十字交叉道口交通燈控制系統(tǒng)PLC課程設(shè)計(jì).doc

中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 題 目： 十字交叉道口交通燈控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師： 付巍 職稱: 講師 指導(dǎo)教師： 常曉麗 職稱: 講師 2013年1月6日中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 12/13 學(xué)年第 一 學(xué)期學(xué) 院： 信息商務(wù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 課程設(shè)計(jì)題目 十字交叉道口交通燈控制系統(tǒng)PLC設(shè)計(jì) 起 迄 日 期： 1月7日1月18日 課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 電氣工程系中心實(shí)驗(yàn)室 指 導(dǎo) 教 師： 付巍 常曉麗 系 主 任： 王明泉 下達(dá)任務(wù)書日期: 2013年1月6日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書1設(shè)計(jì)目的：（1） 能夠根據(jù)功能要求選擇PLC的類型及其根據(jù)I/O點(diǎn)的要求選擇該類PLC的型號(hào)。（2） 根據(jù)所選的PLC的類型，掌握該P(yáng)LC的編程軟件并能夠利用該軟件繪制設(shè)計(jì)課題的梯形圖。（3） 根據(jù)繪制的梯形圖，編寫完整的程序清單。（4） 根據(jù)I/O點(diǎn)的定義，繪制PLC外部電氣接線圖。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：一、控制要求要求南北向亮綠燈（東西向亮紅燈）45秒后，南北向綠燈閃爍10秒，南北向黃燈再閃爍3秒（此時(shí)東西向仍亮紅燈），然后東西向亮綠燈（此時(shí)南北向紅燈），經(jīng)過45秒后，東西向綠燈閃爍10秒，東西向黃燈再閃爍3秒（此期間南北向仍為綠燈），然后轉(zhuǎn)為南北向綠燈（東西向紅燈），重復(fù)以上，。如遇緊急情況，可以通過外部控制將某一方向強(qiáng)制為綠燈閃爍10秒，黃燈閃爍3秒后轉(zhuǎn)為紅燈，另一個(gè)方向?yàn)榫G燈，以利于急救車、消防車通行。列出輸入輸出分配表，PLC硬件接線圖和PLC程序清單及注釋。二、畫出系統(tǒng)動(dòng)作流程圖 三、設(shè)計(jì)外部輸入/輸出點(diǎn)（I/0） 四、畫出PLC外部接線圖五、請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)完整的梯形圖3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等： 按照任務(wù)書要求，完成課程設(shè)計(jì)說明書一份；PLC外部接線圖一份；PLC梯形圖一份。課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書4主要參考文獻(xiàn)：1 王阿根. 電氣可編程序控制原理與應(yīng)用.清華大學(xué)出版社.20102 何有華. 可編程序控制器及常用控制電路. 冶金工業(yè)出版社.20023 郭純生. 可編程序控制器編程實(shí)戰(zhàn)與提高. 電子工業(yè)出版社.20064 謝克明 夏路易. 可編程控制器. 電子工業(yè)出版社.20035設(shè)計(jì)成果形式及要求：PLC外部接線圖；梯形圖；設(shè)計(jì)說明書。6工作計(jì)劃及進(jìn)度：1月7日 1月11日 根據(jù)功能要求及自己的掌握的PLC知識(shí)選擇PLC類型及對(duì)該P(yáng)LC進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。1月14日 1月18日 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)程序，并撰寫課程設(shè)計(jì)說明書。 1月9日 答辯或成績考核。系主任審查意見： 簽字： 年 月 日1 引言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛急劇增多，城市道路交通堵車現(xiàn)象日益嚴(yán)重。因此，許多城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了其交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門有待解決的主要問題。 鑒于當(dāng)前實(shí)際中，一般在主干道是行車道而次道是人行橫道和一些非機(jī)動(dòng)車通行的十字馬路處的交通燈仍然采用固定通行的一般的交通燈系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，不利于提高道路的利用率，也不利于主要車道的通行，在沒有行人需要通過人行橫道的時(shí)候，主要車道上的行人也必須在停止線以外停車侯本車道綠燈亮1?，F(xiàn)在提出了一種全新的思路來解決此類問題，在有行人請(qǐng)求的情況下才會(huì)使主要車道的紅燈點(diǎn)亮，禁止機(jī)動(dòng)車通行，給行人通過的時(shí)間。而平時(shí)則主干道上一直綠燈亮，允許車輛快速通行，這樣可以大大提高主干道利用率，緩解日益嚴(yán)重的交通擁堵。文中采用PLC來實(shí)現(xiàn)帶有人行橫道請(qǐng)求的十字馬路交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2 課程設(shè)計(jì)的目的與要求 通過PLC課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步掌握PLC的原理和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。培養(yǎng)和鍛煉應(yīng)用PLC的能力。為今后實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)PLC系統(tǒng)打下良好的基礎(chǔ)。要求了解PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，熟悉PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，掌握系統(tǒng)的方法和步驟。主要包括：系統(tǒng)工藝過程和控制要求；系統(tǒng)分析和方案論證、系統(tǒng)功能圖；硬件設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)；系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。完成一個(gè)小型系統(tǒng)上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)2。2.1 價(jià)值與理論意義隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，上路的車輛越來越多，而道路建設(shè)卻往往跟不上城市發(fā)展的速度。因此城市交通的問題日益突出，經(jīng)常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況。在這個(gè)時(shí)候，而PLC編程簡單、易維護(hù)，可以隨著不同場(chǎng)合的需要靈活改變程序以實(shí)現(xiàn)不同的功能需求，而且可靠性高，性價(jià)比較好，最重要的是PLC很適合來控制交通信號(hào)燈這類的時(shí)序控制系統(tǒng)。3 控制系統(tǒng)分析3.1 控制要求和工藝過程路口南北向亮綠燈（東西向亮紅燈）45秒后，南北向綠燈閃爍10秒，南北向黃燈再閃爍3秒（此時(shí)東西向仍亮紅燈），然后東西向亮綠燈（此時(shí)南北向紅燈），經(jīng)過45秒后，東西向綠燈閃爍10秒，東西向黃燈再閃爍3秒（此期間南北向仍為綠燈），然后轉(zhuǎn)為南北向綠燈（東西向紅燈），重復(fù)以上。如遇緊急情況，可以通過外部控制將某一方向強(qiáng)制為綠燈閃爍10秒，黃燈閃爍3秒后轉(zhuǎn)為紅燈，另一個(gè)方向?yàn)榫G燈，以利于急救車、消防車通行。如此循環(huán)工作。交通燈控制電路狀態(tài)表如下表3-1： 表3-1 交通燈控制電路狀態(tài)表狀態(tài) 南北燈 左南北燈 東西燈 東西左燈持續(xù)時(shí)間（S）紅黃綠紅黃綠紅黃綠紅黃綠S100110010010045S200110010010010S30100101001003S410010000110045S510010000110010S61001000100103S100110010010045S200110010011010S30100101001003 注：0表示燈滅，1表示燈亮 十字路口交通燈示意圖 3.2 方案論證隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的不斷提高，在自動(dòng)控制技術(shù)扮演重要較色的兩個(gè)器件單片機(jī)與PLC 越來越受到工程設(shè)計(jì)人員的重視，PLC 與單片機(jī)在本質(zhì)上是一樣的，它們的發(fā)展都是基于微處理器的技術(shù)，PLC在實(shí)質(zhì)上都是計(jì)算機(jī)。PLC是建立在單片機(jī)上的一種產(chǎn)品，因?yàn)楹芏?PLC內(nèi)部就是用單片機(jī)3。實(shí)際上，PLC 內(nèi)部的單片機(jī)芯片都是工業(yè)級(jí)的，其他的器件也經(jīng)過了標(biāo)準(zhǔn)化處理，所以 PLC 的穩(wěn)定性和抗干擾性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通民用級(jí)的單片機(jī)，但是成本與價(jià)格也相應(yīng)翻了不止幾十倍。 單片機(jī)系統(tǒng)體積小，價(jià)格低，適用于大批量重復(fù)生產(chǎn)的民用消費(fèi)品，特別是儀器儀表以及小型的控制系統(tǒng)4。在單片機(jī)系統(tǒng)與PLC系統(tǒng)都能滿足系統(tǒng)要求時(shí)若控制系統(tǒng)對(duì)安全抗干擾性有較高要求時(shí)宜采用PLC設(shè)計(jì)方案。我們本次的設(shè)計(jì)采用的是 PLC，原因首先是我們所學(xué)課程的課程設(shè)計(jì)要求，其次是采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)會(huì)增加設(shè)計(jì)的周期以及設(shè)計(jì)的難度，而采用PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)可以縮短設(shè)計(jì)周期降低設(shè)計(jì)難度，而且十字路口交通燈控制系統(tǒng)對(duì)安全性能抗干擾性要求較高，所以本次設(shè)計(jì)處理器采用西門子PLC200。 PLC 是專為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)的，可以直接應(yīng)用于任何無保護(hù)措施的工業(yè)環(huán)境。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的進(jìn)一步發(fā)展，PLC會(huì)有更好的發(fā)展產(chǎn)品的品種也將更豐富，規(guī)格更齊全，通過完美的人機(jī)界面，先進(jìn)的通信設(shè)備，成熟的現(xiàn)場(chǎng)總線通信能力會(huì)更好的適應(yīng)各種工業(yè)控制的場(chǎng)合的需求。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 硬件設(shè)計(jì)總體方案圖 4.1.1 硬件電路圖4.1.2 十字路口交通燈控制的實(shí)驗(yàn)面板圖4.1.3 外圍硬件電路設(shè)計(jì)電路連接中控制啟動(dòng)停止按鈕接到了I0.0和I0.1上。PLC外圍接線M接到1M 以及2M是為了使能輸入接口，同樣1L接到2L再接到上是為了使能輸出接口，PLC外部電源已經(jīng)接好，只需要控制電源開關(guān)就可以控制PLC的電源，具體見下表 1：電路原理圖表1 PLC I/O端口分配表 交通燈PLC I/O接線圖5 程序設(shè)計(jì)5.1 十字路口交通燈模擬控制時(shí)序圖交通指揮信號(hào)燈控制系統(tǒng)工作時(shí)，對(duì)指揮燈的控制要求按一定時(shí)序進(jìn)行，如圖5-1.圖5-1 控制時(shí)序圖5.2 程序流程圖圖5-2 交通燈時(shí)序流程圖5.3 程序梯形圖十字路口交通燈控制系統(tǒng)程序是在西門子專用編程軟件Step7 Microwin4.0下編寫的，采用梯形圖的形式，PLC編程語言有多種如語句表，梯形圖，功能塊圖，順序功能圖。其中梯形圖是編程最常用的，特點(diǎn)是比較簡單容易掌握6。程序中主要用到的是定時(shí)器控制紅綠黃燈的亮滅時(shí)間，中間通過輸出繼電器以及輔助繼電器進(jìn)行連接，通過兩個(gè)計(jì)數(shù)器來判斷綠燈閃爍的次數(shù)，一次進(jìn)行下一步的命令執(zhí)行7。6 實(shí)驗(yàn)接線 1 輸入口。1M和2M連接，并接到電源+24V的0V端。 2 輸出口。1L和2L、3L端連接，也接至電源+24V的0V端。 3 電源24V接至實(shí)驗(yàn)板的24V和COM端。 4 其余按實(shí)驗(yàn)設(shè)定的輸入輸出接口接線。 5 PLC的型號(hào)設(shè)定為CPU224CN。 6將輸入輸出接口接到相對(duì)應(yīng)的口 。 7下載程序，調(diào)試，檢查正確性。7 原件清單8 結(jié)論通過本次課程設(shè)計(jì)我深深認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要性，將課上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)與具體的課題項(xiàng)目結(jié)合起來很好的加強(qiáng)了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度。同時(shí)更加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，使我們懂得了怎么樣更好的將所學(xué)知識(shí)合理運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中，更讓我們懂得了如何解決在實(shí)踐當(dāng)中遇到的問題。在進(jìn)行本設(shè)計(jì)之時(shí)我們還不會(huì)使用組態(tài)王，于是我們自己查資料看手冊(cè)，解決了一個(gè)又一個(gè)難題，在這個(gè)過程中我們帶著問題去尋找答案，學(xué)習(xí)的效率更高，懂得了那些知識(shí)是重要的，那些是不重要的，這些重要的知識(shí)也掌握的更牢固。今后工作過程中我們也會(huì)遇到我們沒學(xué)到的知識(shí)，我們要加強(qiáng)自己自學(xué)的能力這對(duì)我們今后的工作很重要。在設(shè)計(jì)的過程中我也遇到很多問題，也試圖通過各種不同的方法去解決，找到能夠解決問題方法的過程是十分枯燥的，可能要花很多時(shí)間但是我堅(jiān)持住了。這培養(yǎng)了我們的意志力和耐性，只要堅(jiān)持到底就能取得成功。 參考文獻(xiàn) 1 廖常初，