实验设计红绿灯PLC编程.docx
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实验设计红绿灯PLC编程
一章设计方案
1.1设计基础
此次PLC编程方法均与以S7-200作为背景机。
1.2方案选择
这次给的方案有三种，一种是传统红绿灯，即绿灯切换到红灯之前用黄灯缓冲，而红灯到绿灯没有黄灯缓冲，这种红绿灯没有人行道上的红绿灯；第二种是普通红绿灯，就是在传统红绿灯基础上加上人行道红绿灯，人行道上只有红、绿两种灯；第三种是大型红绿灯，这种红绿灯是在普通红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。
下面就来介绍这三种红绿灯：
方案一传统红绿灯
十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组。
这种红绿灯控制简单方便。
但是缺点是只适合小型城市或者没有行人过马路和马路两边架设天桥的十字路口。
现今已经无法满足较大城市的交通需求，很容易出现交通堵塞现象。
当启动PLC时，南北方向绿灯亮25s，同时东西方向红灯亮30s；25s后南北方向绿灯闪烁3次（用时3s）后，改为黄灯，之后南北红灯并维持30s；此时东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然后绿灯闪烁3次（用时3s）后转为黄灯亮2s，如此一直循环。
如图：
传统红绿灯平面示意图
方案二普通实用型红绿灯
十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组；在每个路口加上人行道，人行道左右方向上各有一组红绿灯，共八组。
这种红绿灯以控制简单实用方便，普遍运用在我们生活中。
缺点是此种红绿灯不适合用在大型的交通枢纽上，因为它不能承受大流量的车辆通行。
下面就来介绍这种红绿灯的设计。
当启动PLC时，南北方向绿灯亮25s，人行道南北方向亮红灯30s，同时马路东西方向红灯亮30s人行道东西亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；25s后马路南北方向绿灯闪烁3次（频率1s/次）后，改为黄灯亮2s，之后马路南北红灯亮并维持30s，这时人行道南北方向亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；此时马路东西方向由红灯变为绿灯亮25s，人行道由绿灯变为红灯亮30s；然后绿灯闪烁3次（频率1s/次）后转为黄灯亮2s。
如此一直循环。
下面是示意图：
普通实用型红绿灯平面示意图
方案三大型红绿灯
十字路口每个方向各有一组左右转弯直行红绿灯，一共四组；人行道东南西北方向上各有一组红绿灯，共八组。
这种红绿灯是针对现今大城市交通而设计的，车道上设计了左转、直行、右转三组信号灯。
它相对前两种红绿灯有了很大的变化，系统也复杂很多。
各组灯之间的关系也比较复杂；但是这种红绿灯面对大量的行人和车辆也可以进行秩序化的放行。
下面就来介绍这种红绿灯：
注：
先对各个方向上的灯作序号，记向北左转为1点方向、向北直行为2点方向以此顺时针计数。
最后向东左转为12点方向。
当启动PLC时，系统得电。
按下启动按钮，9、5点方向亮绿灯27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s；9、5变红灯同时11、3变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s，11、3变为红灯同时2、6变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s，2、6变为红灯同时8、12变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s。
人行道上开始南北方向绿灯亮60s后变为红灯亮60s，东西方向红灯亮60s后变为绿灯亮60s。
马路东南西北右转方向亮灯与南北人行道一样。
完成一个周期后，循环。
下面是平面示意图：
大型红绿灯平面示意图
1.3方案比较
下面把三种方案列出比较：
方案
材料选择
优点
缺点
方案比较
方案一传统红绿灯
12盏220v50Hz指示灯，四杆四米灯架
结构简单，安装方便，有基本功能
只有基本马路红绿灯功能，不具实用性
经三种方案优缺点的对比（以丽水城市为例），选择方案二比较适合，她适用现在的中小城市，控制结构简单，功能相对齐全，从经济方面考虑也是相对节约的。
方案二普通实用型红绿灯
28盏220v50Hz指示灯，四杆四米灯架，八杆两米灯架
控制简单实用，安装方便，拥有马路和人行道功能
在一些大型城市或交通繁忙路段无法正常疏导交通
方案三大型红绿灯
52盏220v50Hz指示灯，四杆四米灯架，八杆两米灯架
能胜任各个交通路口，指示灯全面，功能齐全。
控制系统设计和结构都很复杂，安装线路繁多
第二章红绿灯控制系统设计
2.1PLC型号选用
根据设计要求得出，只需要一个启动按钮SB1和一个停止按钮SB2两个输入信号，而马路上有六组信号灯，人行道上有四组信号灯，共十组输出信号。
为避免大材小用，秉承经济节约方针，我们应尽量选择最经济的方案。
这次设计我们选用了S7-200CPU224型号PLC，外加CPU221作为外加的模块。
2.2硬件设备选用及I/O地址分配
2.2.1硬件设备选用
名称
型号及要求
备注
PLC主机
S7-200CPU224
可另加模块
主开关
SB1、SB2
变压器
方正EI行变压器
220v变24v
交通信号指示灯
超高强度LED灯
光强度：
红928cd黄714cd绿989cd；功率（w）：
红、黄<20w绿<18w；可视距离>=500m,工作电压AC220v±15%
人行道信号指示灯
电线
BVR2.5平方铜芯硬线
长度自选
其他附件
S7-200CPU221
外加PLC模块
2.2.2I/O地址分配
序号
功能
外部元件
内部地址I/O
备注
1
停止
停止按钮SB1
I0.2
红色按钮
2
启动
启动按钮SB2
I0.3
绿色按钮
3
连接作用
M0.0、M0.1
中间继电器
4
计时
T37、T47、T51
计时30s
5
计时
T48、T53
计时27s
6
计时
T38、T43
计时25s
7
计时
T42、T46
计时2s
8
计时
T39、T40、T44、T45、T49、T50、T54、T55
计时0.5
9
计数
C20-C23
计数3次
10
停止指示
马路南北红灯
Q0.0
亮30s
11
通行指示
马路南北绿灯
Q0.1
亮25s，闪3s
12
等待指示
马路南北黄灯
Q0.2
亮2s
13
停止指示
马路东西红灯
Q0.3
亮30s
14
停止指示
马路东西绿灯
Q0.4
亮25s，闪3s
15
等待指示
马路东西黄灯
Q0.5
亮2s
16
通行指示
人行道南北绿灯
Q0.6
亮27s，闪3s
17
停止指示
人行道南北红灯
Q0.7
亮30s
18
通行指示
人行道东西绿灯
Q1.0
亮27s，闪3s
19
停止指示
人行道东西红灯
Q1.1
亮30s
地址分配表
2.2.2硬件电路接线（实验用电路）
PLC调试接线图
注：
实验选用的指示灯为工作电压为24v50Hz。
变压器为方正EI行变压器。
进行模拟实验时，接线每个端口输出都只接一盏灯作为指示。
2.2.3硬件电路接线（实验线路接线）
实际电路接线图
2.2.4红绿灯控制系统要求
A图
从图中的方向箭头可以看出，南北马路亮的是绿灯指示可以通行，东西人行道上亮的绿灯也是可以通行的。
而马路东西方向上两的是红灯车辆停止通行，南北人行道上亮的也是红灯禁止通行。
B图
在A图中马路南北是绿灯通行的，经过一段时间马路南北由绿灯变为黄灯，而东西人行道上海是绿灯通行状态，而南北人行道和东西马路没有变化。
C图
紧接B图之后，黄灯计时到马路南北变为红灯禁止通行。
而东西马路和南北人行道红灯变为绿灯通行状态。
此时东西人行道就马上变为红灯让道给马路上的车辆。
D图
D图效果与B图相类似，它是记绿灯之后的黄灯缓冲阶段，马路东西方向原本是绿灯通行状态，现变为黄灯缓冲阶段，车辆等待下一步指示。
而东西人行道和南北马路红灯因计时没到没有变化。
紧接D图之后是A图。
ABCD四张图纸依次循环组成十字路口红绿灯。
2.3红绿灯设计系统功能图
顺序流程图
当按下启动按钮后，系统如图所示的循环工作。
2.4红绿灯控制系统时序图
红绿灯工作时都按系统控制要求的顺序进行，如图
时序图
当系统启动时，其工作情况如上时序图。
马路东西红灯亮30s，同时马路南北绿灯亮25s，之后由3s的闪烁，紧接着为黄灯亮2s。
马路东西红灯30s结束后绿灯接上，绿灯亮25s后变为黄灯亮2s之后变为红灯，如此循环。
系统启动同时，人行道南北红灯亮30s，东西绿灯亮25s之后闪烁3s在变为黄灯亮2s。
人行道东西绿灯亮25s后闪烁3s变为黄灯亮2s在变为红灯亮30s又变为绿灯如此循环。
2.5红绿灯PLC编程
2.5.1程序说明
根据对红绿灯的控制要求及PLC地址分配的定义，可对PLC程序编制，其梯形图见附录1。
下面对所编的程序梯形图作简要的说明：
当按下启动按钮I0.3，中间继电器M0.1得电其常开触点闭合代替了I0.3达到自锁使得MO.1在一直通电的状态。
中间串上M0.0常闭触点是为了当需要切断电源时，按下I0.2，继电器M0.0得电，其常闭触点断开，而此断开M0.1的自锁程序达到切断电源的效果。
（1）当按下启动开关后，以下接触器得电：
a．Q0.0通过中间继电器M0.1的常开触点闭合接通电源，马路南北红灯亮。
而计时器也接通，它是为Q0.0计时作用的。
当T37计时30s后，它的常闭触点断开，断开Q0.0的电源。
T42常闭触点在这里起循环作用，就是在此程序运转一个周期时，控制最后一个接触器的计时器计时完成，断开T37使得T37重新计时，以达到循环效果。
b．Q0.4得电，马路东西绿灯亮。
与之串连的是计数器C21（计数3次，作用是Q0.4闪烁3次时断开其电源），T43、T44在这里起控制Q0.4闪烁并计时作用。
c．Q0.7接通人行道东西方向红灯亮，Q0.7与Q0.0公用一个计时器，所以Q0.7的显示时间与Q0.0一样。
d．Q1.0得电人行道南北方向绿灯亮，它的显示与Q0.4相同。
C22、T48、T49的功能叶相同。
（2）延时25s后，Q0.4马路东西方向绿灯开始闪烁。
计时器T43计时到，它的常闭触点先断开，使得Q0.4失电，同时它的常开触点闭合，接通计时器T44。
T44、T45（接通T44后，T44开始工作，0.5S后接通QO.4与T45，再过0.5s后计时器T45工作，先断开T44。
如此循环工作。
而这里加上计数器C21的3次计数达到绿灯闪烁功能。
（3）经过3s后，C21计数完成，断开Q0.4（熄灭绿灯）接通Q0.5马路东西黄灯和计时器T46（T46在这里起计时作用，2s后它先断开Q0.5，然后其常开触点闭合接通Q0.3，达到红绿灯循环效果。
（4）延时2s后，T46常开触点闭合接通Q0.3马路东西红灯。
这时计时器T47接通开始工作。
T47计时2s后，它的敞开触点闭合，复位C21。
使得Q0.4重新开始工作，如此一直循环。
（5）当人行道红灯Q0.7亮30s后，T37计时30s动作，其常闭触点先端开，切断Q0.7。
然后其常开触点闭合接通Q0.6（人行道东西绿灯），Q0.6接通27s后闪烁3s（频率1s/次）其工作过程与马路闪烁3次相类似。
此次设计的红绿灯系统工作情况就向上面介绍的循环工作。
2.5.2控制系统程序梯形图
见附录1
2.5.3梯形图对应的语句表
见附录3
2.6PLC设备安装
这次选用的S7-200设计小巧便于安装，可以利用安装孔把模块固定在控制柜的背板上；或者利用设备上的DIN夹子，把模块固定在一个标准（DIN）的导轨上。
在安装时应注意与热源、高电压和电子噪音隔开，S7-200设备设计时采用自然散热方式，所以在安装线路时要留足够的空间。
在扩展接口处也应留出足够的空间。
这样可以灵活地使用I/O扩展电缆。
在安装或卸载任何电器前必须确认设备电源已经断开。
（安装详情可参考西门子S7-200手册）
3.7实验电路接线实物图
见附录2
3.8程序调试
程序调试在PLC模拟电路板上进行。
先按硬件接线图完成实物的接线。
接线时各个接口按图正确接线，并且每个接口牢靠。
完成此步骤后再连接上传输线。
在做调试时，首先将事先编好的程序系在到PLC上（至于怎么下载这里就不作讨论）。
完成后可进行通电试运行。
PLC一上电电路应无任何反应，这时线路可进行下一步调试。
这时电脑上可进行程序状态监控。
按下启动按钮SB1，启动后Q0.1、Q0.3、Q1.1、Q2.0四个接口上的接触器马上吸合，25s后Q0.1接口上的接触器考试跳动，跳动3次后断开，改为Q0.2后面的接触器吸合。
2s后Q0.4、Q1.0、Q2.1吸合，25s后Q0.4接口上的接触器开始跳动3次，跳动3次后断开，改为Q0.5后面的接触器吸合。
2s后Q0.5断开，Q1.0后面的接触器开始跳动3次后断开。
后面动作一直如此循环作业。
在没有按下SB2停止按钮之前，电路一直循环作业。
第三章报告总结
写实训报告是学机电一体化必不可少的程序，我体会了其中的艰辛，为写着份报告曾多次去实地取材，并做记录。
为把身边最常见的红绿灯原原本本的概述在报告里是件很困难的事情，也为此提前一个星期就开始做准备。
这次设计的红绿灯适用于一般交通十字路口，不推荐使用在繁忙地段（与丽水地区作为参考）。
此设计使用方便，从经济方面算成本也不高，适合在一般中小城市推广。
在设计时还有人性化设计，使用时可根据当地的交通状态调整红绿灯的时间或在红绿灯上面加计时器。
为适应时代变化，将会有更多的功能更全面的推出，总之一切都是为了顺应时代变化。
设计过程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至让我想打退堂鼓。
不过经过不断的完善，终于完成了这次设计并写完报告，这给了我很大的信心，在才过程中我对PLC可编程控制又有了新的了解。
但是设计中存在许多不足，这些不足限制了更多的功能。
通过这次红绿灯设计业让我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在这过程中还得到了许多人的帮助，是他们让我顺利的完成了这次设计。
总之一句话，过程了痛苦的，成果是欣慰的。
我想这可能是我大二这学期最后一份报告，它也将是我大学阶段一个不错的收获，也为我将来的路作了一个很好的铺垫。
参考文献：
［１］廖常初．《可编程序控制器的编程方法与工程应用》重庆大学出版社，2001．
［２］廖常初．《PLC梯形图程序的设计方法与技巧》电工技术，1998．
［３］周少武等．《大型可编程序控制器系统设计》中国电力出版社，2001．
［４］曹辉．《可编程序控制器系统原理及应用》电子工业出版社，2003．
［５］路林吉，江龙康等．《可编程序控制器原理及应用》清华大学出版社，2002．
［６］西门子公司．《SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册》，2004．6．
［７］王仁详．《常用低压电器原理及控制技术》，北京：
机械工业出版社，2006
附录1梯形图
附录2实验电路接线实物图
附录3语句表
LDI0.2
=M0.0
LDI0.3
OM0.1
AM0.0
=M0.1
LDM0.1
ANT42
TONT37,300
LDT37
AT53
LPS
ANT55
TONT54,5
LPP
AT54
TONT54,5
LDT55
LDC23
CTUC23,3
LDT37
TONT53,270
LDT37
ANC20
AT38
LPS
AT40
TONT39,5
LPP
AT39
TONT40,5
LDT37
TONT38,250
LDT39
LDT42
CTUC20,3
LDC20
TONT42,20
LDM0.1
ANC22
TONT48,270
LDM0.1
ANC22
AT48
LPS
ANT50
TONT49,5
LPP
AT49
TONT50,5
LDT49
LDT51
CTUC22,3
LDC22
TONT51,300
LDM0.1
ANC21
AT43
LPS
ANT45
TONT44,5
LPP
AT44
TONT45,5
LDM0.1
ANC21
TONT43,5
LDT44
LDT47
CTUC21,3
LDC21
TONT46,20
LDT46
TONT47,300
LDM0.1
LPS
AT3
=Q0.0
LPP
ANT37
=Q0.7
LDNT53
OT54
AT37
=Q0.6
LDNT38
OT39
AT37
ANC20
=Q0.1
LDC20
ANT42
=Q0.2
LDNT43
OT44
AM0.1
ANC21
=Q0.4
LDNT48
OT49
AM0.1
ANC22
=Q1.0
LDC22
ANT51
=Q1.1
LDC21
ANT46
=Q0.5
LDT46
ANT47
=Q0.3
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