十字路口交通灯控制的模拟

成绩评定表
学生姓名班级学号
专业自动化课程设计题目十字路口交通灯
控制的模拟
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组长签字：
成绩
日期20 年月日
课程设计任务书
学院信息科学与工程学院专业自动化
学生姓名班级学号
课程设计题目十字路口交通灯控制的模拟
实践教学要求与任务:
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南
北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始
工作计划与进度安排:
第一周：查阅相关资料，了解设计内容。

完成硬件设计。

第1~2天：
1、深入了解课程设计内容及任务。

2、查找文献、资料，确立设计方案。

第3~5天：
1、通过相关资料，明确完善设计方案。

2、完成硬件设计，选择PLC型号，设计系统流程图，列出I/O分配表，设计I/O接线
图。

第二周：完成软件设计，并进行调试。

第1~2天：完成软件设计，利用STEP7-Micro/WIN进行梯形图或指令表设计。

第3天：对设计程序进行调试。

第4天：课程设计结果验收，完成课程设计报告。

第5天：针对所完成课程设计题目进行答辩。

指导教师：
201 年月日专业负责人：
201 年月日
学院教学副院长：
201 年月日
摘要
自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。

设计方法也开始多种多样，从而使交通灯更加智能化。

作为交通控制的重要组成部分的交通信号灯也应适合社会实际情况。

这是选择十字路口交通灯的目的。

可编程控制器（PLC）以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，而且结构简单，抗干扰能力强。

西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯控制系统的要求与特点，能够方便的联网通信，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。

在实时检测和自动控制的PLC 应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。

十分形象地显示出PLC在交通灯系统中的实际应用。

关键词：PLC;交通灯;继电接触器
目录
1 概述 (1)
1.1 PLC的定义 (1)
1.2 PLC的发展历史 (1)
1.3 PLC的功能特点 (2)
2 硬件设计 (3)
2.1 控制要求 (3)
2.2 PLC选择型号 (4)
2.3 系统设计流程示意图 (4)
2.4 I/O分配表 (5)
2.5 I/O接线图 (5)
3 软件设计 (6)
3.1 梯形图 (6)
3.1.1梯形图 (6)
3.1.2梯形图解析 (11)
3.2 指令表 (12)
4 调试 (16)
5 结束语 (17)
6 参考文献 (18)
1 概述
1.1 PLC的定义
可编程逻辑控制器，PLC （Programmable Logic Controller），一种数字运算操作的电子系统，是以微机处理器为基础，综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制技术，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。

它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱之一。

1.2 PLC的发展历史
在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制站主导地位。

继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度慢、适应性差等，而PLC是从早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。

自1836年继电器问世，人们就开始用导线将它同开关器件巧妙地连接，构成用途各异的逻辑控制或顺序控制。

上世纪60年代末，它不断吸收微计算机技术使之功能不断增强，逐渐适合复杂的控制任务。

随着微电子技术、计算机技术和数据通信技术的飞速发展、微处理器的出现，以及流程加工行业（如汽车制造业）对生产流程迅速、频繁变更的需求，PLC技术出现并快速发展。

目前，PLC在小型化、大型化、大容量、强功能等方面有了质的飞跃，使早期的PLC从最初的逻辑控制、顺序控制，发展成为具有逻辑判断、定时、计数、记忆和算术运算、数据处理、联网通信及PID回路调节等功能的现代PLC。

但是，仍然沿用着顺序扫描、程序控制等基本模式及CPU+通信+I/O的基本结构。

PLC之所以有生命力，在于它更加适合工业现场和市场的要求：高可靠性、强抗各种干扰的能力、编程安装使用简便、低价格长寿命。

它的输入输出端更接近现场设备，不需添加太多的中间部件或需要更多的接口，这样节省了用户时间和成本。

PLC的下端(输入端)为继电器、晶体管和晶闸管等控制部件，而上端一般是面向用户的微型计算机。

PLC的诸多优点确定了其在工业中的广泛应用。

1.3 PLC的功能特点
1、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。

2、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。

另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。

3、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。

控制具有极大灵活性。

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

4、功能强大，PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

5、适应工业环境，适应高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境以及电磁干扰环境。

2 硬件设计
2.1 控制要求
信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

实验控制面板如下：
2.2 PLC选择型号
从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点1个，开关量输出点8个，如果选用CPU222 / PLC，也需要扩展单元PLC，参照西门子S7-200系列特性，选用主机为CPU224（14输入/10继电器输出）。

2.3 系统设计流程示意图
图2.3 十字路口交通灯设计流程图
2.4 I/O 分配表
面板
SD
南北G 南北Y 南北R 东西G 东西Y 东西R 东西灯
南北
灯 PLC
I0.0
Q0.4
Q0.5
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.6
Q0.7
2.5 I/O 接线图
图2.5 I/O 接线图
SD
I0.0
COM
Q0.0
Q0.1 Q0.2 Q0.3
Q0.4 Q0.5
Q0.6 南北R 东西G 东西Y 东西R 南北G 南北Y 东西灯 P L C
Q0.7
南北灯
3 软件设计3.1 梯形图
3.1.1梯形图
3.1.2梯形图解析
当启动开关SD合上时，I0.0触点接通。

置S0.1=1。

激活第一SCR程序段，进入第一步序。

Q0.0、Q0.1得电，南北红灯和东西绿灯亮。

同时，Q0.6得电，模拟东西向行驶车的灯亮。

计时器T101工作并计时20秒，20秒结束后程序转换到第二SCR程序段，第一SCR程序段结束。

进入第二程序段，通过正负跳变工作实现东西绿灯闪烁三次。

SM0.5为秒脉冲工作，占空比为50%，周期为1秒的脉冲等。

启动3秒定时器，3秒后程序转换到第三SCR段，第二SCR程序段结束。

进入第三程序段，Q0.1、Q0.6复位，即东西绿灯、东西向行驶灯灭。

Q0.2得电，即东西黄灯亮。

定时器T103工作并计时2秒，2秒后转到第四SCR段，第三SCR程序段结束。

进入第四程序段，Q0.0、Q0.2复位，即南北红灯和东西黄灯灭。

Q0.3 、Q0.4、Q0.7得电，东西红灯和南北绿灯以及模拟南北向行驶车的灯亮。

计时器T104工作并计时25秒。

25秒结束后程序转换到第五SCR程序段，第四SCR程序段结束。

进入第五程序段，通过正负跳变工作实现南北绿灯闪烁三次。

SM0.5为秒脉冲工作，占空比为50%，周期为1秒的脉冲等。

启动3秒定时器，3秒后程序转换到第六SCR段，第五SCR程序段结束。

进入第六程序段，Q0.4、Q0.7复位，即南北绿灯、南北向行驶灯灭。

Q0.5得电，即南北黄灯亮。

定时器T106工作并计时2秒，2秒后转到第一SCR段，第六SCR程序段结束。

上述是一个工作过程，然后再周而复始地进行。

3.2 指令表
4 调试
软件程序由STEP-7软件编写，可以对程序网络框图进行标注，程序编写完成后，对程序进行编译连接，若有程序错误，再进行修改，直到没有错误为止，然后将程序下载到PLC中。

按下开始按钮，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。

到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。

在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。

到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。

东西红灯亮维持30秒。

南北绿灯亮维持25秒，然后闪亮3秒后熄灭。

同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

周而复始。

如若没有出现错误动作，则实验成功。

若不成功，在返回重新在实验台上调试，直到成功为止。

5 结束语
通过对十字路口交通灯控制系统的设计，我收益颇丰。

知识层面上，加深了对PLC 的认识，掌握了一些常用的指令，例如灯的闪烁电路。

通过直行交通灯（无转弯）的工作过程的分析，画出其时序电路，进而对其I/O点的分配，选择CPU，程序设计，程序调试，说明书的编写，这一套完整的步骤走下来，对一个论文的书写也有了大概的把握。

由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

通过课程设计，不光是知识储备上有了增加，对这门课程也产生了浓厚的兴趣。

或许是我们现在接触的还很浅，但我认为PLC设计是一个有趣的过程，从你拿到题目在手，你分析题目，思考其可能实现的方法，包括上网、上图书馆去搜集材料，回头再进行学习，根据手中现有的资料去对应地编写程序。

回头上实验台将编写好的程序进行编译、下载，运行，观察其实现情况。

我这次主要是进行了两种类型的调试过程，一个是多次使用同一个输出导致其不识别，因而在实现过程中南北和东西的绿灯均不亮，另一个是在南北红灯定时和工作的过程中未添加启动按钮I0.0，因此启动按钮失去了效用，并且交通灯的实现过程有些混乱。

在调试完成后，工作过程如想象中进行时，心底确实有一种成就感，课程设计增长的是知识，更是对将来实际工作时的锻炼。

程序中所用到的数据均可以根据实际情况进行设置，修改灵活方便。

通过此次设计，我对于PLC有了更进一步的理解，也在原来所学的理论基础上得到了进一步地应用。

但由于经验上的不足，有些地方还需要做进一步地改善。

6 参考文献
[1] 廖常初.PLC编程及应用.北京：机械工业出版社，2002
[2] 刘顺禧.电气控制技术.北京：北京理工大学出版社，2000
[3] 陈在平，赵相宾.可编程序控制器技术与应用系统设计.北京：北京工业出版社，2002
[4] 陈金华.可编程序控制器应用技术.北京：北京工业出版社，1995
[5] 吴中俊，黄永红.可编程序控制器原理及应用.机械工业出版社，2004。