PLC交通灯课程设计交通信号灯控制系统.docx

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PLC交通灯课程设计交通信号灯控制系统

前言

随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。

人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如：

绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。

因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。

通过对十字路口交通灯控制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深了对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握。

同时也培养自身综合运用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，更使我们受到了PLC系统开发的综合训练，从而能够使我们进行PLC系统设计和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。

更重要的是：

通过对十字路口交通灯系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇于探索、实事求是、善于与他人合作的工作作风，这为我们将来的上岗实习做好了充分的准备。

目录

摘要5

第一章电气控制与可编程序控制器概述6

1.1电气控制6

1.1.1电气控制的定义6

1.1.2电气控制技术的发展概况6

1.2可编程控制器6

1.2.1可编程控制器的定义6

1.2.2可编程控制器的分类及特点6

1.2.3可编程控制器的应用7

1.3继电器控制系统与可编程序控制器控制系统7

1.3.1继电器控制系统7

1.3.2可编程序控制器控制系统8

1.3.3继电器控制系统与可编程序控制器控制系统比较8

1.3.4与继电器线路比较PLC优势8

第二章总体方案设计9

2.1课题的意义9

2.2S7-300及其编程软件介绍10

2.2.1S7-300功能模块10

2.3系统整体硬件电路11

2.3.1变量表和控制时序图11

第三章系统软件设计13

3.1主程序流程图13

3.2功能程序14

课程设计体会17

参考文献18

摘要

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人、车、路三者关系的和谐，已成为交通治理部分须要解决的主要问题之一。

城市交通节制系统是用于城市交通数据监测、交通讯号灯把持与交通劝导的盘算机综合治理体系，它是现代城市交通监控指挥体系中最主要的组成部分。

随着城市灵活车量的不断增添，很多大城市如北京、上海、南京等呈现了交通超负荷运行的情形，因此，自80年代后期，这些城市纷纭修建城市高速道路，在高速途径建设完成的初期，它们也曾有效地改良了交通状态。

然而，随着交通量的快速增加和缺少对高速道路的系统研讨和掌握，高速道路没有充足施展出预期的作用。

而城市高速道路在结构上的特色，也决议了城市高速途径的交通状态必定受高速道路与普通途径耦合处交通状态的制。

所以，如何采取适合的控制方式,最大限度应用好消耗巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地域的交通拥堵状况，越来越成为交通运输治理和城市计划部分正待解决的重要问题。

为此，进行了一定程度的研讨，本文就城乡交通灯模仿控制系统的电路原理、设计盘算和试验调试等问题来进行具体剖析讨论。

实现交通灯体系的节制方式很多，可以用尺度逻辑器件、可编程序把持器PLC、单片机等计划来实现。

其中用尺度逻辑器件来实现电路在很大水平上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而对单片机应用来进行系统的设计开发也不是很熟习。

因此，选择了用可编程的掌握器PLC来实现系统功效的设计，完本这次课设的标题。

要害字：

PLC交通灯程序报告设计

第一章电气控制与PLC概述

1.1电气控制

1.1.1电气控制的定义

电气控制是借助于各种电气元件的结构、特性对机械设备自动或远距离控制的一种方法。

电气设备是电气控制的控制原件或称它为执行原件，它包含强电和弱电。

1.1.2电气控制技术的发展概况

电气控制技术伴随着电机制造技术、数控技术和计算机应用技术同步发展起来。

从电力拖动的形式来看，在电动机应用的初期，曾采用过一台电动机驱动多台设备的成组拖动系统，后又经历了一台电动机驱动一台设备的单机拖动形式，伴随技术的进步，机械设备对电气控制的要求不断提高，现在在应用的电力拖动形式除有单机拖动形式以外，还广泛采用多台电动机驱动一台设备的电力拖动形式，这样即改进了控制性能，又优化了控制方法，提高生产效率。

经历了单开关等电器的手动控制、继电器与接触器的自动控制、可编程控制器的程序控制和数控制等阶段。

根据电力拖动形式的复杂程度和控制要求的不同，选择不同的控制方法。

1.2可编程序控制器

1.2.1可编程控制器的定义

可编程控制器简称PLC（ProgrammableController），它是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程，是一种简单易懂、操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

1.2.2可编程控制器的分类及特点

可分为一体结构化整体式PLC和模块式化的PLC。

编译方法简单易学、功能强，性能价格比高、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强、可靠性高，抗干扰能力强、系统的设计，安装，调试工作量少、维修工作量少，维修方便、体积小，能耗低等特点。

1.2.3可编程控制器的应用

目前PLC在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、水泥、石油、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。

1.3继电器控制系统与可编程序控制器控制系统

1.3.1继电器控制系统

继电器控制系统，其逻辑功能由传统的继电器来完成的，比如控制时间，就有相应的时间继电器。

继电器的动作一般与电磁有关。

1.3.2可编程序控制器控制系统

是通过可编程序控制器来完成的，其工作是由程序来控制的，列如梯形图（PHD）、语句表、功能图等来实现控制的。

1.3.3继电器控制系统与可编程序控制器控制系统比较

1、控制方式

继电器的控制是采用硬件接线实现的，是利用继电器机械触点的串联或并联极延迟继电器的滞后动作等组合形成控制逻辑，只能完成既定的逻辑控制。

PLC采用存储逻辑，其控制逻辑是以程序方式存储在内存中，要改变控制逻辑，只需要改变程序即可，称软接线。

2、控制速度

继电器控制逻辑是依靠触点的机械动作实现控制，工作频率低，毫秒级，机械触点有抖动现象。

PLC是由程序控制半导体电路来实现控制，速度快，微秒级，严格同步，无抖动。

3、延迟时间

继电器控制系统是靠时间继电器的滞后动作实现延迟控制，而时间继电器定时精度不高，受环境影响大，调整时间困难。

1.3.4与继电器线路比较PLC优势

1、功能强，性能价格比高  

一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。

与相同功能的继电器相比，具有很高的性能价格比。

可编程序控制器可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。

2、硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强  

可编程序控制器产品已经标准化，系列化，模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用。

用户能灵活方便的进行系统配置，组成不同的功能、不规模的系统。

可编程序控制器的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。

PLC有很强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和交流接触器。

3、可靠性高，抗干扰能力强  

传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。

由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。

PLC采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，平均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。

4、系统的设计、安装、调试工作量少  

PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。

PLC的梯形图程序一般采用顺序控制设计方法。

这种编程方法很有规律，很容易掌握。

对于复杂的控制系统，梯形图的设计时间比设计继电器系统电路图的时间要少得多。

PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC上的发光二极管可观察输出信号的状态。

完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少的得多。

第二章总体方案设计

2.1课题的意义

首先，消化与巩固《电气控制与可编程序控制器》课程所学知识，理论联系实际，学会用理论知识解决实际问题，进一步培养设计能力，初步掌握设计的一般步骤与方法。

其次，随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。

人，车，路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。

城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分。

最后，我们要把我们所学的知识用于实践生活中，理论联系实践，同时也让我们锻炼我们的动手能力，对于我们来说意义深远。

我们应该要时刻关注我们身边的事物，要学会重生活中学习，然后通过自己想、思、设计、制作，让我们所学知识的完全融入生活中。

2.2S7-300及其编程软件介绍

S7-300为节省空间的模块化结构设计，它可以适配现有的各种机械控制任务，不需要考虑槽位规则。

S7-300PLC是模拟式中小型PLC，电源、CPU和其他模块都是独立的，可以通过U形总线把电源（PS）、CPU和其他模块紧密固定在西门子S7-300的标准轨道上。

每个模块都有一个总线连接器，后者插在各模块的背后。

电源模块总是安装在机架的最左边，CPU模块紧靠电源模块。

CPU的右边是可以选择的IM接口模块，如果只用主架导轨而没有使用扩展支架可以不选择IM接口模块。

S7编程软件组态主架导轨硬件时，电源，CPU和IM分别放在导轨的1号槽、2号槽和3号槽上。

一条导轨共有11个槽号：

1号槽至11号槽，其中4号槽至11号槽可以随意放置除电源、CPU和IM以外的其他模块。

如：

DI（数字量输入）、DO（数字量输出）、AI（模拟量输入）、AO（模拟量输出）、FM（功能模块）和CP（通信模块）等。

图2.2S7-300基本结构

2.2.1S7-300功能模块

PS307是专门用于S7-300的24V直流电源，选择型号为6ES7300-1BA00-0AA0电源为2A的电源模块。

S7-300有20种不同型号的CPU,以适应不同等级的控制系统。

有的CPU上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFIBUS-DP通信接口，有的CPU上集成有PTP接口等。

为了方便这里选择紧凑型CPU，并带有集成功能I/O口的CPU312C。

型号为：

6ES7312-5BE03-0AB0。

信号模块使不同的过程信号电平和S7-300的内部信号相匹配，主要有数字量输入模块SM321,数字量输模块出SM322，模拟量输入模块SM331，模拟量输出模块SM332。

由于本次设计有2个数字量输入和12数字量个输出，无模拟量，故选择数字量输入模块SM321,数字量输模块出SM322。

2.3系统整体硬件电路

图2.3硬件组态图

2.3.2变量表和控制时序图

表2.3.2变量表

图2.3.3时序图

第三章系统软件设计

3.1主程序流程图

图3.1功能流程图

本次设计中使用的定时器均为扩展脉冲定时器（SE）,通过T1～T6建立0S～80S的时间轴，分别在相应的控制时间（45S、48S、50S、75S、78S、80S）动作达到控制要求。

3.2功能子程序

课程设计体会

和学别的学科一样，在学完PLC理论课程及实验后我们做了课程设计，此次设计以分组的方式行，每组有一个题目。

我们做的是交通灯的控制。

由于平时大家都是学理论及简单仿真—电机启停正反转，没有过多实际开发设计的经验，首先拿到这题目时根本不知道怎么入手，感觉这个题目很复杂，不知道怎么设计，怎么制作，拿到的时候都不知道怎么做梯形图及时序图。

但通过各方面的查资料并学习。

我们基本学会了PLC设计的步聚和基本方法。

分组工作的方式给了我与同学合作的机会，提高了与人合作的意识与能力。

通过这次设计实践。

我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到PLC中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对PLC的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

通过合作，我们的合作意识得到加强。

合作能力得到提高。

上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别的同学请教。

在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积向同学说明自己的想法。

能过比较选出最好的方案。

在这过程也提高了我们的表达能力。

在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。

在学习的过程中，不是每一个问题都自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学者殆。

做事要学思结合。

参考文献

【1】孙平.电气控制与PLC[M].北京：

高等教育出版社,2009.

【2】杨丽君.可编程控制器简明教程[M].北京：

清华大学出版社,2010.

【3】 余雷声. 可编程控制器入门与应用实例[M]. 北京：

中国电力出版社,2005. 

【4】姜新桥. 电气控制与PLC应用[M].北京：

机械工业出版社,2000. 

【5】廖常初.S7-300/S7-400PLC应用技术.西安：

西安电子科技大学出版社,2005.

【6】张兴国.可编程控制技术及应用.北京：

中国电力出版社，2006.