十字路口交通灯plc课程设计

齐鲁工业大学
可编程控制器课程设计报告（2015--2016学年第二学期）
题目：十字路口交通灯机械手
院系：电气工程及自动化学院
班级：测控12-1
学号：************
学生姓名：***
指导教师：***
设计周数：一周
成绩：
日期：2016年3 月11 日
目录
摘要 (3)
一、课程设计的目的与要求 (3)
二、设计正文 (3)
（一）机械手PLC控制系统设计 (3)
1、控制系统分析 (3)
1.1工艺过程和控制要求 (3)
1.2方案论证 (4)
2、系统设计 (4)
2.1 硬件设计 (4)
2.2程序设计 (6)
3、系统调试 (9)
（二）十字路口交通信号灯控制系统设计 (9)
1、控制系统分析 (9)
1.1工艺过程和控制要求 (9)
1.2方案论证 (10)
2、系统设计 (11)
2.1 硬件设计 (11)
2.2程序设计 (12)
3、系统调试 (16)
三、课程设计总结或结论 (16)
四、参考文献 (17)
2016年测控12级可编程控制器课程设计
摘要：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。

它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。

本次课程设计为机械手与十字路口交通灯的模拟,采用西门子S7-200PLC通过自主设计试验程序，调试试验台来实现对工业机械手抓取物体移动放置再回到原位的设计，本设计包括自动与半自动两种执行方式。

而十字路口交通灯则包括红灯绿灯的闪烁，左转等工能。

一、课程设计的目的与要求
通过PLC课程设计，进一步掌握PLC的原理和系统设计方法。

培养和锻炼应用PLC的能力。

为今后实际应用和设计PLC系统打下良好的基础。

要求了解PLC控制系统设计的全过程，熟悉PLC系统设计的相关内容，掌握系统的方法和步骤。

主要包括：系统工艺过程和控制要求；系统分析和方案论证、系统功能图；硬件设计、程序设计；系统的调试步骤和方法。

二、设计正文
（一）机械手PLC控制系统设计
1、控制系统分析
1.1工艺过程和控制要求
⑴机械手PLC控制系统的基本组成
a、现场输入输出单元（各种检测信号及执行机构）
b、PLC控制单元
c、外部主令开关。

⑵机械手的动作过程及其控制要求
a、机械手负责将工件由A处传送到B处。

其动作包括上升、下降、左移、右移、夹紧、放松等动作。

b、主要控制要求有：单周期、连续三种工作状态；实现各种动作的联锁保护；设计现场急停按钮及故障报警指示灯辅助功能。

c、制定控制方案，确定机械手PLC控制系统的基本组成，确定机械手各输入输出点数，绘制PLC控制系统外部接线图。

d、应用可编程序控制器设计控制程序，主要内容包括绘制顺序功能图、设计梯形图。

5、模拟调试运行、程序修改完善。

1.2方案论证
⑴ S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。

S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。

S7-200PLC可提供4个不同的基本型号与8种CPU 可供选择使用。

⑵ S7-300 PLC是中型PLC系统，适合的控制对象一般都在256点以上，1024点以下的
⑶ S7-400 PLC是用于中、高档性能范围的可编程序控制器。

S7-400 PLC 采用模块化无风扇的设计，可靠耐用，同时可以选用多种级别（功能逐步升级）的CPU，并配有多种通用功能的模板，这使用户能根据需要组合成不同的专用系统。

当控制系统规模扩大或升级时，只要适当地增加一些模板，便能使系统升级和充分满足需要。

考虑到本次课程设计的控制较为简单以及实验室的条件，所以采用西门子的S7-200 PLC
2、系统设计
2.1 硬件设计
图1.2 PLC外围接线图
图1.3 机械手工作示意图2.2程序设计
3、系统调试
⑴首先调试半自动机械手，即只循环一个周期。

通过观察模拟指示灯的亮灭判断机械手所处的位置，进而手动操作限位开关控制机械手移动，经测试程序运行良好。

⑵调试全自动程序，即程序能无限循环。

调试方法同上面的单周期，经测试系统运行良好。

⑶加入两个开关实现半自动、全自动的切换，也可充当停止按钮使用。

⑷调试时左限位开关接触不良需按下方可使用，急停功能没有实现。

（二）十字路口交通信号灯控制系统设计
1、控制系统分析
1.1工艺过程和控制要求
⑴信号灯PLC控制系统的基本组成
a、现场输入输出单元（各种检测信号及执行机构）
b、PLC控制单元
c 、外部主令开关。

⑵ 信号灯的动作过程及其控制要求
a 、控制对象：东西方向红灯两个、黄灯两个、绿灯两个、左转弯绿灯两个；南北方向红灯两个、黄灯两个、绿灯两个、左转弯绿灯两个；报警灯一个。

b 、主要控制要求有：系统工作受开关控制，按下启动按钮则系统开始工作，按下停止按钮则系统停止工作，所有灯关闭。

如果发生故障（假设一个故障信号，DI 点）系统能自动关闭所有红、绿灯，并转入提示警告方式（所有黄灯闪烁）；系统24小时循环运行，工作规律按时序图运行（见下图，注明：）。

c 、制定控制方案，确定传送带PLC 控制系统的基本组成，确定十字路口控制系统各输入输出点数，绘制PLC 控制系统外部接线图。

d 、应用可编程序控制器设计控制程序。

e 、模拟调试运行、程序修改完善。

1.2方案论证
按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。

设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。

按照控制要求，将控制过程分为六步，分别是红红、红绿、红黄、红红、绿红、黄红，程序控制继电器按时
启动
东西南北
序一步步的跳转。

可采用多种方案实现跳转，在此，我们采用传送指令与时间继电器结合来控制程序的运转。

首先，上电后，按下启动按钮SB1，I0.0动作，启动通电延时时间继电器T37和T40，Q0.0和Q0.3接通，南北红灯和东西红灯亮，延时2s后，其常闭触点断开，Q0.3断开，东西红灯灭。

启动时间继电器T38，T37常开触点闭合，Q0.5接通，东西绿灯亮，延时3s后，T38常闭触点断开，东西绿灯灭。

启动时间继电器T39，T38常开触点闭合，Q0.4接通，东西黄灯亮，延时1s后，T39常闭触点断开，东西黄灯灭。

T39常开触点闭合,东西红灯亮，延时2s后，南北红灯灭，同时启动时间继电器T41，Q0.1接通，南北绿灯亮，延时3s后，T41常闭触点开、常开触点闭合，南北绿灯灭。

同时启动时间继电器T42，Q0.2接通，南北黄灯亮，延时1s后，T42常闭触点开、常开触点闭合,南北黄灯灭，同时南北红灯亮，开始下一轮循环。

按照控制要求，需要一个信号输入，六个信号输出，十字路口有十二个交通信号灯，南北、东西两个为一组用一个输出信号控制。

通过如下的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。

2、系统设计
2.1 硬件设计
本设计采用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的S7-200系列CPU222型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。

控制过程中采用顺序控制法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。

根据交通信号灯的亮灭规律，可用PLC编程对其实行自动控制。

2.2程序设计
3、系统调试
⑴实验台按设计连线，排查线的好坏以及实验台是否有接触不良的情况。

⑵梯形图运行，观察程序运行情况，加入左转指示灯。

⑶加入闪烁失败。

三、课程设计总结或结论
通过这次设计实践。

我学会了plc的基本编程方法，对plc的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。

在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序与到plc中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。

能过解决一个个在调试中出现的问题，我们对plc 的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。

通过合作，我们的合作意识得到加强。

合作能力得到提高。

上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人互责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个
人不能解决的问题，在交流中大家积极发言，和提出意见，同时我们还向别
的同学请教。

在此过程中，每个人都想自己的方案得到实现，积极向同学说
明自己的想法。

能过比较选出最好的方案。

在这过程也提高了我们的表过能力。

通过此次课设，让我了解了plc梯形图、指令表、顺序功能图有了更好的
了解，也让我了解了关于plc设计原理。

有很多设计理念来源于实际，从中
找出最适合的设计方法。

虽然本次课程设计是要求自己独立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的
力量，遇到问题和同学互相讨论交流。

多和同学讨论。

我们在做课程设计的
过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会
使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了方便最后设计和在一起。

讨论不仅是一些思想的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可
以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。

多改变自己设计的方法，在设计
的过程中最好要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问
题
在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。

在学习的过程中，不是
每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不
是有句话叫做思而不学者殆。

做事要学思结合。

四、参考文献
[1]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社,2003.P141
[2]宋伯生.陈东旭.PLC应用及实验教程[M].北京:机械工业出版社,2006.P212 [3]图解PLC与电气控制入门[Z]北京：人民邮电出版社.2008.9
[4]孙同景.PLC原理及工程应用[D]. 北京:机械工业出版社,2008.P256
[5]钟肇新.范建东.冯太合.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社.2008.P188
[6]周波.胡修玉. 可编程控制器原理与应用[M].北京:国防工业出版社。