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(zhuān) 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(chēng) 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(shū) 作 者 姓 名 安 康 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 年 級(jí) 物 電 學(xué) 院 電 氣 工 程 及 其 自 動(dòng) 化 專(zhuān) 業(yè) 11 級(jí) 1 班 指 導(dǎo) 教 師 姓 名 職 稱(chēng) 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(kāi)關(guān)控制 當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí) 信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作 先南 北紅燈亮 東 西綠燈亮 當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě) 主要包括 封面 目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 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(shū) 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(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 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) 1 2 1 設(shè)計(jì)思想 1 2 2 總體方案設(shè)計(jì) 1 2 3 整體工作流程 2 2 4 十字路口交通燈時(shí)序圖 3 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 4 3 1 硬件選擇 4 3 2 PLC 的 I O 分配表 5 3 3 PLC 的硬件接線圖 5 3 4 順序功能圖 6 第 4 章 軟件設(shè)計(jì) 7 4 1 十字路口交通信號(hào)燈梯形圖 7 4 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 1 第 1 章 設(shè)計(jì)目的 1 通過(guò)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(guò)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(guò)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(xiě) 調(diào)試程序語(yǔ)言的能力 3 加強(qiáng)自己的實(shí)踐能力 增強(qiáng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(kāi)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(huà)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(guò)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(kāi)啟動(dòng)按鈕 進(jìn)行維修和調(diào)試 經(jīng)過(guò)分析 十字路口交通燈在工作過(guò)程的一個(gè)周期過(guò)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(chē)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 2 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(mén)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(kāi)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(kāi)啟動(dòng)按鈕 進(jìn)行維修和調(diào)試 2 3 整體工作流程 3 2 4 十字路口交通燈時(shí)序圖 東 西 車(chē) 燈 甲 Q0 7東 西 黃 燈 4起 動(dòng) I東 西 綠 燈 5東 西 紅 燈 3南 北 綠 燈 2南 北 黃 燈 Q0 1南 北 車(chē) 燈 乙 6南 北 紅 燈 4 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(lèi)型 如對(duì)開(kāi)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(lái)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(guò)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 5 3 2 PLC 的 I O 分配表 端口 I0 0 為接入系統(tǒng)開(kāi)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 輸入信號(hào) 輸出信號(hào) 文字符 號(hào) 說(shuō)明 文字符 號(hào) 說(shuō)明 I0 0 啟動(dòng)開(kāi)關(guān) SB1 Q0 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 6 7 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 0 S0 1 S0 5 S0 2 S0 3 S0 4 南北綠燈亮 東西綠燈亮 報(bào)警并使 I0 0 失電 I0 0 T0 T1 T2 T3 T4 T5 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(huà)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 8 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 9 10 11 12 4 2 指令表 13 第 5 章 控制系統(tǒng)仿真 1 南北紅燈亮 東西綠燈亮 14 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 15 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 16 第 6 章 設(shè)計(jì)總結(jié) 經(jīng)過(guò)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(zhuān)業(yè)知識(shí)上的又一次深化 整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程也給了我很多以前沒(méi)有過(guò) 的心得和體會(huì) 經(jīng)過(guò)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(mén)課程 不僅從理論上掌握了課堂上沒(méi)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(zhuān)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(zhuān)業(yè)知識(shí)的實(shí)用性是如此的強(qiáng) 可以通過(guò)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(ài)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(guò)程中總感覺(jué)在書(shū)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(lái)就是一件細(xì)致并且耗時(shí)的工 作 設(shè)計(jì)過(guò)程中很容易出現(xiàn)自己沒(méi)有想到的情況 這些都是很正常的 不要因 為一點(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(guò)動(dòng)手和思考來(lái)解 決所遇到的問(wèn)題 此外通過(guò)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(lài)書(shū)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(xún) 程序設(shè)計(jì) 調(diào)試修改這些都需要自己來(lái)完成 這使得我能站到一個(gè) 總體的層面來(lái)通盤(pán)考慮整個(gè)設(shè)計(jì)問(wèn)題 然后再進(jìn)行細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)和修改 可以說(shuō) 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(wèn)題 也獲得了很多意想不到的知識(shí) 在每 次突破一個(gè)問(wèn)題后都有種久違的滿足感 甚至對(duì)每發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)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(guò)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 17 參考文獻(xiàn) 1 張曉峰 張靜 電氣與 plc 控制技術(shù)及應(yīng)用 北京 高等教育出版社 2013 2 廖常初 PLC 編程及應(yīng)用 M 第 3 版 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 3 方承遠(yuǎn) 工廠電氣控制技術(shù) 第 3 版 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 4 許謬 王淑英 電氣控制與 PLC M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 5 羅宇航 流行 PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì) 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 6 方承遠(yuǎn) 工廠電氣控制技術(shù) 第 3 版 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 7 姚英學(xué) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 高等教育出版社 2002 8 王愛(ài)玲 現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng) 國(guó)防工業(yè)出版社 2003 9 羅宇航 流行 PLC 實(shí)用程序及設(shè)計(jì) 西安電子科技大學(xué)出版社 2002 電氣控制與 PLC 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表 姓 名 安 康 學(xué) 號(hào) 1151401101 專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化 111 班 課程設(shè)計(jì)題目 基于 S7 200PLC 的紅綠燈控制設(shè)計(jì) 成績(jī)?cè)u(píng)定 評(píng) 定 項(xiàng) 目 評(píng) 分 成 績(jī) 1 選題合理 目的明確 10 分 2 設(shè)計(jì)方案可行性及其選優(yōu) 20 分 3 設(shè)計(jì)過(guò)程及結(jié)果 40 分 4 平時(shí)成績(jī) 態(tài)度認(rèn)真 遵守紀(jì)律 20 分 5 設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范性 參考文獻(xiàn)充分 不少于 5 篇 10 分 總 分 最終評(píng)定成績(jī) 以?xún)?yōu) 良 中 及格 不及格評(píng)定 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日