大连理工离线作业《可编程控制器》

精品文档 1欢迎下载 网络教育学院网络教育学院 可编程控制器可编程控制器 大作业大作业 题题 目目 十字路口交通灯控制设计十字路口交通灯控制设计 学习中心 学习中心 层层 次 次 高起专 专专 业 业 电力系统自动化技术 年年 级 级 1 6 年 秋 季 学学 号 号 学生姓名 学生姓名 精品文档 2欢迎下载 题目五 十字路口交通灯控制设计题目五 十字路口交通灯控制设计 起动后 南北红灯亮并维持 30s 在南北红灯亮的同时 东西绿灯也亮 东西绿灯亮 25s 后闪亮 3s 后熄灭 东西黄灯亮 黄灯亮 2s 后 东西红灯亮 与此同时 南北红灯灭 南北绿灯亮 南北绿灯亮 25s 后闪亮 3s 后熄灭 南北黄灯亮 黄灯亮 2s 后 南北红灯 亮 东西红灯灭 东西绿灯亮 依次循环 十字路口交通灯控制示意图及时序图如下图所示 设计要求 设计要求 1 首先对可编程序控制器 PLC 的产生与发展 主要性能指标 分类 特点 功能与应用领域等进行简要介绍 2 设计选用西门子 S7 200 系列 PLC 对其 I O 口进行分配 列出 PLC 控制程序 梯形图进行截图 语句表可直接拷贝 并对程序作 出解释 3 总结 需要说明的问题以及设计的心得体会 十字路口交通灯控制设计十字路口交通灯控制设计 精品文档 3欢迎下载 摘摘 要要 随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多 城市道路交通问题 显得越来越重要 解决好十字路口交通信号灯控制问题是保障交通有序 安全 快速运行的重要环节 但现有的十字路口交通信号灯控制系统大都采用继电器 或单片机实现 且都是单一的固有时序控制 不能够根据实际路面车流量情况 进行调节控制 存在着功能少 可靠性差 维护量大等缺点 为了弥补原交通 信号灯系统存在的种种缺点 本文设计了基于 PLC 控制的交通信号灯控制系统 该系统选用的可编程逻辑控制器是德国西门子公司的 S7 200 具有一定的智能 性 即可以根据路面车流量大小对十字路口的交通信号灯按高峰期 正常期和 晚间几个时段进行分时控制 1 1 设计背景设计背景 1 1 背景概述 随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多 城市道路交通问题 显得越来越重要 马路上经常会看到这种现象 一旦整个路口的交通信号灯出现 故障 若没有交警的及时疏导 该路口就会塞得一塌糊涂 甚至造成严重的交 通事故 原交通信号控制大都采用继电器或单片机实现 存在着功能少 可靠 性差 维护量大等缺点 越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求 另外 根据人车流量的多少 可能随时增加路口的交通信号 比如增加转弯或人行道 交通信号 原有系统的制约性就更加明显了 为了弥补原交通信号灯系统存在 的以上缺点 我们引入了基于 PLC 控制的交通信号灯控制系统 本文对十字路口交通信号灯控制系统 运用可编程逻辑器件 PLC 做了软件 与硬件的设计 能基本达到控制要求 系统仅实现了小型 PLC 系统的一个雏形 在完善各项功能方面都还需要进一步的分析 研究和调试工作 如果进一步结 合工业控制的要求 形成一个较为成型的产品 则需要作更多 更深入的研究 1 2 可编程逻辑控制器简介 可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller 简称 PLC 根据国际 电工委员会 IEC 在 1987 年的可编程控制器国际标准第三稿中 对其作了如下 定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环境应用 而设计的 它采用可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运算 顺序 精品文档 4欢迎下载 控制 定时 计数与算术运算等操作的指令 并通过数字式 模拟式的输入和 输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程控制器及其有关外部设备 都 应按易于使工业控制系统形成一个整体 易于扩充其功能的原则设计 可编 程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备 被称为 工业自动化三大支柱 性产业之一 在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用 2 2 十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯 PLCPLC 控制系统简介控制系统简介 2 1 控制对象及要求 2 1 1 控制对象 本系统的控制对象有八个 分别是 东西方向红灯 R EW 两个 南北方向红灯 R SN 两个 东西方向黄灯 Y EW 两个 南北方向黄灯 Y SN 两个 东西方向绿灯 G EW 两个 南北方向绿灯 G SN 两个 东西方向左转弯绿灯 L EW 两个 南北方向左转弯绿灯 L SN 两个 2 1 2 控制要求 1 系统工作受开关控制 起动开关 ON 则系统工作 起动开关 OFF 则系 统停止工作 2 交通信号灯按高峰时段 正常时段及晚上时段进行控制 这三个时段 的的时序分配如图 1 所示 3 在高峰时段 交通信号灯按图 2 所示时序控制 4 在正常时段 交通信号灯按图 3 所示时序控制 5 晚上时段按提示警告方式运行 规律为 东 南 西 北四个黄灯全 部闪亮 其余灯全部熄灭 黄灯闪亮按亮 0 4 秒 暗 0 6 秒的规律反复循环 2 2 系统简介 本系统是一个十字路口交通灯的 PLC 控制系统 利用西门子公司的 S7 200 可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制 本系统具有一定的智能性 精品文档 5欢迎下载 即它可以对交通灯按高峰期 正常期及晚间几个时段进行分段控制 高峰期的 控制方案为 1 南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮 10 秒 同时东西方向 红灯亮 2 南北方向绿灯亮 35 秒 东西方向红灯继续亮 3 南北方向黄灯闪烁 5 秒 东西方向红灯继续亮 4 东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮 10 秒 东西方向红灯继 续亮 5 东西方向绿灯亮 25 秒 南北方向红灯继续亮 6 东西方向黄灯闪烁 5 秒 南北方向红灯继续亮 然后跳至第 1 步 依次循环 正常期的控制方案为 1 南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮 10 秒 同时东西方向 红灯亮 2 南北方向绿灯亮 30 秒 东西方向红灯继续亮 3 南北方向黄灯闪烁 5 秒 东西方向红灯继续亮 4 东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮 10 秒 东西方向红灯继 续亮 5 东西方向绿灯亮 30 秒 南北方向红灯继续亮 6 东西方向黄灯闪烁 5 秒 南北方向红灯继续亮 然后跳至第 1 步 依次循环 晚间的控制方案为 东 南 西 北四个黄灯全部闪亮 其余灯全部熄灭 黄灯闪亮按亮 0 4 秒 暗 0 6 秒的规律反复循环 2 3 硬件选型 城市道路交通信号控制是典型的开关量顺序控制 采用 PLC 能充分利用它 的优点 在这里我们采用德国西门子公司的 S7 200 可编程控制器 它是积木式 结构 安装比较方便 中央处理单元和信号模板有多种类型 另外还具有如位 控单元 PD 调节等特殊功能模块 根据本系统输入点数及控制要求 中央处理 单元可选用 CPU224 该 CPU 板上本身具有 10 个数字量输入点 6 个非隔离数字 量输出点 最多能够带 8 个数字量信号模板 精品文档 6欢迎下载 电源模块将交流电源转换成供 CPU 存储器等所有扩展模块使用的直流电 源 是整个 PLC 系统的能源供给中心 它的好坏直接影响到 PLC 的稳定性和可 靠 S7 200 属于小型 PLC 电源模块与 CPU 模块封装在一起 通过连接总线为 本机和扩展模块提供 5V DC 电源 同时 还可通过端子向外输出一个 24V DC 电源 供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用 需注意的是 从 资料中我们了解到 外部电源不可与 S7 200 的传感器电源并联使用 否则 交 会导致两个电源的竟争而影响它们各自的输出 缩短其使用寿命 使得一个或 两个电源同时失效 使 PLC 系统产生不正确的操作 正确的使用方法是 S7 200 的传感器电源和外部电源应该在不同的点上提供电源 而两者之间只能有一个 会共连接点 由于根据控制要求所确定的输入输出点分别人二个和九个 由于我们是以 一个路口信号单独控制为例 考虑到够用为准 所以我们选择了 CPU224 这一具 有较强控制功能的控制器 另外 在硬件选型时 不要忘记完成现场测试及软件编程时所需的一些设 备 综上 得到系统硬件配置如表 1 所示 表 1 硬件配置表 名 称 数 量 DC24V 电源 1 CPU224 1 PC PPI 编程电缆1 STEP7 编程软件1 PC 机1 3 3 系统系统 I OI O 分配分配 分析 PLC 的输入和输出信号 在满足控制要求的前提下 要尽量减少占用 PLC 的 I O 点 由系统控制要求可见 由控制开关输入的启 停信号是输入信 号 由 PLC 的输出信号控制各指示灯的亮 灭 在交通灯布置图中 南北方向 的三色灯共六盏 同颜色的灯在同一时间亮 灭 所以 可将同色灯两两并联 用一个输出信号控制 同理 东西方向的三色灯也依次设计 再加上东西方向 左转的三色灯共九盏 所以其占 9 个输出点 由此可得系统 I O 分配如表 2 所 示 精品文档 7欢迎下载 表 2 系统 I O 分配表 输入 输出 设备 器件名称 I O 地址符号名 数据类型 输入校正当前时钟I0 0SB0 BOOL 程序启停按钮I0 1SB1 BOOL 输出东西方向绿灯Q0 0Q1 DINT 东西方向黄灯Q0 1Q2 DINT 东西方向红灯Q0 2Q3 DINT 南北方向绿灯Q0 3Q4 INT 南北方向黄灯Q0 4Q5 INT 南北方向红灯Q0 5Q6 INT 东西方向左转弯灯 Q0 6Q7 INT 南北方向左转弯灯 Q0 7Q8 INT 4 4 PLCPLC 端子接线图端子接线图 根据 I O 表及 PLC 的配置图很容易就可以得到 PLC 端子接线图 4 如下所示 5 5 软件设计软件设计 本控制系统的控制原理是 用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时 钟进行初始化 用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制 每一方向有红 黄 绿及转弯四种信号灯 分别对应四位数字量输出 两个方 向共有 8 位数定量输出 在某一方向用两个延时脉冲定时器分别控制该方向黄 灯闪烁的亮 灭时间 根据道路人车流量多少 分别设置各信号灯亮灭时间的 长短 通过 6 个定时器依次交替工作 就可实现各方向交通信号灯的顺序工作 本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序 时钟初始化子程序 晚间时段 交通灯控制子程序 正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控制子程序 组成 主程序主要任务包括 读取两个开关状态 根据开关的不同状态做出相 应的处理 当开关 SB0 闭合时则对时钟进行初始化 反之则不对时钟进行初始 化 当开关 SB1 闭合时 则读取时钟值 并做处理 根据处理后的时钟值的大 小判定当前时间是属于哪个时间段 并调用相应的交通灯控制子程序 反之 则停止程序的运行主程序流程图如图 5 所示 晚间时段的控制规律为 两个方 向的四个黄灯均按亮 0 4 秒灭 0 6 秒的规律闪烁 其余的交通灯全灭程序中将 用到两个定时器 T37 和 T38 各定时器的功能如表 3 所示 正常时段的控制方 精品文档 8欢迎下载 案结构图如图 6 所示 程序中将用到 8 个定时 T37 T44 各定时器的功能如表 4 所示 高峰时段的控制方案结构图如图 7 所示 程序中将用到 8 个定时 T37 T44 各定时器的功能如表 5 所示 该程序实现了信号由东西左转 东西直行 南北直行依次循环变化 其优 势思路简单 容易理解 对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修 改方便 如路口要求在晚上 10 00 以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能 只需 要将实时采集 PLC 的时钟信号作为一个子程序的跳转条件 再增加一段闪光程 序即可 如果需要将几个路口集中到一台 PLC 控制 根据实际需要的 I O 点数 硬件上再增加相应的数字量输出模板即可 需要指出的是 用 PLC 实现城市道 路关通信号控制 最好几个路口共用一套 PLC 这样可以大大降低工程成本 表 3 晚间时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 T2 T37 定时 0 4 秒开始定时 黄灯亮 定时到 输出 ON 且保持 黄灯灭开 始下一次循环的定时 T38 定时 1 秒开始定时继续定时定时到 输出 ON 随即复位开始下一 次循环的定时 黄灯亮 表 4 正常时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T37 定时 10 秒 开始定时 南北转弯灯 南北红灯 东西红灯亮 定时到 输出 ON 且保持 南北转弯灯灭 南北绿灯亮 东西红灯继续亮 ON ON ON ON 开始下一个循环定时 T38 定时 40 秒 开始定时继续定时定时到 输出 ON 且保持 南北绿灯灭 南北黄灯闪烁 东西红灯继续亮 ON ON ON 开始下一个循环定时 T39 定时 45 秒 开始定时继续定时继续定时定时到 输出 ON 且保持 南北黄灯灭 东西转弯灯 南北红灯亮 东西红灯继续亮 ON ON 开始下一 个循环定时 精品文档 9欢迎下载 T40 定时 55 秒 开始定时继续定时继续定时继续定时定时到 输出 ON 且保持 东西转弯 东西红灯灭 东西绿灯亮 南北红灯继续亮 ON 开 始下一个循环定时 T41 定时 85 秒 开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时定 时到 输出 ON 且保持 东西绿灯灭 东西黄灯闪烁 南北红灯继续亮 开 始下一个循环定时 T42 定时 90 秒 开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时继 续定时 定时到 输出 ON 随即复位开始下一次循环定时 东西黄灯 南北红 灯灭 南北转弯灯 南北红灯 东西红灯亮 表 5 高峰时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 T37 定时 10 秒 开始定时 南北转弯灯 南北红灯 东西红灯亮 定时到 输出 ON 且保持 南北转弯灯灭 南北绿灯亮 东西红灯继续亮 ON ON ON ON 开始下一个循环定时 T38 定时 45 秒 开始定时继续定时定时到 输出 ON 且保持 南北绿灯灭 南北黄灯闪烁 东西红灯继续亮 ON ON ON 开始下一个循环定时 T39 定时 50 秒 开始定时继续定时继续定时定时到 输出 ON 且保持 南北黄灯灭 东西