维持25秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 （4）依照上述时序，周而复始。 如表1：表1 交通灯亮闪表东西 信号 绿灯亮 绿灯闪 黄灯亮 红灯亮 时间 20S 3S 2S 25S 南北 信号 红灯亮 绿灯亮 绿灯闪 黄灯亮 时间 25S 20S 3S 2S图1 交通灯的放置1.2 十字路口交通灯时序图1.3 PLC交通灯系统控制流程图2、 硬件设计2.1 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，其控制方法是选用欧姆龙系列CQM1型号PLC对东西南北红、黄、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法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。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。2.2交通信号灯PLC的输入/输出点的分配表表2 交通信号灯PLC的输入/输出点的分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SB1X0东西绿灯HL1Y0停止按钮SB2X1东西黄灯HL2Y1东西红灯HL3Y2南北红灯HL4Y3南北绿灯HL5Y4南北黄灯HL6Y52.3 交通灯的I/O接线图3、 程序设计3.1 由时序图分析各输出信号之间的时间关系交通灯一个循环共需要 50s ，它分为 6 个时间段，这 6 个时间区段对应着 6 个分界点： t1 、 t2 、 t3 、 t4 、 t5 、 t6 。在这 6 个分界点处信号灯的状态将发生变化，在程序设计中这 6 个时间段必须使用 6 个定时器来控制。为了明确各定时器的作用，以便于理解各个灯的状态转换的准确时间，列出了各定时器的功能，如下表所示。表2 各定时器的功能定时器定时时间功能T020s东西绿灯定时 20s ，同时起动东西绿灯开始闪烁T123s东西绿灯闪烁定时 3s ，同时起动东西黄灯亮T225s南北红灯定时 25s ，同时起动南北绿灯和东西红灯亮T345s南北绿灯定时 20s ，同时起动南北绿灯开始闪烁T448s南北绿灯闪烁定时 3s ，同时起动南北黄灯亮T550s东西红灯定时 25s ，同时起动东西绿灯和南北红灯亮3.2 梯形图程序设计3.2.1 梯形图程序见附录13.2.2 梯形图程序分析该程序分为三个部分，第一部分是用来产生绿灯闪烁信号的方波电路；第二部分是定时电路，需要 6 个定时器分别对南北方向和东西方向信号灯的状态变化进行定时；第三部分是指示电路，用来对两个方向信号灯的变化进行控制。(1) 按下启动按钮SB1，X0的常开触点闭合，计时器T0、T1、T2、T3、T4、T5接通并开始倒计时；其中定时器T6、T7组成1S方波时钟脉冲，第9逻辑行中Y0接通，东西绿灯亮；由于Y0的接通，第11逻辑行中Y3接通，南北红灯亮。(2) 经过20S后，T0动作，第9逻辑行中的计时器T0的常闭触点断开，Y0断电；第10逻辑行中的T0的常开触点闭合，使得当T6常开触点闭合是Y0接通，T6的常开触点断开时Y0断开，此时东西绿灯闪烁。(3)由于第9逻辑行中的T0动作，第10逻辑行中的T0的常开触点闭合，经过3S后，T1动作；T1在第10逻辑行中的常闭触点断开，东西绿灯闪烁结束；同时第13逻辑行中的T1的常开触点闭合，Y1接通，东西黄灯亮；经过2S后，T2动作，第13逻辑行中的T2的常闭触点断开，y1失电，东西黄灯熄灭。(4)当东西黄灯熄灭时，第5逻辑中的计时器T2正好经过25S计时动作，第11逻辑行中的T2的常闭触点断开，南北红灯熄灭；第14逻辑行中的T2的常开触点闭合，Y4接通，南北绿灯亮；由于Y4的接通，因而第16逻辑行中的Y4的常开触点闭合，东西红灯亮。(5)经过20S后，第6逻辑行中的T3动作，第14逻辑行中的计时器T3的常闭触点断开，Y4断电；第15逻辑行中的T3的常开触点闭合，使得当T6的常开触点闭合时Y4接通，T6常开触点断开时Y4断开，此时南北绿灯闪烁。(6)由于第6逻辑行中的T3动作，因而第15逻辑行中的T3的常开触点闭合，经过3S后，T4动作；第15逻辑行中的T4的常闭触点断开，南北绿灯闪烁结束；同时第18逻辑行中的T4的常开触点闭合，Y5接通，南北黄灯亮；经过2S后，T5动作，第18逻辑行中的T5的常闭触点断开，Y5失电，南北黄灯熄灭。(7)当南北向黄灯