按鈕式人行橫道指示燈的控制.

1、等級:課 程 設 計課程名稱電氣控制與PLC課程設計課題名稱按鈕式人行橫道指示燈的控制 專 業(yè)班 級學 號姓 名指導老師 劉星平，賴指南，譚梅，沈細群2016年6月17日電氣信息學院課程設計任務書課題名稱按鈕式人行橫道指示燈的控制 姓 名專業(yè)班級學號指導老師沈細群課程設計時間2016年6月6日2016年6月17日（第1516周）教研室意見同意開題。 審核人：汪超 林國漢一.任務及要求設計任務：按X0或X1，人行道和車道指示燈按如圖1所示的示意圖點亮。圖1 示意圖二.進度安排1.第一周星期一：布置課程設計任務，講解設計思路和要求，查閱設計資料。2.第一周星期二星期四：詳細了解金屬壓鑄機的基本組成

2、結構、工藝過程和控制要求。確定控制方案。配置電器元件，選擇PLC型號。繪制金屬壓鑄機控制系統(tǒng)的PLC I/O接線圖。設計PLC梯形圖程序，列出指令程序清單。3.第一周星期五：上機調試程序。4.第二周星期一：指導編寫設計說明書。5.第二周星期二星期四：編寫設計說明書。6.第二周星期五：答辯。三.參考資料1 劉星平.PLC原理及工程應用M.北京：中國電力出版社，2014年。2 廖常初.S7-200 PLC編程及應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2014年。3 王阿根.西門子S7-200 PLC 編程實例精解M.北京：電子工業(yè)出版社，2013年。4 賴指南.PLC原理與應用補充教材（內部使用），本校自編

3、教材，2010年。1 目 錄第1章 人行橫道指示燈概述11.1可編程控制器的特點及應用11.2按鈕式人行橫道指示燈的作用與研究意義1第2章 控制方案選擇22.1 PLC工作原理22.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則22.3 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟3第3章 控制系統(tǒng)具體設計43.1 設計要求43.2 硬件配置43.2.1 I/O地址分配43.2.2 PLC外部接線圖53.3按鈕式人行橫道系統(tǒng)設計63.3.1 系統(tǒng)的閃爍電路63.3.2系統(tǒng)順序功能圖的設計73.4 控制系統(tǒng)梯形圖83.5 控制系統(tǒng)的指令應用程序12第4章 PLC程序的調試15第5章 結束語17第1章 人行橫道指示燈概述1.1

4、可編程控制器的特點及應用PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高和抗干擾能力強等優(yōu)點，已廣泛應用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程序控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程序控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設施之一。PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對使用環(huán)境適應強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別是對多岔路口的控制亦可方便的實現(xiàn)。因此，現(xiàn)在越來越多的將P

5、LC應用于交通燈系統(tǒng)中。1.2按鈕式人行橫道指示燈的作用與研究意義近年來，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，城市的交通擁擠問題日趨嚴重。因此，提高城市路網(wǎng)的通過能力，實現(xiàn)交通的科學化管理迫在眉睫。傳統(tǒng)的十字路口交通燈，通常采用的是定時控制，即事先對經(jīng)過車輛流量的調查，運用統(tǒng)計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長期運行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立起準確模型的。不對實際情況進行實時監(jiān)控的方法，已不能適應迅猛發(fā)展的交通

6、狀況。而更為現(xiàn)實的需要是能有一種可以根據(jù)實際情況控制調節(jié)的交通燈。本課題所研究的這種智能交通控制系統(tǒng)，正是源自這種需求，并能夠較好的改善當前十字路口馬路交通的尷尬局面。第2章 控制方案選擇2.1 PLC工作原理PLC是采用“循環(huán)逐行”掃描的“串行”方式工作的，即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶依控制要求編制好的程序，按指令步序號從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行，直至程序結束；然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。這種工作方式是在系統(tǒng)軟件控制下，順次掃描各輸入點的狀態(tài)，并按用戶程序進行運算處理，然后順序向輸出點發(fā)出相應的控制信號。整個過程可分為五個階段：自診斷、通信處理、掃描輸入、執(zhí)行程序、刷新

7、輸出。其中，在掃描輸入階段：PLC的中央處理器對各個輸入端進行掃描，將所有輸入端的狀態(tài)送到輸入映像寄存器。在執(zhí)行程序階段：中央處理器將逐條執(zhí)行用戶指令程序，即按程序要求對數(shù)據(jù)進行邏輯、算數(shù)計算，再將正確的結果送到輸出狀態(tài)寄存器中。在刷新輸出階段：當所有的指令執(zhí)行完畢時，集中把輸出映像寄存器的狀態(tài)，通過輸出部件轉換成被控設備所能接受的電壓或電流信號，以驅動被控設備。2.2 PLC控制系統(tǒng)設計的基本原則任何一種控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。因此，在設計PLC控制系統(tǒng)時，應遵循以下基本原則：（1） 最大限度的滿足被控對象的控制要求 充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度的

8、滿足被控對象的控制要求，使設計PLC控制系統(tǒng)的首要前提，也是設計中最重要的一條原則。這就要求設計人員在設計前就要深入現(xiàn)場調查研究，收集控制現(xiàn)場的資料，收集相關先進的國內、國外資料。同時要注意和現(xiàn)場的工程管理人員、工程技術員、現(xiàn)場操作人員緊密配合，擬定控制方案，共同解決設計中的重點問題和疑難問題。（2） 保證PLC控制系統(tǒng)安全可靠保證PLC控制系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)定運行，是設計控制系統(tǒng)的重要原則。這就要求設計者在系統(tǒng)設計、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確?？刂葡到y(tǒng)安全可靠。例如：應該保證PLC程序不僅在正常條件下運行，而且在非正常情況下（如突然掉電再上電、按鈕按錯等）也能正常工作。（

9、3） 在滿足控制要求的前提下，力求簡單、經(jīng)濟、使用及維修方便一個新的控制工程固然能提高產(chǎn)品的質量和數(shù)量，帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，但新工程的投入、技術的培訓、設備的維護也將導致運行資金的增加。因此，在滿足控制要求的前提下，一方面要注意不斷地擴大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設計者不僅應該使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟，而且要使控制系統(tǒng)的使用和維護方便，成本低，不宜盲目追求自動化和高指標。（4） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進，應適當留有擴充的裕量由于技術的不斷發(fā)展，控制系統(tǒng)的要求也將會不斷地提高，設計時要適當考慮到今后控制系統(tǒng)發(fā)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸

10、出模塊、I/O點數(shù)和內存容量時，要適當留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進。2.3 PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟（1） 分析生產(chǎn)工藝過程，明確工藝過程對電氣控制的要求 分析生產(chǎn)工藝過程，是了解被控對象要求的前提。在這一過程中，要詳細調查被控對象的工作性質，明確其功能要求，弄清系統(tǒng)是以邏輯量控制為主還是以模擬量控制為主，并繪制出工藝控制流程圖。（2） 確定控制方案 在分析被控對象的基礎上，根據(jù)PLC的特點，與繼電接觸器控制系統(tǒng)、微型計算機控制系統(tǒng)比較。如果被控對象的工業(yè)壞境較差，而安全性、可靠性要求較高，用人工進行控制工作量大、操作復雜、容易出錯或者操作過于頻繁時，往往與PLC控制。（3）

11、 選擇可編程序控制器機型 機型選擇的基本原則是在滿足生產(chǎn)工藝要求的情況下，保證運行可靠、維護使用方便以及最佳的性能價格比。具體應考慮這幾個方面：結構合理、功能合理、機型統(tǒng)一、是否在線編程等。（4） 硬、軟件設計 選擇機型后，就可根據(jù)控制系統(tǒng)的要求具體安排輸入、輸出的配置，并對輸入、輸出進行地址分配，然后分頭對控制系統(tǒng)進行硬、軟件的設計。硬件設計是對可編程序控制器外圍電路的設計，而軟件設計是指根據(jù)工藝要求使用PLC編程語言進行用戶程序的設計。（5） 總裝調試 首先對可編程序控制器外部線路做仔細檢查。檢查時，常將主電路斷開，通過一些簡單的實驗程序對其進行通電掃描，查找故障。確認無誤后接主電路，將模

12、擬調試好的程序進行調試，直到各部分的功能都正常，并能協(xié)調一致為止。（6） 編制技術 說明書將控制系統(tǒng)的性能用文字形式詳細的作出說明，同時給出必要的電氣原理圖和接線圖。第3章 控制系統(tǒng)具體設計 3.1 設計要求由于設計要求中信號燈亮有時間限制及閃爍，故采用定時器進行時間控制，閃爍電路完成閃爍，在程序中使用順序控制繼電器來控制燈的亮滅，利用自鎖、互鎖實現(xiàn)順序控制。在正常情況下公路上只允許車輛通行，車道保持綠燈，人行道也一直保持紅燈，當有人需要過馬路時，按下車道兩側設有的開關X0或X1，人行道收到信號送入端子任選SL-200 PLC中，SL-200 PLC在接受信號后開始執(zhí)行相應程序。 3.2 硬件

13、配置 3.2.1 I/O地址分配輸入信號端：2個人行道手動按鈕（X0、X1），作為有人要過馬路時的輸入指令。輸出信號端：5個信號燈，分別控制車道和人行道的信號燈。如表3.1所示表3.I/O地址分配輸入作用輸出作用I0.0人行道按鈕X0Q0.0車行道紅燈I0.1人行道按鈕X1Q0.1車行道黃燈Q0.2車行道綠燈Q0.3人行道紅燈Q0.4人行道綠燈 3.2.2 PLC外部接線圖根據(jù)控制要求，設計分析及I/O地址分配表，外部硬件接線如圖3.1所示.圖3.1外部硬件接線圖3.3按鈕式人行橫道系統(tǒng)設計3.3.1 系統(tǒng)的閃爍電路閃爍電路也稱振蕩電路，實際是一個時鐘電路，閃爍時間可以是等間隔，也可是不等間斷

14、的。本設計采用的是等間隔的通斷。利用SM0.5給一個秒脈沖，用定時器設置閃爍的時間。SM0.5是輸出一個占空比為50%的秒時鐘脈沖，作為時間基準。閃爍電路是時序圖如圖3.2所示，梯形圖如圖3.3所示。圖3.2閃爍部分時序圖圖3.3閃爍部分梯形圖3.3.2系統(tǒng)順序功能圖的設計利用S7-200 PLC設計人行道按鈕控制信號燈，控制過程如下：（1）設計一路口交通燈控制電路，要求無人橫穿馬路時，車道綠燈與人行道紅燈始終都是亮的。(2）當有人要過馬路時按下按鈕X0或X1，30s后車道綠燈滅，黃燈亮10s后滅，紅燈亮。（3）過5s人行道紅燈滅綠燈亮，綠燈亮15s后閃爍5次，每次0.5s。（4）綠燈閃爍5s

15、后滅人行道紅燈再亮5s后，車道紅燈滅綠燈亮。在這個過程中再按路邊按鈕式不起作用的，只有當整個過程結束后也就是車道綠燈與人行道紅燈同時亮時按鈕才起作用。根據(jù)控制過程繪制出順序功能圖如圖3.2所示。M0.0 SM0.1 I0.0+I0.1Q0.3 T39M0.4 Q0.2 T37M0.1 綠燈亮30S 紅燈亮45S M0.2T37 T39Q0.4 T40M0.5 Q0.1 T38 黃燈亮10S 綠燈亮15S Q0.0 T42T38 T40 T41 M0.6M0.3 紅燈亮30S 綠燈閃5S M1.1 Q0.3 T43T42 T41M1.3 紅燈亮5S M1.4T43圖3.2順序功能圖3.4 控制系

16、統(tǒng)梯形圖3.5 控制系統(tǒng)的指令應用程序網(wǎng)絡1LD M1.3A M1.4O SM0.1O M0.0AN M0.1AN M0.4= M0.0R M0.1，11網(wǎng)絡2LD I0.0O I0.1A M0.0AN M0.2= M0.1= Q0.2TON T37，300網(wǎng)絡3LD M0.1A T37O M0.2AN M0.3= M0.2= Q0.1TON T38,100網(wǎng)絡4LD M0.2A T38O M0.3AN M1.3= M0.3= Q0.0TON T42，300網(wǎng)絡5LD M0.3A T42O M1.3AN M0.0= M1.3網(wǎng)絡6LD I0.0O I0.1A M0.00 M0.4AN M0.5

17、= M0.4TON T39，450網(wǎng)絡7LD M0.4A T39O M0.5AN M0.6= M0.5= Q0.4TON T40，150網(wǎng)絡8LD M0.5A T400 M0.6AN M1.1= M0.6TON T41,50網(wǎng)絡9LD M0.6A SM0.5O M0.5= Q0.4網(wǎng)絡10LD M0.6A T410 M1.1AN M1.4= M1.1TON T43，50網(wǎng)絡11LD M1.1A T43O M1.4AN M0.0= M1.4網(wǎng)絡12LD M0.4O M1.1= Q0.3 第4章 PLC程序的調試（1） 硬件調試：檢查外接線頭是否良好，檢查完畢把PLC連上電源線并用PC/PPI電纜

18、線和電腦相連。接通電源，檢查可編程邏輯控制器是否正常工作，觀察PLC是否有報警現(xiàn)象。 （2） 軟件調試：在PLC基本功能正常的情況下，將編好的程序輸入編程軟件STEP7后,檢查無誤后，下載到PLC中以便下步調試。 （3） 運行調試：在硬件調試和軟件調試基礎上，將可編程控制器主機上的STOP/RUN開關撥到RUN位置，運行指示燈點亮，運行程序，觀察運行情況。 （4） 結果：經(jīng)過調試修改使運行結果符合設計要求。電路接通后，電路處于復位狀態(tài)，當按下I0.0或I0.1按鈕，30s后Q0.2車道綠燈滅，黃燈亮再過10s黃燈滅紅燈亮，然后5s人行道紅燈滅綠燈亮，綠燈亮15s后閃爍5次,紅燈亮5s后車道紅燈

19、滅綠燈亮。通過調試，得實驗現(xiàn)象完全與要求一樣，故按鈕式人行道信號燈的PLC控制系統(tǒng)經(jīng)過不斷調試和修改符合設計要求。 交通燈正常工作時，調試結果圖如圖4.1所示。圖4.1調試結果第5章 結束語經(jīng)過兩個星期的課程設計，簡單掌握了PLC電氣設計的基本方法由與步驟，進一步鞏固了課堂所學知識，將理論與實踐相結合，用理論來進行實踐，用實踐來完善理論。為了對交通進行有效地管理，本課題介紹了一種全新的以交通燈為對象，通過可編程序控制器對其進行控制的智能化交通燈系統(tǒng)。設計中針對交通燈的控制方式、LED燈的顯示、倒計時功能等進行了軟、硬件的總體設計。通過設計，使交通燈具有可根據(jù)交通的不同狀況，人為選擇不同的工作狀態(tài)，兼帶有數(shù)碼顯示器實行顯示倒計時的功能。它