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編號 1151401101 課 程 設(shè) 計 2011 級本科 題 目 十字路口交通燈控制 系 部 院 物 理 與 機 電 工 程 學 院 專 業(yè) 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 作者姓名 安 康 指導教師 張靜 職稱 副教授 完成日期 2014 年 6 月 30 日 二 一 四 年 六 月 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書 作 者 姓 名 安 康 學 院 專 業(yè) 年 級 物 電 學 院 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè) 11 級 1 班 指 導 教 師 姓 名 職 稱 張 靜 副 教 授 任 務(wù) 下 達 日 期 2014 年 6 月 10 日 設(shè) 計 題 目 十字路口交通燈控制 1 設(shè)計題目 十子路口交通燈控制 2 設(shè)計要求 信號燈受啟動開關(guān)控制 當啟動開關(guān)接通時 信號燈系統(tǒng)開始工作 先南 北紅燈亮 東 西綠燈亮 當啟動開關(guān)斷開時 所有信號燈都熄滅 1 南 北綠燈和東 西綠燈不能同時亮 如果同時亮則應關(guān)閉信號燈系統(tǒng) 并立刻報警 2 南 北紅燈亮維持 25s 在南 北紅燈亮的同時東 西綠燈也亮 到 20s 時 東 西綠 燈閃亮 閃亮 3s 后熄滅 在東西綠燈熄滅時 東 西黃燈亮 到 2s 時 東 西黃燈熄滅 東 西紅燈亮 同時 南 北紅燈熄滅 綠燈亮 3 東 西紅燈亮維持 25s 南 北綠燈亮 20s 然后閃亮 3s 后熄滅 南 北黃燈亮 維 持 2s 后熄滅 南 北紅燈亮 東 西綠燈亮 4 上述動作循環(huán)進行 北 西 東 南 交通燈示意圖 3 設(shè)計任務(wù) 1 完成控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 主要包括 電氣元件的選擇 電氣原理圖設(shè)計 可編程控制器輸入輸出接線圖設(shè)計及控制面板設(shè)計等 2 完成控制梯形圖的軟件設(shè)計 主要包括 控制程序流程圖設(shè)計 梯形圖程序 設(shè)計及仿真調(diào)試 3 完成課程設(shè)計說明書的撰寫 主要包括 封面 目錄 設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計總 體思路 硬件設(shè)計 軟件設(shè)計 總結(jié)體會 參考文獻等 4 設(shè)計進度及安排 第一周星期一 下達設(shè)計任務(wù)書 了解控制系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)知識 星期二 星期四 查閱文獻資料 確定控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案 完成控 制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 星期五至第二周星期二 完成控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計及調(diào)試 星期三 星期四 撰寫課程設(shè)計說明書 指導教師簽字 目錄 第 1 章 設(shè)計目的 1 第 2 章 設(shè)計任務(wù) 1 2 1 設(shè)計思想 1 2 2 總體方案設(shè)計 1 2 3 整體工作流程 2 2 4 十字路口交通燈時序圖 3 第 3 章 硬件設(shè)計 4 3 1 硬件選擇 4 3 2 PLC 的 I O 分配表 5 3 3 PLC 的硬件接線圖 5 3 4 順序功能圖 6 第 4 章 軟件設(shè)計 7 4 1 十字路口交通信號燈梯形圖 7 4 2 指令表 11 第 5 章 控制系統(tǒng)仿真 12 第 6 章 設(shè)計總結(jié) 15 參考文獻 16 1 第 1 章 設(shè)計目的 1 通過對十字路口交通燈控制裝制的設(shè)計實踐 了解一般電氣控制系統(tǒng)的 設(shè)計過程 設(shè)計要求 應完成的工作內(nèi)容和設(shè)計方法 2 通過設(shè)計進一步鞏固以往所學的知識 達到靈活運用的目的 提高編寫 調(diào)試程序語言的能力 3 加強自己的實踐能力 增強分析問題和解決問題的能力 了解電氣控制 和可編程控制技術(shù)的應用的前景 第 2 章 設(shè)計任務(wù) 2 1 設(shè)計思想 本文采用順序控制設(shè)計法 該方法是根據(jù)功能流程圖 以步為核心 從起 始步開始一步一步的設(shè)計下去 直到完成 此法的關(guān)鍵時畫出功能流程圖 首 先將被控制對象的工作狀態(tài)按輸出當狀態(tài)的變化分成若干步 并指出工步之間 的轉(zhuǎn)化條件和每個工步的控制對象 這種流程圖集中了工作的全部信息 在設(shè)計過程中 考慮到安全因素 我們加入報警系統(tǒng) 即出現(xiàn)東西 南北 同時綠燈或者同時黃燈或者同時紅燈時 報警燈亮 工作人員斷開啟動按鈕 進行維修和調(diào)試 經(jīng)過分析 十字路口交通燈在工作過程的一個周期過程中 將會出現(xiàn)以下 6 種狀態(tài) 1 南北紅燈亮 東西綠燈持續(xù)亮 2 南北紅燈亮 東西綠燈閃爍 3 南北紅燈亮 東西黃燈亮 4 南北綠燈亮 東西紅燈亮 5 南北綠燈閃爍 東西紅燈亮 6 南北黃燈亮 東西紅燈亮 另外 若出現(xiàn)同色燈同時亮的情況 報警燈亮南北 東西方向分別表示南 北 東西方向有車輛通行 2 2 總體方案設(shè)計 交通信號燈由紅燈 綠燈 黃燈組成 紅燈表示禁止通行 綠燈表示準許 通行 黃燈表示警示 南北和東西每個方向各有紅 綠 黃三種信號燈 交通 燈控制示意圖如圖 1 所示 2 圖 1 交通燈控制示意圖 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下 結(jié)合西門子 S7 200 系列可編程控制器的特性 選擇適合的型號 設(shè)計思想分析如下 給一個啟動的輸入信號 要配合一個按 鈕 當啟動按鈕動作 系統(tǒng)工作 南北向紅燈亮 25s 東西向綠燈也亮 20s 后 東西向綠燈閃爍 3s 然后熄滅同時東西甲燈滅 在綠燈熄滅的同時 東西向黃 燈亮 2s 然后熄滅 在該燈熄滅的同時 東西向紅燈亮 25s 同時南北向綠燈亮 20s 后南北向綠燈閃爍 3s 然后熄滅 在綠燈熄滅 南北向黃燈亮 2s 然后 南北向紅燈亮開始第二個循環(huán) 以后周而復始地循環(huán)動作 非正?？刂茣r即出現(xiàn)東西 南北同時綠燈或者同時黃燈或者同時紅燈時 報警燈亮 工作人員斷開啟動按鈕 進行維修和調(diào)試 2 3 整體工作流程 3 2 4 十字路口交通燈時序圖 東 西 車 燈 甲 Q0 7東 西 黃 燈 4起 動 I東 西 綠 燈 5東 西 紅 燈 3南 北 綠 燈 2南 北 黃 燈 Q0 1南 北 車 燈 乙 6南 北 紅 燈 4 第 3 章 硬件設(shè)計 3 1 硬件選擇 硬件選硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計了解各個對象的控制要求 分析對象的控制要求 確定 輸入 輸出 I O 接口的數(shù)量 確定所控制參數(shù)的精度及類型 如對開關(guān)量 模擬量 的控制 用戶存儲器的存儲容量等 選擇合適的 PLC 機型及外設(shè) 完成 PLC 的硬件 結(jié)構(gòu)配置 根據(jù)上述選型及工作要求 繪制 PLC 控制交通燈的電路接線圖 編制 I O 接 口功能表 根據(jù)信號控制要求 I O 分配及其接線 所謂輸入 輸出接口電路是 PLC 與被控對象間傳遞輸入輸出信號的接口部件 各輸入輸出點的通斷態(tài)用發(fā) 光二極管 LED 顯示 外部接線一般接在 PLC 的接線端子上 本設(shè)計采用 PLC 來實現(xiàn)對十字路口交通信號燈的控制 其控制方法是選用 S7 200 CPU224 基本單元 14 入 10 出 對東西南北的紅 黃 綠燈實現(xiàn)有規(guī) 律的循環(huán)閃亮 以達到對交通信號燈的控制 控制過程中采用順序控制法用多 個定時器自動實現(xiàn)對六個控制對象的控制 根據(jù)交通信號燈的亮滅規(guī)律 可用 PLC 編程對其實行自動控制 5 3 2 PLC 的 I O 分配表 端口 I0 0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號 端口 Q0 0 接南北紅燈 端口 Q0 1 接南北黃燈 端口 Q0 2 接南北綠燈 端口 Q0 3 接東西紅燈 端口 Q0 4 接東西 黃燈 端口 Q0 5 接東西綠燈 3 3 PLC 的硬件接線圖 輸入信號 輸出信號 文字符 號 說明 文字符 號 說明 I0 0 啟動開關(guān) SB1 Q0 0 南北向紅燈 Q0 1 南北向黃燈 Q0 2 南北向綠燈 Q0 3 東西向紅燈 Q0 4 東西向黃燈 Q0 5 東西向綠燈 6 7 3 4 順序功能圖 南北紅燈亮 東西綠燈閃 南北紅燈亮 東西綠燈亮 南北紅燈亮 東西黃燈亮 東西紅燈亮 南北綠燈亮 東西紅燈亮 南北綠燈閃 東西紅燈亮 南北黃燈亮 原始狀態(tài) S0 0 S0 1 S0 5 S0 2 S0 3 S0 4 南北綠燈亮 東西綠燈亮 報警并使 I0 0 失電 I0 0 T0 T1 T2 T3 T4 T5 圖 3 1 交通燈順序功能圖 根據(jù)第二章交通燈的控制要求可以畫出順序功能圖 設(shè)啟動按鈕用 I0 0 表示 6 個工作狀態(tài)分別用順序控制繼電器位 S0 0 S0 1 S0 2 S0 3 S0 4 S0 5 表示 分別用 T0 T1 T2 T3 T4 T5 表示定時器 8 當 I0 0 啟動按鈕得電時 將激活 S0 0 進入第一步狀態(tài) 在該狀態(tài)南北紅燈 亮 東西綠燈亮 同時啟動定時器 T1 T1 定時時間到時 轉(zhuǎn)換條件滿足 結(jié)束 S0 0 激活 S0 1 進入下一個工作狀態(tài) 在該狀態(tài)南北紅燈亮 東西綠燈閃 同時啟動定時器 T2 T2 定時時間到時 轉(zhuǎn)換條件滿足 結(jié)束 S0 1 激活 S0 2 進入下一個工作狀態(tài) 在 該狀態(tài)南北紅燈亮 東西黃燈亮 依次激活 S0 3 S0 4 S0 5 當定時器 T6 時間到 時再次激活 S0 0 不斷循環(huán)執(zhí)行 順序功能圖如圖 3 1 所示 第 4 章 軟件設(shè)計 4 1 十字路口交通信號燈梯形圖 9 10 11 12 4 2 指令表 13 第 5 章 控制系統(tǒng)仿真 1 南北紅燈亮 東西綠燈亮 14 2 20 秒后南北紅燈亮 東西綠燈閃爍 3 秒 3 南北紅燈亮 東西黃燈亮 4 東西紅燈亮 南北綠燈亮 15 5 東西紅燈亮南北綠燈閃 6 東西紅燈亮 南北黃燈亮 南北紅燈亮 東西綠燈亮周而復始的進行下去 16 第 6 章 設(shè)計總結(jié) 經(jīng)過艱苦的努力 這項設(shè)計工作終于完成了 這次的設(shè)計使我收獲頗豐 不僅僅是專業(yè)知識上的又一次深化 整個的設(shè)計過程也給了我很多以前沒有過 的心得和體會 經(jīng)過本次課程設(shè)計 讓我更加深刻的學習和鞏固了電氣控制及 PLC 這門課程 不僅從理論上掌握了課堂上沒有學懂的知識 還從實踐中拓寬 了我的知識面 讓我對我們專業(yè)的知識有了更加全面的認識 更加清晰的認識 到我們專業(yè)知識的實用性是如此的強 可以通過平時學的知識自己設(shè)計很多有 意思的電子產(chǎn)品 不僅能培養(yǎng)我們的興趣愛好 更對我們今后的發(fā)展起到至關(guān) 重要的作用 在設(shè)計過程中總感覺在書本上掌握很熟練的東西 實際運用時卻 又要翻看課本 因此要多多實踐 進一步對器件的功能進行更加靈活的掌握 在做一項設(shè)計時要有一種平和的心態(tài) 做設(shè)計本來就是一件細致并且耗時的工 作 設(shè)計過程中很容易出現(xiàn)自己沒有想到的情況 這些都是很正常的 不要因 為一點小挫折就失去耐心 我們要做的就是以平和的心態(tài)通過動手和思考來解 決所遇到的問題 此外通過這次設(shè)計還提高了我獨立工作的能力 以前有不懂 的地方總是依賴書本和網(wǎng)絡(luò) 當自己獨立設(shè)計一個東西的時候就會發(fā)現(xiàn)單純的 靠網(wǎng)絡(luò)和課本是根本行不通的 必須有自己的設(shè)計 將自己的智慧融入其中 資料查詢 程序設(shè)計 調(diào)試修改這些都需要自己來完成 這使得我能站到一個 總體的層面來通盤考慮整個設(shè)計問題 然后再進行細節(jié)的設(shè)計和修改 可以說 為以后的工作和生活都提供了借鑒經(jīng)驗 在這次課程設(shè)計中遇到了很多問題 也獲得了很多意想不到的知識 在每 次突破一個問題后都有種久違的滿足感 甚至對每發(fā)現(xiàn)一個問題都有種莫名的 興奮 雖然這次的課程設(shè)計整整花了我兩個星期的時間 每天從早到晚 頭腦 中就只有這個設(shè)計 忙于修改方案 調(diào)試程序 但是通過這次的鍛煉 我學到 了很多的東西 不僅鍛煉了自己的思考能力 繪圖能力和程序仿真能力 還鍛 煉了綜合應用知識的能力 同時 我也是在這次課程設(shè)計中看到了自己的不足 我還有許多未知的知識要學 知道了今后需要更加努力 使自我能夠不斷完善 17 參考文獻 1 張曉峰 張靜 電氣與 plc 控制技術(shù)及應用 北京 高等教育出版社 2013 2 廖常初 PLC 編程及應用 M 第 3 版 機械工業(yè)出版社 2008 3 方承遠 工廠電氣控制技術(shù) 第 3 版 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 4 許謬 王淑英 電氣控制與 PLC M 北京 機械工業(yè)出版社 2006 5 羅宇航 流行 PLC 實用程序及設(shè)計 機械工業(yè)出版社 2006 6 方承遠 工廠電氣控制技術(shù) 第 3 版 機械工業(yè)出版社 2008 7 姚英學 計算機輔助設(shè)計與制造 高等教育出版社 2002 8 王愛玲 現(xiàn)代數(shù)控原理及控制系統(tǒng) 國防工業(yè)出版社 2003 9 羅宇航 流行 PLC 實用程序及設(shè)計 西安電子科技大學出版社 2002 電氣控制與 PLC 課程設(shè)計成績評定表 姓 名 安 康 學 號 1151401101 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 111 班 課程設(shè)計題目 基于 S7 200PLC 的紅綠燈控制設(shè)計 成績評定 評 定 項 目 評 分 成 績 1 選題合理 目的明確 10 分 2 設(shè)計方案可行性及其選優(yōu) 20 分 3 設(shè)計過程及結(jié)果 40 分 4 平時成績 態(tài)度認真 遵守紀律 20 分 5 設(shè)計報告的規(guī)范性 參考文獻充分 不少于 5 篇 10 分 總 分 最終評定成績 以優(yōu) 良 中 及格 不及格評定 指導教師簽字 年 月 日