1、编号 1151401101课 程 设 计（ 2011 级本科）题 目： 十字路口交通灯控制 系（部）院： 物 理 与 机 电 工 程 学 院 专 业： 电 气 工 程 及 其 自 动 化 作者姓名： 安 康 指导教师： 张静 职称： 副教授 完成日期： 2014 年 6 月 30 日二 一 四 年 六 月课 程 设 计 任 务 书作 者 姓 名 安 康 学 院 、 专 业 、 年 级 物 电 学 院 电 气 工 程 及 其 自 动 化 专 业 11 级 1 班指 导 教 师 姓 名 、 职 称 张 静 副 教 授 任 务 下 达 日 期 2014 年 6 月 10 日设 计 题 目 十字路口交
2、通灯控制1.设计题目十子路口交通灯控制2.设计要求信号灯受启动开关控制。当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，东、西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南、北红灯亮维持 25s，在南、北红灯亮的同时东.西绿灯也亮，到 20s 时，东、西绿灯闪亮，闪亮 3s 后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东.西黄灯亮,到 2s 时，东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮。同时，南、北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东、西红灯亮维持 25s，南、北绿灯亮 20s，然后闪亮 3s 后熄灭，南、北黄灯亮，维持 2s 后熄灭，南、
3、北红灯亮，东、西绿灯亮。（4）上述动作循环进行北西 东南交通灯示意图3.设计任务(1)完成控制系统的硬件设计，主要包括：电气元件的选择、电气原理图设计、可编程控制器输入输出接线图设计及控制面板设计等。(2)完成控制梯形图的软件设计，主要包括：控制程序流程图设计、梯形图程序设计及仿真调试。(3)完成课程设计说明书的撰写，主要包括：封面、目录、设计任务书、设计总体思路、硬件设计、软件设计、总结体会、参考文献等。4.设计进度及安排第一周星期一 下达设计任务书，了解控制系统设计相关知识星期二星期四 查阅文献资料，确定控制系统的总体设计方案，完成控制系统的硬件设计星期五至第二周星期二 完成控制系统的软件
4、设计及调试星期三星期四 撰写课程设计说明书指导教师签字：目录第 1 章 设计目的 .1第 2 章 设计任务 .12.1 设计思想 12.2 总体方案设计 12.3 整体工作流程 22.4 十字路口交通灯时序图 3第 3 章 硬件设计 .43.1 硬件选择 43.2 PLC 的 I/O 分配表 .53.3 PLC 的硬件接线图 .53.4 顺序功能图 6第 4 章 软件设计 .74.1 十字路口交通信号灯梯形图 74.2 指令表 .11第 5 章 控制系统仿真 12第 6 章 设计总结 15参考文献 .161第 1 章 设计目的1.通过对十字路口交通灯控制装制的设计实践，了解一般电气控制系统的设
5、计过程，设计要求，应完成的工作内容和设计方法。2.通过设计进一步巩固以往所学的知识、达到灵活运用的目的，提高编写调试程序语言的能力。3.加强自己的实践能力，增强分析问题和解决问题的能力，了解电气控制和可编程控制技术的应用的前景。第 2 章 设计任务2.1 设计思想本文采用顺序控制设计法，该方法是根据功能流程图，以步为核心，从起始步开始一步一步的设计下去，直到完成。此法的关键时画出功能流程图。首先将被控制对象的工作状态按输出当状态的变化分成若干步，并指出工步之间的转化条件和每个工步的控制对象。这种流程图集中了工作的全部信息。在设计过程中，考虑到安全因素，我们加入报警系统，即出现东西、南北同时绿灯
6、或者同时黄灯或者同时红灯时，报警灯亮，工作人员断开启动按钮，进行维修和调试。经过分析，十字路口交通灯在工作过程的一个周期过程中，将会出现以下6 种状态：1. 南北红灯亮，东西绿灯持续亮；2. 南北红灯亮，东西绿灯闪烁；3. 南北红灯亮，东西黄灯亮；4. 南北绿灯亮，东西红灯亮；5. 南北绿灯闪烁，东西红灯亮；6. 南北黄灯亮，东西红灯亮。另外，若出现同色灯同时亮的情况，报警灯亮南北、东西方向分别表示南北、东西方向有车辆通行。2.2 总体方案设计交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图 1
7、 所示。2图 1 交通灯控制示意图按照交通灯系统控制要求下，结合西门子 S7-200 系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个按钮，当启动按钮动作，系统工作。南北向红灯亮 25s，东西向绿灯也亮，20s 后东西向绿灯闪烁 3s，然后熄灭同时东西甲灯灭。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，东西向红灯亮 25s 同时南北向绿灯亮，20s 后南北向绿灯闪烁 3s，然后熄灭。在绿灯熄灭，南北向黄灯亮 2s，然后，南北向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。非正常控制时即出现东西、南北同时绿灯或者同时黄灯或者同时红灯
8、时，报警灯亮，工作人员断开启动按钮，进行维修和调试。2.3 整体工作流程32.4 十字路口交通灯时序图东 西 车 灯 甲 Q0.7东 西 黄 灯 4起 动 I东 西 绿 灯 5东 西 红 灯 3南 北 绿 灯 2南 北 黄 灯 Q0.1南 北 车 灯 乙 6南 北 红 灯4第 3 章 硬件设计3.1 硬件选择硬件选硬件结构设计了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输入/输出(I/O)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型.如对开关量,模拟量的控制,用户存储器的存储容量等.选择合适的 PLC 机型及外设,完成 PLC 的硬件结构配置.根据上述选型及工作要求,绘制 PLC 控制交通灯的电
9、路接线图,编制 I/O 接口功能表,根据信号控制要求,I/O 分配及其接线。所谓输入/输出接口电路是PLC 与被控对象间传递输入输出信号的接口部件，各输入输出点的通断态用发光二极管（LED）显示，外部接线一般接在 PLC 的接线端子上本设计采用 PLC 来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用S7-200 CPU224 基本单元（14 入/10 出）对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC 编程对其实行自动控制。53.2 PLC 的 I/O 分配表端口
10、 I0.0 为接入系统开关的传送信号，端口 Q0.0 接南北红灯，端口 Q0.1接南北黄灯，端口 Q0.2 接南北绿灯，端口 Q0.3 接东西红灯，端口 Q0.4 接东西黄灯，端口 Q0.5 接东西绿灯3.3 PLC 的硬件接线图输入信号 输出信号文字符号说明 文字符号说明I0.0 启动开关 SB1 Q0.0 南北向红灯Q0.1 南北向黄灯Q0.2 南北向绿灯Q0.3 东西向红灯Q0.4 东西向黄灯Q0.5 东西向绿灯673.4 顺序功能图南北红灯亮东西绿灯闪南北红灯亮东西绿灯亮南北红灯亮东西黄灯亮东西红灯亮南北绿灯亮东西红灯亮南北绿灯闪东西红灯亮南北黄灯亮原始状态S0.0S0.1S0.5S0
11、.2S0.3S0.4南北绿灯亮东西绿灯亮报警并使I0.0 失电I0.0T0T1T2T3T4T5图 3.1 交通灯顺序功能图根据第二章交通灯的控制要求可以画出顺序功能图设启动按钮用 I0.0 表示, 6 个工作状态分别用顺序控制继电器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5 表示,分别用 T0.T1,T2,T3,T4,T5 表示定时器.8当 I0.0 启动按钮得电时,将激活 S0.0,进入第一步状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯亮,同时启动定时器 T1, T1 定时时间到时,转换条件满足,结束 S0.0 激活 S0.1进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西绿灯闪.同时
12、启动定时器 T2, T2 定时时间到时,转换条件满足,结束 S0.1 激活 S0.2 进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活 S0.3,S0.4.S0.5,当定时器 T6 时间到时再次激活 S0.0,不断循环执行.顺序功能图如图 3.1 所示第 4 章 软件设计4.1 十字路口交通信号灯梯形图91011124.2 指令表 13第 5 章 控制系统仿真(1)南北红灯亮，东西绿灯亮。14（2）20 秒后南北红灯亮，东西绿灯闪烁 3 秒（3）南北红灯亮，东西黄灯亮（4）东西红灯亮，南北绿灯亮15（5）东西红灯亮南北绿灯闪（6）东西红灯亮，南北黄灯亮南北红灯亮，东西绿灯亮周而复
13、始的进行下去。16第 6 章 设计总结经过艰苦的努力，这项设计工作终于完成了。这次的设计使我收获颇丰，不仅仅是专业知识上的又一次深化，整个的设计过程也给了我很多以前没有过的心得和体会。经过本次课程设计，让我更加深刻的学习和巩固了电气控制及PLC 这门课程，不仅从理论上掌握了课堂上没有学懂的知识，还从实践中拓宽了我的知识面，让我对我们专业的知识有了更加全面的认识，更加清晰的认识到我们专业知识的实用性是如此的强，可以通过平时学的知识自己设计很多有意思的电子产品，不仅能培养我们的兴趣爱好，更对我们今后的发展起到至关重要的作用。在设计过程中总感觉在书本上掌握很熟练的东西，实际运用时却又要翻看课本，因此
14、要多多实践，进一步对器件的功能进行更加灵活的掌握。在做一项设计时要有一种平和的心态，做设计本来就是一件细致并且耗时的工作，设计过程中很容易出现自己没有想到的情况，这些都是很正常的，不要因为一点小挫折就失去耐心，我们要做的就是以平和的心态通过动手和思考来解决所遇到的问题。此外通过这次设计还提高了我独立工作的能力。以前有不懂的地方总是依赖书本和网络，当自己独立设计一个东西的时候就会发现单纯的靠网络和课本是根本行不通的，必须有自己的设计，将自己的智慧融入其中。资料查询、程序设计、调试修改这些都需要自己来完成，这使得我能站到一个总体的层面来通盘考虑整个设计问题，然后再进行细节的设计和修改，可以说为以后
15、的工作和生活都提供了借鉴经验。在这次课程设计中遇到了很多问题，也获得了很多意想不到的知识。在每次突破一个问题后都有种久违的满足感，甚至对每发现一个问题都有种莫名的兴奋。虽然这次的课程设计整整花了我两个星期的时间，每天从早到晚，头脑中就只有这个设计，忙于修改方案，调试程序，但是通过这次的锻炼，我学到了很多的东西，不仅锻炼了自己的思考能力、绘图能力和程序仿真能力，还锻炼了综合应用知识的能力，同时，我也是在这次课程设计中看到了自己的不足，我还有许多未知的知识要学，知道了今后需要更加努力，使自我能够不断完善。17参考文献1 张晓峰、张静. 电气与 plc 控制技术及应用. 北京：高等教育出版社， 20
16、132 廖常初.PLC 编程及应用M（第 3 版）.机械工业出版社 ,2008.3 方承远.工厂电气控制技术（第 3 版）M. 北京：机械工业出版社 ,2008. 4 许谬、王淑英.电气控制与 PLCM. .北京：机械工业出版社 ,2006.5 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计.机械工业出版社,2006.6 方承远.工厂电气控制技术（第 3 版）.机械工业出版社 ,2008. 7 姚英学.计算机辅助设计与制造.高等教育出版社,2002. 8 王爱玲.现代数控原理及控制系统.国防工业出版社,2003.9 罗宇航.流行 PLC 实用程序及设计.西安电子科技大学出版社,2002.电气控制与 PLC 课程设计成绩评定表姓 名 安 康 学 号 1151401101专业班级 电气工程及其自动化 111 班 课程设计题目 基于 S7-200PLC 的红绿灯控制设计成绩评定：评 定 项 目 评 分 成 绩1. 选题合理、目的明确（10 分）2. 设计方案可行性及其选优（20 分）3. 设计过程及结果（40 分）4. 平时成绩（态度认真、遵守纪律） （20 分）5. 设计报告的规范性、参考文献充分（不少于 5 篇） （10 分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 年 月 日
