我的設計是用PLC來編寫的，主要是控制十字路口的交通燈
紅綠黃燈依次亮滅，閃爍
設計的目的 - 能夠根據功能要求選擇PLC的類型及其根據I/O點的要求選擇該類PLC的型號。
- 根據所選的PLC的類型，掌握該PLC的編程軟件并能夠利用該軟件繪制設計課題的梯形圖。
- 根據I/O點的定義，繪制PLC外部電氣接線圖。
二．設計的基本要求 1、控制要求 設計一個復雜十字路口的交通燈控制系統。該系統包括東西、南北方向上的車輛直行紅黃綠燈的控制、車輛左轉紅綠燈的控制以及各方向上人行道的紅黃綠燈控制。在十字路口東西、南北裝上主干道“紅黃綠”燈和人行道“紅黃綠”燈，其中主干道的“紅黃綠”燈又分為左轉“紅綠”燈和直行“紅黃綠”燈。具體分布如圖1，總共交通燈個數為32個，其中紅燈12個、綠燈12個、黃燈8個。 
具體控制要求： 系統只有一個啟停按鈕，第一次按下此按鈕，系統啟動，自動運行，第二次按下此按鈕，系統停止運行。 整個系統自動運行時，先讓南北方向左轉車輛運行，通行時間15秒；接著讓南北方向主干道直行車輛運行，通行時間30秒；再接著讓東西方向左轉車輛運行，通行時間12秒；然后東西方向主干道直行車輛運行，通行時間25秒；如此循環。正常情況下，在變換車道運行時，綠燈熄滅前會閃幾秒鐘，左轉綠燈滅設定閃2S，直行綠燈滅設定閃3S。閃爍頻率為1s。 人行道紅黃綠燈狀態與東西、南北方向的直行交通燈狀態一致。 2、畫出系統的主電路圖； 3、選擇PLC型號，設計外部輸入/輸出點（I/O），畫出PLC外部接線圖； 4、畫出順序功能圖； 5、設計完整的梯形圖。
目錄 第1章 緒論 1.1引言 1.2課題的背景 1.3課題研究的目的意義 第2章 系統硬件設計 2.1 PLC選型 2.2 IO分配 2.3 PLC外部接線設計 第3章 系統軟件設計 3.1定時器的分配 3.2 動作流程圖 3.2 順序功能圖 3.3 程序梯形圖 第4章 系統仿真 4.1 仿真界面 4.2 運行中問題 4.3 仿真結果 第5章 心得體會 參考文獻 附錄
1.1引言 自動控制裝置的先進程度是體現工業自動化水平的重要標志，隨著計算機技術和微電子技術的迅猛發展，可編程序控制器已經成為工業控制的標準設備之一。用內部編程“軟元件”取代繼電器邏輯控制電路中大量的時間繼電器和中間繼電器，簡化控制線路、提高系統可靠性，是PLC的最大優點。根據實際工藝要求，借助于順序功能圖和梯形圖來編制用戶控制程序,實現單臺設備或生產過程的順序控制，則是PLC的主要功能之-。同時PLC以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術、網絡技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制自動化裝置。隨著現代技術的發展,該裝置在功能及構造上已經遠遠超過了早期的PLC。 交通問題是現代社會發展的-一個重要表現，同時也是社會發展的重要依托。交通運輸是城市功能活動的命脈，它直接影響社會經濟與生活的各個方面。無論是在古代還是現代，交通運輸都具有十分重要的經濟意義和戰略意義。在現代經濟高速發展的今天，交通問題己經被許多國家和地區提上了日程。如何高效、快捷地出行，是關乎人們生產和日常生活的重要問題。而與之相關的方方面面也就自然而然地成為了人們所研究和關注的焦點。 本課題通過深入地研究PLC的硬件結構與工作方式，成功地將PLC與十字路口交通信號燈聯系起來，初步解決了交通擁堵問題。系統地設計了基于PLC的十字路口復雜的交通信號燈控制系統，對包括具體信號燈配置、硬件與軟件的設計在內的控制環節進行了深刻研究，實現了十字路口的交通燈的自動控制。
1.2課題的背景 目前國內城市人口密集區，機動車和非機動車數量訊速增長，嚴重匱乏且陳舊的道路交通設施、布局不盡合理的城市路網已經不堪重負，這些都導致了城區交通擁堵頻繁、交通秩序混亂等問題。特別是早晚行車流量高峰期，道路人流、車流量基本處于飽和或超飽和狀態，車輛行駛緩慢，加上小商販占道擺攤設點、車輛隨意停亂放，使得蠶食、侵占道路現象比較突出，而“行車難、停車難”己越來越成為中心城區內的一種常態，是城市交通管理的難點和熱點。隨著城鎮人口不斷增長，機動車、非機動車擁有量還會逐年遞增，城市安全設施建設的滯后性凸顯，交通違法事故、治安事件時有發生，城市安全防控已成為了整個社會所關注的焦點。 從相關部門的事后查處的結果來看，造成這些現象其中的-一個重要原因就是機動車駕駛員在交警視線外違法行駛的情況非常普遍，交通參與者的交通安全意識普遍偏低。隨意違法的問題也在很大程度上反映了我區交通秩序管理缺乏科技手段給予支撐的問題，這些都成為我區道路交通事故處在多發態勢的主要原因。面對日益嚴重的交通擁堵問題，想要僅僅依靠行政措施是遠遠不夠的。解決交通問題還應該利用科技力量對城市交通進行有效的管理，如何對異常的交通擁堵等交通事件進行有效的監督管理，是城市實現智能交通時需要考慮的重點之一。利用交通燈對車流進行管理，無疑是最為便捷且最為行之有效的方法。眼下一個極為迫切的問題就是如何優化目前的交通信號燈系統。
1.3課題研究的目的意義 交通運輸是城市功能活動的命脈，它直接影響社會經濟與生活的各個方面。在世界范圍內，隨著人口密度高速增長，城市化的腳步不斷加快，交通問題日漸嚴重。尤其在國際性大都市，擁擠的交通已經造成了巨大的能源損失和環境污染，同時也給人們的生活帶來了巨大的困擾。在我國這個情況尤為突出。這就說明了交通路口的車輛指揮工作是極為重要的一-環，而疏導交通的主要工具交通信號燈的性能就更為重要。以往的交通燈大都采用繼電器或單片機來實現，雖然簡單可控成本低，但同時也存在著功能少，可靠性較差，維護量很大等缺點。 目前我國的交通信號燈主要靠單片機甚至是更初級的控制方式。該控制方式雖然簡單易行，但由于單片機工作穩定性差、易受外界干擾、可實現功能少且聯網性差，己越來越不能適應現代化都市對于交通控制的需求。而國內外到目前為止尚無完善的解決方案，這就為PLC的研發應用提供了廣闊的空間。PLC控制的信號燈的出現使得該問題迎刃而解。 和單片機控制的十字路口信號燈相比，用PLC進行控制主要是考慮PLC具有很強的環境適應性，同時其內部定時器資源非常豐富，可對交通燈進行精確控制。并且由于PLC內部均配有實時時鐘，因此通過PLC控制可對交通燈實施全天候無人化管理。另外因為PLC具有通信聯網功能，所以可以將同一-條道路上的交通燈組成局域網進行的統一調度管理，這樣就可以縮短車輛等候時間，進而實現科學化管理。該課題的提出和研究有利于填補國內外PLC應用領域的空白和不足，充分發揮PLC在現代工業控制中的優越性。
2.1 PLC選型 如圖2-1所示，S7-200屬于小型PLC，其主機的基本結構是整體式，主機上有一定數量的輸入/輸出點，一個主機單元就是一個系統，如果I/O點不夠，可以靈活的進行增加I/O擴展模塊，如需要特殊通信或定位控制等，可增加相應的功能模塊。 主機模塊選用CPU224，集成有14輸入/10輸出，本次使用1輸入/10輸出，最多可擴展7個模塊。
圖2-1 PLC基本組成
2.2 IO分配 本次設計輸入為一個按鈕，輸出為各個方向的交通燈，由于采用了多個交通燈用同一輸出點，所以有10個輸出點，I/O分配表如圖2-2。 表2-2 PLC的IO分配表
2.3 PLC外部接線設計 PLC外部接線圖如圖2-3所示，SB0為按鈕輸入，L為電源輸入，COM為電路保護的熔斷器和交流電源，另外還有10個輸出，整體采用S7-200，主機模塊為CPU224。
圖2-3 外部接線圖
3.1定時器的分配 如表3-1所示，采用了TON定時器和計數器進行定時與計數。由于按鈕既要控制啟動，又要控制停止，所以計數器主要是對按鈕的按下次數進行計數，而所有的定時器都是對紅綠黃燈的亮和閃爍的時間進行定時，定時時間到時則相互變換不同顏色的交通燈。
表3-1 定時/計數器功能表
3.2 動作流程圖 動作流程圖如圖3-1所示，開機前處于停止狀態，判斷按下按鈕的次數，按下一次則啟動，按下兩次則停止。當按下一次時，南北左轉綠燈亮15s，閃2s，南北直行，人行道紅燈亮17s，第二步南北直行，人行道綠燈亮30s，閃3s，南北左轉紅燈亮36s，第三步南北直行，人行道黃燈亮3s，同時東西所有紅燈亮53s。第四步東西左轉綠燈亮12s，閃2s，東西直行，人行道紅燈亮14s，第五步東西直行，人行道綠燈亮25s，閃3s，東西左轉紅燈亮31s，第六步東西直行，人行道黃燈亮3s，同時南北所有紅燈亮43s。
圖3-1 動作流程圖 3.2 順序功能圖 順序功能圖如圖3-2所示，按下I0.0，采用并行分支，南北左轉綠燈，南北直行，人行道紅燈，東西所有的紅燈同時亮，15s后，南北左轉綠燈閃2s，其他保持不變，17s后，南北直行，人行道綠燈亮，南北左轉紅燈亮，東西所有的紅燈亮，30s后，南北直行，人行道綠燈閃3s，其他保持不變33s后，南北直行，人行道黃燈亮3s，其他保持不變。東西左轉綠燈，東西直行，人行道紅燈，南北所有的紅燈同時亮，12s后，東西左轉綠燈閃2s，其他保持不變，14s后，東西直行，人行道綠燈亮，東西左轉紅燈亮，南北所有的紅燈亮，25s后，東西直行，人行道綠燈閃3s，其他保持不變，東西直行，人行道黃燈亮3s，其他保持不變。
圖2-2 順序功能圖
3.3 程序梯形圖 程序梯形圖見附錄所示，按鈕I0.0既要控制啟動，也要控制停止，則采用一個計數器，計數值為2。按下一次，在I0.0的上升沿時則開始，按下兩次時，計數器為高電平，無論程序運行到哪一步，用計數器C0的常開直接跳轉到S0.0，控制停止，同時用C0的常開來復位計數器C0.按下I0.0時，跳轉到S0.1與S0.5，接通Q0.1與M1.3，M0.5與M1.0，定時器T37開始計時17s，T40開始計時53s，T37定時結束后，跳轉到S0.2，接通Q0.4與M0.0，定時器T38開始計時，T40定時結束后，跳轉到S0.6，接通Q0.6與M1.1，定時器T42開始計時，T38計時結束后跳轉到S0.3，接通Q0.3與M0.1，T39開始計時，T42計時結束后跳轉到S0.7，接通Q1.1與M0.6，定時器T43開始計時，T39計時結束后，跳轉到S0.4，接通M0.1與M0.3，定時器T41開始計時，定時器T43計時結束后跳轉到S1.0，接通Q1.0與M0.7，定時器T44開始計時，T41計時結束后跳轉S0.1，T44計時結束后跳轉到S0.5。此后一直進行循環。M1.3與M0.3常開并聯接通Q0.2，M0.5,M0.6,M0.7常開并聯接通Q0.5，M1.0,M1.1常開并聯接通Q0.7，M0.0,M0.1,M0.2常開并聯接通Q0.0，在閃爍時用到SM0.5，閃爍周期為1S。各輸出接口所代表燈的定義見梯形圖所注釋。
4.1 仿真界面 采用仿真軟件仿真后結果如圖4-1所示，通過控制I0.0，實現Q0.0至Q1.1的亮滅，對照I/O分配表，觀察各個方向，各種顏色交通燈的變化。
圖4-1 軟件仿真界面
4.2 運行中問題 ①開關I0.0既要控制啟動也要控制停止，所以不知道采用什么樣的指令，在編寫程序時，嘗試過采用置位和復位，也試過用中間繼電器，但都沒有得到預想的結果，最后用了計數器，在每一步后面都加上了跳轉的指令，即計數器的常開控制跳轉。 ②在輸出點的數量的控制上采用了一個輸出點代表多個交通燈的亮滅的簡便方式，尋找亮滅同時的交通燈，將其接到同一個輸出點上，由于本設計有32個輸出，這樣可以減少輸出點的數量。如南北直行，人行道的紅燈原本有4個輸出點，現作為一個輸出點，簡化了的設計。 ③由于在所有方向的交通燈的設計上，在某個方向的綠燈亮時，其他方向的紅燈都需要一直亮，所以在編寫程序時考慮了兩種方法，最后選擇了利用并行分支，將南北和東西方向的交通燈同時點亮。 ④最后一個問題是在交通燈的亮滅和閃爍上，剛開始采用的是書本上的閃爍電路，后來發現過于復雜，于是采用了比較指令與SM0.5（亮0.5s，滅0.5s，周期為1s）這個特殊繼電器來實現交通燈的亮滅和閃爍.
4.3 仿真結果 經過仿真軟件的成功仿真后，為增加設計的準確性，將設計在實驗室進行實物仿真，仿真結果如圖4-3所示。主要進行PLC的外部接線，左側接入電源，對輸入，輸出，開關按鈕模塊進行給電，同時將按鈕與輸入I0.0連接，用以控制輸出。
圖4-3 實驗室仿真圖
在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里老想著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間很多。我趁著做設計的同時也對課本知識有了鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。
同時通過這次設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發現了自己的不足之處，了解到自己對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，為以后完善自己提供了目標與方向。
附錄
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2020-5-28 00:48 上傳
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