s7-200PLC十字路口交通燈控制.doc

編號(hào)1151401101課 程 設(shè) 計(jì)（ 2011級(jí)本科） 題 目： 十字路口交通燈控制 系（部）院： 物理與機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 作者姓名： 安 康 指導(dǎo)教師： 張靜 職稱： 副教授 完成日期： 2014 年 6 月 30 日二一四 年 六 月 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書作 者 姓 名安 康學(xué)院、專業(yè)、年級(jí)物電學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)11級(jí)1班指導(dǎo)教師姓名、職稱張靜 副教授任務(wù)下達(dá)日期2014年6月10日設(shè) 計(jì) 題 目 十字路口交通燈控制1.設(shè)計(jì)題目十子路口交通燈控制2.設(shè)計(jì)要求信號(hào)燈受啟動(dòng)開關(guān)控制。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，先南、北紅燈亮，東、西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。（1）南、北綠燈和東、西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮則應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并立刻報(bào)警。（2）南、北紅燈亮維持25s，在南、北紅燈亮的同時(shí)東.西綠燈也亮，到20s時(shí)，東、西綠燈閃亮，閃亮3s 后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東.西黃燈亮,到2s時(shí)，東、西黃燈熄滅，東、西紅燈亮。同時(shí)，南、北紅燈熄滅，綠燈亮。（3）東、西紅燈亮維持25s，南、北綠燈亮20s，然后閃亮3s后熄滅，南、北黃燈亮，維持2s后熄滅，南、北紅燈亮，東、西綠燈亮。（4）上述動(dòng)作循環(huán)進(jìn)行 北 西 東 南交通燈示意圖3.設(shè)計(jì)任務(wù) (1)完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要包括：電氣元件的選擇、電氣原理圖設(shè)計(jì)、可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計(jì)及控制面板設(shè)計(jì)等。 (2)完成控制梯形圖的軟件設(shè)計(jì)，主要包括：控制程序流程圖設(shè)計(jì)、梯形圖程序設(shè)計(jì)及仿真調(diào)試。 (3)完成課程設(shè)計(jì)說明書的撰寫，主要包括：封面、目錄、設(shè)計(jì)任務(wù)書、設(shè)計(jì)總體思路、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、總結(jié)體會(huì)、參考文獻(xiàn)等。4.設(shè)計(jì)進(jìn)度及安排 第一周星期一 下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，了解控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)星期二星期四 查閱文獻(xiàn)資料，確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，完成控 制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 星期五至第二周星期二 完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及調(diào)試 星期三星期四 撰寫課程設(shè)計(jì)說明書 指導(dǎo)教師簽字：目錄第1章 設(shè)計(jì)目的1第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)12.1 設(shè)計(jì)思想12.2 總體方案設(shè)計(jì)12.3 整體工作流程22.4 十字路口交通燈時(shí)序圖3第3章 硬件設(shè)計(jì)43.1 硬件選擇43.2 PLC的I/O分配表53.3 PLC的硬件接線圖53.4 順序功能圖6第4章 軟件設(shè)計(jì)74.1 十字路口交通信號(hào)燈梯形圖74.2 指令表11第5章 控制系統(tǒng)仿真12第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)15參考文獻(xiàn)16第1章 設(shè)計(jì)目的1.通過對(duì)十字路口交通燈控制裝制的設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，設(shè)計(jì)要求，應(yīng)完成的工作內(nèi)容和設(shè)計(jì)方法。2.通過設(shè)計(jì)進(jìn)一步鞏固以往所學(xué)的知識(shí)、達(dá)到靈活運(yùn)用的目的，提高編寫調(diào)試程序語言的能力。3.加強(qiáng)自己的實(shí)踐能力，增強(qiáng)分析問題和解決問題的能力，了解電氣控制和可編程控制技術(shù)的應(yīng)用的前景。第2章 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)思想本文采用順序控制設(shè)計(jì)法，該方法是根據(jù)功能流程圖，以步為核心，從起始步開始一步一步的設(shè)計(jì)下去，直到完成。此法的關(guān)鍵時(shí)畫出功能流程圖。首先將被控制對(duì)象的工作狀態(tài)按輸出當(dāng)狀態(tài)的變化分成若干步，并指出工步之間的轉(zhuǎn)化條件和每個(gè)工步的控制對(duì)象。這種流程圖集中了工作的全部信息。在設(shè)計(jì)過程中，考慮到安全因素，我們加入報(bào)警系統(tǒng)，即出現(xiàn)東西、南北同時(shí)綠燈或者同時(shí)黃燈或者同時(shí)紅燈時(shí)，報(bào)警燈亮，工作人員斷開啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行維修和調(diào)試。經(jīng)過分析，十字路口交通燈在工作過程的一個(gè)周期過程中，將會(huì)出現(xiàn)以下6種狀態(tài)：1. 南北紅燈亮，東西綠燈持續(xù)亮；2. 南北紅燈亮，東西綠燈閃爍；3. 南北紅燈亮，東西黃燈亮；4. 南北綠燈亮，東西紅燈亮；5. 南北綠燈閃爍，東西紅燈亮；6. 南北黃燈亮，東西紅燈亮。另外，若出現(xiàn)同色燈同時(shí)亮的情況，報(bào)警燈亮南北、東西方向分別表示南北、東西方向有車輛通行。2.2 總體方案設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。南北和東西每個(gè)方向各有紅、綠、黃三種信號(hào)燈。交通燈控制示意圖如圖1所示。圖1 交通燈控制示意圖按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子S7-200系列可編程控制器的特性，選擇適合的型號(hào)。設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個(gè)啟動(dòng)的輸入信號(hào)，要配合一個(gè)按鈕，當(dāng)啟動(dòng)按鈕動(dòng)作，系統(tǒng)工作。南北向紅燈亮25s，東西向綠燈也亮，20s后東西向綠燈閃爍3s，然后熄滅同時(shí)東西甲燈滅。在綠燈熄滅的同時(shí)，東西向黃燈亮2s，然后熄滅。在該燈熄滅的同時(shí)，東西向紅燈亮25s同時(shí)南北向綠燈亮，20s后南北向綠燈閃爍3s，然后熄滅。在綠燈熄滅，南北向黃燈亮2s，然后，南北向紅燈亮開始第二個(gè)循環(huán)，以后周而復(fù)始地循環(huán)動(dòng)作。非正?？刂茣r(shí)即出現(xiàn)東西、南北同時(shí)綠燈或者同時(shí)黃燈或者同時(shí)紅燈時(shí)，報(bào)警燈亮，工作人員斷開啟動(dòng)按鈕，進(jìn)行維修和調(diào)試。 2.3 整體工作流程2.4 十字路口交通燈時(shí)序圖 第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件選擇硬件選硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了解各個(gè)對(duì)象的控制要求,分析對(duì)象的控制要求,確定輸入/輸出(I/O)接口的數(shù)量,確定所控制參數(shù)的精度及類型.如對(duì)開關(guān)量,模擬量的控制,用戶存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等.選擇合適的PLC機(jī)型及外設(shè),完成PLC的硬件結(jié)構(gòu)配置. 根據(jù)上述選型及工作要求,繪制PLC控制交通燈的電路接線圖,編制I/O接口功能表,根據(jù)信號(hào)控制要求,I/O分配及其接線。所謂輸入/輸出接口電路是PLC與被控對(duì)象間傳遞輸入輸出信號(hào)的接口部件，各輸入輸出點(diǎn)的通斷態(tài)用發(fā)光二極管（LED）顯示，外部接線一般接在PLC的接線端子上 本設(shè)計(jì)采用PLC來實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通信號(hào)燈的控制，其控制方法是選用S7-200 CPU224基本單元（14入/10出）對(duì)東西南北的紅、黃、綠燈實(shí)現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對(duì)交通信號(hào)燈的控制。控制過程中采用順序控制法用多個(gè)定時(shí)器自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)六個(gè)控制對(duì)象的控制。根據(jù)交通信號(hào)燈的亮滅規(guī)律，可用PLC編程對(duì)其實(shí)行自動(dòng)控制。3.2 PLC的I/O分配表輸入信號(hào)輸出信號(hào)文字符號(hào)說明文字符號(hào)說明I0.0啟動(dòng)開關(guān)SB1Q0.0南北向紅燈Q0.1南北向黃燈Q0.2南北向綠燈Q0.3東西向紅燈Q0.4東西向黃燈Q0.5東西向綠燈端口I0.0為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號(hào)，端口Q0.0接南北紅燈，端口Q0.1接南北黃燈，端口Q0.2接南北綠燈，端口Q0.3接?xùn)|西紅燈，端口Q0.4接?xùn)|西黃燈，端口Q0.5接?xùn)|西綠燈3.3 PLC的硬件接線圖3.4 順序功能圖南北紅燈亮東西綠燈閃南北紅燈亮東西綠燈亮南北紅燈亮東西黃燈亮東西紅燈亮南北綠燈亮東西紅燈亮南北綠燈閃東西紅燈亮南北黃燈亮原始狀態(tài)S0.0S0.1S0.5S0.2S0.3S0.4南北綠燈亮東西綠燈亮報(bào)警并使I0.0失電I0.0T0T1T2T3T4T5圖3.1 交通燈順序功能圖根據(jù)第二章交通燈的控制要求可以畫出順序功能圖設(shè)啟動(dòng)按鈕用I0.0表示, 6個(gè)工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分別用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定時(shí)器.當(dāng)I0.0啟動(dòng)按鈕得電時(shí),將激活S0.0,進(jìn)入第一步狀態(tài),在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈亮,同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T1, T1定時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.0激活S0.1進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西綠燈閃.同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器T2, T2定時(shí)時(shí)間到時(shí),轉(zhuǎn)換條件滿足,結(jié)束S0.1激活S0.2進(jìn)入下一個(gè)工作狀態(tài), 在該狀態(tài)南北紅燈亮,東西黃燈亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,當(dāng)定時(shí)器T6時(shí)間到時(shí)再次激活S0.0,不斷循環(huán)執(zhí)行.順序功能圖如圖3.1所示第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 十字路口交通信號(hào)燈梯形圖4.2 指令表 第5章 控制系統(tǒng)仿真(1)南北紅燈亮，東西綠燈亮。（2）20秒后南北紅燈亮，東西綠燈閃爍3秒（3）南北紅燈亮，東西黃燈亮（4）東西紅燈亮，南北綠燈亮（5）東西紅燈亮南北綠燈閃（6）東西紅燈亮，南北黃燈亮南北紅燈亮，東西綠燈亮周而復(fù)始的進(jìn)行下去。第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過艱苦的努力，這項(xiàng)設(shè)計(jì)工作終于完成了。這次的設(shè)計(jì)使我收獲頗豐，不僅僅是專業(yè)知識(shí)上的又一次深化，整個(gè)的設(shè)計(jì)過程也給了我很多以前沒有過的心得和體會(huì)。經(jīng)過本次課程設(shè)計(jì)，讓我更加深刻的學(xué)習(xí)和鞏固了電氣控制及PLC這門課程，不僅從理論上掌握了課堂上沒有學(xué)懂的知識(shí)，還從實(shí)踐中拓寬了我的知識(shí)面，讓我對(duì)我們專業(yè)的知識(shí)有了更加全面的認(rèn)識(shí)，更加清晰的認(rèn)識(shí)到我們專業(yè)知識(shí)的實(shí)用性是如此的強(qiáng)，可以通過平時(shí)學(xué)的知識(shí)自己設(shè)計(jì)很多有意思的電子產(chǎn)品，不僅能培養(yǎng)我們的興趣愛好，更對(duì)我們今后的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。在設(shè)計(jì)過程中總感覺在書本上掌握很熟練的東西，實(shí)際運(yùn)用時(shí)卻又要翻看課本，因此要多多實(shí)踐，進(jìn)一步對(duì)器件的功能進(jìn)行更加靈活的掌握。在做一項(xiàng)設(shè)計(jì)時(shí)要有一種平和的心態(tài)，做設(shè)計(jì)本來就是一件細(xì)致并且耗時(shí)的工作，設(shè)計(jì)過程中很容易出現(xiàn)自己沒有想到的情況，這些都是很正常的，不要因?yàn)橐稽c(diǎn)小挫折就失去耐心，我們要做的就是以平和的心態(tài)通過動(dòng)手和思考來解決所遇到的問題。此外通過這次設(shè)計(jì)還提高了我獨(dú)立工作的能力。以前有不懂的地方總是依賴書本和網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)自己獨(dú)立設(shè)計(jì)一個(gè)東西的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)單純的靠網(wǎng)絡(luò)和課本是根本行不通的，必須有自己的設(shè)計(jì)，將自己的智慧融入其中。資料查詢、程序設(shè)計(jì)、調(diào)試修改這些都需要自己來完成，這使得我能站到一個(gè)總體的層面來通盤考慮整個(gè)設(shè)計(jì)問題，然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和修改，可以說為以后的工作和生活都提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。在這次課程設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，也獲得了很多意想不到的知識(shí)。在每次突破一個(gè)問題后都有種久違的滿足感，甚至對(duì)每發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題都有種莫名的興奮。雖然這次的課程設(shè)計(jì)整整花了我兩個(gè)星期的時(shí)間，每天從早到晚，頭腦中就只有這個(gè)設(shè)計(jì)，忙于修改方案，調(diào)試程序，但是通過這次的鍛煉，我學(xué)到了很多的東西，不僅鍛煉了自己的思考能力、繪圖能力和程序仿真能力，還鍛煉了綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，同時(shí)，我也是在這次課程設(shè)計(jì)中看到了自己的不足，我還有許多未知的知識(shí)要學(xué)，知道了今后需要更加努力，使自我能夠不斷完善。參考文獻(xiàn)1 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