多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统kecheng设计.docx

目 录
第1章 引言 1
1.1 设计内容1
1.2 设计要求1
1.3设计思路1
第2章 系统总体方案分析与设计 2
第3章 PLC控制系统设计
3.1控制要求分析及设计 5
3.1.1主电路设计 5
3.1.2确定I/O点数量及PLC类型 5

3.3.1梯形图（见附表） 8
3.3.2指令表（见附表） 8
结论 9设计总结10致谢 11
附录 梯形图及指令表 12
参考文献 33
内容摘要

这次以“多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统设计”为题目的课程设计方案基本满足控制要求，可以实现十字路口交通信号灯在控制。要求利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制，同时系统具有一定的智能性，对交通灯岸高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。
本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算当前时间，对时间段的判别而调用相关的子程序，以达到设计要求。程序中时钟的校对是不可缺少，达到时间一致性的目的。
主程序大概使用了读实时时钟指令，设定实时时钟指令，递增指令，字节与整数间调整指令等等。子程序相对来说简单些，它主要使用了定时器，触点和输出线圈等等。
关键词：逻辑控制；调用；时钟；定时器

第1章 引言

1.1 设计内容
多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统设计。

1.2 设计要求
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。

1.3 设计思路

本系统采用主程序调用子程序的设计方案，具体程序详见附录程序。
第2章 系统总体方案分析与设计
2.1 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。

2.2 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。
图2-1 时段分配时序图
8;15

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6

图2-2 高峰期信号灯时序控制图

t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
图2-3 正常期信号灯时序控制图

2.3方案分析
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，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。

2.4 方案设计
系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

2.5 元器清单

用到的元器主要有：型号CPU224DC，交通灯4个红灯、4个黄灯、4个绿灯，2个转弯灯，启停开关SB2，校正当前时钟SB1等。

第3章 PLC控制系统设计
主电路主要采用比较指令判断时间的范围，近而调用子程序，从而实现控制要求。
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；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灯共16盏，所以其占8个输出点。
选择PLC型号：CPU224DC，内部电源供电，继电器输出形式。
1) I/O点的分配与编号
表3-1 系统I/O分配表
输入/输出
设备/器件名称
I/O地址
符号名
输入
校正当前时钟
I0.0
SB1
程序启停按钮
I0.1
SB2

输出
东西方向绿灯
Q0.0
Q1
东西方向黄灯
Q0.1
Q2
东西方向红灯
Q0.2
Q3
南北方向绿灯
Q0.3
Q4
南北方向黄灯
Q0.4
Q5
南北方向红灯
Q0.5
Q6
东西方向左转弯灯
Q0.6
Q7
南北方向左转弯灯
Q0.7
Q8

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3-2如下所示：

图3-2 端子接线图

0≤Tim≤630
630＜Tim＜700
700≤Tim≤815
815＜Tim＜1630
1630≤Tim≤1900
1900＜Tim＜2100
2100≤Tim≤2359
调用SUBE子程序
调用SBR_2子程序
调用SBR_3子程序
调用SBR_2子程序
调用SBR_3子程序
调用SBR_2子程序
调用SUBE子程序

SB1闭合？
初始化时钟

SB2闭合？
读取时钟值并处理得Tim
不做处理
停止程序
Y
Y

图3-3 主程序流程图

结论
本系统采用主程序调用子程序的设计思想，完成多时段交通灯的智能控制。这一设计是一个创新亮点，可根据时序段划分来设定相应的时钟，进而来调整多时段交通灯控制。本系统适应性和应变能力都强，在应变情况下不需要大改动相关程序，只需要做微小设定和修改。该系统可用实际生活中，能在指挥交通中发挥重要作用。
本系统同样存在很多不合理的地方，编写程序时前期工作量很大，而且需要用到各种繁琐的指令和相应的寄存器及众多定时器。画梯形图工作量比较大，编写较多指令，理解起来不太容易。程序过多，有点让人不寒而栗。治学者在学习中，追求简单而有效的解决方法是最可取的，是世人所推崇的。那么后续的工作是改进设计思路，简化设计程序。我们要研究的方向就是要用最简单，最有效的程序来控制多时段交通灯，使其在现实生活中体现设计思路的价值。

设计总结
PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强大的新型PLC、各种特殊模块和通信联网器件，使可编程控制器成为集微机技术、自动化技术、通信技术于一体的通用工业控制装置，成为实现工业自动化的一种强有力的工具。本次PLC课程设计为期时间两周，自己课题是多时段交通灯的控制。刚开始看到自己的课题及其要求时，有点不知所措。理论中的PLC程序编程，似乎还可以懂晓一点。实践中的我看着课题，却无计可施，但我相信人只要努力克服困难，没有完成不了的任务。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。
在本次设计中，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和网上成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

致谢
选作本课题课程设计进行过程中，困难出现是必不可少的。一个人的智慧是有限的，但众人的智慧是不可估量的。俗话说的好，君子善假于物。做事遇到自己解决不了或者难以及时解决的困难，能够善于借助他人的力量可以达到事半功倍的效果。
在本次课程设计中，我首先要感谢我的指导老师，她同样是《机电传动与控制》这门课的授课老师。
再次我还要感谢那些帮助过我的同学，衷心的感谢那些曾经给与我帮助的同学们，尤其是我们宿舍的朋友们，我们一起面对困难，解决困难，并教会我一些重要的知识要点，使我能够完成这次课程设计，谢谢你们！是你们耐心给我讲解那些我难以理解的知识点。在你们帮助下，我深刻地了解到“听君一席话，胜读十年书”的含义。衷心地感谢你们，是你们让我人生轨迹丰富，生命中添加色彩。

附录 梯形图及指令表

图2-3 主程序

图2-4 子钟初始化程序

图10 晚间时段交通灯控制子程序

图2-5晚间时段交通灯控制子程序

图2-6正常时段交通灯控制子程序

图2-7 高峰时段交通灯控制

参考文献

[1] 程子华.PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006
[2] 廖常初.PLC编程及应用.北京: 机械工业出版社，2005
[3] 高钦和.可编程控制器应用技术及其设计实例.北京:高等教育出版社，2004
[4] 李缓.PLC原理与应用.北京：北京邮电大学出版社，2005
[5] 林明星.电气控制及可编程序控制器.北京：机械工业出版社，2004
[6] 周淑珍,高鸿斌. PLC分析与设计应用.北京：电子工业出版社，2004
[7] 王玉中. 电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，2006
[8] 张新军.电气控制与PLC技术及应用.济源：济源职业技术学院出版社，2006