紅綠燈PLC畢業(yè)設(shè)計

緒論伴隨社會經(jīng)濟和都市交通的迅速發(fā)展，都市規(guī)模的不停擴大，交通日益繁忙，紅綠燈已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通最常見和最有效的手段。紅綠燈采用紅、黃、綠三種顏色構(gòu)成。綠燈是通行信號，面對綠燈車輛可以直行，左右轉(zhuǎn)彎；紅燈是嚴禁通行信號，面對紅燈車輛必須停止前進；黃燈是等待信號，面對黃燈車輛不能越過停車線，等待信號指示。都市紅綠燈一般采用可編程控制器，其中采用PLC程序控制的在實際使用中占有很大的比例。信號一般采用三種控制形式。第一種為老式紅綠燈，即在紅綠燈之間轉(zhuǎn)換，綠燈變紅燈時加黃燈來緩沖；第二種是在老式紅綠燈基礎(chǔ)上加上綠燈閃爍（如下簡稱綠閃）功能，即在綠燈將要結(jié)束之際加上閃爍，其目的是提醒車輛，并保留黃燈緩沖時間；第三種是數(shù)字顯示紅綠燈，這是目前大都市所用最多的紅綠燈，這種是在第二種紅綠燈基礎(chǔ)上加左右轉(zhuǎn)彎和倒計時顯示。此外人行道的紅綠燈對行人和車輛起到秩序化的放行和安全交通的交通設(shè)備。人行道上的紅綠燈也與馬路上的紅綠燈大同小異，設(shè)計措施也基本相似。第一章設(shè)計方案1.1設(shè)計基礎(chǔ)本次PLC編程措施均與以S7-200作為背景機。1.2方案選擇這次給的方案有三種，一種是老式紅綠燈，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；第二種是一般紅綠燈，就是在老式紅綠燈基礎(chǔ)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，這種紅綠燈是在一般紅綠燈基礎(chǔ)上加左右轉(zhuǎn)彎和倒計時顯示。下面就來簡介這三種紅綠燈：方案一老式紅綠燈十字路口每個方向各有一組紅綠燈，共四組。這種紅綠燈控制簡樸以便。不過缺陷是只適合小型都市或者沒有行人過馬路和馬路兩邊架設(shè)天橋的十字路口?，F(xiàn)今已經(jīng)無法滿足較大都市的交通需求，很輕易出現(xiàn)交通堵塞現(xiàn)象。當啟動PLC時，南北方向綠燈亮25s，同步東西方向紅燈亮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?yōu)榫G燈亮25s，然后綠燈閃爍3次（用時3s）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s，如此一直循環(huán)。如圖：老式紅綠燈平面示意圖方案二一般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樸實用以便，普遍運用在我們生活中。缺陷是此種紅綠燈不適合用在大型的交通樞紐上，由于它不能承受大流量的車輛通行。下面就來簡介這種紅綠燈的設(shè)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，同步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?yōu)榫G燈亮25s，人行道由綠燈變?yōu)榧t燈亮30s；然后綠燈閃爍3次（頻率1s/次）后轉(zhuǎn)為黃燈亮2s。如此一直循環(huán)。下面是示意圖：一般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(zhuǎn)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(xiàn)今大都市交通而設(shè)計的，車道上設(shè)計了左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)三組信號燈。它相對前兩種紅綠燈有了很大的變化，系統(tǒng)也復(fù)雜諸多。各組燈之間的關(guān)系也比較復(fù)雜；不過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。下面就來簡介這種紅綠燈：注：先對各個方向上的燈作序號，記向北左轉(zhuǎn)為1點方向、向北直行為2點方向以此順時針計數(shù)。最終向東左轉(zhuǎn)為12點方向。當啟動PLC時，系統(tǒng)得電。按下啟動按鈕，9、5點方向亮綠燈27s后變?yōu)辄S燈亮3s最終變?yōu)榧t燈亮90s；9、5變紅燈同步11、3變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最終變?yōu)榧t燈亮90s，11、3變?yōu)榧t燈同步2、6變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最終變?yōu)榧t燈亮90s，2、6變?yōu)榧t燈同步8、12變?yōu)榫G燈亮27s后變?yōu)辄S燈亮3s最終變?yōu)榧t燈亮90s。人行道上開始南北方向綠燈亮60s后變?yōu)榧t燈亮60s，東西方向紅燈亮60s后變?yōu)榫G燈亮60s。馬路東南西北右轉(zhuǎn)方向亮燈與南北人行道同樣。完畢一種周期后，循環(huán)。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：方案材料選擇長處缺陷方案比較方案一老式紅綠燈12盞220v50Hz指示燈，四桿四米燈架構(gòu)造簡樸，安裝以便，有基本功能只有基本馬路紅綠燈功能，不具實用性經(jīng)三種方案優(yōu)缺陷的對比（以麗水都市為例），選擇方案二比較適合，她合用目前的中小都市，控制構(gòu)造簡樸，功能相對齊全，從經(jīng)濟方面考慮也是相對節(jié)省的。方案二一般實用型紅綠燈28盞220v50Hz指示燈，四桿四米燈架，八桿兩米燈架控制簡樸實用，安裝以便，擁有馬路和人行道功能在某些大型都市或交通繁忙路段無法正常疏導(dǎo)交通方案三大型紅綠燈52盞220v50Hz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(tǒng)設(shè)計和構(gòu)造都很復(fù)雜，安裝線路繁多第二章紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計2.1PLC型號選用根據(jù)設(shè)計規(guī)定得出，只需要一種啟動按鈕SB1和一種停止按鈕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。為防止大材小用，秉承經(jīng)濟節(jié)省方針，我們應(yīng)盡量選擇最經(jīng)濟的方案。這次設(shè)計我們選用了S7-200CPU224型號PLC，外加CPU221作為外加的模塊。2.2硬件設(shè)備選用及I/O地址分派2.2.1硬件設(shè)備選用名稱型號及規(guī)定備注PLC主機S7-200CPU224可另加模塊主開關(guān)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<18w；可視距離>=500m,工作電壓AC220v±15%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S7-200CPU221外加PLC模塊2.2.2I/O地址分派序號功能外部元件內(nèi)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(shù)C20-C23計數(shù)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地址分派表2.2.2硬件電路接線（試驗用電路）PLC調(diào)試接線圖注：試驗選用的指示燈為工作電壓為24v50Hz。變壓器為方正EI行變壓器。進行模擬試驗時，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（試驗線路接線）實際電路接線圖2.2.4紅綠燈控制系統(tǒng)規(guī)定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嚴禁通行。B圖在A圖中馬路南北是綠燈通行的，通過一段時間馬路南北由綠燈變?yōu)辄S燈，而東西人行道上海是綠燈通行狀態(tài)，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?yōu)榧t燈嚴禁通行。而東西馬路和南北人行道紅燈變?yōu)榫G燈通行狀態(tài)。此時東西人行道就立即變?yōu)榧t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(tài)，現(xiàn)變?yōu)辄S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?jīng)]有變化。緊接D圖之后是A圖。ABCD四張圖紙依次循環(huán)構(gòu)成十字路口紅綠燈。2.3紅綠燈設(shè)計系統(tǒng)功能圖次序流程圖當按下啟動按鈕后，系統(tǒng)如圖所示的循環(huán)工作。2.4紅綠燈控制系統(tǒng)時序圖紅綠燈工作時都按系統(tǒng)控制規(guī)定的次序進行，如圖

時序圖當系統(tǒng)啟動時，其工作狀況如上時序圖。馬路東西紅燈亮30s，同步馬路南北綠燈亮25s，之后由3s的閃爍，緊接著為黃燈亮2s。馬路東西紅燈30s結(jié)束后綠燈接上，綠燈亮25s后變?yōu)辄S燈亮2s之后變?yōu)榧t燈，如此循環(huán)。系統(tǒng)啟動同步，人行道南北紅燈亮30s，東西綠燈亮25s之后閃爍3s在變?yōu)辄S燈亮2s。人行道東西綠燈亮25s后閃爍3s變?yōu)辄S燈亮2s在變?yōu)榧t燈亮30s又變?yōu)榫G燈如此循環(huán)。2.5紅綠燈PLC編程2.5.1程序闡明根據(jù)對紅綠燈的控制規(guī)定及PLC地址分派的定義，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闡明：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替代了I0.3到達自鎖使得MO.1在一直通電的狀態(tài)。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的自鎖程序到達切斷電源的效果。（1）當按下啟動開關(guān)后，如下接觸器得電：a．Q0.0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(huán)作用，就是在此程序運轉(zhuǎn)一種周期時，控制最終一種接觸器的計時器計時完畢，斷開T37使得T37重新計時，以到達循環(huán)效果。b．Q0.4得電，馬路東西綠燈亮。與之串連的是計數(shù)器C21（計數(shù)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。c．Q0.7接通人行道東西方向紅燈亮，Q0.7與Q0.0公用一種計時器，因此Q0.7的顯示時間與Q0.0同樣。d．Q1.0得電人行道南北方向綠燈亮，它的顯示與Q0.4相似。C22、T48、T49的功能葉相似。（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，同步它的常開觸點閉合，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(huán)工作。而這里加上計數(shù)器C21的3次計數(shù)到達綠燈閃爍功能。（3）通過3s后，C21計數(shù)完畢，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，到達紅綠燈循環(huán)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(fù)位C21。使得Q0.4重新開始工作，如此一直循環(huán)。（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。本次設(shè)計的紅綠燈系統(tǒng)工作狀況就向上面簡介的循環(huán)工作。2.5.2控制系統(tǒng)程序梯形圖見附錄12.5.3梯形圖對應(yīng)的語句表見附錄32.6PLC設(shè)備安裝這次選用的S7-200設(shè)計小巧便于安裝，可以運用安裝孔把模塊固定在控制柜的背板上；或者運用設(shè)備上的DIN夾子，把模塊固定在一種原則（DIN）的導(dǎo)軌上。在安裝時應(yīng)注意與熱源、高電壓和電子噪音隔開，S7-200設(shè)備設(shè)計時采用自然散熱方式，因此在安裝線路時要留足夠的空間。在擴展接口處也應(yīng)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(shè)備電源已經(jīng)斷開。（安裝詳情可參照西門子S7-200手冊）3.7試驗電路接線實物圖見附錄23.8程序調(diào)試程序調(diào)試在PLC模擬電路板上進行。先按硬件接線圖完畢實物的接線。接線時各個接口按圖對的接線，并且每個接口牢固。完畢此環(huán)節(jié)后再連接上傳播線。在做調(diào)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）。完畢后可進行通電試運行。PLC一上電電路應(yīng)無任何反應(yīng)，這時線路可進行下一步調(diào)試。這時電腦上可進行程序狀態(tài)監(jiān)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立即吸合，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背面的接觸器吸合。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背面的接觸器吸合。2s后Q0.5斷開，Q1.0背面的接觸器開始跳動3次后斷開。背面動作一直如此循環(huán)作業(yè)。在沒有按下SB2停止按鈕之前，電路一直循環(huán)作業(yè)。第三章匯報總結(jié)寫實訓(xùn)匯報是學(xué)機電一體化必不可少的程序，我體會了其中的艱苦，為寫著份匯報曾多次去實地取材，并做記錄。為把身邊最常見的紅綠燈原原本本的概述在匯報里是件很困難的事情，也為此提前一種星期就開始做準備。這次設(shè)計的紅綠燈合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(qū)作為參照）。此設(shè)計使用以便，從經(jīng)濟方面算成本也不高，適合在一般中小都市推廣。在設(shè)計時尚有人性化設(shè)計，使用時可根據(jù)當?shù)氐慕煌顟B(tài)調(diào)整紅綠燈的時間或在紅綠燈上面加計時器。為適應(yīng)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(yīng)時代變化。設(shè)計過程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至讓我想打退堂鼓。不過通過不停的完善，終于完畢了這次設(shè)計并寫完匯報，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理解。不過設(shè)計中存在許多局限性，這些局限性限制了更多的功能。通過這次紅綠燈設(shè)計業(yè)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協(xié)助，是他們讓我順利的完畢了這次設(shè)計?？傊痪湓?，過程了痛苦的，成果是欣慰的。我想這也許是我大二這學(xué)期最終一份匯報，它也將是我大學(xué)階段一種不錯的收獲，也為我未來的路作了一種很好的鋪墊。參照文獻：［１］廖常初．《可編程序控制器的編程措施與工程應(yīng)用》重慶大學(xué)出版社，．［２］廖常初．《PLC梯形圖程序的設(shè)計措施與技巧》電工技術(shù)，1998．［３］周少武等．《大型可編程序控制器系統(tǒng)設(shè)計》中國電力出版社，．［４］曹輝．《可編程序控制器系統(tǒng)原理及應(yīng)用》電子工業(yè)出版社，．［５］路林吉，江龍康等．《可編程序控制器原理及應(yīng)用》清華大學(xué)出版社，．［６］西門子企業(yè)．《SIMATICS7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊》，．6．［７］王仁詳．《常用低壓電器原理及控制技術(shù)》，北京：機械工業(yè)出版社，附錄1梯形圖附錄2試驗電路接線實物圖附錄3語句表LDI0.2=M0.0LDI0.3OM0.1AM0.0=M0.1LDM0.1ANT42TONT37,300LDT37AT53LPSANT55TONT54,5LPPAT54TONT54,5LDT55LDC23CTUC23,3LDT37TONT53,270LDT37ANC20AT38LPSAT40TONT39,5LPPAT39TONT40,5LDT37TONT38,250LDT39LDT42CTUC20,3LDC20TONT42,20LDM0.1ANC22TO