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1、电气控制与电气控制与 PLC课程设计说明书课程设计说明书题目题目:十字路口带倒计时显示的交通红绿灯控制系统设计十字路口带倒计时显示的交通红绿灯控制系统设计专业班级：专业班级： 姓姓 名：名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 评语：成绩：指导老师签名：日期： 23目录。1 1 系统概述系统概述.11.1 应用背景及意义.11.2 设计任务.11.3 设计要求.12 2 方案论证方案论证.22.1 方案比较.22.2 方案选择.32.3 方案设计.32.4 方案时序图 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。3.3. 硬件设计硬件设计.63.1 I/O 分配 .63.2 I/O 接线图 .63
2、.3 元器件选型.94.4. 软件设计软件设计.114.1 主流程.114.2 梯形图.125.5. 系统调试系统调试.185.1 软件调试：.185.2 硬件调试.20设计心得设计心得.21参考文献参考文献.22附录附录 A A：程序指令：程序指令 .2211 1 系统概述系统概述1.1 应用背景及意义应用背景及意义随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺畅。因此，在实际设计时要遵循一定的原则和要求。在十字路口，四面都悬挂着红、黄、绿、三色交通信号灯，它
3、是不出声的“交通警察”。红绿灯是国际统一的交通信号灯。红灯是停止信号，绿灯是通行信号。交叉路口，几个方向来的车都汇集在这儿，有的要直行，有的要拐弯，到底让谁先走，这就是要听从红绿灯指挥。红灯亮，禁止直行或左转弯，在不碍行人和车辆情况下，允许车辆右转弯；绿灯亮，准许车辆直行或转弯；黄灯亮，停在路口停止线或人行横道线以内，已经继续通行；黄灯闪烁时，警告车辆注意安全。1.2 设计任务设计任务采用 PLC 构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关 SA1控制。SA1手柄指向左45 时，接点 SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规
4、正常控制功能工作，按照如图11-9所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0 时，接点 SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45 时，接点 SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。1.3 设计要求设计要求要求学生掌握一定的理论基础知识，同时具备一定的实践设计技能，并且2能够利用 PLC 控制技术结合实际情况进行系统设计以及编程。在课程设计中，学生是主体，应充分发挥他们的主动性和创造性。教师的主导作用
5、是引导其掌握完成设计内容的方法。为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：1. 在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。2. 在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。3. 所有电气图样的绘制必须符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。4. 说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。5. 应在规定的时间内完成所有的设计任务。6. 如果条件允许，应对自己的设计线路进行试
6、验论证，考虑进一步改进的可能性。2 方案论证方案论证2.1 方案比较方案比较1、基于数字电路的交通灯控制系统2、基于单片机的交通灯控制系统 3、基于 PLC 的交通灯控制系统 方案 1：数字电路是最为常用的一种控制设计电路，但是数字电路涉及复杂，且设计完成后电路参数是固定的，移植性差，体积大，成本高，所以是不利于交通3信号灯的设计的方案 2：在单片机控制系统电路中需要加入 A/D，D/A 转换器，线路复杂，还要分配大量的中断口地址。而且单片机控制电路易受外界环境的干扰，也具有不稳定性。并且单片机的功能实现是基于程序设计的，维修时需要具备一定编程基础的人来维修，要求较高，所以基于单片机实现的交通
7、灯控制系统也不是理想的选择 方案 3：PLC 又称可编程逻辑控制器，作为一种新型的自动控制设备，它采用微电子技术，用软件代替了大量的硬件设备，不需要复杂的线路设计与连接，大大缩小了线路体积，因此它寿命长，并且具有很高的可靠性，在设计语言方面通过采用梯形图，简便直观，符合电气工人和技术人员的读图习惯，在安装，操作和维护也较容易，移植性较好；起程序设计和产品调试周期短，具有很好的经济效。 通过比较上述三种方案，可知方案 3 是最佳选择。 2.2 方案选择方案选择 综上所述，我选择第三种方案，也就是基于 PLC 的交通灯控制系统。因为它可靠性高，抗干扰强，结构简单，使用、维护方便，功能强大，还有它的
8、体积小，重量轻，功耗低。2.3 方案设计方案设计十字路口交通信号灯现场示意图如图2.1所示4Y2Y1Y0Y4Y5Y6Y0Y1Y2Y6Y5Y4北南西东图2.1交通信号灯现场示意图依据题目内容，知道要求如下。正常控制时： 当东西方向允许通行（绿灯）时，南北方向应禁止通行（红灯） ；同样，当南北方向允许通行（绿灯）时，东西方向应禁止通行（红灯） 。在绿灯信号要切换为红灯信号之前，为提醒司机提前减速并刹车，应有明显的提示信号：绿灯闪烁同时黄灯亮。信号灯控制系统启动后应能自动循环动作。SA1手柄指向中间0 时：接点 SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变SA1手柄
9、指向右45 时:接点 SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显5示99不变。故设计思路如下：以设置四个输入 X000,X001，X002，X003 分别作为系统总开关、交通灯正常工作控制开关、南北向交通灯常绿控制开关、东西向交通灯常绿控制开关。用其他开关的常闭触点设置互锁，使三个状态不可能同时接通。进入正常工作状态后，东西方向红灯亮 30 秒，由定时器 T5 实现，南北方向绿灯常亮 25 秒，由定时器 T0 实现，然后绿灯闪烁 3 秒，由定时器 T1、T2来实现 0.5 秒振荡，计数器 C0 计数 3 次。计数到后，C0 的常开触点闭合，可以用来控制使南北方向的黄灯
10、亮，并用 T3 计时 2 秒。T3 计时到后南北红灯亮30 秒，由定时器 T4 实现，东西方向绿灯常亮 25 秒，由定时器 T6 实现，然后闪烁 3 秒，有定时器 T7、T8 来实现 0.5 秒振荡，计数器 C1 计数 3 次。计数到后，C1 的常开触点闭合，可以用来控制使东西方向的黄灯亮，并用 T9 计时 2秒。由于在各个方向三种信号灯亮的同时还要利用数码管显示相应指示灯的剩余时间，因此可以利用七段码译码指令 SEGD。七段码译码指令 SEGD 是驱动七段显示器的指令，可以显示一位十六进制数据。源操作数 S 存储待显示数据，该单元低 4 位(只用低 4 位)所确定的十六进制数 0-F 经解码
11、后存于指定的目的操作数 D 的低 8 位，高 8 位保持不变。源操作数可为 K、H、KnM、KnX 等。由于译码时只对低位进行译码，所以一般取。使用译码指令输出为十六进制数，而我们所用到的倒计时显示只是十进制数，使用 SEGD 译码指令需要在其自减到 0 时进行人为赋值使其变为 9，否则将显示 F。可见只使用 SEGD 指令将使程序变得十分复杂。我们可以采用数据变换指令中的二进制数转换成BCD 码并传送 BCD 指令。BCD 变换指令将源元件中的二进制数转换为 BCD码并送到目标元件中。PLC 内部的算术运算用二进制数进行，可以用 BCD 指令将二进制数变换为 BCD 数后输出到七段数码管显示，可以实现倒计时。南北方向数码管显示绿灯 28 秒倒计时时，可以在东西红灯亮且南北黄灯不6亮时，每遇到东西红灯的上升沿，给数据寄存器赋值 28，通过 BCD 指令转换成 BCD 码，存入八位中间继电器 K2M，低 4 位中间继电器中的值经译码指令由一个数码管输出，高 4 位中间继电器中的值经译码指令 SEGD 由另一个数码管输出。上升沿过后，数据寄存器 D 中的值每秒通过 DEC 指令自减 1，并输出，实现倒计时，其中 1 秒时间可由 1 秒的时钟 M8013 的下降沿来实现，也可以用定时器 T 的 0.5 秒振荡电路实现。由于采用 M8013 可能第一秒有时间误差，因此此程
