哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計題目：丁字路口交通信號燈的PLC 控制系統設計專業年級：學生姓名：學號：指導教師：哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計（論文）評語學生姓名：學院：哈爾濱理工大學榮成學院專業：機電一體化任務起止時間：畢業設計（論文）題目：丁字路口交通信號燈的PLC控制系統設計指導教師對畢業設計（論文）的評語：指導教師簽名：指導教師職稱：評閱教師對畢業設計（論文）的評語：評閱教師簽名：評閱教師職稱：答辯委員會對畢業設計的評語：答辯委員會評定，該生畢業設計（論文）成績為：答辯委員會主席簽名：職稱：年月日哈爾濱理工大學榮成學院專科生畢業設計（論文）任務書學生姓名：學院：哈爾濱理工大學榮成學院專業：機電一體化畢業設計（論文）題目：丁字路口交通信號燈的PLC控制系統設計畢業設計工作內容：1.設計一個丁字路口交通指揮信號燈PLC控制系統，燈的供電電壓為220V。2.明確對控制系統的要求，進行工作過程分析3.確定控制系統的形式，進行控制系統輸入、輸出參數的確定4.確定控制系統方案5.繪制所需的種類圖及編制技術文件資料：1肖寶興主編.西門子S7-200PLC的使用經驗與編程技巧.機械工業出版社.2008年9月2袁仁光編著.可編程控制器應用技術與實例.華南理工大學出版社.1997年6月.3霍罡，樊曉兵等編著.歐姆龍CP1HPLC應用基礎與編程實踐.機械工業出版社.2008年1月.4廖常初主編.PLC編程及應用.機械工業出版社，2003指導教師意見：簽名：年月日系主任意見：簽名：年月日目錄TOC\o"1-3"\u目錄 I前言 1第一章緒論 21.1本課題研究的背景 21.2本課題研究的意義 2第二章PLC的定義及工作原理 42.1PLC的定義 42.2PLC的結構 42.3PLC的工作原理 5第三章丁字路口信號燈PLC控制系統設計 63.1控制對象及要求 63.1.1控制對象 63.1.2控制要求 73.2系統簡介 73.3硬件選型 83.4系統I/O分配表 83.5軟件設計 93.6實驗步驟 103.7由順序功能圖繪出的PLC梯形圖 113.8根據梯形圖寫出的指令 14結論 17致謝 18參考文獻 19前言交通是一個城市經濟的動脈，它不但體現了一個城市的發展活力，也直接與老百姓的生活息息相關。隨著我國經濟的高速發展，人們對私家車、公交車的需求越來越大。相應地，我國進入WTO以后，我國經濟貿易與世界接軌，汽車業關稅大大降低，使很多人都能負擔得起，買私家車已經不再是遙不可及的夢。但是，車輛的增加無疑會對我國城市交通系統帶來沉重的壓力。而交通燈在這個交通環境中起著一個重要的角色，交通燈能有效地緩解城市的交通壓力，減少交通事故；交通燈能為當地人民出行節省大量時間，創造出更多的社會價值；交通燈為交通順暢提供了保障，對當地經濟起著一個不可估量的作用。緒論1.1本課題研究的背景隨著汽車進入家庭步伐的加快和城市汽車數量的增多，城市道路交通問題顯得越來越重要。馬路上經常會看到這種現象:一旦整個路口的交通信號燈出現故障，若沒有交警的及時疏導，該路口就會塞得一塌糊涂，甚至造成嚴重的交通事故。原交通信號控制大都采用繼電器實現，存在著功能少、可靠性差、維護量大等缺點,越來越不能適應城市道路交通高速發展的要求。另外，根據人車流量的多少，可能隨時增加路口的交通信號，比如增加轉彎或人行道交通信號，原有系統的制約性就更加明顯了。為了彌補原交通信號燈系統存在的以上缺點，我們引入了基于PLC控制的交通信號燈控制系統。本文對丁字路口交通信號燈控制系統，運用可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設計，能基本達到控制要求。系統僅實現了小型PLC系統的一個雛形，在完善各項功能方面都還需要進一步的分析、研究和調試工作。如果進一步結合工業控制的要求，形成一個較為成型的產品，則需要作更多、更深入的研究。1.2本課題研究的意義城市道路交通自動控制系統的發展是以城市交通信號控制技術為前導，與汽車工業并行發展的。在其各個發展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現，人們總是盡可能地把各個歷史階段當時的最新科技成果應用到交通自動控制中來，從而促進了交通自動控制技術的不斷發展。交通控制研究的發展旨在解決人類交通因需求的增多而日益繁重帶來的問題，局限于道路建設的暫時不足和交通工具的快速增長，就要使更多的車輛安全高效的利用有限的道路資源，避免因無序和搶行等無控制原因造成的不必要阻塞甚至癱瘓，另外，針對整個交通線路車輛的多少實時調整和轉移多條線路的分流也十分必要。交通網絡是城市的動脈，象征著一個城市的工業文明水平。交通關系著人們對于財產，安全和時間相關的利益。具有優良科學的交通控制技術對資源物流和人們出行都是十分有價值的，保證交通線路的暢通安全，才能保證出行舒暢，物流準時到位，甚至是生命通道的延伸。生活中常見的是丁字路口交通燈，本課題為相對少見的丁字路口信號的的設計，頗具實用性。第二章PLC的定義及工作原理2.1PLC的定義可編程邏輯控制器(ProgrammableLogicController,簡稱PLC)根據國際電工委員會(IEC)在1987年的可編程控制器國際標準第三稿中，對其作了如下定義：“可編程控制器是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算，順序控制，定時，計數與算術運算等操作的指令，并通過數字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關外部設備，都應按易于使工業控制系統形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。”可編程控制器作為目前工業自動化的重要基礎設備，被稱為“工業自動化三大支柱性產業之一”，在各工業生產領域發揮愈來愈大的作用。2.2PLC的結構PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。從結構上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。PLC的基本結構框圖如下2-1所示：接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元接口部件輸出輸入接口部件中央處理單元CPU板現場信號電源部件電源部件圖2-1plc基本結構圖2.3PLC的工作原理1輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入通斷狀態，并將讀入的信息存入內存，接著進入程序執行階段，在程序執行時，即使輸入信號發生變化，內存中輸入信息也不變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。2程序執行階段：PLC對用戶程序掃描。3輸出刷新階段：當所有指令執行完畢通過隔離電路，驅動功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅動外部負載。丁字路口信號燈PLC控制系統設計3.1控制對象及要求3.1.1控制對象本系統的控制對象有八個，分別是：東西方向紅燈（R—EW）兩個；南北方向紅燈(R—SN)一個；東西方向黃燈（Y—EW）兩個；南北方向黃燈(Y—SN)一個；東西方向綠燈（G—EW）兩個；南北方向綠燈(G—SN)一個；東西方向左轉彎綠燈(L—EW)一個；南北方向左轉彎綠燈(L—SN)一個。說明：R代表紅色，Y代表黃色，G代表綠色，L代表左，E、W、S、N分別代表東西南北。圖3-1丁字路口交通燈示意圖3.1.2控制要求1系統工作受開關控制，起動開關ON則系統工作；起動開關OFF則系統停止工作；2交通信號燈按圖3-2所示時序控制t0t1t2t3t4t5t6t0t1t2t3t4t5t6圖3-2信號燈時序控制3.2系統簡介本系統是一個丁字路口交通燈的PLC控制系統，利用西門子公司的S7-200可編程邏輯控制器對丁字路口的交通燈進行控制。控制方案為：1、南北方向左轉彎燈和南北方向紅燈同時亮10秒，同時東西方向紅燈亮；2、南北方向綠燈亮30秒，東西方向紅燈繼續亮；3、南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續亮；4、東西方向左轉彎綠燈和南北方向紅燈同時亮10秒，東西方向紅燈繼續亮；5、東西方向綠燈亮30秒，南北方向紅燈繼續亮；6、東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續亮，然后跳至第（1）步依次循環。3.3硬件選型城市道路交通信號控制是典型的開關量順序控制，采用PLC能充分利用它的優點。在這里我們采用德國西門子公司的S7-200可編程控制器，它是積木式結構，安裝比較方便，中央處理單元和信號模板有多種類型，另外還具有如位控單元、PD調節等特殊功能模塊。根據本系統輸入點數及控制要求，中央處理單元可選用CPU224，該CPU板上本身具有10個數字量輸入點，6個非隔離數字量輸出點，最多能夠帶8個數字量信號模板。綜上，得到系統硬件配置如表3-1所示：表3-1硬件配置表名稱數量DC24V電源1CPU2241PC/PPI編程電纜1STEP7編程軟件1PC機13.4系統I/O分配表分析PLC的輸入和輸出信號,在滿足控制要求的前提下,要盡量減少占用PLC的I/O點。由系統控制要求可見，由控制開關輸入的啟、停信號是輸入信號。由PLC的輸出信號控制各指示燈的亮、滅。在交通燈布置圖中，東西方向的三色燈共六盞，同顏色的燈在同一時間亮、滅；所以，可將同色燈兩兩并聯，用一個輸出信號控制。同理，南北方向的三色燈也依次設計。再加上東西方向左轉和南北方向左轉的兩色燈共八盞，所以其占8個輸出點。由此可得系統I/O分配如表3-2所示：表3-2系統I/O分配表輸入/輸出設備/器件名稱I/O地址符號名數據類型輸入控制按鈕I0.0SB1BOOL輸出東西方向綠燈Q0.0Q1DINT東西方向黃燈Q0.1Q2DINT東西方向紅燈Q0.2Q3DINT南北方向綠燈Q0.3Q4INT南北方向黃燈Q0.4Q5INT南北方向紅燈Q0.5Q6INT東西方向左轉彎燈Q0.6Q7INT南北方向左轉彎燈Q0.7Q8INT3.5軟件設計本控制系統的控制原理是：用一路數字量的不同輸入狀態來判定是否對時鐘進行初始化，用一路數字量的不同輸入狀態分別用作程序的啟動和停止控制，每一方向有紅、黃、綠及轉彎四種信號燈，分別對應四位數字量輸出，兩個方向共有8位數定量輸出；在某一方向用兩個延時脈沖定時器分別控制該方向黃燈閃爍的亮、滅時間。該程序實現了信號由東西左轉、東西直行、南北左轉依次循環變化。如果需要將幾個路口集中到一臺PLC控制，根據實際需要的I/O點數，硬件上再增加相應的數字量輸出模板即可。3.6實驗步驟（1）由實驗內容和分析控制過程，得出控制規律，根據以上分析繪出順序功能結構，如下圖：圖3-4控制結構圖10—40s0—10s40—45s45—55s55—85s85—90s東西方向紅燈，南北方向紅燈和南北方向左轉綠燈亮；其他燈滅。南北方向綠燈亮,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向黃燈閃爍,東西方向紅燈仍亮；其他燈滅。南北方向紅燈、東西方向紅燈和東西方向左轉彎燈亮；其他燈滅。東西方向綠燈亮，南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。東西方向黃燈閃爍,南北方向紅燈仍亮；其他燈滅。3.7由順序功能圖繪出的PLC梯形圖3.8根據梯形圖寫出的指令結論1.交通燈控制在交通運輸領域有著非常重要的作用。本文完成了基于PLC交通燈控制系統的設計與模擬。包括通行方案的設計，系統的硬件模擬、軟件編程與仿真調試等。在論文完成過程中，主要做的工作有：（1）確定交通系統具體的通行方案，規定“丁”字路口車輛的行止狀態。（2）以西門子公司的S7-200PLC為核心進行系統硬件設計，輸出控制交通信號燈亮滅狀態。（3）采用梯形圖語言對系統的軟件編程，便于編寫、調試、修改和增刪，系統軟件的編制采用了模塊化的設計方法。2.設計過程遇到的難點分析其實現場實況車輛的流量是變化的，本設計只是對其路燈起到一個開關的作用，即開關量控制系統。由于所學知識及設備有限，無法對其路燈進行智能化控制，所以在編程時就沒把智能控制這一塊加上去，再加上編程軟件無法下載，在畫梯形圖、電氣控制圖、程序圖等方面遇到很多的困難，再加上時間資源有限，不能更詳細深入的分析。3.設計收獲和體會通過這次畢業設計，使我得到了一次用專業知識、專業技能分析和解決問題全面系統的鍛煉。使我在PLC的基本原理、PLC應用系統開發過程，以及在常用編程設計思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為合格的應用型人才打下良好的基礎。致謝通過本次畢業設計，我在指導老師的精心指導和嚴格要求下，獲得了豐富的理論知識，極大地提高了實踐能力，并對當前電子領域的研究狀況和發展方向有了一定