十字路口交通灯控制系统设计.doc

咸阳师范学院Xian Yang Normal University课程设计实训报告姓 名 xxx 学 号 12xxxxxxx24 院 系 物电院 班 级 电气1201班 指导教师 xxxxxx 2014 年 12月目 录1 设计要求-3 2 控制系统总体设计-3 3 控制系统硬件设计-4 4 控制系统软件设计-4 5 实验 -76 心得体会 -97 附录 -10 十字路口交通灯控制系统设计1,。设计要求： 图1 十字路口交通灯控制面板图1是四节交通灯运行系统简单示意图。设计一个以可编程控制器（PLC）为控制核心的四节交通灯控制系统。具体设计要求如下： 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。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 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。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。3.东西红灯亮维持30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。周而复始2 控制系统总体设计控制系统的结构框图如图2所示，主要包括控制开关、PLC和LED信号灯三个主要部分。控制开关与PLC的输入端子相连接，主要给PLC提供输入控制信号。LED信号灯与PLC的输出端子相连接，显示PLC控制结果以控制LED信号灯的运行状况。控制开关PLCLED信号灯图2 控制系统的结构框图信号灯控制系统的输入、输出开关量较少，结合物理系PLC实验室的具体情况，PLC选用西门子公司整体式微型S7-200系列中CPU224 AC/DC/Relay。CPU224后用斜线分割的三部分分别表示CPU电源的类型、输入口的电源类型及输出口器件的类型。其中输出口的器件中，Relay为继电器，DC为晶体管2。3 控制系统硬件的设计实验面板图中，下框中的南北红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点Q0.2、Q0.1、Q0.0，东西红、黄、绿灯R、Y、G分别接主机的输出点Q0.5、Q0.4、Q0.3，模拟南北向行驶车的灯接主机的输出点Q0.6，模拟东西向行驶车的灯接主机的输出点Q0.7；下框中的SD接主机的输入端I0.0。上框中的东西南北三组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。4控制系统的软件设计控制系统软件部分是控制系统能否成功应用的关键。软件包括两个部分,一部分是系统软件,另一部分是应用软件。前者是可编程控制器本身所具有的，由PLC生产厂家所编写并固化在PLC设备中。后者是针对具体控制过程而编制的，它决定控制系统是否能满足技术要求以及系统使用的难易程度。本控制系统应用软件部分的核心内容是定时器应用控制。4.1交通灯控制系统的经验法编程根据在2.1节中对交通灯控制系统的分析，系统中对交通灯的控制是采用基本的启保停电路模式，应用经验设计法来编写程序，既能够提高程序设计的效率，也能节省大量的设计时间。经验法编程的编程步骤为：(1)在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输入输出口。选择必要的机内器件，如定时器，计数器，辅助继电器等，(2)对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依启保停电路模式完成相关的梯形图支路。工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。(3)对于较复杂的控制要求，为了能用绘出各输出口的梯形图，要正确分析控制要求，并确定组成总的控制要求的关键点。在空间类逻辑为主的控制中关键点为影响控制状态的点（如抢答器中主持人是否宣布开始，答题是否到时等），在时间类逻辑为主控制中关键点为影响控制状态转换时间。(4)用程序将关键点表达出来。关键点总要用机内器件来代表的，在安排机内器件时要考虑并安排好。绘关键点的梯形图时，可以使用常见的基本环节，如定时器计时环节，振荡环节，分频环节等。(5)在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。使用关键点器件综合出最终输出的控制要求。(6)审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错误，进行最后的完善。4.2 交通灯控制程序实现PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在PLC运行时，CPU根据控制要求编制好并存与用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。它的一个扫描周期必须经输入采样，程序执行和输出刷新三个阶段。交通灯系统的程序实现主要由接通延时定时器（TON）指令、置位与复位指令来实现。4. 编制梯形图并写出实验程序.实验参考程序表1实验参考程序步序指 令步序指 令0LD I0.0 启动22= Q0.2 南北红灯工作1AN T4123LD T372TON T37, +250 南北红灯25S24= Q0.5 东西红灯工作3LD T3725LD Q0.24TON T41, +300 东西红灯30S26AN T435LD I0.027LD T436AN T3728AN T447TON T43, +200 东西绿灯20S29A T598LD T4330OLD9TON T47, +220 东西方向车22S31= Q0.3 东西绿灯工作10TON T44, +30 东西红灯闪烁32LD Q0.211LD T4433AN T4212TON T42, +20 东西黄灯2S34LD T4213LD T3735AN T4314TON T38, +250 南北绿灯25S36OLD15LD T3837TON T49, +10 延时1S16TON T48, +270 南北响彻27S38LD T4917TON T39, +30 南北绿灯闪烁39AN T4718LD T3940= Q0.7 东西向车行驶19TON T40, +20 南北黄灯2S41LD T4420LDN T3742AN T5221A I0.043= Q0.4 东西黄灯工作步序指 令步序指 令44LD Q0.556TON T50, +1045AN T3857LD T5046LD T3858AN T4847AN T3959= Q0.6 南北向车行驶48A T5960LD T3949OLD61AN T4050= Q0.0 南北绿灯工作62= Q0.1 南北黄灯工作51LD Q0.563LD I0.052AN T3864AN T6053LD T3865TON T59, +554AN T3966LD T5955OLD67TON T60, +5.实验参考梯形图图梯形图5 实验5.1 软件调试步骤和方法 打开STEP-7 Micro/WIN32，建立新的文件，进入程序编辑窗口。根据控制要求编写出程序。在实验台上进行连线，具体按照3.1硬件连接说明连线。对程序进行编译及改错后，将程序下载至PLC中。把PLC运行模式选择开关置于“TERM”模式上。 利用程序控制PLC程序运行，并将“调试”菜单下的“程序状态”打开，进行程序的调试和监控。图7中蓝色的方块表示的是能流为“ON”，即定时器T38为“ON”，输出继电器Q0.2被置位，状态为“ON”，内部标志位M3.0为“ON”，驱动定时器T39工作，边框变绿。T39左边的数字表示定时器的当前值，PT前面的值表示定时器的设定值，当当前值大于等于设定值时，定时器T39状态为“ON”，开始工作。图程序调试图5. 软件调试步骤和方法当启动开关SD合上时，I0.0触点接通，Q0.2得电，南北红灯亮；同时Q0.2的动合触点闭合，Q0.3线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T49的动合触点闭合，Q0.7线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T43的动合触点接通，与该触点串联的T59动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44的动断触点断开，Q0.3线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的动合触点闭合、T47的动断触点断开，Q0.4线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T42的动断触点断开，Q0.4线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T37的动断触点断开，Q0.2线圈失电，南北红灯灭，T37的动合触点闭合，Q0.5线圈得电，东西红灯亮，Q0.5的动合触点闭合，Q0.0线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T50的动合触点闭合，Q0.6线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T38动合触点闭合，与该触点串联的T59的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T39动断触点断开，Q0.0线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的动合触点闭合、T48的动断触点断开，Q0.1线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持2秒后，T40动断触点断开，Q0.1线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达5秒钟，T41的动断触点断开，T37复位，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。5.实验结果实现了PLC对交通灯的控制，交通灯的运行方式受开关总体控制，按一下启动开关，交通灯系统开始工作：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。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 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。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。3.东西红灯亮维持30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。周而复始.心得体会本文设计选用西门子微型可编程控制器CPU224作为控制系统的核心控制器，设计出系统的硬件。应用状态法编程思想将交通灯控制系统转换为相应状态流程图，使用顺控继电器指令(S)将状态流程图转换为相应PLC顺控梯形图程序，程序易于调试，修改和维护也很方便。整个控制系统硬件结构简单，主要控制功能通过软件编程来实现，具有可靠性高的特点。整个系统在试验台上进行了验证和调试，系统运行良好，满足了设计要求。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电气控制技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于得到了解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，