PLC交通灯课程设计.docx

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PLC交通灯课程设计

科信学院

课程设计说明书

（2011/2012学年第2学期）

课程名称：

PLC应用课程设计

题目：

交通信号灯

专业班级：

09自动化

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计周数：

设计成绩：

2012年6月21日

目录

一、课设的作用和意义…………………………………………………………………………2

二、课程设计目的………………………………………………………………………………3

2.1概述…………………………………………………………………………………………3

2.2课程设计目的………………………………………………………………………………3

2.3设计任务和要求……………………………………………………………………………3

三、课程设计正文……………………………………………………………………………4

3.1硬件方面设计………………………………………………………………………………4

3.1.1方案设计…………………………………………………………………………………4

3.1.2硬件相关配置图及原理图……………………………………………………………4

3.2软件方面设计…………………………………………………………………………………6

3.2.1系统分析…………………………………………………………………………………6

3.2.2设计的步骤和实现过程…………………………………………………………………6

3.2.3基本原理图………………………………………………………………………………7

3.3PLC程序………………………………………………………………………………………8

四、总结………………………………………………………………………………………12

4.1总结…………………………………………………………………………………………12

4.2致谢…………………………………………………………………………………………12

五参考文献………………………………………………………………………………………12

【关键词】:

西门子S7-200PLC、交通型号灯、可靠性高。

【摘要】：

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。

用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。

分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。

可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。

随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出

一、课设的作用和意义

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人，车，路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。

所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题，

根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了西门子公司的S7-200系列PLC。

西门子公司的PLC有小型化，高速度，高性能等特点，西门子的可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。

本系统就是应用可编程控制器（PLC）对十字路口交通控制等实现控制。

本系统采用PLC是基于以下四个原因：

（1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。

通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；

（2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强；

（3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；

（4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。

二、课程设计目的

2.1基本概述

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。

随着城市机动车量的不断增加，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

本文就城乡交通灯模拟控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。

实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。

2.2课程设计目的

PLC原理及应用课程设计是自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。

课程设计的目的和任务：

全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。

2.3设计任务和要求

某十字路口的东西方向和南北方向各装有直行（包括右转弯）控制红、黄、绿交通信号灯和左转弯控制红、绿交通信号灯，另外还有倒计时显示器。

显示器用于显示相应方向直行控制当前点亮的信号灯还要持续的时间（剩余时间），由另外的单片机系统构成。

PLC通过串口以自由方式输出八位二进制数据，最高位为0表示东西方向的数据，1表示南北方向的数据，单位为秒。

系统中有两个控制开关：

东西方向控制开关Sew和南北方向控制开关Ssn。

Sew接通Ssn关断则东西方向绿灯全亮，南北方向红灯全亮，其他灯全灭。

接通则南北方向绿灯全亮，东西方向红灯全亮，其他灯全灭。

Sew和Ssn都关断停止工作。

Sew和Ssn都接通则进入正常控制状态，按照以下规律控制：

（1）自动运行后，南北红灯全亮40秒；与此同时东西直行绿灯亮20秒,东西左转弯红灯亮；

（2）东西灯亮20秒后开始闪烁，周期为1秒（灭0.5秒，亮0.5秒），闪亮3秒。

（3）东西直行绿灯闪亮3秒后变成黄灯亮，维持2秒；（4）东西直行黄灯亮5秒后变成红灯亮；同时东西左转弯绿灯亮，维持10秒；（5）东西左转弯绿灯亮10秒后变成红灯亮;（至此东西方向全是红灯亮，维持40秒）；同时南北方向直行控制红灯灭，绿灯亮,维持25秒；南北左转弯继续红灯亮.；（6）南北直行绿亮25秒后开始闪烁，周期为1秒（灭0.5秒，亮0.5秒），闪亮3秒；（7）南北直行绿灯闪亮3秒后变成黄灯亮，维持2秒；（8）南北直行黄灯亮5秒后变成红灯亮；同时南北左转弯绿灯亮，维持10秒；（9）南北左转弯绿灯亮10秒后变成红灯亮（至此东西方向全是红灯亮）；同时东西方向直行控制红灯灭，绿灯亮；东西左转弯继续红灯亮。

（10）循环执行上述1到9步，实现对交通信号灯的控制。

（参考人民路与中华大街交叉口的信号灯）

三、课程设计正文

3.1硬件方面设计

3.1.1方案设计

利用实验室现有器材进行试验，先分析时序图，再分配各个IO口，以最优原则进行配置。

软件上，把程序分为主程序和数码管显示程序，并对数码管功能进行了开发，硬件上，分为实验台基本设备和数码管驱动电路，程序上主要应用定时器功能对时间进行控制，有效地缩短了开发时间和节约了资金。

对数码管的设计主要应用CD4511译码器芯片进行译码控制，有效节约了IO口，利用动态扫描和数码管余辉的亮度，实现了时间的显示，并自己绘制并焊接了电路板。

3.1.2硬件相关配置图及原理图

交通灯线路连接

数码管外接电路原理图

信号灯控制编程元件表

3.2软件方面设计

3.2.1系统分析

PLC控制系统设计的基本原则：

1、最大限度地满足被控对象的控制要求；

2、保证控制系统的高可靠、安全；

3、满足上面条件的前提下，力求使控制系统简单、经济、实用和维修方便；

4、选择PLC时，要考虑生产和工艺改进所需的余量。

PLC控制系统设计的基本内容

1、选择合适的用户输入设备、输出设备以及输出设备驱动的控制对象；

2、分配I/O，设计电气接线图，考虑安全措施；

3、选择适合系统的PLC；

4、设计程序；

5、调试程序，一个是模拟调试，一个是联机调试；

6、设计控制柜，编写系统交付使用的技术文件，说明书、电气图、电气元件明细表。

7、验收、交付使用。

3.2.2设计的步骤和实现过程

PLC控制系统设计的一般步骤：

1、对于复杂的控制系统，最好绘制编程流程图，相当于设计思路；

2、设计梯形图；

3、程序输入PLC模拟调试，修改，直到满足要求为止；

4、现场施工完毕后进行联机调试，直至可靠地满足控制要求；

5、编写技术文件；

6、交付使用。

我们在设计流程图时，也要遵循以下过程：

1）分析生产工艺过程；2）根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备，分配I/O；3）选择PLC；4）设计PLC接线图以及电气施工图；5）程序设计和控制柜接线施工。

3.2.3基本原理图

流程图

时序图

3.3PLC程序

梯形图

主程序（交通灯基本功能）

数码管部分程序

四、总结

4.1总结

一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于领会到成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。

兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。

当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。

通过对十字路口交通灯的PLC控制系统的设计也使我们对国情和工业生产实际有所认识，并且摆正了自己设计思想，使我们设计出的程序更符合实际生产中的应用（虽然我们只是模拟真正的十字路口交通灯控制系统）。

这次的设计让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。

4.2致谢：

我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

这次课程设计使我把书本上的理论知识运用到相关的具体内容上，让我自身的设计能力得到了培养和提高。

在设计过程中，我通过查阅大量相关资料、自学、同同学交流，向老师请教等方式，使自己学到了不少知识。

虽然经历了不少艰辛，但收获却也同样令人欣慰！

在整个设计开发过程中，我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活产生非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。

在此我要特别感谢我们指导老师，他的悉心教导以及孜孜不倦我才有了这部完整的设计，他时常督促我们认真快速的完成设计以便更好的投入到工作中，同时还要感谢和我一起奋斗共同完成这个课题的小组成员们，大家这两个星期辛苦了，于此希望老师工作顺利！

身体康健！

同小组的成员都能顺利答辩成功！

五、参考文献

[1]张万忠.可编程控制器入门及应用实例.北京：

中国电力出版社，2005，,59-68

[2]廖常初.S7-200PLC基础教程.北京：

机械工业出版社，2012,45-47

[3]付家才.PLC控制工程实践技术[M].北京：

化学工业出版社，2004,5,13-18

[4]殷洪义.可编程控制器选择设计与维护[M].北京：

机械工业出版社,2004,25-31

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日