PLC课程设计报告段斯静.doc

PLC课程设计报告段斯静

26
2020年4月19日
文档仅供参考
成绩 _______

重庆邮电大学移通学院自动化系
可编程逻辑控制器
课程设计报告

题 目 十字路口交通灯控制

系 别 自动化系
专业名称 电气工程及其自动化
班 级 05111001
学 号
姓 名 段斯静
指导教师 杨传燕

重庆邮电大学移通学院自动化系制
二0一三年 六月

《可编程逻辑控制器》课程设计任务书
——供10气工程及其自动化、电气工程与自动化、自动化专业学生用
引言：《可编程逻辑控制器》课程设计是该课程的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，又不同于课堂教学。它需要学生统筹运用所学基本理论、基本方法对现实生活中的实际系统进行设计和调试。
一、 设计题目四：十字路口交通灯的控制
本设计要求熟练使用西门子公司的S7-200系列产品各基本指令和部分应用指令，根据控制要求进行PLC梯形图编程，解决十字路口交通灯控制的问题。
二、 系统工作过程说明
图1是一个十字路口的交通灯模拟示意图，R、Y、G分别代表红灯、黄灯、绿灯。红灯亮表示相应方向的车停止行进，绿灯亮表示相应方向的车能够通行，绿灯闪烁、黄灯亮表示短暂的时间后相应方向的车将改变行进状态，提醒司机朋友做好准备。

图1 十字路口的交通灯模拟示意图
如图1所示，本设计具体要求完成以下工作过程：
（1）按一下“启动”按钮，信号灯控制系统开始工作，设此时南北向红灯亮，东西绿灯亮，按一下“停止”按钮，所有信号灯都熄灭。
（2） 南北红灯亮维持30秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，东西绿灯并维持24秒。到24秒时，东西绿灯以2Hz的频率闪烁，闪烁3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持3秒。东西黄灯亮3秒后熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
（3）东西红灯亮维持40秒。南北绿灯亮维持34秒后以以2Hz的频率闪烁，闪烁3秒后熄灭。在南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮，维持3秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
（4）完成（2）、（3）的整个过程为一个周期，当“启动”按钮按下时，能够周而复始的工作，直至按下“停止”按钮，整个系统才停止工作。
（5）东西绿灯和南北绿灯不能同时亮，东西红灯和南北红灯不能同时亮，否则则自动关闭系统并发出报警信号。
三、 设计步骤：
（1）对系统进行需求分析，确定I/O点数，分配I/O地址；
（2）画出PLC硬件接线图；
（3）绘制PLC梯形图；
（4）绘制时序图；
（5）简述工作过程。

摘要
PLC可编程逻辑控制器是以微处理机为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展而来的一种新型工业控制装置。
本次课程设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU226型号PLC对东西南北的红、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。控制过程中采用了顺序控制设计法用了八个定时器六个计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。控制程序包括有顺序功能图（SFC）、梯形图(LAD)、指令表(STL)。仿真测试用的是S7-200汉化版的仿真软件进行仿真，经过重复调试实现了所需的全部设计要求。

关键词：PLC；西门子S7-200；交通信号灯；顺序功能图；梯形图；仿真调试；
自动控制

一、绪论
1、设计目的
在十字路口设置交通灯能够对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。可是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改进交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为本次课程设计的课题。

2、 设计内容
按照任务书对交通信号灯的控制要求，本文讨论了用PLC实现交通系统信号灯24小时循环运行，工作规律按时序图运行（见附图）。
系统工作受开关控制：“启动”按钮按下则系统工作；“停止”按钮按下则系统停止工作。
东西方向红灯一个 , 南北方向红灯一个，
东西方向黄灯一个 , 南北方向黄灯一个，
东西方向绿灯一个 , 南北方向绿灯一个，
红灯亮表示相应方向的车停止行进，绿灯亮表示相应方向的车能够通行，绿灯闪烁、黄灯亮表示短暂的时间后相应方向的车将改变行进状态，提醒司机朋友做好准备。

3、 要实现的目标
（1）按一下“启动”按钮，信号灯控制系统开始工作，设此时南北向红灯亮，东西绿灯亮，按一下“停止”按钮，所有信号灯都熄灭。
（2） 南北红灯亮维持30秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，东西绿灯并维持24秒。到24秒时，东西绿灯以2Hz的频率闪烁，闪烁3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持3秒。东西黄灯亮3秒后熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
（3）东西红灯亮维持40秒。南北绿灯亮维持34秒后以以2Hz的频率闪烁，闪烁3秒后熄灭。在南北绿灯熄灭时，南北黄灯亮，维持3秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
（4）完成（2）、（3）的整个过程为一个周期，当“启动”按钮按下时，能够周而复始的工作，直至按下“停止”按钮，整个系统才停止工作。
（5）东西绿灯和南北绿灯不能同时亮，东西红灯和南北红灯不能同时亮，否则则自动关闭系统并发出报警信号。

二、系统分析及硬件设计
1、系统工作说明
1.1 功能要求
随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。
PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。
PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：
1、合理的结构型式
PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。
整体式PLC的每一个I／O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便在I／O点数、输入点数与输出点数的比例、I／O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。
2、安装方式的选择
3、 响应速度要求
PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I／O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。
4、系统可靠性的要求
对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。
5、机型尽量统一

1.2性能要求
一般小型(低档)PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。
对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A／D和D／A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。
对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。可是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。

2、 系统I/O分配
输入信号
输出信号
名称
地址
名称
地址

启动开关

I0.0
南北绿灯
Q0.0
南北红灯
Q0.1
南北黄灯
Q0.2

关断开关

I0.1
东西绿灯
Q0.3
东西黄灯
Q0.4
东西红灯
Q0.5
蜂鸣器
Q0.6
表1 I/0地址分配表

3、 PLC外围接线

图2 系统外围接线图

三、系统软件设计
1、 系统流程图

图3 系统顺序流程图

2、系统程序设计

图4 系统梯形图

四、 系统调试
若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。
（1）硬件调试：
　　接通电源，检查西门子S7-200可编程控制器是否能够正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。
（2）软件调试：
　　按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语法的检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，在打开组态网画图以及同步编程进行下一步的调试。
（3）运行调试：
在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开西门子S7-200可编程控制器的“RUN”开关进行调试；在打开组态网观察运行的情况下，看是否是随时按下停止按钮能够停止系统运行。

总结
经过本次设计，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，于是图书馆和网络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。

参考文献

[1]．刘美俊主编．西门子PLC编程及应用． 北京：机械工业出版社， ．7
[2]．刘美俊主编．可编程控制器应用技术． 福州：福建科学技术出版社，
[3]．廖常初主编．S7-200PLC基础教程． 北京：机械工业出版社，

附录
一、 语句表
网络1：LD SM0.1
= M0.0
网络2：LD I0.0
O M.01
O T47
AN I0.1
AN M1.1
AN T41
= M0.1
TON T41，240
网络3：LD I0.0
O T47
O M0.2
AN I0.1
AN T40
AN M1.1
= M0.2
TON T40，300
网络4：LD T41
O M0.3
AN T42
= M0.3
TON T42，30
网络5：LD T42
O M0.4
AN T43
= M0.4
TON T43，30
网络6：LD T43
O M0.5
AN T45
= M0.5
TON T45，340
网络7：LD T45
O M0.7
AN T46
= M0.7
TON T46，30

网络8：LD T46
O M1.0
AN T47
= M1.0
TON T47，30
网络9：LD T40
O M0.6
AN T44
= M0.6
TON T44，400
网络10：LD M0.1
LD M0.3
A T33
OLD
= Q0.3
网络11：LD M0.2
= Q0.2
网络12：LD M0.4
= Q0.4
网络13：LD M0.5
LD M0.7
A T33
OLD
= Q0.0
网络14：LD M0.6
= Q0.5
网络15：LD M1.0
= Q0.1
网络16：LD SM0.0
AN T34
TON T33，25
网络17：LD T33
TON T34，25
网络18：LD M0.1
A M0.7
LD M0.2
A M0.5
OLD
= Q0.6
= M1.1

二、 其它图表

图5 实验现象图