课程设计机电传动控制.docx
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课程设计机电传动控制
课程设计
所属课程名称机电传动控制（含PLC）
题目十字路口交通信号灯
分院机电学院
专业、班级机械设计制造及其自动化B0701
学号0612070103
学生姓名陈龙
指导教师赵业平
名称
数量
课程设计任务书
1份
课程设计报告书
1份
2010年07月22日
课程设计任务书
所属课程名称机电传动控制（含PLC）
题目十字路口交通信号灯
分院机电学院
专业、班级机械设计制造及其自动化B0701
学号0612070103
学生姓名陈龙
指导教师赵业平
2010年07月22日
1.十字路口交通灯控制系统
一、控制要求
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。
到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。
在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。
到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
东西红灯亮维持30秒。
南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。
同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
周而复始
二、设计任务
学生根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，运用所学的理论知识，进行十字路口交通灯控制原理设计、硬件系统设计、软件系统设计、创新设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
主要内容包括：
1.设计出硬件系统的结构图、接线图等；
2.系统有启动、停止功能；
3.运用功能指令进行PLC控制程序设计，包括梯形图和语句表；
4.程序结构与控制功能自行创新设计；
5.进行系统调试，实现十字路口交通灯的控制要求。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整。
成绩：
课程设计报告书
所属课程名称机电传动控制（含PLC）
题目十字路口交通信号灯
分院机电学院
专业、班级机械设计制造及其自动化B0701
学号0612070103
学生姓名陈龙
指导教师赵业平
2010年07月22日
目录
1课程设计任务书1
2总体设计2
3硬件系统设计5
4程序设计6
（1）交通信号灯的控制要求与时序6
（2）交通信号灯顺序控制功能6
（3）交通信号灯控制程序梯形图7
（4）编制梯形图并写出实验程序11
5程序调试及结果分析13
6总结14
7参考文献15
辽东学院
1课程设计任务书
课程设计题目：
十字路口交通灯控制系统
课程设计时间：
二周
课程设计要求：
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。
当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。
南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。
到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。
在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。
到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。
东西红灯亮维持30秒。
南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。
同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。
周而复始
学生签名：
课程设计评阅意见
项目
课程设计态度评价
10%
出勤情况评价10%
任务难度
、量评价10%
创新性评价
10%
综合设计
能力评价15%
报告书写规范评价15%
口试
30%
成绩
综合评定等级
评阅教师：
2010年月日
2总体设计
路口交通信号灯现场示意图如图2-1所示，南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯，为确保交通安全，要求如下。
路口交通信号灯现场示意图（图2-1）
在PLC交通灯模拟模块中，主干道东西南北每面都有3个控制灯，分别为：
禁止通行灯（亮时为红色）
准备禁止通行灯（亮时为黄色）
直通灯（亮时为绿色）
另外行人道东西南北每面都有2个控制灯,分别为：
禁止通行灯（亮时为红色）
直通灯（亮时为绿色）
（1）正常控制时
①当南北方向应禁止通行（红灯），东西方向允许通行（绿灯）；同样，当东西方向应禁止通行（红灯），南北方向允许通行（绿灯）。
②在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：
绿灯闪烁同时黄灯亮。
③信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。
（2）结合十字路口交通灯实际情况设计交通灯模拟控制系统如下：
当交通灯系统启动开关接通时，南北向（列）和东西向（行）主干道均设有绿灯、黄灯和红灯。
当南北主干道红灯点亮时，东西住干道应依次点亮绿灯，绿灯闪亮，黄灯，反之，当东西主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪，黄灯。
南北向和东西向行人道均设为通行绿灯和禁行红灯。
南北人行道通行绿灯应在南北主干道绿灯点亮时点亮，当南北主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时南北行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
东西行人道通行绿灯于东西主干道绿灯点亮时点亮，当东西主干道绿灯闪亮和黄灯点亮时东西行人道绿灯也要对应闪亮，其它时间为红灯。
（3）设计步骤框图如下：
设计步骤框图（图2-2）
3硬件系统设计
（1）硬件结构设计
1）硬件结构设计。
了解各个控制对象的驱动要求，如：
驱动电压的等级、负载的性质等；分析对象的控制要求，确定输入/输出接口（I/O）数量；确定所控制参数的精度及类型，如：
对开关量、模拟量的控制、用户程序存储器的存储容量等，选择适合的PLC机型及外设，完成PLC硬件结构配置。
2）根据上述硬件选型及工艺要求，绘制PLC交通信号灯控制电路接线图（图3-1），编制PLC交通信号输入/输出端口分配图（图3-1）。
交通信号灯控制线路图3-1
PLC输入/输出端口分配表（表3-1）
输入
输出
输入继电器
输入元件
作用
输出继电器
输出元件
控制对象
I0.0
SB1
运行开关
Q0.0
HL0
南北信号绿灯
Q0.1
HL1
南北信号黄灯
Q0.2
HL2
南北信号红灯
Q0.3
HL3
东西信号红灯
Q0.4
HL4
东西信号绿灯
Q0.5
HL5
东西信号黄灯
4程序设计
（1）交通信号灯的控制要求与时序
交通信号灯一个周期（55s）的时序图如图4-1所示。
南北信号灯和东西信号灯同时工作，0~20s期间，东西信号绿灯亮，南北信号红灯亮；20~23s期间，东西信号绿灯闪亮，南北信号红灯亮；23~25s期间，东西信号黄灯亮，南北信号红灯亮；25~45s期间，南北绿灯亮，东西红灯亮；45~48s期间，南北信号绿灯闪亮，东西信号红灯亮；48~50s期间，南北信号黄灯亮，东西信号红灯亮。
交通信号灯的控制要求与时序图4-1
（2）交通信号灯顺序控制功能
交通信号灯顺序控制功能图如图（4-2）所示，程序运行在初始状态S0.0等待，I0.0接通后，并行的南北、东西2各分支同时工作。
（1）并行结构的分支
状态S0.1和状态S0.2同时变为活动状态，南北信号绿灯亮，东西信号红灯亮；定时器T37和T40开始定时。
南北信号灯分支：
定时器T37设定时间到，有S0.1转移到S0.3，南北信号黄灯亮，定时器T38开始定时；T38的设定时间到，由S0.3转移到S0.5，南北信号红灯亮，定时器T39开始定时。
东西信号分支;定时器T40设定的时间到，由S0.2转移到S0.4，东西信号绿灯亮，定时器T41开始定时;T41的设定时间到，由S0.4转移到S0.6，东西心好黄灯亮，定时器T42开始定时。
（2）并行结构分支的汇合
当S0.7和S1.0都处于活动状态时，将S0.7和S1.0的常开触点串联，来控制对S1.1的置位和对S0.7、S1.0的复位，从而使S1.1变成活动状太，S0.7和S1.0变为非活动状态。
图4-2交通信号灯顺序控制流程图
（3）交通信号灯控制程序梯形图
（4）编制梯形图并写出实验程序
实验参考程序，表所示
步序
指令
步序
指令
0
LDSM0.1启动
22
LSCRS0.5红灯
1
SS0.0,1
23
LDSM0.0红灯亮，延时25s
2
RS0.1,9
24
=Q0.2
3
LSCRS0.0
25
TONT39,250
4
LDI0.0
26
LDT39延时时间到，转移到S0.7
5
SCRTS0.1
27
SCRTS0.7
6
SCRTS0.2
28
SCRE
7
SCRE南北信号分支开始
29
LSCRS0.2
8
LSCRS0.1
30
LDSM0.0红灯亮延时30s
9
LDSM0.0绿灯亮，延时23s
31
=Q0.3
10
=Q0.0
32
TONT40,300
11
TONT37,230
33
LDT40延时时间到，转移到S0.4
12
LDT37延时时间到转移到S0.3
34
SCRTS0.4
13
SCRTS0.3
35
SCRE
14
SCRE
36
LSCRS0.4
15
LSCRS0.3黄灯
37
LDSM0.0红灯亮，延时30s
16
LDSM0.0黄灯亮，延时2s
38
=Q0.4
17
=Q0.1
39
TONT41,230
18
TONT38,20
40
LDT41延时时间到，转移到S0.6
19
LDT38
41
SCRTS0.6
20
SCRTS0.5
42
SCRE
21
SCRE
43
LSCRS0.6
步序
指令
步序
指令
44
LDSM0.0黄灯亮，延时2s
56
LDS1.1
45
=Q0.5
57
SCRTS0.0
46
TONT42,20
58
SCRE
47
LDT42,延时时间到，转移到S1.0
48
SCRTS1.0
49
SCRE
50
LDS0.7S0.7和S1.0置位，则S1.1置位
51
AS1.0
52
SS1.1,1
53
RS0.7,1
54
RS1.0,1
55
LSCRS1.1
5程序调试及结果分析
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。
刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。
那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。
灯虽然是亮了但仍然循环不起来。
从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。
突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。
后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。
虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。
其实现场实况车辆的流量是变化的，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量控制系统。
由于所学知识及设备有限，无法对其路灯进行智能化控制，所以在编程时就没把智能控制这一块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。
下面我就对智能化控制路灯作一些原理上的介绍。
难点分析：
本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。
（1）行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系
因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。
（2）交通灯的闪亮
交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。
6总结
经过紧张、忙碌的努力，终于完成了本次课程设计，通过这次机电传动控制课程设计的锻炼，使我了解了十字路口交通灯系统的设计，对于西门子S7-200系列PLC的特点有了更深的了解。
十字路口交通灯控制系统利用了西门子S7-200系列PLC的特点，对按钮、开关、交通等输入/输出点进行控制，实现了十字路口交通灯控制中的自动化。
这只是一个简单的控制系统，并不能十分有效的改变交通的现状，不过可以根据现实中某一方向车流量的大小来对程序进行改变，使之更适合交通的现实状况。
我感觉通过这次课程设计，我的最大收获是了解了一种设计思想，认识了一个新的设计理念，这种设计思想要求设计者对自己的设计目的要有一个清晰的认识，对怎样实现自己的设计要有把握，同时他的最大意义在于将它运用于现实中后，它能给使用它的群体带来多大的方便；有了这种思想，以后再次参加类似设计活动，在整体设计和实现方法上就有经验了。
7参考文献
[1]王蕊：
《PLC在交通信号灯控制上的应用》
[2]陈胜利,曾谊晖:
《PLC在控制交通信号灯中的应用》
[3]《基于PLC技术的交通信号灯控制与设计》-商场现代化
[4]赵春生：
《可编程序控制应用技术》
[5]《PLC控制交通信号灯的编程方法讨论》
[6]邓星钟：
机电传动控制
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