基于plc交通灯设计课程设计.docx

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1、基于plc交通灯设计课程设计任务说明书 一、 限制要求： 1、系统限制示意图 由十字路口交通灯示意图可以知道，在南北和东西主干道上各有一盏红绿灯；在南北和东西人行道上各有一盏红灯和绿灯。2、限制要求 启动及停止按钮的限制，当按下启动按钮时，信号灯系统起先工作，并且周而复始的起先工作，当按下停止按钮时信号灯停止工作，且信号灯的状态回复到初始状态。 （1） 限制要求： 南北主干道 红灯亮30秒，绿灯亮30秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒 南北人行道 绿灯25秒，绿灯闪5秒，红灯亮35秒 东西主干道 绿灯亮25秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒，红灯亮35秒 东西人行道 红灯亮28秒，绿灯亮32秒，绿灯闪5秒 （

2、2） 正常循环限制方式 交通灯改变依次表（单循环周期65秒）： 南北向（列）主干道设有红灯30秒，绿灯30秒，绿灯闪3秒，黄灯2秒，东西向（行）设有绿灯亮25秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒，红灯亮35秒；当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依次点亮绿灯，绿灯闪和黄灯;反之，当东西向（行）主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪和黄灯亮。 （3） 急车强通限制方式 1） 急车强通信号受急车强通开关限制。无急车时，按正常循环时序限制，有急车来时，将急车强通开关接通，不管原来信号状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯点亮，绿灯亮30秒。随后按 2） 正常时序限制。3） 急车强通信号只能响应一路方向

3、的来车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后响应另一方。3、课题要求 1、 根据题意，做出系统时序图、流程图。2、 设计信号灯的I/O安排表，选出plc的型号。3、 画出plc的外部接线图。4、 写出限制的梯形图。5、 利用编程工具软件输入梯形图限制程序，完成调试。6、 完成电气工程图。7、 完成课程设计说明书。 书目 第一章 绪论 1 11 交通灯的发展 1 1.2 交通现状 1 1.3 plc在交通灯限制中的重要作用 1 其次章 交通灯系统设计 2 2.1 交通灯的限制要求： 2 2.2 交通灯的时序图 2 2.3 交通灯限制的流程图： 3 2.4 交通的的硬件设计 4 2.4.1

4、 plc的特点 4 2.4.2 plc的硬件的基本结构 4 2.4.3 plc的工作原理 5 2.4.4交通灯的I/O安排表 6 2.4.5 plc的选型 6 2.4.6 plc的端子接线图 6 2.5 交通灯的软件设计 7 2.5.1 交通灯的状态转移图 7 2.5.2 交通灯的状态梯形图： 9 2.5.3 交通灯的指令表 9 第三章 十字路口交通灯的调试 10 3.1 编程思想 10 3.2 交通灯限制的程序调试步骤 10 3.3 调试过程遇到的问题及解决的方法 10 心得体会 12 参考文献 13 Plc限制的交通灯原理图 14 附录 15 第一章 绪论 11 交通灯的发展 当今，红绿灯

5、在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“留意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1

6、918年，又出现了带限制的红绿灯和红外线红绿灯。带限制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过公路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。1.2 交通现状 随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。从我国目前各大城市的交通结构看,普遍存在常规公共交通系统发展不足,快速轨道交通系统发展滞后，自行车交通分担率过高，小汽车发展势头强劲的不协调现象。因

7、此,要精确相识各种交通工具各自的运用条件和服务范围,充分发挥各种交通方式的优点,使其合理分工,才能发挥整个交通系统的效率，所以采纳有效的方法限制交通灯是势在必行的。1.3 plc在交通灯限制中的重要作用 城市交通限制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯限制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系统中最重要的组成部分。解决好马路交通灯限制问题将是保障交通有序、平安、快捷运行的重要环节。但现在有的交通信号灯不能满意现在社会发展的须要，不能够依据实际交通状况进行调整限制。现今PLC在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程限制器的功能日益完善，加上小

8、型化、价格低、牢靠性高。在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯限制采纳的plc具有牢靠性高、维护便利、用法简洁、通用性强等特点。特殊是由plc实现的限制系统，普遍采纳依据继电器限制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，该方法简洁易学，plc在提高交通路口的通行实力方面发挥着巨大作用。 其次章 交通灯系统设计 2.1 交通灯的限制要求： 启动及停止按钮的限制，当按下启动按钮时，信号灯系统起先工作，并且周而复始的起先工作，当按下停止按钮时信号灯停止工作，且信号灯的状态回复到初始状态 （1）限制要求： 南北主干道 红灯亮30秒，绿灯亮30秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒 南北人行道 绿灯25秒，绿灯

9、闪5秒，红灯亮35秒 东西主干道 绿灯亮25秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒，红灯亮35秒 东西人行道 红灯亮28秒，绿灯亮32秒，绿灯闪5秒 （2）正常循环限制方式 交通灯改变依次表（单循环周期65秒）： 南北向（列）主干道设有红灯30秒，绿灯30秒，绿灯闪3秒，黄灯2秒，东西向（行）设有绿灯亮25秒，绿灯闪3秒，黄灯亮2秒，红灯亮35秒；当南北主干道红灯点亮时，东西主干道依次点亮绿灯，绿灯闪和黄灯;反之，当东西向（行）主干道红灯点亮时，南北主干道依次点亮绿灯，绿灯闪和黄灯亮。 （3）急车强通限制方式 1急车强通信号受急车强通开关限制。无急车时，按正常循环时序限制，有急车来时，将急车强通开关接通，

10、不管原来信号状态如何，一律强制让急车来车方向的绿灯点亮，绿灯亮30秒。随后按正常时序限制。2）急车强通信号只能响应一路方向的来车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后响应另一方。 2.2 交通灯的时序图 依据限制要求画出的交通灯的时序图如图2.2所示： 图2.2交通灯时序图 2.3 交通灯限制的流程图： 交通灯主干道的流程图如图2.3所示 图2.3交通灯主干道限制的流程图 交通的的人行道的限制流程图如图2.3.1所示： 图2.3.1 交通灯的人行道限制流程图 2.4 交通的的硬件设计 2.4.1 plc的特点 1、编程方法简洁易学，2、功能强，性价比高。3、硬件配套齐全，4、高的牢靠性

11、，5、系统的设计、安装、调试工作量少。6、修理工作量少，修理便利。7、体积小，能耗低. 2.4.2 plc的硬件的基本结构 Plc的硬件的基本结构如图2.4.2所示： 图2.4.2 plc的硬件的基本结构 2.4.3 plc的工作原理 Plc采纳循环扫描工作方式，它的一个扫描周期分为五个阶段：内部处理、通讯服务、输入刷新、程序执行、输出刷新。各阶段工作如下： 内部处理：为保证计算机正常工作，对它的硬件和软件进行检测。 通讯服务：plc内部与外部进行数据交换。输入刷新：plc以循环扫描工作方式按依次将全部输入端子的信号读入到输入印象寄存器当中，在一个扫描周期中，输入印象寄存器中的值只变更一次。程

12、序执行：对应用户程序存储器所存的指令，从输入印象寄存器和其他软件的印象寄存器中将有关软元件的通断状态读出，从0不起先依次运算，每次结果都写入有关的印象寄存器，所以各软元件（X除外）的印象寄存器的内容随着程序的执行在不断改变。输出刷新：全部指令执行完毕后，将输出Y的印象寄存器的通断状态向输出锁存寄存器传送，成为可编程限制器的实际输出。Plc的扫描工作过程如图2.4.3所示： 图2.4.3 plc的扫描工作过程 2.4.4交通灯的I/O安排表 十字路口交通灯的I/O安排表： 输入信号 输出信号 启动按钮 X00 南北主干道绿灯 y00 停止按钮 X02 南北主干道黄灯 y01 急行开关按钮 X04

13、 南北主干道红灯 y02 南北急行按钮 X05 南北人行道红灯 y03 东西急行按钮 X06 南北人行道绿灯 y04 东西主干道绿灯 y05 东西主干道黄灯 y06 东西主干道红灯 y07 东西人行道红灯 y10 东西人行道绿灯 y11 2.4.5 plc的选型 依据I/O安排表可以看出，该交通灯输入有5个点，输出有10个点，我考虑选择输入和输出各有16个点的plc。我们学过开关量输出接口电路有三种形式：继电器输出型、晶体管输出、可控硅输出。他们三种的区分是： 继电器输出可以是直流、沟通，负载较大，响应时间慢，约为10ms，最大负载可达80VA，电阻负载为2A，他是有触点的输出； 晶体管输出是

14、直流，负载小，响应时间约为0.2ms以下，无触点输出； 可控硅输出是沟通，负载小，响应时间为1ms以下，也称双向可控硅，无触点的输出。通过三个输出型号的比较，我选择继电器输出型。所以我选择的plc的最终型号是三菱-32MR-001继电器输出型。开关XO0和X02选择点触式开关，就是按下去闭合，松开断开。X04、X05、X06选择一般开关，按下去闭合，再按一次断开。2.4.6 plc的端子接线图 Plc的端子接线图如图2.4.6所示： 图 2.4.6 plc的端子接线图 2.5 交通灯的软件设计 用基本逻辑指令编写梯形图被广阔电气人员接受，但是对于一个困难的限制系统，尤其是依次限制程序，由于内部

15、的联锁、互动关系极其困难，其梯形图往往长达数百行，可读性降低。 近年来，很多新生产的PLC在在梯形图语言之外加上了符合IEC1131-3标准的SFC语言，用于编制困难的顺控程序。这种方法为调试、试运行带来很多便利。所以关于交通灯的限制程序我选择步进顺控指令来编写。 2.5.1 交通灯的状态转移图 交通灯的状态转移图如图2.5.1所示： 图2.5.1 交通灯的状态转移图 2.5.2 交通灯的状态梯形图： 交通灯的状态梯形图见附录1。 2.5.3 交通灯的指令表 交通灯指令表见附录2。 第三章 十字路口交通灯的调试 3.1 编程思想 本课程设计是用plc限制十字路口交通灯，plc简洁而且功能强大。

16、由于时间和所学的东西有限，所以选择的十字路口的交通灯比较简洁，主要包括正常循环和急车来的时候的转换。主要目的是训练自己的设计思路和方法。 3.2 交通灯限制的程序调试步骤 （1）画出交通灯改变的时序图,依据时序图画出流程图。（2）画出梯形图，写出指令表。（3）将指令表写入模拟软件进行调试。（4）对程序进行调试和修改，直到满意要求为止。3.3 调试过程遇到的问题及解决的方法 本次调试利用编程软件GX Developer和FX-TRN-BEG-C来进行。由于FX-TRN-BEG-C没有太多对应的灯。于是我用模拟软件上有的灯和我程序里的一一对应起来。对应状况如下表： 输入量 输出量 原程序的输入 模

17、拟对应的输入 原程序的输出 模拟对应的输出 X00 X20 Y0 Y2 X02 X21 Y1 Y0 X04 X24 Y2 Y1 X05 X25 取反 Y3 Y20 X06 X25 Y4 Y5 Y5 Y4 Y6 Y5 Y7 Y3 Y10 Y22 Y11 Y23 （1）起初将指令输入到软件里，按下启动按钮X0，南北和东西主干道上的灯Y02红灯和Y05流程等正常亮，时间也对，但是同时南北人行道的红灯Y03也亮了。我发觉在输入指令时将Y04绿灯写成了Y03红灯了，我抓紧改回来，这时正常循环的交通灯正确的。(2) 在执行S23这一状态时，原来是返回S22，结果我写成S21了，发觉错误我立马改正了。（3）

18、因为加入了急车强通的环节，所以我采纳的是选择结构，就是正常时候和急车来时二者只能选择其一。在每次急车来时，我首先按下X2，将全部的灯熄灭，按下X4进入急车强通环节,再按X5或者X6是选择南北或者东西方向上的急车,然后X0启动。当急车时间到后，自动跳转到起先的环节。虽然在正常循环和急车之间的转换不太合理，但是它能够初步实现这个功能，在软件调试和运行的时候没有出错，这一点值得欣慰。下图是plc模拟限制的界面。主要用到它的十盏灯。输出灯的具体符号在上表已做说明。这个模拟场景看上去不是很志向，但是我们可以清晰地看到十盏交通灯的动作改变，我认为达到这个目的就行了。 心得体会 参考文献 1钟肇新，范建东，

19、冯太合.可编程限制器原理及应用M.4版.广州：华南理工高校出版社，2008.2. 2何利民，尹全英.电气制图与读图M.2版.机械工业出版社，2003.1.1. Plc限制的交通灯原理图 附录 1 交通灯的梯形图： 2 交通灯限制的指令表 0 LD X002 47 AND T1 95 MPS 141 SET S27 186 OUT Y011 1 ZRST S0 S32 48 SET S23 96 AND T4 143 MPP 187 OUT T10 K300 6 RST M0 50 STL S23 97 ANI C1 144 AND T7 190 AND T10 7 LD X000 51 LD

20、S23 98 SET S24 145 AND C2 191 SET S0 8 ANI M0 52 OUT Y002 100 MPP 146 SET S29 193 STL S32 9 SET S0 53 OUT Y004 101 AND T4 148 STL S29 194 LD S32 11 STL S0 54 OUT Y005 102 AND C1 149 LD S29 195 OUT Y002 12 LD S0 55 OUT Y010 103 SET S26 150 OUT Y001 196 OUT Y005 13 SET M0 56 OUT T2 K5 105 STL S26 151

21、OUT Y003 197 OUT Y004 14 MPS 59 OUT C0 K3 106 LD S26 152 OUT Y007 198 OUT Y010 15 ANI X004 62 MPS 107 OUT Y000 153 OUT T8 K5 199 OUT T11 K300 16 SET S21 63 AND T2 108 OUT Y003 156 AND T8 202 AND T11 18 MPP 64 ANI C0 109 OUT Y007 157 SET S30 203 SET S0 19 AND X004 65 SET S22 110 OUT T5 K300 159 STL S

22、30 205 RET 20 MPS 67 MPP 113 AND T5 160 LD S30 21 AND X005 68 AND T2 114 SET S27 161 OUT Y001 22 SET S31 69 AND C0 116 STL S27 162 OUT Y003 24 MPP 70 SET S24 117 LD S27 163 OUT Y007 25 AND X006 72 STL S24 118 OUT Y003 164 OUT Y011 26 SET S32 73 LD S24 119 OUT Y007 165 OUT T9 K5 28 STL S21 74 OUT Y00

23、2 120 OUT T6 K5 168 OUT C3 K2 29 LD S21 75 OUT Y006 123 AND T6 171 MPS 30 OUT Y002 76 OUT Y011 124 SET S28 172 AND T9 31 OUT Y004 77 OUT T3 K5 126 STL S28 173 ANI C3 32 OUT Y005 80 AND T3 127 LD S28 174 SET S29 33 OUT Y010 81 SET S25 128 OUT Y000 176 MPP 34 OUT TO K250 83 STL S25 129 OUT Y003 177 AN

24、D T9 37 AND T0 84 LD S25 130 OUT Y007 178 AND C3 38 SET S22 85 OUT Y002 131 OUT Y011 179 SET S0 40 STL S22 86 OUT Y004 132 OUT T7 K5 181 STL S31 41 LD S22 87 OUT Y006 135 OUT C2 K3 182 LD S31 42 OUT Y002 88 OUT Y011 138 MPS 183 OUT Y000 43 OUT Y010 89 OUT T4 K5 139 AND T7 184 OUT Y003 44 OUT T1 K5 92 OUT C1 K2 140 ANI C2 185 OUT Y007