十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制Word文件下载.docx

1、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

2、资料的能力。2 PLC介绍2.1 PLC结构、特点图2.1 PLC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

3、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

4、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 。2.2 PLC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

5、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

6、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45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0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45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

7、灯控制信号说明输 入输 出文字符号说 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：

8、设计过程和有关说明。 基于 PLC 的十字路口交通灯电气控制电路图。 PLC 控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 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45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

9、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：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45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SIMATIC S7-300的组

10、成： SIMATIC S7-300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S7 PLC相连。（1） CPU模块S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、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

11、S7-300专配的24 V DC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外（有2 A、5 A、10 A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S7-300 CPU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。5.2 I/O地址分配表表4.1 I/O地址分配表输入信号输出信号说明I0.0SA1-1接通（左45正常）Q4.0南北向绿灯I0.1SA1-2接通（中间0）Q4.1南北向黄灯I0.2SA1-3接通（右45Q4.2南北向红灯Q4.3东西向绿灯Q4.4东西向黄

12、灯Q4.5东西向红灯5.3 PLC的接线图5.1 S7-300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LD I0.0= M0.0ANI T5TON T0,+25TON T1,+28TON T2,+30TON T3,+55TON T4,+58LD I0.1OR I0.2= M0.4LD M0.0ANI T7TON T6,+0.5AN T6TON T7,+0.5= M0.2LD T0AN M0.2ANI TIORI T0AN M0.0OR I0.1= Q4.0AN T1ANI T2= Q4.1LD M0.0AN T2OR I0.2= Q4.2ANI T3AN T3AN M0.

13、2ANI T4OLD= Q4.3AN T4= Q4.4= Q4.5LD Q4.0AN Q4.2TON T11,+1TON T12,+2TON T13,+3TON T14,+4TON T15,+5TON T16,+6TON T17,+7TON T18,+8TON T19,+9TON T20,+10TON T21,+11TON T22,+12TON T23,+13TON T24,+14TON T25,+15TON T26,+16TON T27,+17TON T28,+18TON T29,+19TON T30,+20TON T31,+21TON T32,+22TON T33,+23TON T34,+

14、24TON T35,+25TON T36,+26TON T37,+27TON T38,+28TON T39,+29LD T18ANI T19LD T28ANI T29AN Q4.0MOVE 111 QB10 LD T19ANI T20LD T29ANI T30MOVE 127 QB10LD T20ANI T21ORI T11 MOVE 7 QB10LD T11ANI T12LD T21ANI T22LD T31ANI T32MOVE 125 QB10LD T12ANI T13LD T22ANI T23LD T32ANI T33MOVE 109 QB10LD T13ANI T14LD T23AN

15、I T24LD T33ANI T34MOVE 102 QB10LD T14ANI T15LD T24ANI T25LD T34ANI T35MOVE 79 QB10LD T15ANI T16LD T25ANI T26LD T35ANI T36MOVE 91 QB10LD T16ANI T17LD T26ANI T27LD T36ANI T37MOVE 6 QB10LD T17ANI T18LD T27ANI T28LD T37ANI T38MOVE 63 QB10LDI T18MOVE 91 QB11MOVE 6 QB11MOVE 63 QB11LD T30ANI T31ORI T11AN Q

16、4.2MOVE 111 QB10LD T12LD T38ANI T39OR T39LD Q4.2AN T20AN T30MOVE 111 QB117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

17、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，2010.12漆汉宏 PLC电气控制技术 北京：机械工业出版社，20063以范 电气与可编程序控制器技术 北京：机械工业出版社，20044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，20055红斌 电气与PLC控制技术 北京：清华大学出版社，2007