十字路口交通灯信号PLC控制系统设计与调试

目录摘要...............................................................................................................................11．课题背景.................................................................................................................22．选定方案.................................................................................................................32.1设计要求.........................................................................................................32.2选定方案........................................................................................................43方案设计....................................................................................................................53.1确定I/O点数量及PLC类型..........................................................................53.2I/O地址分配...................................................................................................53.3梯形图............................................................................................................63.4指令表...........................................................................................................154.结果分析..................................................................................................................184.1程序调试.......................................................................................................184.2难点分析......................................................................................................195.设计总结..................................................................................................................19参考文献资料.............................................................................................................211摘要这次以“多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统设计”为题目的课程设计方案基本满足控制要求，可以实现十字路口交通信号灯在控制。要求利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制，同时系统具有一定的智能性，对交通灯岸高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序按键控制选择模块，对时间段的判别而启用相关的程序，以达到设计要求。关键词：PLC;逻辑控制；定时器21．课题背景可编程序控制器（PLC）是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，在日常生活中得到了广泛的应用。PLC是一种数字式运算操作的电子系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC具有可靠性高，抗干扰能力强等优点，PLC的平均无故障运行时间（又称平均故障间隔时间MTBF）已经高达几十万小时。其次，PLC具有通用性强，使用方便的特点。由于PLC产品的系列化和模块化，PLC配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，可以组成能满足各种控制要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定PLC的硬件配置和I/O的外部接线。一个控制对象的硬件配置确定以后，可以通过修改用户程序，方便快速地适应工艺条件的变化。PLC还具有功能强，适应面广的特点，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、顺控等功能，还具有数值运算和数据处理等功能。因此，它既可对开关量进行控制，也可以对模拟量进行控制，既可控制一台生产机械、一条生产线，也可控制一个生产过程。PLC还具有通信联网的功能，可与上位计算机构成分布式控制系统。用户只需根据控制的规模和要求，适当选择PLC的型号和硬件配置，就可以组成所需的控制系统。随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是增加道路网。但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，不可能通过无限制地修建道路来满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。事实上，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，无论单独从车辆方面考虑还是从道路方面考虑，都很难从根本上解决道路拥挤的问题。道路交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。2．选定方案2.1设计要求系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。控制对象有八个：东西方向红灯两个,南北方向红灯两个，东西方向黄灯两个,南北方向黄灯两个，东西方向绿灯两个,南北方向绿灯两个，东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。图2-1交通灯示意图高峰时段按时序图二运行，正常时段按时序图三运行，晚上时段按提示警告方式运行，规律为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4S，暗0.6S的规律反复循环。高峰时段、正常时段及晚上时段的时序分配按时序图一运行。图2-2时序图一4图2-3时序图二图2-4时序图三2.2选定方案本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。高峰期的控制方案为：（1）南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。正常期的控制方案为：（1）南北方向左转弯灯和南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。晚间的控制方案为：5东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。3方案设计系统采用主程序按键控制模式转换的设计方案，通过主程序三个按键分别控制高峰、正常、夜间三种不同运行模式，进而根据对时间段的判断和分析来执行不同的任务步序。3.1确定I/O点数量及PLC类型分析PLC的输入和输出信号,在满足控制要求的前提下,要尽量减少占用PLC的I/O点。由系统控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。由PLC的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在交通灯布置图中，南北方向的三色灯共六盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭；可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依次设计。再加上东西方向左转的灯共16盏，所以其占8个输出点。选择PLC型号：CPU224DC，内部电源供电，继电器输出形式。3.2I/O地址分配表3-1I/O分配表输入输入继电器输入元件作用I0.0SB1高峰模式启动按钮I0.1SB2高峰模式停止按钮I0.2SB3正常模式启动按钮I0.3SB4正常模式停止按钮I0.4SB5夜间模式启动按钮I0.5SB6夜间模式停止按钮I0.6SB7总启动按钮I0.7SB8总停止按钮输出Q0.0KM1控制南北左转绿灯Q0.1KM2控制南北绿灯Q0.2KM3控制南北黄灯6Q0.3KM4控制东西红灯Q0.4KM5控制东西左转绿灯Q0.5KM6控制东西绿灯Q0.6KM7控制东西黄灯Q0.7KM8控制东西红灯图3-1I/O接线图3.3梯形图7891011121314153.4指令表1617184.结果分析4.1程序调试经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始19的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。4.2难点分析本次设计理想情况其实应该设计为智能交通灯显示，即利用s7-200元件内部时钟与外部时间比较来选通三种不同的运行模式，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量控制系统。由于所学知识及设备有限，无法对其路灯进行智能化控制，所以在编程时就没把智能控制这一块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算。5.设计总结PLC应用技术是一门实践性很强的专业课，可PLC编程控制器技术在当今社会发展异常迅速，各生产厂家也推出了许多强