《红绿灯课程设计》word版.docx
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《红绿灯课程设计》word版
一、设计目的..............................................2
二、设计要求..............................................2
三、PLC特点介绍...........................................2
四、仪器设备..............................................3
五、系统工作要求..........................................3
六、系统工作原理..........................................3
1.交通指挥系统工作内容................................3
2.交通指挥系统PLC实现................................4
2.1I/O分配表........................................4
2.2I/O接线图........................................4
2.3交通指挥系统操作实现.............................4
2.3.1交通灯正常工作情况..........................4
2.3.2交通灯特殊情况1............................5
2.3.3交通灯特殊情况2............................5
七、程序框图..............................................5
八、程序清单..............................................7
九、设计体会.............................................15
十、参考文献.............................................16
一、设计目的
课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。
通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。
电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。
课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。
了解红绿灯的工作原理及控制逻辑。
学会使用STEP7编程。
了解S7-300PLC的工作原理，并能够将STEP7编写的程序下载到S7-300中进行监测和调试。
学会使用S7-300中的基本控制指令、控制逻辑。
二、设计要求
在课程设计中，学生是主体，为充分发挥其的主动性和创造性，教师引导其掌握完成设计内容的方法。
为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：
1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。
2）在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导教师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。
在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。
3）所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。
4）说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。
5）应在规定的时间内完成所有的设计任务。
6）如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。
三、PLC特点介绍
PLC可靠性高，抗干扰能力强；编程简单，使用方便；采用模块化结构；缩短设计、施工、投产的周期，容易维护；丰富的I/O接口；体积小，重量轻，功耗低。
S7-300可编程控制器通用型的特点是循环周期短，处理速度快，指令集功能强大，产品设计紧凑，模块化结构，适合密集安装。
S7-300具有多种不同的通信接口：
多点接口（MPI）集成在CPU中，用于连接编程设备；DP接口用于连接PC、人机界面系统及其他SIMATICS7/M7/C7等自动化控制系统；多种通信处理模块用来连接AS-I接口、工业以太网和PROFIBUS总线系统；串行通信处理模块用来连接点对点的通信系统
S7-300的许多功能能够支持和帮助用户更简捷的编程，更好地完成自动化控制任务。
其主要功能如下：
1）高速的指令处理，0.6~0.1us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。
2）浮点数运算，此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算。
3）人机界面（HMI），方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内。
因此人机对话的编程要求大大减少。
SIMATIC人机界面从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。
S7-300操作系统自动处理数据的传送。
4）诊断功能。
CPU的智能化诊断系统连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件，例如超时，模块更换等。
5）口令保护，多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修复。
由于S7-300是模块化的中小型PLC，适用于中等性能的控制要求，品种繁多的CPU模块、信号模块和功能模块能满足各种领域的自动控制任务，用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块也很方便；当系统规模扩大或更为复杂时，可以增加模块，对PLC进行扩展；分布式结构简单实用和通信联网能力强大，应用十分灵活；编程软件功能强大，使用方便；S7-300有3500多条指令；所以本设计采用S7-300作为系统控制设备。
四、仪器设备
S7-300PLC
一台
计算机
一台
MPI卡及配套电缆
七段数码管
两个
STEP7-Micro/WIN32编程软件
五、系统工作要求
采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。
系统上电后，交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制。
SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通。
SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。
SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。
按照如图所示工作时序周而复始，循环往复工作。
六、系统工作原理
1.交通指挥系统工作内容
SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作。
正常工作时红绿灯控制要求为：
1）接通启动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮；
2）东西向绿灯亮25s后，闪烁3次（每次0.5s），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西向绿灯又亮，如此不断循环，直至停止工作；
3）南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次（每次0.5s），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮，如此不断循环，直至停止工作。
SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统处于特殊控制状态，南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。
SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统处于特殊控制状态，东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
2.交通指挥系统PLC实现
2.1I/O分配表
输入
输出
文字符号
说明
分配
输入点
文字符号
说明
分配
输入点
SA1-1
交通灯正常工作控制开关
I0.0
H1
南北向绿灯指示
Q4.2
SA1-2
南北向交通灯常绿控制开关
I0.1
H2
南北向黄灯指示
Q4.1
SA1-3
东西向交通灯常绿控制开关
I0.2
H3
南北向红灯指示
Q4.0
SB1
交通灯正常工作启动按钮
I0.3
H4
东西向绿灯指示
Q4.5
SB2
交通灯正常工作停止按钮
I0.4
H5
东西向黄灯指示
Q4.4
SB3
南北向交通灯常绿启动按钮
I0.5
H6
东西向红灯指示
Q4.3
SB4
东西向交通灯常绿启动按钮
I0.6
H11
南北向2位七段数码显示管
QB5、QB6
H12
东西向2位七段数码显示管
QB7、QB8
2.2I/O接线图
SA1-1
SA1-2
SA1-3
SB1
SB2
SB3
SB4
H3
H2
H1
H6
H5
H4
Q4.0
Q4.1
Q4.2
Q4.3
Q4.4
Q4.5
IL
IM
QB5
QB6
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
QB7
QB8
I1.0
I1.2
南北数码管
东西数码管
南北红灯
南北黄灯
南北绿灯
东西红灯
东西黄灯
东西绿灯
调用FC1
调用FC2
调用FC3
FC1中启动
FC1中停止
FC3中启动
FC2中启动
2.3交通指挥系统操作实现
2.3.1交通灯正常工作情况
当SA1-1闭合时，I0.0为1调用函数FC1，FC1中实现交通指挥系统按常规正常控制功能工作。
FC1被调用时，当SB1、SB2闭合时I0.3、I0.4为1，控制系统启动，南北向、东西向的红绿灯开始按照设计要求进行通断，各个灯亮的时间通过数码管显示持续时间的倒计时。
由于S7-300的定时器是自减的并且定时器的BCD码输出口输出的是当前减到的时间值，与此同时BCD码输出的数值分别为十位、个位以及小数点后一位对应的BCD码，所以南北向红灯亮30s数码管倒计时的实现是通过定时器从设定的30s向下自减，将定时器的BCD码输出值中的个位和十位的BCD码赋给指定的内部标志位存储器M，判断指定的内部标志位M的状态从而转换为相应数值的数码，然后通过MOVE指令的调用将得到的数码个位赋给QB5，十位赋给QB6，南北黄灯、绿灯的实现和红灯一样，东西灯计时的数码管显示和南北的一样，只是最后将得到的数码值赋给QB7、QB8，如此不断循环，直至停止工作做。
当SB2断开，I0.4为0则对所有用到的内部标志位存储器M以及输出清零，此时数码管不显示数值。
2.3.2交通灯特殊情况1
当SA1-2闭合时，I0.1为1调用函数FC2，FC2中实现南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变的功能。
FC2被调用时，当SB3闭合时I0.5为1，南北向绿灯常亮以及东西向红灯常亮，同时调用MOVE指令，直接将9对应的数码值赋给QB5-QB8，南北、东西方向的数码管显示99。
2.3.3交通灯特殊情况2
当SA1-3闭合时，I0.2为1调用函数FC3，FC3中实现东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变的功能。
FC2被调用时，当SB3闭合时I0.6为1，东西向绿灯常亮以及南北向红灯常亮，同时调用MOVE指令，直接将9对应的数码值赋给QB5-QB8，南北、东西方向的数码管显示99。
七、程序框图
开始
判断
I0.0-I0.2值
调用FC1
I0.0=1
I0.1=1
调用FC2
调用FC3
I0.2=1
OB1主函数中的程序框图如图所示
OB1主函数根据不同的判断条件分别调用函数FC1、FC2、FC3。
FC1实现接通启动按钮后，信号灯开始工作，南北向红灯、东西向绿灯同时亮；东西向绿灯亮25s后，闪烁3次（每次0.5s），接着东西向黄灯亮，2s后东西向红灯亮，30s后东西向绿灯又亮；南北向红灯亮30s后，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3次（每次0.5s），接着南北向黄灯亮，2s后南北向红灯又亮，如此不断循环，直至停止工作。
各个灯亮的时间通过数码管显示持续时间的倒计时。
东西向绿灯亮25s数码管倒计时的实现是通过将定时器的BCD码输出值中的个位和十位的BCD码赋给指定的内部标志位存储器M，判断指定的内部标志位M的状态从而转换为相应数值的数码，然后通过MOVE指令的调用将得到的数码个位赋给QB5，十位赋给QB6，南北黄灯、绿灯的实现和红灯一样，东西灯计时的数码管显示和南北的一样，只是最后将得到的数码值赋给QB7、QB8，
如此不断循环，直至停止工作做。
开始
判断
I0.3、I0.4值
清零
I0.4=0
I0.3=1
I0.4=1
交通灯循环通断
FC1函数中的程序框图如图所示
FC2实现南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，同时调用MOVE指令，直接将9对应的数码值赋给QB5-QB8，南北、东西方向的数码管显示99不变。
开始
南北向绿灯及东西向红灯常亮
数码管显示99不变
I0.5=1
FC2函数中的程序框图如图所示
FC3实现东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，同时调用MOVE指令，直接将9对应的数码值赋给QB5-QB8，南北、东西方向的数码管显示99不变。
开始
东西向绿灯及南北向红灯常亮
数码管显示99不变
I0.6=1
FC3函数中的程序框图如图所示
八、程序清单
OB1主函数中的程序如图所示
FC1函数中的程序如图所示
FC2函数中的程序如图所示
FC3函数中的程序如图所示
九、设计体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关PLC有关按键控制、显示、编程方面的知识以及数码管原理、控制、驱动方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。
实践出真知，通过画出I/O接线图，使得设计的思路更加清晰，也使我们掌握的知识不再是纸上谈兵，也使我们更加了解到PLC控制的的特性与效果。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，首先是STEP7使用不熟练，其次是有关S7-300PLC中有关指令调用以及指令使用方面的不了解，使得编程不顺利，其次是有关数码管原理、驱动以及有关定时器BCD码转换方面的知识掌握不熟练，最后在同学的帮助下、老师及班助的指导下终于最后把问题都一一解决了。
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，其实在最开始根据设计要求逐步查资料了解S7-300PLC的相关知识到程序设计，再到具体编程都是很顺利的，可是当把梯形图写入软件并下载到S7-300中调试时问题出现了，绿灯只能闪烁三次，这让我感到很困惑，于是我开始不断改变计数器的初值以及计数次数比较的方式，可是绿灯依旧只闪烁两次，这时我确定是我编程的逻辑有问题，于是我把绿灯闪烁3次的那段程序改用系统的时钟脉冲来使其闪烁，可是改过之后绿灯不亮了，于是我又用之前的方法，只是将减计数器改为加计数器，通过内部标志位寄存器存储计数的次数并进行比较对计数器清零，这下绿灯可以实现3次闪烁了，当看见绿灯亮的效果达到预期目标，这其中的喜悦感是无法言语的，虽然只是个简单的绿灯的闪烁我就花了三个多小时的时间来调试修改，但我在这过程中收获就从理论到实践，从中可以学到很多很多的东西，同时不仅可以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。
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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，虽不是困难重重，但也要动动脑筋，这样问题才能最终都得到解决。
通过这次课程设计我懂得了在今后社会的发展和实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上披荆斩棘，如果总是畏惧那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。
最后我想说的是，不论以后是读研还是工作，不能只是应付一切，不能只是为了解决问题而解决问题，应该在问题出现时学会思考、举一反三，不能死读课本，照搬照抄前人的想法和思路，要有自己的见解和看法，这样人才能进步，能力才能不断提高。
十、参考文献
[1]崔维群，孙启法.S7-300/400可编程控制器原理与应用[M].北京：
北京航天航空大学出版社，2008
[2]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].北京：
机械工业出版社，2004
[3]陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：
电子工业出版社，2012
[4]王仁祥，王小曼.S7300/400入门与进阶[M].北京：
中国电力出版社，2009
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