1、咸阳师范学院Xian Yang Normal University课程设计实训报告姓 名 xxx 学 号 12xxxxxxx24 院 系 物电院 班 级 电气 1201 班 指导教师 xxxxxx 2014 年 12 月目 录1 设计要求-3 2 控制系统总体设计-3 3 控制系统硬件设计-4 4 控制系统软件设计-4 5 实验 -76 心得体会 -97 附录 -103十字路口交通灯控制系统设计1,。设计要求：图 1 十字路口交通灯控制面板图 1 是四节交通灯运行系统简单示意图。设计一个以可编程控制器（PLC）为控制核心的四节交通灯控制系统。具体设计要求如下：1.信号灯受一个启动开关控制，当启
2、动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。2.南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，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 30 秒。南北绿灯亮维持 20 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始2 控制系统总体设计控制系统的结构框图如图 2 所示，主要包括控制开关、PLC 和 LED 信号灯三个主要部
3、分。控制开关与 PLC 的输入端子相连接，主要给 PLC 提供输入控制信号。LED 信号灯与 PLC 的输出端子相连接，显示 PLC 控制结果以控制 LED 信号灯的运行状况。4控制开关 PLC LED 信号灯图 2 控制系统的结构框图信号灯控制系统的输入、输出开关量较少，结合物理系 PLC 实验室的具体情况，PLC 选用西门子公司整体式微型 S7-200 系列中 CPU224 AC/DC/Relay。CPU224 后用斜线分割的三部分分别表示 CPU 电源的类型、输入口的电源类型及输出口器件的类型。其中输出口的器件中，Relay 为继电器，DC 为晶体管 2。3 控制系统硬件的设计实验面板图
4、中，下框中的南北红、黄、绿灯 R、Y、G 分别接主机的输出点 Q0.2、Q0.1、Q0.0，东西红、黄、绿灯 R、Y、G 分别接主机的输出点Q0.5、Q0.4、Q0.3，模拟南北向行驶车的灯接主机的输出点 Q0.6，模拟东西向行驶车的灯接主机的输出点 Q0.7；下框中的 SD 接主机的输入端 I0.0。上框中的东西南北三组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯。4 控制系统的软件设计控制系统软件部分是控制系统能否成功应用的关键。软件包括两个部分,一部分是系统软件,另一部分是应用软件。前者是可编程控制器本身所具有的，由 PLC 生产厂家所编写并固化在 PLC 设备中。后者是针对具体控制过程而编
5、制的，它决定控制系统是否能满足技术要求以及系统使用的难易程度。本控制系统应用软件部分的核心内容是定时器应用控制。4.1 交通灯控制系统的经验法编程根据在 2.1 节中对交通灯控制系统的分析，系统中对交通灯的控制是采用基本的启保停电路模式，应用经验设计法来编写程序，既能够提高程序设计的效率，也能节省大量的设计时间。经验法编程的编程步骤为：(1)在准确了解控制要求后，合理地为控制系统中的事件分配输入输出口。选择必要的机内器件，如定时器，计数器，辅助继电器等，5(2)对于一些控制要求较简单的输出，可直接写出它们的工作条件，依启保停电路模式完成相关的梯形图支路。工作条件稍复杂的可借助辅助继电器。(3)
6、对于较复杂的控制要求，为了能用绘出各输出口的梯形图，要正确分析控制要求，并确定组成总的控制要求的关键点。在空间类逻辑为主的控制中关键点为影响控制状态的点（如抢答器中主持人是否宣布开始，答题是否到时等） ，在时间类逻辑为主控制中关键点为影响控制状态转换时间。(4)用程序将关键点表达出来。关键点总要用机内器件来代表的，在安排机内器件时要考虑并安排好。绘关键点的梯形图时，可以使用常见的基本环节，如定时器计时环节，振荡环节，分频环节等。(5)在完成关键点梯形图的基础上，针对系统最终的输出进行梯形图的编绘。使用关键点器件综合出最终输出的控制要求。(6)审查以上草绘图纸，在此基础上，补充遗漏的功能，更正错
7、误，进行最后的完善。4.2 交通灯控制程序实现PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的，即在 PLC 运行时，CPU 根据控制要求编制好并存与用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条按顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。它的一个扫描周期必须经输入采样，程序执行和输出刷新三个阶段。交通灯系统的程序实现主要由接通延时定时器（TON）指令、置位与复位指令来实现。4. 编制梯形图并写出实验程序.实验参考程序表 1 实验参考程序
8、步序 指 令 步序 指 令0 LD I0.0 启动 22 = Q0.2 南北红灯工作61 AN T41 23 LD T372 TON T37, +250 南北红灯 25S 24 = Q0.5 东西红灯工作3 LD T37 25 LD Q0.24 TON T41, +300 东西红灯 30S 26 AN T435 LD I0.0 27 LD T436 AN T37 28 AN T447 TON T43, +200 东西绿灯 20S 29 A T598 LD T43 30 OLD9 TON T47, +220 东西方向车22S31 = Q0.3 东西绿灯工作10 TON T44, +30 东西红灯
9、闪烁 32 LD Q0.211 LD T44 33 AN T4212 TON T42, +20 东西黄灯 2S 34 LD T4213 LD T37 35 AN T4314 TON T38, +250 南北绿灯 25S 36 OLD15 LD T38 37 TON T49, +10 延时 1S16 TON T48, +270 南北响彻 27S 38 LD T4917 TON T39, +30 南北绿灯闪烁39 AN T4718 LD T39 40 = Q0.7 东西向车行驶19 TON T40, +20 南北黄灯 2S 41 LD T4420 LDN T37 42 AN T5221 A I0.
10、0 43 = Q0.4 东西黄灯工作步序 指 令 步序 指 令44 LD Q0.5 56 TON T50, +1045 AN T38 57 LD T5046 LD T38 58 AN T4847 AN T39 59 = Q0.6 南北向车行驶48 A T59 60 LD T3949 OLD 61 AN T4050 = Q0.0 南北绿灯工作 62 = Q0.1 南北黄灯工作51 LD Q0.5 63 LD I0.0752 AN T38 64 AN T6053 LD T38 65 TON T59, +554 AN T39 66 LD T5955 OLD 67 TON T60, +5.实验参考梯形
11、图图 梯形图5 实验5.1 软件调试步骤和方法打开 STEP-7 Micro/WIN32，建立新的文件，进入程序编辑窗口。根据控制8要求编写出程序。在实验台上进行连线，具体按照 3.1 硬件连接说明连线。对程序进行编译及改错后，将程序下载至 PLC 中。把 PLC 运行模式选择开关置于“TERM”模式上。 利用程序控制 PLC 程序运行，并将“调试”菜单下的“程序状态”打开，进行程序的调试和监控。图 7 中蓝色的方块表示的是能流为“ON” ，即定时器 T38 为“ON” ，输出继电器 Q0.2 被置位，状态为“ON” ，内部标志位M3.0 为“ON” ，驱动定时器 T39 工作，边框变绿。T3
12、9 左边的数字表示定时器的当前值，PT 前面的值表示定时器的设定值，当当前值大于等于设定值时，定时器 T39 状态为“ON” ，开始工作。图程序调试图5. 软件调试步骤和方法当启动开关 SD 合上时，I0.0 触点接通，Q0.2 得电，南北红灯亮；同时 Q0.2的动合触点闭合，Q0.3 线圈得电，东西绿灯亮。1 秒后，T49 的动合触点闭合，Q0.7 线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到 20 秒，T43 的动合触点接通，与该触点串联的 T59 动合触点每隔 0.5 秒导通 0.5 秒，从而使东西绿灯闪烁。又过 3 秒，T44 的动断触点断开，Q0.3 线圈失电，东西绿灯灭；此时 T44
13、的动合触点闭合、T47 的动断触点断开，Q0.4 线圈得电，东西黄灯亮，Q0.7 线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过 2 秒后，T42 的动断触点断开，Q0.4 线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达 25 秒，T37 的动断触点断开，Q0.2 线圈失电，南北红灯灭，T37 的动合触点闭合，Q0.5 线圈得电，东西红灯亮，9Q0.5 的动合触点闭合，Q0.0 线圈得电，南北绿灯亮。1 秒后，T50 的动合触点闭合，Q0.6 线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过 25 秒，即起动累计时间为 50 秒时，T38 动合触点闭合，与该触点串联的 T59 的触点每隔 0.5 秒导通 0.5 秒
14、，从而使南北绿灯闪烁；闪烁 3 秒，T39 动断触点断开，Q0.0 线圈失电，南北绿灯灭；此时 T39 的动合触点闭合、T48 的动断触点断开，Q0.1 线圈得电，南北黄灯亮，Q0.6 线圈失电，模拟南北向行驶车的灯灭。维持 2 秒后，T40 动断触点断开，Q0.1 线圈失电，南北黄灯灭。这时起动累计时间达 5 秒钟，T41 的动断触点断开，T37 复位，Q0.3 线圈失电，即维持了 30 秒的东西红灯灭。上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。5.实验结果实现了 PLC 对交通灯的控制，交通灯的运行方式受开关总体控制，按一下启动开关，交通灯系统开始工作：1.信号灯受一个启动开关控制，当启动
15、开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。2.南北红灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，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 30 秒。南北绿灯亮维持 20 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始.心得体会本文设计选用西门子微型可编程控制器 CPU224 作为控制系统的核心控制器，设计出系统的硬件。应用状
16、态法编程思想将交通灯控制系统转换为相应状态流程图，使用顺控继电器指令(S)将状态流程图转换为相应 PLC 顺控梯形图程序，程序易于调试，修改和维护也很方便。整个控制系统硬件结构简单，主要控制功能通过软件编程来实现，具有可靠性高的特点。整个系统在试验台上进行了验证和调试，系统运行良好，满足了设计要求。通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关电气控制技术方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的10检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计
17、过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获龋最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于得到了解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可!7.附录参考文献1 张 万 忠 刘 明 芹 编 .电 器 与 PLC控 制 技 术 . 化 学 工 业 出 版 社 2006.1.2 贺 哲 荣 石 帅 军 编 .流 行 PLC实 用 程 序 集 设 计 . 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社2006.3.8 西门子公司. SIMATIC S7-200系统手册 M. 20029 陈 胜 利 . PLC 在 控 制 交 通 信 号 灯 中 的 应 用 J . 机 电 一 体 化 ,2003,5(9).
