十字路口交通信号灯.doc

内容摘要

本设计是用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CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左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，最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。
关键词： PLC S7-200；交通信号灯；顺序功能图；梯形图

目　　录

第1章 引言 3
第2章PLC系统设计 4
2.1 硬件选择 4
2.2 PLC外部接设计 4
2.2.1 PLC输入输出分配 4
2.2.2 PLC外部接线图 4
2.3 整体控制设计 5
设计总结 8
谢辞 9
参考文献 10
附录 11

第1章 引言
可编程序控制器（PLC）是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展，尤其在数据处理、网络通信及与DCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可编程序控制器已经成为工业自动化强有力的工具，得到了广泛的普及和推广应用。
交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本文主要介绍如何利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。

第二章 PLC系统设计
2.1 硬件选择
本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿、左绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制设计法用多个定时器和计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC编程对其实行自动控制。晚上时段黄灯按一定规律亮灭循环，可先用定时器控制其亮灭，再用计数器控制其循环。高峰时段与正常时段可先选时序图中的90秒为一个周期，用定时器与计数器先实现一个周期的循环，再用计数器实现高峰时段与正常时段的交错循环。
2.2 PLC外部接线设计
2.2.1 PLC输入输出分配
表2-1 I/O分配表

输入信号
输出信号
名称
符号
地址
名称
符号
地址
起动开关
SQ-ON
I0.0
东西红灯
R-EW
Q0.0
停止开关
SQ-OFF
I0.0
东西黄灯
Y-EW
Q0.1

东西绿灯
G-EW
Q0.2

东西左绿
L-EW
Q0.3

南北红灯
R-SN
Q0.4

南北黄灯
Y-SN
Q0.5

南北绿灯
G-SN
Q0.6

南北左绿
L-SN
Q0.7

2.2.2 PLC外部接线图
图3-1是PLC外部接线图，选用的是西门子S7-200系列CPU224的PLC。

图2-1 PLC外部接线图

2.3 整体控制设计
控制流程为：
1.晚间时段：拉上起动开关I0.0,功能图直接进入晚间时段，M0.0置位，触点M0.0通，常闭开关I0.0和常闭触点T38为通，所有黄灯亮，定时器T37开始计时，0.4秒后黄灯灭，同时T38开始计时，0.6秒后经计数器C1计数，循环以上过程达到黄灯亮0.4秒，灭0.6秒循环闪亮的目的，重复32400次（9小时）后，常闭触点C1断开退出晚间时段，经M0.4进入正常时段（其中左支路实现正常时段运行状况，右支路实现高峰时段运行状况，并且左右支路互锁，运行周期周期均为90秒）。
2.正常时段：M0.4置位，导通经M0.5东西红灯Q0.0亮维持55秒（T39 +T40 +T41+T42），同时南北左转弯绿灯Q0.7亮，T39开始计时，10秒后，Q0.7灭，常开触点T39闭合导通，南北绿灯Q0.6亮，T40计时30秒后，Q0.6灭，常开触点T40闭合，南北黄灯Q0.5亮，T41计时5秒，黄灯、东西红灯Q0.0灭，触点T41导通，东西左转弯绿灯Q0.3、南北红灯Q0.4亮，T42计时10秒后，Q0.3灭，触点T42导通，Q0.4继续处于亮的状态，同时东西绿灯Q0.2亮，T43开始计时，30秒后Q0.2灭，触点T43导通，东西黄灯亮Q0.1与东西红灯Q0.0亮维持5秒，T44到时，至此正常时段的一个周期工作完毕，经计数器C2计数，循环以上正常时段工作运行过程，期间常闭触头T44对以上定时器进行复位，以达到从新计时的目的，当C2计数达20次（30分钟）时，常闭触头C2断开，常开触头C2闭合，及左支路断开，右支路导通，进入高峰时段。

图2-2 顺序功能图
3.高峰时段：M1.2置位导通，经M1.3,东西红灯Q0.0亮维持60秒（T45 +T46 +T47+T48），同时南北红灯Q0.4、南北左转弯绿灯Q0.7亮，定时器T45计时，10秒后Q0.4、Q0.7灭，常开触点T46导通，南北黄灯Q0.5亮，T47计时5秒后，Q0.5灭，常开触点T47导通，东西左转弯绿灯Q0.3灭，同时触点T48通，东西绿灯Q0.2亮，T49计时，25秒后，Q0.2灭，触点T49导通，东西黄灯Q0.1亮，计时器T44计时5秒，T44到时，至此高峰时段的一个周期工作完毕，经计数器C3计数返回高峰时段运行状态，直到C3计数达51次（循环50次共1.25小时），这时常闭触点C3断开，常开触点C3导通，高峰时段运行支路断开，又从新进入正常时段运行状态。
4.交叉循环运行：第二阶段正常时段的运行状况同一阶段正常运行状况，只是它们循环次数从20次变成331次（循环330次共8.25小时），工作到16:30又进入两小时的高峰运行时段，共循环80次，即C5计数80次后常闭触点C5断开，常开触点C5闭合，再次进入正常时段工作状态循环运行C6计数121次（循环120次共3小时）计数完后C6将所有定时器、计数器复位，又从新进入晚间时段重复以上工作过程。当拉下停止开关I0.0交通信号停止循环，计数器、计时器都复位清零，若再次拉上I0.0，交通灯继续从头开始循环闪亮。

设计总结
经过本次课程设计，让我更加深刻的学习和巩固了电气控制及PLC这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中拓宽了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强，可以通过平时学的知识自己设计很多有意思的电子产品，不仅能培养我们的兴趣爱好，更对我们今后的发展起到至关重要的作用。
在这次课程设计中遇到了很多问题，也获得了很多意想不到的知识。在每次突破一个问题后都有种久违的满足感，甚至对每发现一个问题都有种莫名的兴奋。虽然这次的课程设计整整花了我一个星期的时间，每天从早到晚，头脑中就只有这个设计，甚至屡次因为忙于修改方案，调试程序，想解决问题的方法而忘记吃饭、休息，这种感觉不像高中时段那样被人追着学习，而这是自主的去思考突破，是自身的能动力起了作用。
因此，这次的课程设计很有意义，感谢王老师为我们精心安排了这次课程设计，让我们在短时间内掌握了很多知识，以及知识以外的许多东西，比如吃苦耐劳的精神、专研问题的韧劲等等，在此特别感谢我们PLC课程的王老师每天来到教室为我们传授他丰富的知识和经验，感谢王老师的悉心教导才有了我们的设计取得突破性进展。

谢辞

为时两周的课程设计很快就结束了，经过两周的努力我的设计终于完成了。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
在此要感谢我们的指导老师王宗才老师对我们的讲解，感谢老师给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在这次课程设计中同学们之间的关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学们。

参考文献
[1] 许谬.电气控制与PLC.机械工业出版社，2006年 12月
[2] 廖常初.PLC编程及应用.机械工业出版社，2008年 6月
[3] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.机械工业出版社，2006年12月
[4] 方承远.工厂电气控制技术.机械工业出版社，2008年4月
[5] 姚英学.计算机辅助设计与制造.高等教育出版社，2002年5月
[6] 王爱玲.现代数控原理及控制系统.国防工业出版社，2003年6月
[7] 罗宇航.流行PLC实用程序及设计.西安电子科技大学出版社，2006年12月
附录Ⅰ：
十字路口交通信号灯梯形图

附录Ⅱ：
指令表

19

Network 1
LD I0.0
S M0.0, 1
Network 2
LD M0.0
AN C1
AN T38
A I0.0
S M0.1, 1
R M0.0, 1
TON T37, 4
Network 3
LD T37
S M0.2, 1
R M0.1, 1
TON T38, 6
Network 4
LD T38
S M0.3, 1
R M0.2, 1
Network 5
LD T38
LD C6
ON I0.0
CTU C1, 32400
Network 6
LD C3
AN C4
ON C2
O C5
AN T44
A C1
S M0.4, 1
R M0.3, 1
Network 7
LD M0.4
S M0.5, 1
R M0.4, 1
TON T39, 100
Network 8
LD T39
S M0.6, 1
R M0.5, 1
TON T40, 300
Network 9
LD T40
S M0.7, 1
R M0.6, 1
TON T41, 50
Network 10
LD T41
S M1.0, 1
R M0.7, 1
TON T42, 100
Network 11
LD T42
S M1.1, 1
R M1.0, 1
TON T43, 300
Network 12
LD C2
AN C3
LD C4
AN C5
OLD
A C1
AN T44
S M1.2, 1
R M0.3, 1
Network 13
LD M1.2
S M1.3, 1
R M1.2, 1
TON T45, 100
Network 14
LD T45
S M1.4, 1
R M1.3, 1
TON T46, 350
Network 15
LD T46
S M1.5, 1
R M1.4, 1
TON T47, 50
Network 16
LD T47
S M1.6, 1
R M1.5, 1
TON T48, 100
Network 17
LD T48
S M1.7, 1
R M1.6, 1
TON T49, 250
Network 18
LD T49
O T43
S M2.0, 1
R M1.7, 1
R M1.1, 1
TON T44, 50
Network 19
LD T44
S M2.1, 1
R M2.0, 1
Network 20
LD T44
LD C6
ON I0.0
CTU C2, 20
Network 21
LD C2
AN T44
S M2.2, 1
R M2.1, 1
Network 22
LD C2
AN T44
LD C6
ON I0.0
CTU C3, 51
Network 23
LD C3
AN T44
S M2.3, 1
R M2.2, 1
Network 24
LD C3
AN T44
LD C6
ON I0.0
CTU C4, 331
Network 25
LD C4
AN T44
S M2.4, 1
R M2.3, 1
Network 26
LD C4
AN T44
LD C6
ON I0.0
CTU C5, 81
Network 27
LD C5
AN T44
S M2.5, 1
R M2.4, 1
Network 28
LD C5
AN T44
LD C6
ON I0.0
CTU C6, 121
Network 29
LD C6
S M2.5, 1
R M0.0, 1
Network 30
LD M0.5
O M0.6
O M0.7
O M1.0
O M1.3
O M1.4
O M1.5
O M1.6
= Q0.0
Network 31
LD M0.1
O M2.0

= Q0.1
Network 32
LD M1.1
O M1.7
= Q0.2
Network 33
LD M1.0
O M1.6
= Q0.3
Network 34
LD M0.5
O M1.0
O M1.1
O M1.3
O M1.6
O M1.7
O M2.0
= Q0.4
Network 35
LD M0.1
O M0.7
O M1.5
= Q0.5
Network 36
LD M0.6
O M1.4
= Q0.6
Network 37
LD M0.5
O M1.3
= Q0.7
Network 38
LD I0.0
R M0.5, 1
R M0.6, 1
R M0.7, 1
R M1.0, 1
R M1.1, 1
R M1.3, 1
R M1.4, 1
R M1.5, 1
R M1.6, 1
R M1.7, 1
R M2.0, 1