1、机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计1摘要可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及
2、其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制
3、可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.关键词：交通灯 PLC 程序 设计机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计2目录前言.(3)第 1 章 设计任务与要求(3)1.1 概述.(3)1.2 设计任务.(3)1.3 设计要求.(4)第 2 章 方案设计. .(4)第 3 章 器件选择.(5)3.1 CPU 选择.(5)3.2 定时器选择.(5)3.3 闪烁电路.(6)3.4 电源处理.(6)第 4 章 程序流程图(7)
4、 第 5 章 I/O 地址分配.(7)第 6 章 PLC 硬件电路接线图.(8)第 7 章 程序梯形图.(9)第 8 章 器件清单及实验设备.(9)第 9 章 调试过程.(9)第 10 章 设计总结(10)附录 控制程序梯形图机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计3前 言公路交通要防止交通事故的发生，特别是保证行人的安全。在行人过马路是必要的交通灯指示是很有必要的，这样安全可靠，在出现交通事故时还可以进行事故鉴定。本设计着重于设计人行道按钮交通灯控制，在一条公路与人行横道之间的信号灯顺序控制，没有人横穿公路时，公路绿灯与人行道红灯始终都是亮的，当有人需要过马路时
5、按马路设有的按钮（两侧均设） ，相应的指示灯亮，指示车辆和行人安全行驶，杜绝交通事故的发生，保证行人的安全。控制使用 S7-200 系列的 PLC 指令丰富，一般分基本指令和功能指令。SIMATIC 指令有梯形图 LAD、语句表 STL、功能图 3 种编程语言。而梯形图 LAD 和语句表 STL是 PLC 最基本的编程语言。梯形图是在继电器控制系统的基础上发展起来的，其符号和规则充分体现了电气工作人员的思维和习惯，简洁直观。语句表是最基本的编程语言。功能指令实质上是一些功能不同的子程序，其开发和应用是PLC 应用系统不可缺少的。因 PLC 编程形式不同，本设计将采用西门子 S7-200系列的
6、PLC 来设计人行道按钮控制信号灯。第 1 章 设计任务与要求1.1 概述公路与人行横道之间的信号灯顺序控制，没有人横穿公路时，公路绿灯与人行道红灯始终都是亮的，当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1 或 SB2,15s 后公路绿灯灭黄灯亮再过 10s 黄灯灭红灯亮，然后过 5s 人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮 10s 后又闪烁 4s。5s 后红灯又亮了再过 5s 公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。人行横道简单交通灯时序图，见图 1.1.1。人行横道简单交通灯示意图，见图 1.1.2.机电城
7、学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计4图 1.1.1 人行横道简单交通灯时序图 图 1.1.2 人行横道简单交通灯示意图 1.2 设计任务利用 S7-200PLC 设计人行道按钮控制信号灯，控制过程如下：1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求无人横穿公路时，公路绿灯 与人行道红灯始终都是亮的。2、当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1 或 SB2,15s 后公路绿灯灭黄灯亮再过 10s 黄灯灭红灯亮。3、过 5s 人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮 10s 后又闪烁 4s。4、4s 后红灯又亮了再过 5s 公路红灯灭绿灯亮。5、在这个过程中按路边的按钮是不
8、起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。6、控制时序图见图 1.2.1.图 1.2.1 考虑公路交通灯的时序图机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计51.3 设计要求1、 熟悉题目，收集资料，充分了解课题要求明确目的，为设计工作做准备。2、 总体设计，正确选设计方案，完成设计要求，硬件设计和软件设计3、 画出硬件接线图，梯形图和语句表并作简要说明。4、 写出系统调试结果并整理设计方案。第二章 方案设计由于设计要求及任务中灯亮有时间限制，故采用定时器进行时间控制，闪烁可用闪烁电路来完成，在程序中使用顺序控制继电器 MXX(
9、0.031.7)来控制灯的亮灭，利用自锁、互锁来实现顺序控制。设计成触发机制，不按按钮人行道交通灯红灯一直亮，当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1 或 SB2,15s 后公路绿灯灭黄灯亮再过 10s 黄灯灭红灯亮，然后过 5s 人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮 10s 后又闪烁 4s。5s 后红灯又亮了再过 5s 公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。第三章 器件控制3.1 CPU 选择由于路左有一个按钮，路右有一个按钮，故有两个输入点。CPU 要控制公路红灯、黄灯、绿灯，及人行道红灯，绿灯，故
10、有五个输出点，参看工具书知 CPU 222 为 8 输入/6 输出，满足要求故选用 CPU 222.3.1.1 CPU 222 介绍CPU 222 集成有 8 路输入 6 路输出，共计 14 点 I/O，可用连接两个扩展模块，最大扩展至 78 路数字量 I/O 或 10 路模拟量 I/O 点，因此是更广泛的全功能控制器。CPU 外形图，见图 3.1.1。机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计6图 3.1.1 CPU 外形及结构图3.2 定时器选择本设计采用通电延时定时器 TON，工作原理：使能端（IN）输入有效时，定时器开始计时，当前值从 0 开始递增，大于或小
11、于预置值（PV）时，定时器输出状态位置 1（输出触点有效） ，当前值的最大值为 32767，使能端无效（断开）时，定时器复位（当前值清 0，输出状态位置 0） 。设计中使用了T37,T38,T39,T40,T41。定时器指令表及功能，定时器指令格式，见图 3.2.1 。I N T O NP TI N T O N RP T I N T O FP TT X X XT X X XT X X X通电延时记忆通电延时断电延时图 3.2.1 定时器指令格式梯形图指令符号中 IN 为使能输入端，编程范围 T0T255;PT 是预置输入端，最大与设置是 32767，PT 数据类型：INT。3.3 闪烁电路闪烁
12、电路也称为振荡电路，闪烁实际是一个时钟电路，它可以是等间隔的通断，也可以是不等间隔的通断。本设计采用的是等间隔的通断，按下启动按钮 I0.0，定时器 T40 开始计时，0.5 秒后 T40 常开触点闭合，绿灯亮，此时定时器 T41 开始计时，计时 0.5 秒后，T41 常闭触点断开，绿灯灭，完成 0.5 秒亮 0.5 秒灭的循环功能，再用一个计数器来计数 5 次可完成 5 次闪烁电路。闪烁电路时序图见图 3.3.1 和闪烁电路梯形图程序图见图 3.3.2，如下：I 0 . 00 . 5 s0 . 5 sQ 0 . 0图 3.3.1 闪烁电路时序图机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道
13、按钮控制信号灯课程设计7图 3.3.2 闪烁电路梯形图程序3.4 电源处理电源是干扰进入可编程控制器的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电器设备是最主要的干扰源。在对交通灯控制的场合，要求要有很高的可靠性，故在可编程序控制器的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器（见图 3.4.1） ，隔离变压器可以抑制从电源窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层可靠接地。如果有条件可以选用直流电源（蓄电池）给 PLC 供电，可以显著减少来自交流电源的干扰。由于蓄电池寿命低和频繁更换比较麻烦，故选用交流 220V 供电。L 2L 2 L 3L 4C 3C
14、 1C 2A C 2 2 0 VUR V图 3.4.1 低通滤波器与隔离开关第 4 章 程序流程图根据控制要求及设计分析画出程序流程图见图 4.1.1。机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计8按钮启动公路绿灯再亮 1 5 s公路黄灯开始亮1 0 s公路红灯亮 ， 5 s 后人行道绿灯亮人行道绿灯亮 ，1 0 s 后闪烁人行道绿灯闪烁4 . 5 s是否有按键按下 ？人行道红灯亮 5 s人行道红灯和公路绿灯一直亮否是图 4.1.1 程序流程图第五章 I/O 地址分配根据控制要求及设计分析画出 I/O 地址分配图见图 5.1.1。输入 符号 输出 符号I0.0 路左按
15、钮 Q0.0 公路绿灯I0.1 路右按钮 Q0.1 公路黄灯Q0.2 公路红灯Q0.3 人行道红灯Q0.4 人行道绿灯图 5.1.1 I/O 地址分配表第 6 章 PLC 硬件电路接线图根据控制要求及设计分析和画出的 I/O 地址分配表，连接硬件电路接线图。见图 6.1.1.。机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计9M L + 0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 | M L + D C1 M 0 . 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 2 M 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 M L +C p u 2 2 2
16、 8 输入 / 6 输出2 4 V2 2 0 A C公红公黄公红人红人绿S B 1S B 2图 6.1.1 交通信号灯控制接线图第七章 程序梯形图见附录。第八章 器件清单与实验设备计算机一台、S7-200 系列的 PLC 一台PC/PPI 电缆一根、实训演示板一块第九章 调试过程电路接通后，红灯一直亮，当按下 I0.0 或 I0.1 按钮，15s 后公路绿灯灭黄灯亮再过 10s 黄灯灭红灯亮，然后过 5s 人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s 后又闪烁 4s。5s 后红灯又亮了再过 5s 公路红灯灭绿灯亮，通过调试，可知调试结果完全符合实训要求，关闭电源，拆除线路，整理实训器材，放回原处，完成实训
17、。9.1 、硬件调试：检查外接线接线头是否良好，检查完毕把 PLC 连上电源线并用 PC/PPI 电缆接和电脑相连。接通电源，检查可编程逻辑控制器是否能正常工作，观察 PLC 是否有报警等现象，并设置正确的 PG/PC 接口参数。9.2、 软件调试：编写小程序验证 PLC 基本功能是否正常。若正常将编好的程序下载到 PLC 中以便进行下一步的调试。9.3 、运行调试：在硬件调试和软件调试的基础上，打开可编程逻辑控制器“RUN”开关，开始调试，并点击 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3 软件的 图机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计10标（程序状态
18、监控） ，观察运行情况。9.4 、 结果：经过反复的调试修改人行道信号灯控制按钮控制的 PLC 控制系统设计符合要求。第 10 章 设计总结在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。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。经过两个多月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开
19、始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计12机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计13机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计14机电城学院 09 电气二班沈加兴 PLC 人行道按钮控制信号灯课程设计1
