十字路口交通信号灯PLC控制系统设计

目录
第1章引言 (1)
1.1 设计内容 (1)
1.2 设计要求 (1)
1.3 设计思路 (1)
第2章系统总体方案分析与设计 (2)
2.1 控制对象 (2)
2.2 控制要求 (2)
2.3 方案分析 (4)
2.4 方案设计 (4)
2.5 元器清单 (4)
第3章 PLC控制系统设计 (5)
3.1控制要求分析及设计 (5)
3.1.1主电路设计 (5)
3.1.2确定I/O点数量及PLC类型 (5)
3.2I/O点的分配与编号 (5)
3.3PLC端子接线图 (6)
3.4 控制程序流程图 (6)
3.5控制程序编制 (7)
3.5.1 梯形图（见附图） (8)
3.5.2 指令表（见附表） (8)
结论 (9)
设计总结 (10)
致谢 (11)
附录梯形图 (12)
指令表 (28)
参考文献 (33)
内容摘要
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。

本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。

子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

其中主程序用到了我们没有学到或者很少用到的指令语句，比如：读实时时钟指令，设定实时时钟指令，递增指令，字节与整数间调整指令等等。

子程序的内容我们就很熟悉了，它主要使用了定时器，触点和输出线圈，这些都很容易明白。

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。

关键词：逻辑控制；调用；时钟；定时器
第1章引言
1.1 设计内容
多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统设计。

1.2 设计要求
1、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；
2、交通信号灯按高峰时段、正常时段及晚上时段进行控制，这三个时段的的时序分配如图1所示；
3、在高峰时段，交通信号灯按图2所示时序控制；
4、在正常时段，交通信号灯按图3 所示时序控制；
5、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 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

1.3 设计思路
本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。

子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

具体程序详见附录程序。

第2章系统总体方案分析与设计
2.1 控制对象
本系统的控制对象有八个，分别是：
东西方向红灯（R—EW）两个；
南北方向红灯 (R—SN) 两个；
东西方向黄灯（Y—EW）两个；
南北方向黄灯 (Y—SN) 两个；
东西方向绿灯（G—EW）两个；
南北方向绿灯 (G—SN) 两个；
东西方向左转弯绿灯(L—EW)两个；
南北方向左转弯绿灯(L—SN)两个。

2.2 控制要求
1、系统工作受按钮控制，起动按钮 ON 则系统工作；起动按钮OFF 则系统停止工作；
2、交通信号灯按高峰时段、正常时段及晚上时段进行控制，这三个时段的的时序分配如图1所示；
3、在高峰时段，交通信号灯按图2所示时序控制；
4、在正常时段，交通信号灯按图3 所示时序控制；
5、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 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

8;15
图2-1 时段分配时序图
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
图2-2 高峰期信号灯时序控制图
t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6
图2-3 正常期信号灯时序控
制图
2.3方案分析
本系统是一个多时段十字路口交通灯的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）步依次环。

晚间的控制方案为：
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 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。

2.4 方案设计
系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。

子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

2.5 元器清单
用到的元器主要有：型号CPU224DC，交通灯4个红灯,4个黄灯,4个绿灯，2个转弯灯，启停按钮SB2，校正当前时钟按钮SB1等。

第3章 PLC控制系统设计
3.1控制要求分析及设计
3.1.1主电路设计
主电路主要采用比较指令判断时间的范围，近而调用子程序，从而实现控制要求。

3.1.2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；所以，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。

由此可得系统I/O分配如表3-1所示
选择PLC型号：CPU224DC，内部电源供电，继电器输出形式。

3.2 I/O点的分配与编号
表3-1 系统I/O分配表
3.3 PLC 端子接线图
根据I/O 表及PLC 的配置图很容易就可以得到PLC 端子接线图3-1如下所示：
图3-1 端子接线图
3.4控制程序流程图
3.5 控制程序编制
3.5.1梯形图（见附图）
本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。

子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

主程序用了读实时时钟指令，设定实时时钟指令，递增指令，字节与整数间调整指令，整数相乘指令等等，通过这些指令的计算，得出时间的整数值，然后用比较指令判断时间段，进而调用相应的子程序，从而实现对多时段十字路口交通灯的控制。

梯形图详见附图。

3.5.2指令表（见附表）
利用STEP7-Micro/WIN32可以方便的编写出梯形图，然后利用软件进行梯形图与指令表的转化即可。

结论
本系统采用主程序调用子程序的设计方案，通过主程序计算比较当前时间，进而根据对时间段的判断和分析来调用子程序段。

子程序段分别是正常时间段、高峰时间段和晚间时间段，它们分别和各自的时序图相对应，从而控制交通灯的信号。

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，方案应该还算合理清楚，可以实现十字路口交通信号灯在控制。

但是方案中仍然存在一些问题，比如：如何准确的确定当前的时间，然后准确的进入各个时序段中，原则上讲每个时序段比较短，无论在哪个时间点进入程序都是影响不是大的，但是总归有误差的存在。

希望以后有所改进。

设计总结
通过该课程设计，我从中进一步掌握西门子S7200系列PLC的结构原理，正确处理使用出现的各种问题，了解器件和系统的关系，培养正确的设计思想，分析问题和解决问题的能力，运用标准与规范的能力，实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

本次课程设计，我设计的是多时段十字路口交通信号灯PLC控制系统设计，在课程设计中，我遇到了许多问题，通过讨论和问同学，解决了许多以前不懂的问题。

但是我知道这些都是一些基础的入门的知识，想要有所成就还远远不够，必须付出更多的努力才能学到与实践运用密切相关的知识。

总体来说，这次设计，我感觉收获挺大的。

当然这次课程设计也有不足之处，由于自己忙于复习考研，真正用在设计的时间可能比一些人少，但是我认为这次课程设计的目的已经达到，希望老师能够谅解。

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致谢
课程设计中，我遇到了许多问题，在此感谢老师和同学的帮助，尤其是孙刘忻老师的谆谆教导。

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附录梯形图
图2-3 主程序
图2-4 子钟初始化程
图2-5晚间时段交通灯控制子程序
图2-6正常时段交通灯控制子
程序
图2-7 高峰时段交通灯控制子
指令表
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晚间时段交通灯控制指令表：Network 1
// ÍøÂç×¢ÊÍ
LD I0.0
S S0.1, 1
Network 2
LSCR S0.1
Network 3
LDN T58
TON T57, +6
Network 4
LD T57
TON T58, +4
Network 5
LD T57
= Q0.1
= Q0.4
Network 6
SCRE
正常时段交通灯控制子程序指令表：Network 1 // ÍøÂç±êÌâ
// ÍøÂç×¢ÊÍ
LD I0.1
S S0.1, 1
Network 2
LSCR S0.1
Network 3
LDN T56
TON T47, +50
TON T48, +100
TON T49, +350
TON T50, +400
TON T51, +450
TON T52, +500
TON T53, +550
TON T54, +800
TON T55, +850
TON T56, +900
Network 4
LDN T53 = Q0.2 Network 5 LDN T47 = Q0.5 = Q0.7 Network 6
LD T47 AN T48 = Q0.5 Network 7
LD T47 AN T48 A SM0.5 = Q0.7 Network 8
LD T48 AN T49 = Q0.3 Network 9
LD T49 AN T50 A SM0.5 = Q0.3 Network 10
LD T50 AN T51 = Q0.4 Network 11
LD T51 = Q0.5 Network 12
LD T51 AN T52 = Q0.6 Network 13
LD T53 AN T54 = Q0.6 Network 14
LD T54 AN T55 A SM0.5 = Q0.0
Network 15
LD T55
AN T56
= Q0.1
Network 16
SCRE
高峰时段交通灯控制子程序指令表：TITLE
Network 1
// ÍøÂç×¢ÊÍ
LD I0.0
S S0.1, 1
Network 2
LSCR S0.1
Network 3
LDN T46
TON T37, +50
TON T38, +100
TON T39, +400
TON T40, +450
TON T41, +500
TON T42, +550
TON T43, +600
TON T44, +800
TON T45, +850
TON T46, +900
Network 4
LDN T43
= Q0.2
Network 5
LDN T37
= Q0.5
= Q0.7
Network 6
LD T37
AN T38
= Q0.5
Network 7
LD T37
A SM0.5
AN T38
= Q0.7 Network 8
LD T38 AN T39 = Q0.3 Network 9
LD T39 AN T40 A SM0.5 = Q0.3 Network 10
LD T40 AN T41 = Q0.4 Network 11
LD T41 = Q0.5 Network 12
LD T41 AN T42 = Q0.6 Network 13
LD T42 AN T43 A SM0.5 = Q0.6 Network 14
LD T43 AN T44 = Q0.0 Network 15
LD T45 AN T45 A SM0.5 = Q0.0 Network 16 LDN T45 AN T46 = Q0.1 Network 17 SCRE
参考文献
[1]程子华.PLC原理与实例分析.北京:国防工业出版社，2006
[2]廖常初.PLC编程及应用.北京: 机械工业出版社，2003
[3] 王玉中. 电气控制及PLC应用技术.河南：河南科学技术出版社，2006
[4] 阮友德.电气控制与PLC实训教程.人民邮电出版社，2000
[5] 李俊秀.可编程控制器应用技术.化学工业出版社,2004
[6] 陈新华.电工技术与可编程序控制器实践.北京：机械工业出版社，2002
[7]说明：文中出现××××××的内容需要自己完善，西门子指令程序很简单的。

机电工程学院课程设计说明书
设计题目: 多时段十字路口交通信号灯
PLC 控制系统设计
学生姓名：××××
学号：××××××
专业班级：××××××。