十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制.docx
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十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
江南大学
XXXX学院
课程设计报告
课程名称：
电气控制与PLC应用
设计题目：
十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
评分：
2013年7 月３日
目录
1设计目的............................................................................................…………2
2PLC介绍............................................................................................…………2
2.1PLC结构、特点.........................................2
2.2PLC工作原理............................................3
3十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的设计任务书...........................3
3.1十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要求................3
3.2十字路口带倒计时显示的交通信号灯设计任务................4
4总体设计过程...................................................................................................5
4.1总体方案说明...........................................5
4.2设计步骤................................................6
4.3体工作流程图............................................7
5硬件系统设计.....................................................................................................7
5.1硬件配置................................................7
5.2I/O地址分配表...........................................9
5.3PLC的接线...............................................9
6程序设计............................................................................................................11
6.1程序梯形图...................…........................11
6.2语句表.................................................11
7设计小结.............................................................................................................22
8参考文献...........................................................................................................23
1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。
2PLC介绍
2.1PLC结构、特点
图2.1PLC的基本组成部件
可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
（1）中央处理单元（CPU）：
中央处理单元是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。
（2）存储器单元：
系统程序存储器，用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM或EPROM中；用户程序存储器，可分为程序存储区和数据存储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据。
（3）电源单元：
电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。
有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。
电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源，以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。
在面板上通常有发光二极管（LCD）指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。
（4）输入输出单元：
I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之间的联系通过I/O单元实现。
工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。
（5）接口单元：
接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口和存储器接口及其它外部设备接口等。
（6）外部设备：
PLC的外部设备种类很多，可以概括为四类：
编程设备、监控设备、存储设备、输入输出设备。
可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是面向工业控制领域的专用设备，它具有以下特点：
（1）CPU为可靠性高，抗干扰能力强；
（2）灵活性强，控制系统具有良好的柔性；
（3）编程简单，使用方便；
（4）控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；
（5）维修方便；
（6）体积小，能耗低；
（7）功能强，性能价格比高。
2.2PLC工作原理
当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
一、输入采样阶段
PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区。
二、用户程序执行阶段
在系统程序的指示下，CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。
三、输出刷新阶段
系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。
3十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的设计任务书
3.1十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要求
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，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图9所示工作时序周而复始，循环往复工作。
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。
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。
控制信号说明见表5。
表11-5十字路口交通灯控制信号说明
输入
输出
文字符号
说明
文字符号
说明
SA1-1
交通灯正常工作控制开关
H1
南北向绿灯指示
SA1-2
南北向交通灯常绿控制开关
H2
南北向黄灯指示
SA1-3
东西向交通灯常绿控制开关
H3
南北向红灯指示
H4
东西向绿灯指示
H5
东西向黄灯指示
H6
东西向红灯指示
H11
南北向2位七段数码显示管
H12
东西向2位七段数码显示管
图2.1转换开关示意图
3.2十字路口带倒计时显示的交通信号灯设计任务
1）根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。
2）根据控制要求，编制交通信号灯PLC控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。
3）编写设计说明书，内容包括：
①设计过程和有关说明。
②基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。
③PLC控制程序（梯形图和指令表）。
④电器元器件的选择和有关计算。
⑤电气设备明细表。
⑥参考资料、参考书及参考手册。
⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。
4总体设计过程
4.1总体方案说明
1.正常控制时：
如图1所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。
SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。
在绿灯熄灭的同时，东西向黄灯亮2s，然后熄灭。
在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。
到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。
同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。
2.非正常控制时：
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。
十字路口交通灯正常工作时序
4.2设计步骤
根据控制要求，建立十字路口交通信号灯控制系统流程图，按下图所示步骤进行设计。
4.3整体工作流程如图
5硬件系统设计
5.1硬件配置
SIMATICS7-300的组成：
SIMATICS7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。
其系统构成如图3.1所示。
它的主要组成部分有导轨（RACK）、电源模块（PS）、中央处理单元模块（CPU）、接口模块（IM）、信号模块（SM）、功能模块（FM）等。
它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。
（1）CPU模块
S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。
（2）PS307电源模块
PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。
PS307系列模块除输出额定电流不同外（有2A、5A、10A三种），其工作原理和各种参数都相同。
PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300CPU供电外，也可给I/O模块提供负载电源。
根据设计要求，可知I/O所需点数为10点，输入端4个，输出端6个，所以选用模块时，按下表选择。
5.2I/O地址分配表
表4.1I/O地址分配表
输入信号
输出信号
文字符号
说明
文字符号
说明
I0.0
SA1-1接通（左45º正常）
Q4.0
南北向绿灯
I0.1
SA1-2接通（中间0º）
Q4.1
南北向黄灯
I0.2
SA1-3接通（右45º）
Q4.2
南北向红灯
Q4.3
东西向绿灯
Q4.4
东西向黄灯
Q4.5
东西向红灯
5.3PLC的接线
图5.1S7-300系列PLC系统构成框图
6程序设计
6.1程序梯形图
6.2语句表
LDI0.0
=M0.0
ANIT5
TONT0,+25
TONT1,+28
TONT2,+30
TONT3,+55
TONT4,+58
LDI0.1
ORI0.2
=M0.4
LDM0.0
ANIT7
TONT6,+0.5
ANT6
TONT7,+0.5
=M0.2
LDT0
ANM0.2
ANITI
ORIT0
ANM0.0
ORI0.1
=Q4.0
LDM0.0
ANT1
ANIT2
=Q4.1
LDM0.0
ANT2
ORI0.2
=Q4.2
LDM0.0
ANT2
ANIT3
LDM0.0
ANT3
ANM0.2
ANIT4
OLD
ORI0.2
=Q4.3
LDM0.0
ANT4
=Q4.4
LDM0.0
ANIT2
ORI0.1
=Q4.5
LDQ4.0
ANQ4.2
TONT11,+1
TONT12,+2
TONT13,+3
TONT14,+4
TONT15,+5
TONT16,+6
TONT17,+7
TONT18,+8
TONT19,+9
TONT20,+10
TONT21,+11
TONT22,+12
TONT23,+13
TONT24,+14
TONT25,+15
TONT26,+16
TONT27,+17
TONT28,+18
TONT29,+19
TONT30,+20
TONT31,+21
TONT32,+22
TONT33,+23
TONT34,+24
TONT35,+25
TONT36,+26
TONT37,+27
TONT38,+28
TONT39,+29
LDT18
ANIT19
LDT28
ANIT29
OLD
ANQ4.0
MOVE111QB10
LDT19
ANIT20
LDT29
ANIT30
OLD
ANQ4.0
MOVE127QB10
LDT20
ANIT21
ORIT11
ANQ4.0
MOVE7QB10
LDT11
ANIT12
LDT21
ANIT22
OLD
LDT31
ANIT32
OLD
ANQ4.0
MOVE125QB10
LDT11
ANIT12
LDT21
ANIT22
OLD
LDT31
ANIT32
OLD
ANQ4.0
MOVE125QB10
LDT12
ANIT13
LDT22
ANIT23
OLD
LDT32
ANIT33
OLD
ANQ4.0
MOVE109QB10
LDT13
ANIT14
LDT23
ANIT24
OLD
LDT33
ANIT34
OLD
ANQ4.0
MOVE102QB10
LDT14
ANIT15
LDT24
ANIT25
OLD
LDT34
ANIT35
OLD
ANQ4.0
MOVE79QB10
LDT15
ANIT16
LDT25
ANIT26
OLD
LDT35
ANIT36
OLD
ANQ4.0
MOVE91QB10
LDT16
ANIT17
LDT26
ANIT27
OLD
LDT36
ANIT37
OLD
ANQ4.0
MOVE6QB10
LDT17
ANIT18
LDT27
ANIT28
OLD
LDT37
ANIT38
OLD
ANQ4.0
MOVE63QB10
LDIT18
ANQ4.0
MOVE91QB11
LDT18
ANIT28
ANQ4.0
MOVE6QB11
LDT28
ANQ4.0
MOVE63QB11
LDT20
ANIT21
LDT30
ANIT31
OLD
ORIT11
ANQ4.2
MOVE111QB10
LDT11
ANIT12
LDT21
ANIT22
OLD
LDT31
ANIT32
OLD
ANQ4.2
MOVE127QB10
LDT12
ANIT13
LDT22
ANIT23
OLD
LDT32
ANIT33
OLD
ANQ4.2
MOVE7QB10
LDT13
ANIT14
LDT23
ANIT24
OLD
LDT33
ANIT34
OLD
ANQ4.2
MOVE125QB10
LDT14
ANIT15
LDT24
ANIT25
OLD
LDT34
ANIT35
OLD
ANQ4.2
MOVE109QB10
LDT15
ANIT16
LDT25
ANIT26
OLD
LDT35
ANIT36
OLD
ANQ4.2
MOVE102QB10
LDT16
ANIT17
LDT26
ANIT27
OLD
LDT36
ANIT37
OLD
ANQ4.2
MOVE79QB10
LDT17
ANIT18
LDT27
ANIT28
OLD
LDT37
ANIT38
OLD
ANQ4.2
MOVE91QB10
LDT18
ANIT19
LDT28
ANIT29
OLD
LDT38
ANIT39
OLD
ANQ4.2
MOVE6QB10
LDT19
ANIT20
LDT29
ANIT30
ORT39
ANQ4.2
MOVE63QB10
LDQ4.2
ANIT20
MOVE91QB11
LDQ4.2
ANT20
ANIT30
MOVE6QB11
LDQ4.2
ANT30
MOVE63QB11
LDI0.1
ORI0.2
MOVE111QB10
MOVE111QB11
7设计小结
本次课程设计，在课设前期找资料，中期做设计，后期做调试中，我和同学们积极讨论，得到了老师的悉心指导，在此表示十分感谢。
通过对十字路口交通灯控制系统的设计，我收益颇丰。
知识层面上，加深了对PLC的认识，掌握了梯形图编程方法，熟悉了基本指令的使用。
通过课程设计，不光是知识储备上有了增加，对这门课程也产生了浓厚的兴趣。
或许是我们现在接触的还很浅，但我认为PLC设计是一个有趣的过程。
在调试完成后，工作过程如你想象中进行时，心底确实有一种成就感，课程设计增长的是知识，更是对将来实际工作时的锻炼。
在做课程设计的过程中我对课本知识有了巩固和加强，课本只教会了我理论，但是通过实验我却可以把各种器件拿来应用，了解它的工作过程，实验与理论结合是最好的掌握指示的方式。
虽然在设计实验过程中，遇到了种种问题，会遇到实际运行不符合心中所想的尴尬，不过通过自己摸索，和同学讨论，请教老师，最终解决了一个又一个的问题，这个过程让我乐在其中，
通过本次设计，我初步认识到了自动控制在现代的巨大应用前景。
相信这次的课设会对我今后的学习，起到积极的作用，并且为我将来的专业发展奠定一个坚实的基础。
8参考文献
1陈建明《电气控制与PLC应用》北京：
电子工业出版社，2010.1
2漆汉宏《PLC电气控制技术》北京：
机械工业出版社，2006
3以范《电气与可编程序控制器技术》北京：
机械工业出版社，2004
4庭有《可编程控制器实用技术原理及应用》北京：
国防工业出版社，2005
5红斌《电气与PLC控制技术》北京：
清华大学出版社，2007
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