s7-200PLC十字路口交通燈控制.doc

編號1151401101課 程 設(shè) 計（ 2011級本科） 題 目： 十字路口交通燈控制 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 作者姓名： 安 康 指導(dǎo)教師： 張靜 職稱： 副教授 完成日期： 2014 年 6 月 30 日二一四 年 六 月 課程設(shè)計任務(wù)書作 者 姓 名安 康學(xué)院、專業(yè)、年級物電學(xué)院電氣工程及其自動化專業(yè)11級1班指導(dǎo)教師姓名、職稱張靜 副教授任務(wù)下達(dá)日期2014年6月10日設(shè) 計 題 目 十字路口交通燈控制1.設(shè)計題目十子路口交通燈控制2.設(shè)計要求信號燈受啟動開關(guān)控制。當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，先南、北紅燈亮，東、西綠燈亮。當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。（1）南、北綠燈和東、西綠燈不能同時亮，如果同時亮則應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立刻報警。（2）南、北紅燈亮維持25s，在南、北紅燈亮的同時東.西綠燈也亮，到20s時，東、西綠燈閃亮，閃亮3s 后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東.西黃燈亮,到2s時，東、西黃燈熄滅，東、西紅燈亮。同時，南、北紅燈熄滅，綠燈亮。（3）東、西紅燈亮維持25s，南、北綠燈亮20s，然后閃亮3s后熄滅，南、北黃燈亮，維持2s后熄滅，南、北紅燈亮，東、西綠燈亮。（4）上述動作循環(huán)進(jìn)行 北 西 東 南交通燈示意圖3.設(shè)計任務(wù) (1)完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計及控制面板設(shè)計等。 (2)完成控制梯形圖的軟件設(shè)計，主要包括：控制程序流程圖設(shè)計、梯形圖程序設(shè)計及仿真調(diào)試。 (3)完成課程設(shè)計說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計任務(wù)書、設(shè)計總體思路、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、總結(jié)體會、參考文獻(xiàn)等。4.設(shè)計進(jìn)度及安排 第一周星期一 下達(dá)設(shè)計任務(wù)書，了解控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)知識星期二星期四 查閱文獻(xiàn)資料，確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，完成控 制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 星期五至第二周星期二 完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及調(diào)試 星期三星期四 撰寫課程設(shè)計說明書 指導(dǎo)教師簽字：目錄第1章 設(shè)計目的1第2章 設(shè)計任務(wù)12.1 設(shè)計思想12.2 總體方案設(shè)計12.3 整體工作流程22.4 十字路口交通燈時序圖3第3章 硬件設(shè)計43.1 硬件選擇43.2 PLC的I/O分配表53.3 PLC的硬件接線圖53.4 順序功能圖6第4章 軟件設(shè)計74.1 十字路口交通信號燈梯形圖74.2 指令表11第5章 控制系統(tǒng)仿真12第6章 設(shè)計總結(jié)15參考文獻(xiàn)16第1章 設(shè)計目的1.通過對十字路口交通燈控制裝制的設(shè)計實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，設(shè)計要求，應(yīng)完成的工作內(nèi)容和設(shè)計方法。2.通過設(shè)計進(jìn)一步鞏固以往所學(xué)的知識、達(dá)到靈活運(yùn)用的目的，提高編寫調(diào)試程序語言的能力。3.加強(qiáng)自己的實(shí)踐能力，增強(qiáng)分析問題和解決問題的能力，了解電氣控制和可編程控制技術(shù)的應(yīng)用的前景。第2章 設(shè)計任務(wù)2.1 設(shè)計思想本文采用順序控制設(shè)計法，該方法是根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步的設(shè)計下去，直到完成。此法的關(guān)鍵時畫出功能流程圖。首先將被控制對象的工作狀態(tài)按輸出當(dāng)狀態(tài)的變化分成若干步，并指出工步之間的轉(zhuǎn)化條件和每個工步的控制對象。這種流程圖集中了工作的全部信息。在設(shè)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(jìn)行維修和調(diào)試。經(jīng)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)以下6種狀態(tài)：1. 南北紅燈亮，東西綠燈持續(xù)亮；2. 南北紅燈亮，東西綠燈閃爍；3. 南北紅燈亮，東西黃燈亮；4. 南北綠燈亮，東西紅燈亮；5. 南北綠燈閃爍，東西紅燈亮；6. 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，報警燈亮南北、東西方向分別表示南北、東西方向有車輛通行。2.2 總體方案設(shè)計交通信號燈由紅燈、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。南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈。交通燈控制示意圖如圖1所示。圖1 交通燈控制示意圖按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子S7-200系列可編程控制器的特性，選擇適合的型號。設(shè)計思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個按鈕，當(dāng)啟動按鈕動作，系統(tǒng)工作。南北向紅燈亮25s，東西向綠燈也亮，20s后東西向綠燈閃爍3s，然后熄滅同時東西甲燈滅。在綠燈熄滅的同時，東西向黃燈亮2s，然后熄滅。在該燈熄滅的同時，東西向紅燈亮25s同時南北向綠燈亮，20s后南北向綠燈閃爍3s，然后熄滅。在綠燈熄滅，南北向黃燈亮2s，然后，南北向紅燈亮開始第二個循環(huán)，以后周而復(fù)始地循環(huán)動作。非正常控制時即出現(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(jìn)行維修和調(diào)試。 2.3 整體工作流程2.4 十字路口交通燈時序圖 第3章 硬件設(shè)計3.1 硬件選擇硬件選硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計了解各個對象的控制要求,分析對象的控制要求,確定輸入/輸出(I/O)接口的數(shù)量,確定所控制參數(shù)的精度及類型.如對開關(guān)量,模擬量的控制,用戶存儲器的存儲容量等.選擇合適的PLC機(jī)型及外設(shè),完成PLC的硬件結(jié)構(gòu)配置. 根據(jù)上述選型及工作要求,繪制PLC控制交通燈的電路接線圖,編制I/O接口功能表,根據(jù)信號控制要求,I/O分配及其接線。所謂輸入/輸出接口電路是PLC與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件，各輸入輸出點(diǎn)的通斷態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，外部接線一般接在PLC的接線端子上 本設(shè)計采用PLC來實(shí)現(xiàn)對十字路口交通信號燈的控制，其控制方法是選用S7-200 CPU224基本單元（14入/10出）對東西南北的紅、黃、綠燈實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對交通信號燈的控制。控制過程中采用順序控制法用多個定時器自動實(shí)現(xiàn)對六個控制對象的控制。根據(jù)交通信號燈的亮滅規(guī)律，可用PLC編程對其實(shí)行自動控制。3.2 PLC的I/O分配表輸入信號輸出信號文字符號說明文字符號說明I0.0啟動開關(guān)SB1Q0.0南北向紅燈Q0.1南北向黃燈Q0.2南北向綠燈Q0.3東西向紅燈Q0.4東西向黃燈Q0.5東西向綠燈端口I0.0為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號，端口Q0.0接南北紅燈，端口Q0.1接南北黃燈，端口Q0.2接南北綠燈，端口Q0.3接?xùn)|西紅燈，端口Q0.4接?xùn)|西黃燈，端口Q0.5接?xùn)|西綠燈3.3 PLC的硬件接線圖3.4 順序功能圖南北紅燈亮東西綠燈閃南北紅燈亮東西綠燈亮南北紅燈亮東西黃燈亮東西紅燈亮南北綠燈亮東西紅燈亮南北綠燈閃東西紅燈亮南北黃燈亮原始狀態(tài)S0.0S0.1S0.5S0.2S0.3S0.4南北綠燈亮東西綠燈亮報警并使I0.0失電I0.0T0T1T2T3T4T5圖3.1 交通燈順序功能圖根據(jù)第二章交通燈的控制要求可以畫出順序功能圖設(shè)啟動按鈕用I0.0表示, 6個工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分別用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定時器.當(dāng)I0.0啟動按鈕得電時,將激活S0.0,進(jìn)入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時啟動定時器T1, T1定時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.0激活S0.1進(jìn)入下一個工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時啟動定時器T2, T2定時時間到時,轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.1激活S0.2進(jìn)入下一個工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西黃燈亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,當(dāng)定時器T6時間到時再次激活S0.0,不斷循環(huán)執(zhí)行.順序功能圖如圖3.1所示第4章 軟件設(shè)計4.1 十字路口交通信號燈梯形圖4.2 指令表 第5章 控制系統(tǒng)仿真(1)南北紅燈亮，東西綠燈亮。（2）20秒后南北紅燈亮，東西綠燈閃爍3秒（3）南北紅燈亮，東西黃燈亮（4）東西紅燈亮，南北綠燈亮（5）東西紅燈亮南北綠燈閃（6）東西紅燈亮，南北黃燈亮南北紅燈亮，東西綠燈亮周而復(fù)始的進(jìn)行下去。第6章 設(shè)計總結(jié)經(jīng)過艱苦的努力，這項(xiàng)設(shè)計工作終于完成了。這次的設(shè)計使我收獲頗豐，不僅僅是專業(yè)知識上的又一次深化，整個的設(shè)計過程也給了我很多以前沒有過的心得和體會。經(jīng)過本次課程設(shè)計，讓我更加深刻的學(xué)習(xí)和鞏固了電氣控制及PLC這門課程，不僅從理論上掌握了課堂上沒有學(xué)懂的知識，還從實(shí)踐中拓寬了我的知識面，讓我對我們專業(yè)的知識有了更加全面的認(rèn)識，更加清晰的認(rèn)識到我們專業(yè)知識的實(shí)用性是如此的強(qiáng)，可以通過平時學(xué)的知識自己設(shè)計很多有意思的電子產(chǎn)品，不僅能培養(yǎng)我們的興趣愛好，更對我們今后的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。在設(shè)計過程中總感覺在書本上掌握很熟練的東西，實(shí)際運(yùn)用時卻又要翻看課本，因此要多多實(shí)踐，進(jìn)一步對器件的功能進(jìn)行更加靈活的掌握。在做一項(xiàng)設(shè)計時要有一種平和的心態(tài)，做設(shè)計本來就是一件細(xì)致并且耗時的工作，設(shè)計過程中很容易出現(xiàn)自己沒有想到的情況，這些都是很正常的，不要因?yàn)橐稽c(diǎn)小挫折就失去耐心，我們要做的就是以平和的心態(tài)通過動手和思考來解決所遇到的問題。此外通過這次設(shè)計還提高了我獨(dú)立工作的能力。以前有不懂的地方總是依賴書本和網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)自己獨(dú)立設(shè)計一個東西的時候就會發(fā)現(xiàn)單純的靠網(wǎng)絡(luò)和課本是根本行不通的，必須有自己的設(shè)計，將自己的智慧融入其中。資料查詢、程序設(shè)計、調(diào)試修改這些都需要自己來完成，這使得我能站到一個總體的層面來通盤考慮整個設(shè)計問題，然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)的設(shè)計和修改，可以說為以后的工作和生活都提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。在這次課程設(shè)計中遇到了很多問題，也獲得了很多意想不到的知識。在每次突破一個問題后都有種久違的滿足感，甚至對每發(fā)現(xiàn)一個問題都有種莫名的興奮。雖然這次的課程設(shè)計整整花了我兩個星期的時間，每天從早到晚，頭腦中就只有這個設(shè)計，忙于修改方案，調(diào)試程序，但是通過這次的鍛煉，我學(xué)到了很多的東西，不僅鍛煉了自己的思考能力、繪圖能力和程序仿真能力，還鍛煉了綜合應(yīng)用知識的能力，同時，我也是在這次課程設(shè)計中看到了自己的不足，我還有許多未知的知識要學(xué)，知道了今后需要更加努力，使自我能夠不斷完善。參考文獻(xiàn)1 張曉峰、張靜. 電氣與plc控制技術(shù)及應(yīng)用. 北京：高等教育出版社，20132 廖常初.PLC編程及應(yīng)用M（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社,2008.3 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)（第3版）M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008. 4 許謬、王淑英.電氣控制與PLCM. .北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2006.5 羅宇航.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社,2006.6 方承遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)（第3版）.機(jī)械工業(yè)出版社,2008. 7 姚英學(xué).計算機(jī)輔助設(shè)計與制造.高等教育出版社,2002. 8 王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng).國防工業(yè)出版社,2003.9 羅宇航.流行PLC實(shí)用程序及設(shè)計.西安電子科技大學(xué)出版社,2002.電氣控制與PLC課程設(shè)計成績評定表姓 名安 康學(xué) 號1151401101專業(yè)班級電氣