PLC课程设计-十字路口交通灯控制系统PLC程序及组态设计.doc

题目：十字路口交通灯控制系统PLC程序及组态设计
一、课程的性质与任务
电气控制与PLC课程设计是自动化专业一个重要的实践性教学环节。本设计课题与自动化专业密切相关，通过设计同学可全面运用所学专业知识，进一步提高自己的实践动手能力和解决实际问题的能力。通过课程设计达到以下要求：
1. 熟悉十字路口交通灯系统控制要求、收集技术资料，了解PLC和组态软件在控制系统中的应用、发展及未来趋势。
2、进一步熟悉西门子PLC的特点、性能和编程方法；通过PLC实现交通灯的自动控制。
4、掌握控制系统的硬件和程序设计方法、调试及运行步骤。
5、了解组态软件的基本结构、特点和设计方法；锻炼运用组态软件编程的能力。
二、课程教学的基本要求
1、论证设计方案并写出基本设计框图及步骤。
2、绘制硬件设计原理图及电路图。
3、设计出完整的程序框图和程序清单。
4、说明硬软件的调试过程和调试方法及设计者的心得体会
5、1月18日提交电子和打印文档，包括文字、图、程序等，2500字左右。
三、主要参考资料 ：
[1] PLC编程及应用（第三版），廖常初，机械工业出版社，2007。
[2] 组态王组态软件使用手册。
[3] 工控组态软件与PLC应用技术，吴天明，北航出版社，2007。
完成期限：自 2011年 1 月 7 日至 2011 年 1 月 18 日
指导教师： 教研室主任：
学院院长： 2011 年 1 月 10
目 录

摘要…………………………………………………………………4
一、课程设计的目的与要求………………………………………4
二、设计正文………………………………………………………4
1 控制系统分析……………………………………………………4
1.1 工艺过程和控制要求…………………………………………4
1.2 方案论证……………………………………………………5
2 系统设计…………………………………………………………5
2.1 硬件设计……………………………………………………6
2.2 程序设计……………………………………………………7
2.3 组态设计……………………………………………………10
3 系统调试…………………………………………………………11
三、课程设计总结或结论…………………………………………12
参考文献……………………………………………………………12

十字路口交通灯控制系统PLC程序及组态设计
摘要：本设计是对可编程控制器在控制中应用的探索，采用了西门子的可编程控制器plc200实现的十字路口交通灯控制，采用北京亚控公司的组态王进行上位机监视，系统具有精确度高，反应灵敏，程序编程方便，时间参数容易修改等特点。使用plc可编程控制器实现系统的控制具有设计周期短，安全抗干扰，难度系数低，系统精确等优点。
关键词：可编程控制器；组态王；交通控制系统
一﹑课程设计的目的与要求
通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法。培养和锻炼应用PLC的能力。为今后实际应用和设计PLC系统打下良好的基础。
要求了解PLC控制系统设计的全过程，熟悉PLC系统设计的相关内容，掌握系统的方法和步骤。主要包括：系统工艺过程和控制要求；系统分析和方案论证、系统功能图；硬件设计、程序设计；系统的调试步骤和方法。完成一个小型系统上位机和下位机的设计。
二、设计正文
1 控制系统分析
1.1控制要求和工艺过程
路口东西方向绿灯显示（南北方向亮红灯）20秒后，绿灯以占空比为50％的一秒周期（0.5秒脉冲宽度）闪烁3次（南北方向亮红灯），然后变为黄灯亮2秒（南北方向红灯亮）；然后南北方向绿灯显示（南北方向亮红灯）25秒后，绿灯以占空比为50％的一秒周期（0.5秒脉冲宽度）闪烁3次（东西方向亮红灯），然后变为黄灯亮2秒（东西方向红灯亮）；如此循环工作。
十字路口交通灯示意图
十字路口交通灯时序图
1.2方案论证
随着工业自动化水平的不断提高，在自动控制技术扮演重要较色的两个器件单片机与PLC越来越受到工程设计人员的重视，PLC与单片机在本质上是一样的，它们的发展都是基于微处理器的技术，在实质上都是计算机。PLC是建立在单片机上的一种产品，因为很多PLC内部就是用单片机。实际上，PLC内部的单片机芯片都是工业级的，其他的器件也经过了标准化处理，所以PLC的稳定性和抗干扰性远远优于普通民用级的单片机，但是成本与价格也相应翻了不止几十倍。
单片机系统体积小，价格低，适用于大批量重复生产的民用消费品，特别是仪器仪表以及小型的控制系统。对于单项工程如工业控制系统或者重复度较小的项目，采用PLC设计能够使设计周期比较短，设计更快捷更方便。在单片机系统与PLC系统都能满足系统要求时若控制系统对安全抗干扰性有较高要求时宜采用PLC设计方案。
我们本次的设计采用的是PLC，原因首先是我们所学课程的课程设计要求，其次是采用单片机进行设计会增加设计的周期以及设计的难度，而采用PLC进行设计可以缩短设计周期降低设计难度，而且十字路口交通灯控制系统对安全性能抗干扰性要求较高，所以本次设计处理器采用西门子PLC200。
PLC是专为工业生产自动化控制设计的，可以直接应用于任何无保护措施的工业环境。随着工业现代化的进一步发展，PLC会有更好的发展产品的品种也将更丰富，规格更齐全，通过完美的人机界面，先进的通信设备，成熟的现场总线通信能力会更好的适应各种工业控制的场合的需求。
2 系统设计
2.1 硬件设计
2.1.1 PLC外围硬件电路（如图1所示）
Km1
COM
DC24V
L+
N+
N-
···

2L
···

Q0.1
1L
Q0.0
L+
···

···

M
2M
···
···

I0.1
I0.0
1MMM
CPU226

Km2

停止
启动

图1
2.1.2十字路口交通灯控制的实验面板图
图2
设计电路连接中控制启动停止按钮接到了I0.0和I0.1上。PLC外围接线M接到1M以及2M是为了使能输入接口，同样1L接到2L再接到L+上是为了使能输出接口，PLC外部电源已经接好，只需要控制电源开关就可以控制PLC的电源，其中PLC外部电源可以接直流24V也可以接交流的220V。输出控制接到了十字路口交通灯上，具体见下表1
南北红灯
Q0.0
南北黄灯
Q0.1
南北绿灯
Q0.2
南北通行指示灯
Q0.7
东西红灯
Q0.3
东西黄灯
Q0.4
东西绿灯
Q0.5
东西通行指示灯
Q0.6
表1
2.2程序设计
2.2.1 程序流程图

南北红灯20s
东西绿灯20s

启动

南北红灯3s
东西绿灯闪烁3s

南北红灯2s
东西黄灯2s

南北绿灯20s
东西红灯20s

东西红灯3s
南北绿灯闪烁3s

东西红灯2s
南北黄灯2s

停止？

否

结束
是

2.2.2 程序梯形图

十字路口交通灯控制系统程序是在西门子专用编程软件Step7 Microwin4.0下编写的，采用梯形图的形式，plc编程语言有多种如语句表，梯形图，功能块图，顺序功能图。其中梯形图是编程最常用的，特点是比较简单容易掌握。
程序中主要用到的是定时器控制红绿黄灯的亮灭时间，中间通过输出继电器以及辅助继电器进行连接，通过两个计数器来判断绿灯闪烁的次数，一次进行下一步的命令执行。启动系统之后，首先是南北红灯亮东西绿灯亮东西方向通行，20s之后东西绿灯闪烁3次共3s然后东西黄灯亮2s，这5s内南北红灯一直亮着。此后南北绿灯变亮东西红灯亮共20s南北通行，然后南北绿灯闪烁3次共3s，南北黄灯亮2s，南北红灯东西绿灯再亮完成一个循环，如此循环往复下去。
2.3组态设计
组态设计是采用北京亚控公司的组态王6.5完成的，一共设计了两个画面。一个是主画面，一个副画面。主画面中显示副画面以及退出系统的设置，副画面是模拟真实的交通十字路口，通过上位机进行模拟监控以动画的显示比较美观。主画面如下图3所示，副画面如下图4所示

图3

图4
3 系统调试
系统调试的主要难点在于plc程序的调试，调试过程中采用了plc的专用的仿真软件，可以模拟真实plc的输入输出口高低电平变化，大大降低了程序调试难度。
硬件调试：接通电源，检查plc能不能正常的工作，可以用最简单的启动保持电路来进行检测。观察发光二极管能不能正常发光并检查接头是否接触良好。
软件调试：将写好的plc程序下载到实验台plc中，连接所有外围线路测试控制系统能不能正常运行，如过某个环节不能正常工作，则逐个解决。
运行调试：软件调试完成之后，启动组态王将plc与组态王进行连接，进行运行调试，观察plc能不能与组态王进行良好的通信。
通过以上调试证明该控制系统能够满足控制要求。
调试过程中当然也遇到了一些问题，如软件调试时，绿灯的3次闪烁，亮灭时间是通过接通延时定时器控制的，三次闪烁结束也是通过定时器控制的，但是控制接通关断定时器指令比较麻烦，容易出错。所以采用两个计数器计算闪烁的次数，当闪烁三次之后执行其他指令。
三、课程设计总结或结论
通过本次课程设计我深深认识到理论联系实践的重要性，将课上学习的理论知识与具体的课题项目结合起来很好的加强了我们对所学知识的掌握程度。同时更加强了我们的动手能力，使我们懂得了怎么样更好的将所学知识合理运用于实践当中，更让我们懂得了如何解决在实践当中遇到的问题。
在进行本设计之时我们还不会使用组态王，于是我们自己查资料看手册，解决了一个又一个难题，在这个过程中我们带着问题去寻找答案，学习的效率更高，懂得了那些知识是重要的，那些是不重要的，这些重要的知识也掌握的更牢固。今后工作过程中我们也会遇到我们没学到的知识，我们要加强自己自学的能力这对我们今后的工作很重要。在设计的过程中我也遇到很多问题，也试图通过各种不同的方法去解决，找到能够解决问题方法的过程是十分枯燥的，可能要花很多时间但是我坚持住了。这培养了我们的意志力和耐性，只要坚持到底就能取得成功。
四、参考文献
[1] PLC编程及应用（第三版），廖常初，机械工业出版社，2007。
[2] 组态王组态软件使用手册。
[3] 工控组态软件与PLC应用技术，吴天明，北航出版社，2007。
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