一章 設計方案1.1 設計基礎此次PLC編程方法均與以S7-200作為背景機。1.2 方案選擇這次給的方案有三種，一種是傳統紅綠燈，即綠燈切換到紅燈之前用黃燈緩沖，而紅燈到綠燈沒有黃燈緩沖，這種紅綠燈沒有人行道上的紅綠燈；第二種是普通紅綠燈，就是在傳統紅綠燈基礎上加上人行道紅綠燈，人行道上只有紅、綠兩種燈；第三種是大型紅綠燈，這種紅綠燈是在普通紅綠燈基礎上加左右轉彎和倒計時顯示。下面就來介紹這三種紅綠燈：方案一 傳統紅綠燈十字路口每個方向各有一組紅綠燈，共四組。這種紅綠燈控制簡單方便。但是缺點是只適合小型城市或者沒有行人過馬路和馬路兩邊架設天橋的十字路口。現今已經無法滿足較大城市的交通需求，很容易出現交通堵塞現象。當啟動PLC時，南北方向綠燈亮25s，同時東西方向紅燈亮30s ；25s后南北方向綠燈閃爍3次（用時3s）后，改為黃燈，之后南北紅燈并維持30s；此時東西方向由紅燈變為綠燈亮25s，然后綠燈閃爍3次（用時3s）后轉為黃燈亮2s，如此一直循環。如圖：傳統紅綠燈平面示意圖方案二 普通實用型紅綠燈十字路口每個方向各有一組紅綠燈，共四組；在每個路口加上人行道，人行道左右方向上各有一組紅綠燈，共八組。這種紅綠燈以控制簡單實用方便，普遍運用在我們生活中。缺點是此種紅綠燈不適合用在大型的交通樞紐上，因為它不能承受大流量的車輛通行。下面就來介紹這種紅綠燈的設計。當啟動PLC時，南北方向綠燈亮25s，人行道南北方向亮紅燈30s ，同時馬路東西方向紅燈亮30s人行道東西亮綠燈27s后閃爍3次（頻率1s/次）；25s后馬路南北方向綠燈閃爍3次（頻率1s/次）后，改為黃燈亮2s，之后馬路南北紅燈亮并維持30s，這時人行道南北方向亮綠燈27s后閃爍3次（頻率1s/次）；此時馬路東西方向由紅燈變為綠燈亮25s，人行道由綠燈變為紅燈亮30s；然后綠燈閃爍3次（頻率1s/次）后轉為黃燈亮2s。如此一直循環。下面是示意圖：普通實用型紅綠燈平面示意圖方案三 大型紅綠燈十字路口每個方向各有一組左右轉彎直行紅綠燈，一共四組；人行道東南西北方向上各有一組紅綠燈，共八組。這種紅綠燈是針對現今大城市交通而設計的，車道上設計了左轉、直行、右轉三組信號燈。它相對前兩種紅綠燈有了很大的變化，系統也復雜很多。各組燈之間的關系也比較復雜；但是這種紅綠燈面對大量的行人和車輛也可以進行秩序化的放行。下面就來介紹這種紅綠燈：注：先對各個方向上的燈作序號，記向北左轉為1點方向、向北直行為2點方向以此順時針計數。最后向東左轉為12點方向。當啟動PLC時，系統得電。按下啟動按鈕，9、5點方向亮綠燈27s后變為黃燈亮3s最后變為紅燈亮90s；9、5變紅燈同時11、3變為綠燈亮27s后變為黃燈亮3s最后變為紅燈亮90s ，11、3變為紅燈同時2、6變為綠燈亮27s后變為黃燈亮3s最后變為紅燈亮90s ，2、6變為紅燈同時8、12變為綠燈亮27s后變為黃燈亮3s最后變為紅燈亮90s。人行道上開始南北方向綠燈亮60s后變為紅燈亮60s，東西方向紅燈亮60s后變為綠燈亮60s。馬路東南西北右轉方向亮燈與南北人行道一樣。完成一個周期后，循環。下面是平面示意圖：大型紅綠燈平面示意圖1.3 方案比較下面把三種方案列出比較：方案材料選擇優點缺點方案比較方案一 傳統紅綠燈12盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架結構簡單，安裝方便，有基本功能只有基本馬路紅綠燈功能，不具實用性經三種方案優缺點的對比（以麗水城市為例），選擇方案二比較適合，她適用現在的中小城市，控制結構簡單，功能相對齊全，從經濟方面考慮也是相對節約的。方案二 普通實用型紅綠燈28盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架，八桿兩米燈架控制簡單實用，安裝方便，擁有馬路和人行道功能在一些大型城市或交通繁忙路段無法正常疏導交通方案三 大型紅綠燈52盞220v 50 Hz指示燈，四桿四米燈架，八桿兩米燈架能勝任各個交通路口，指示燈全面，功能齊全。控制系統設計和結構都很復雜，安裝線路繁多第二章 紅綠燈控制系統設計2.1 PLC型號選用根據設計要求得出，只需要一個啟動按鈕SB1和一個停止按鈕SB2兩個輸入信號，而馬路上有六組信號燈，人行道上有四組信號燈，共十組輸出信號。為避免大材小用，秉承經濟節約方針，我們應盡量選擇最經濟的方案。這次設計我們選用了S7-200 CPU224型號PLC，外加CPU221作為外加的模塊。2.2 硬件設備選用及I/O地址分配2.2.1 硬件設備選用名稱型號及要求備注PLC主機S7-200 CPU224可另加模塊主開關SB1、SB2變壓器方正EI行變壓器220v變24v交通信號指示燈超高強度LED燈光強度：紅928cd黃714cd綠989cd；功率（w）：紅、黃20w 綠=500m,工作電壓AC220v15%人行道信號指示燈電線BVR2.5平方銅芯硬線長度自選其他附件S7-200 CPU221外加PLC模塊2.2.2 I/O地址分配序號功能外部元件內部地址I/O備注1停止停止按鈕SB1I0.2紅色按鈕2啟動啟動按鈕SB2I0.3綠色按鈕3連接作用M0.0、M0.1中間繼電器4計時T37、T47、T51計時30s5計時T48、T53計時27s6計時T38、T43計時25s7計時T42、T46計時2s8計時T39、T40、T44、T45、T49、T50、T54、T55計時0.59計數C20-C23計數3次10停止指示馬路南北紅燈Q0.0亮30s11通行指示馬路南北綠燈Q0.1亮25s，閃3s12等待指示馬路南北黃燈Q0.2亮2s13停止指示馬路東西紅燈Q0.3亮30s14停止指示馬路東西綠燈Q0.4亮25s，閃3s15等待指示馬路東西黃燈Q0.5亮2s16通行指示人行道南北綠燈Q0.6亮27s，閃3s17停止指示人行道南北紅燈Q0.7亮30s18通行指示人行道東西綠燈Q1.0亮27s，閃3s19停止指示人行道東西紅燈Q1.1亮30s地址分配表2.2.2 硬件電路接線（實驗用電路）PLC調試接線圖注：實驗選用的指示燈為工作電壓為24v 50Hz。變壓器為方正EI行變壓器。進行模擬實驗時，接線每個端口輸出都只接一盞燈作為指示。2.2.3 硬件電路接線（實驗線路接線）實際電路接線圖2.2.4 紅綠燈控制系統要求A圖從圖中的方向箭頭可以看出，南北馬路亮的是綠燈指示可以通行，東西人行道上亮的綠燈也是可以通行的。而馬路東西方向上兩的是紅燈車輛停止通行，南北人行道上亮的也是紅燈禁止通行。B圖在A圖中馬路南北是綠燈通行的，經過一段時間馬路南北由綠燈變為黃燈，而東西人行道上海是綠燈通行狀態，而南北人行道和東西馬路沒有變化。C圖緊接B圖之后，黃燈計時到馬路南北變為紅燈禁止通行。而東西馬路和南北人行道紅燈變為綠燈通行狀態。此時東西人行道就馬上變為紅燈讓道給馬路上的車輛。D圖D圖 效果與B圖相類似，它是記綠燈之后的黃燈緩沖階段，馬路東西方向原本是綠燈通行狀態，現變為黃燈緩沖階段，車輛等待下一步指示。而東西人行道和南北馬路紅燈因計時沒到沒有變化。緊接D圖之后是A圖。ABCD四張圖紙依次循環組成十字路口紅綠燈。2.3 紅綠燈設計系統功能圖順序流程圖當按下啟動按鈕后，系統如圖所示的循環工作。2.4 紅綠燈控制系統時序圖紅綠燈工作時都按系統控制要求的順序進行，如圖時序圖當系統啟動時，其工作情況如上時序圖。馬路東西紅燈亮30s，同時馬路南北綠燈亮25s，之后由3s的閃爍，緊接著為黃燈亮2s。馬路東西紅燈30s結束后綠燈接上，綠燈亮25s后變為黃燈亮2s之后變為紅燈，如此循環。系統啟動同時，人行道南北紅燈亮30s，東西綠燈亮25s之后閃爍3s在變為黃燈亮2s 。人行道東西綠燈亮25s后閃爍3s變為黃燈亮2s在變為紅燈亮30s又變為綠燈如此循環。2.5 紅綠燈PLC編程2.5.1 程序說明根據對紅綠燈的控制要求及PLC地址分配的定義，可對PLC程序編制，其梯形圖見附錄1。下面對所編的程序梯形圖作簡要的說明：當按下啟動按鈕I0.3，中間繼電器M0.1得電其常開觸點閉合代替了I0.3達到自鎖使得MO.1在一直通電的狀態。中間串上M0.0常閉觸點是為了當需要切斷電源時，按下I0.2，繼電器M0.0得電，其常閉觸點斷開，而此斷開M0.1的自鎖程序達到切斷電源的效果。（1）當按下啟動開關后，以下接觸器得電：aQ0.0通過中間繼電器M0.1的常開觸點閉合接通電源，馬路南北紅燈亮。而計時器也接通，它是為Q0.0計時作用的。當T37計時30s后，它的常閉觸點斷開，斷開Q0.0的電源。T42常閉觸點在這里起循環作用，就是在此程序運轉一個周期時，控制最后一個接觸器的計時器計時完成，斷開T37使得T37重新計時，以達到循環效果。bQ0.4得電，馬路東西綠燈亮。與之串連的是計數器C21（計數3次，作用是Q0.4閃爍3次時斷開其電源），T43、T44在這里起控制Q0.4閃爍并計時作用。cQ0.7接通人行道東西方向紅燈亮，Q0.7與Q0.0公用一個計時器，所以Q0.7的顯示時間與Q0.0一樣。d Q1.0得電人行道南北方向綠燈亮，它的顯示與Q0.4相同。C22、T48、T49的功能葉相同。（2）延時25s后，Q0.4馬路東西方向綠燈開始閃爍。計時器T43計時到，它的常閉觸點先斷開，使得Q0.4失電，同時它的常開觸點閉合，接通計時器T44。T44、T45（接通T44后，T44開始工作，0.5S后接通QO.4與T45，再過0.5s后計時器T45工作，先斷開T44。如此循環工作。而這里加上計數器C21的3次計數達到綠燈閃爍功能。（3）經過3s后，C21計數完成，斷開Q0.4（熄滅綠燈）接通Q0.5馬路東西黃燈和計時器T46（T46在這里起計時作用，2s后它先斷開Q0.5，然后其常開觸點閉合接通Q0.3，達到紅綠燈循環效果。（4）延時2s后，T46常開觸點閉合接通Q0.3馬路東西紅燈。這時計時器T47接通開始工作。T47計時2s后，它的敞開觸點閉合，復位C21。使得Q0.4重新開始工作，如此一直循環。 （5）當人行道紅燈Q0.7亮30s后，T37計時30s動作，其常閉觸點先端開，切斷Q0.7。然后其常開觸點閉合接通Q0.6(人行道東西綠燈)，Q0.6接通27s后閃爍3s（頻率1s/次）其工作過程與馬路閃爍3次相類似。此次設計的紅綠燈系統工作情況就向上面介紹的循環工作。2.5.2 控制系統程序梯形圖見附錄12.5.3 梯形圖對應的語句表見附錄32.6 PLC設備安裝這次選用的S7-200設計小巧便于安裝，可以利用安裝孔把模塊固定在控制柜的背板上；或者利用設備上的DIN夾子，把模塊固定在一個標準（DIN）的導軌上。在安裝時應注意與熱源、高電壓和電子噪音隔開，S7-200設備設計時采用自然散熱方式，所以在安裝線路時要留足夠的空間。在擴展接口處也應留出足夠的空間。這樣可以靈活地使用I/O擴展電纜。在安裝或卸載任何電器前必須確認設備電源已經斷開。（安裝詳情可參考西門子S7-200手冊）3.7 實驗電路接線實物圖見附錄23.8 程序調試程序調試在PLC模擬電路板上進行。先按硬件接線圖完成實物的接線。接線時各個接口按圖正確接線，并且每個接口牢靠。完成此步驟后再連接上傳輸線。在做調試時，首先將事先編好的程序系在到PLC上（至于怎么下載這里就不作討論）。完成后可進行通電試運行。PLC一上電電路應無任何反應，這時線路可進行下一步調試。這時電腦上可進行程序狀態監控。按下啟動按鈕SB1，啟動后Q0.1、Q0.3、Q1.1、Q2.0四個接口上的接觸器馬上吸合，25s后Q0.1接口上的接觸器考試跳動，跳動3次后斷開，改為Q0.2后面的接觸器吸合。2s后Q0.4、Q1.0、Q2.1吸合，25s后Q0.4接口上的接觸器開始跳動3次，跳動3次后斷開，改為Q0.5后面的接觸器吸合。2s后Q0.5斷開，Q1.0后面的接觸器開始跳動3次后斷開。后面動作一直如此循環作業。在沒有按下SB2停止按鈕之前，電路一直循環作業。第三章 報告總結寫實訓報告是學機電一體化必不可少的程序，我體會了其中的艱辛，為寫著份報告曾多次去實地取材，并做記錄。為把身邊最常見的紅綠燈原原本本的概述在報告里是件很困難的事情，也為此提前一個星期就開始做準備。這次設計的紅綠燈適用于一般交通十字路口，不推薦使用在繁忙地段（與麗水地區作為參考）。此設計使用方便，從經濟方面算成本也不高，適合在一般中小城市推廣。在設計時還有人性化設計，使用時可根據當地的交通狀態調整紅綠燈的時間或在紅綠燈上面加計時器。為適應時代變化，將會有更多的功能更全面的推出，總之一切都是為了順應時代變化。設計過程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至讓我想打退堂鼓。不過經過不斷的完善，終于完成了這次設計并寫完報告，這給了我很大的信心，在才過程中我對PLC可編程控制又有了新的了解。但是設計中存在許多不足，這些不足限制了更多的功能。通過這次紅綠燈設計業讓我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在這過程中還得到了許多人的幫助，是他們讓我順利的完成了這次設計。總之一句話，過程了痛苦的，成果是欣慰的。我想這可能是我大二這學期最后一份報告，它也將是我大學階段一個不錯的收獲，也為我將來的路作了一個很好的鋪墊。參考文獻：廖常初可編程序控制器的編程方法與工程應用重慶大學出版社，2001廖常初PLC梯形圖程序的設計方法與技巧電工技術，1998周少武等大型可編程序控制器系統設計中國電力出版社，2001曹輝可編程序控制器系統原理及應用電子工業出版社，2003路林吉，江龍康等可編程序控制器原理及應用清華大學出版社，2002西門子公司SIMATIC S7-200可編程序控制器系統手冊，20046王仁詳常用低壓電器原理及控制技術，北京：機械工業出版社，2006附錄1 梯形圖附錄2 實驗電路接線實物圖附錄3 語句表LD I0.2= M0.0LD I0.3O M0.1A M0.0= M0.1LD M0.1AN T42TON T37, 300LD T37A T53LPSAN T55TON T54,