1、编号 1151401116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： 李 彤 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 李 彤 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
5、般电气控制系统的设计过程，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
6、东西、南北同时绿灯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
7、控制示意图如图 1 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
8、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。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 PL
9、C 控制交通灯的电路接线图,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 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6
