毕业设计（论文）交通指挥信号灯控制系统设计

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1、 攀枝花学院学生课程设计（论文）题 目： 交通指挥信号灯控制系统设计 学生姓名： 学 号： 200710601148 所在院(系)： 机电工程学院 专 业： 07级机械设计及其自动化 班 级： 3班 指导教师： 职称： 高级工程师 2010年12月26日攀枝花学院教务攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目交通指挥信号灯控制系统设计1、课程设计的目的专业课程综合训练目的是本使学生通过对所学主要专业课的综合应用，基本掌握一般机电控制系统的设计方法及步骤。综合运用所学的基础知识技能，进一步提高学生的设计能力，培养学生创新能力，提高控制系统分析设计的总体意识和工程实践能力。2、课程设计的内容和要求（包括

2、原始数据、技术要求、工作要求等）试设计一个十字路口交通指挥信号灯PLC控制系统，灯的供电电压为220V。设计结束后提交：1.4000字左右的课程设计论文；2、电气元件列表；3、绘制工作状态图、控制原理图（若为PLC控制，绘制PLC的接线图与梯形图及程序。）；4、有机械设计的完成设计分析计算及CAD制图。3、主要参考文献1 张建民等，机电一体化系统设计，北京：高等教育2年2 赵先仲， 机电系统设计，北京：4年3 吴圣庄，金属切削机床概论，3年4 周万珍，PLC分析与设计应用，北京，电子工业出版社，2004年5 黄明琪，可编程序控制器，重庆，重庆大学出版社，2003年6 杨帮文，新型继电器实用手册

3、，人民邮电出版社，2004年4、课程设计工作进度计划内容学时明确对控制系统的要求，进行工作过程分析 8初步确定控制系统的形式，进行控制系统输入、输出参数的确定与应采用的安全保护措施时48确定控制系统方案,拟定电气控制图16分析计算电气参数并选择适合的电气元件8系统性能验算4绘制所需的种类图及编制技术文件20合计3周指导教师（签字）日期2010 年 12 月 3 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日课程设计（论文）指导教师成绩评定表题目名称交通指挥信号灯控制系统设计评分项目分值得分评价内涵工作表现20%01学习态度6遵守各项纪律，工作刻苦努力，具有良好的科学工作态度

4、。02科学实践、调研7通过实验、试验、查阅文献、深入生产实践等渠道获取与课程设计有关的材料。03课题工作量7按期圆满完成规定的任务，工作量饱满。能力水平35%04综合运用知识的能力10能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题，能正确处理实验数据，能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。05应用文献的能力5能独立查阅相关文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。06设计（实验）能力，方案的设计能力5能正确设计实验方案，独立进行装置安装、调试、操作等实验工作，数据正确、可靠；研究思路清晰、完整。07计算及计算机应用能力5具有较强的数据运算与处理能

5、力；能运用计算机进行资料搜集、加工、处理和辅助设计等。08对计算或实验结果的分析能力（综合分析能力、技术经济分析能力）10具有较强的数据收集、分析、处理、综合的能力。成果质量45%09插图（或图纸）质量、篇幅、设计（论文）规范化程度5符合本专业相关规范或规定要求；规范化符合本文件第五条要求。10设计说明书（论文）质量30综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨合理；实验正确，分析处理科学。11创新10对前人工作有改进或突破，或有独特见解。成绩指导教师评语指导教师签名： 年月日机电一体化课程设计 摘要摘 要 PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技

6、术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,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

7、等候时间,实现科学化管理.关键词：交通灯 PLC 程序 设计35机电一体化课程设计 目录目 录摘 要I目 录1前 言31 交通信号控制系统任务分析41.1 设计任务和内容42.1 方案设计42 设计背景52.1 背景概述52.2 可编程逻辑控制器简介53 PLC的特点及应用63.1 概述63.2 PLC的特点63.3 PLC的应用6开关量的逻辑控制73.3.2 模拟量控制73.3.3 运动控制73.3.4 过程控制73.3.5 数据处理73.3.6 通信及联网84 PLC的结构及原理94.1 PLC的分类94.2 PLC的结构94.3 PLC的工作原理104.4 PLC汇编语言104.4.1

8、梯形图104.4.2 语句表114.5 PLC的基本指令114.5.1 输入输出指令（LD/LDI/OUT）114.5.2 触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（OR/ORI）124.5.3 电路块的并联和串联指令（ORB、ANB）134.5.4 程序结束指令（END）145 丁字路口交通信号灯PLC控制系统简介155.1 控制对象及要求155.1.1 控制对象155.1.2 控制要求165.2 系统简介175.3 硬件选型186 系统I/O分配206.1 系统I/O分配表206.2 PLC端子接线图217 软件设计227.1 实验步骤237.2 由顺序功能图绘出的PLC梯形图297.3

9、 根据梯形图写出的指令338 总结34程序调试34难点分析348.3 收获和体会35参考文献36机电一体化课程设计 交通信号控制系统任务分析前 言当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被

10、取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。 1 交通信号

11、控制系统任务分析1.1 设计任务和内容任务：试设计一个十字路口交通指挥信号灯PLC控制系统，灯的供电电压220V。内容：因为本课程设计是交通灯的plc控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。然后南北红灯，东西绿灯通车。过一段时间东西绿灯灭，黄灯闪烁几次，南北仍然红灯。再转南北绿灯通车，东西红灯。过一段时间，南北绿灯灭，闪几次黄灯，东西仍然红灯。最后循环。2.1 方案设计在日常生活中我们可以看见十字路口有很多种形式，而最常见的有两种：十字形和丁字路形。我们以这两种方案来设计交通指挥信号灯控制系统。方案一： 红 黄 红 黄 绿 绿 北 西 东 红 黄 绿 南

12、 红 黄 绿十字路口示意图方案二:丁字路口示意图机电一体化课程设计 设计背景2 设计背景2.1 背景概述随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点,越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯系统存在的以上缺点，我们引入

13、了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求，形成一个较为成型的产品，则需要作更多、更深入的研究。2.2 可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC) 根据国际电工委员会(IEC)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它

14、采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。机电一体化课程设计 PLC的特点及应用3 PLC的特点及应用3.1 概述 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑

15、控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。3.2 PLC的特点1可靠性高，抗干扰能力强；2 通用性高，使用方便；3程序设计简单，易学，易懂；4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；5系统设计周期短；6安装简便，调试方便，维护工作量小；7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；3.3 PLC的应用目前，PLC在国内

16、外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。 3.3.1开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。3.3.2 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PL

17、C厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3. 运动控制 PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多

18、小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 3.3.5 数据处理 现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 3.3.6 通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能

19、设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。机电一体化课程设计 PLC的特点及原理4 PLC的结构及原理4.1 PLC的分类1 按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。2 按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。3按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。4.2 PLC的结构PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种

20、。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的基本结构框图如下：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 CPU板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件4.3 PLC的工作原理 1输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。 2 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。

21、 3 输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。4.4 PLC汇编语言采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。4 梯形图由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。主要特点：1自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行，起使左母线。 2 梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 3 每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。 4 输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接入

22、的继电器，晶体及晶闸管才能实现。 4 语句表又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系，而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻译成助记符程序。上图的助记符程序为：地址指令变量0000LDX0000001ORX0100002ANDX0010003OUTY0000004END反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图4.5 PLC的基本指令 输入输出指令（LD/LDI/OUT）下面把LD/LDI/OUT三条指令的功能、梯形图表示

23、形式、操作元件以列表的形式加以说明： 符号 功 能 梯形图表示 操作元件 LD（取） 常开触点与母线相连 X，Y，M，T，C,S LDI（取反）常闭触点与母线相连 X，Y，M，T，C,SOUT（输出） 线圈驱动 Y，M，T，C，S,F LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。OUT 指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、计数器、状态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输出，能连续使用多次。 X000 Y000 地址 指令 数据 0000 LD X000 0001 OUT Y0004.5.2 触点串连指令（AND/ANDI）、并联指令（

24、OR/ORI） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 AND（与） 常开触点串联连接 X，Y，M，T，C,S ANDI（与非） 常闭触点串联连接 X，Y，M，T，C,S OR（或） 常开触点并联连接 X，Y，M，T，C，S ORI（ 或非） 常闭触点并联连接 X，Y，M，T，C，S AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两个指令可连续使用。 OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。 X001 X002 Y001 地址 指令 数据 0002 LD X001 X003 0003 ANDI X002 0004 OR X003 0005 OUT Y001 4 电路块的

25、并联和串联指令（ORB、ANB） 符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件 ORB（块或） 电路块并联连接 无 ANB（块与） 电路块串联连接 无 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连接时，支路的起点以LD或LDNOT指令开始，而支路的终点要用ORB指令。ORB指令是一种独立指令，其后不带操作元件号，因此，ORB指令不表示触点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应在每个并联电路块之后使用一个ORB指令，用这种方法编程时并联电路块的个数没有限制；也可将所有要并联的电路块依次写出，然后在这些电路块的末尾集中写出ORB的指令，但这时ORB指令

26、最多使用7次。将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB指令，各并联电路块的起点，使用LD或LDNOT指令；与ORB指令一样，ANB指令也不带操作元件，如需要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使用一个ANB指令，用这种方法编程时串联电路块的个数没有限制，若集中使用ANB指令，最多使用7次。 ANB X000 X002 X003 Y006 X001 X004 X005 ORB X006 X003 地 址 指 令 数 据 0000 LD X000 0001 OR X001 0002 LD X002 0003 AND X003 0004 LDI X004 0005 AND X

27、005 0006 OR X006 0007 ORB 0008 ANB 0009 OR X003 0010 OUT Y006 4 程序结束指令（END）符号（名称） 功 能 梯形图表示 操作元件结束 END（结束） 程序结束 无 在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序，并立即输出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最后一步，因此，使用END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以将END指令插在各程序段之后，分段检查各程序段的动作，确认无误后，再依次删去插入的END指令。机电一体化课程设计 丁字路口交通信号灯PLC控制系统简介 5 丁字路口交通

28、信号灯PLC控制系统简介5.1 控制对象及要求 控制对象 本系统的控制对象有八个，分别是：东西方向红灯（REW）两个；南北方向红灯 (RSN) 一个；东西方向黄灯（YEW）两个；南北方向黄灯 (YSN) 一个；东西方向绿灯（GEW）两个；南北方向绿灯 (GSN) 一个；东西方向左转弯绿灯(LEW)一个；南北方向左转弯绿灯(LSN)一个。图1 丁字路口交通灯示意图 控制要求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、

29、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。图2 时段分配时序图t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6图3 高峰期信号灯时序控制图t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6图4 正常期信号灯时序控制图5.2 系统简介本系统是一个丁字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对丁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

30、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）步依次循环。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

31、；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）步依次循环。晚间的控制方案为：东、南、西四个黄灯全部闪亮，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。5.3 硬件选型城市道路交通信号控制是典型的开关量顺序控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用德国西门子公司的S7-200可编程控制器，它是积木式结构，安装比较方便，中央处理单元和信号模板有多种类型，另外还具有如位控单元、PD调节等特殊功能模块。根据本系统输入点数及控制要求，中央处理单元可选用CPU224，该CPU板上本身具有10个数字量输入点，

32、6个非隔离数字量输出点，最多能够带8个数字量信号模板。电源模块将交流电源转换成供CPU，存储器等所有扩展模块使用的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心，它的好坏直接影响到PLC的稳定性和可靠。S7-200属于小型PLC，电源模块与CPU模块封装在一起，通过连接总线为本机和扩展模块提供+5V（DC）电源。同时，还可通过端子向外输出一个+24V（DC）电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。需注意的是，从资料中我们了解到，外部电源不可与S7-200的传感器电源并联使用。否则，交会导致两个电源的竟争而影响它们各自的输出，缩短其使用寿命，使得一个或两个电源同时失效，使PLC系统产生不正确的操作

33、。正确的使用方法是S7-200的传感器电源和外部电源应该在不同的点上提供电源，而两者之间只能有一个会共连接点。由于根据控制要求所确定的输入输出点分别人二个和九个，由于我们是以一个路口信号单独控制为例，考虑到够用为准。所以我们选择了CPU224这一具有较强控制功能的控制器。另外，在硬件选型时，不要忘记完成现场测试及软件编程时所需的一些设备。综上，得到系统硬件配置如表1所示： 表1 硬件配置表名 称数 量DC24V电源1CPU2241PC/PPI编程电缆1STEP7编程软件1PC机1机电一体化课程设计 系统I/O分配 6 系统I/O分配6.1 系统I/O分配表分析PLC的输入和输出信号,在满足控制

34、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，东西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，南北方向的三色灯也依次设计。再加上东西方向左转和南北方向左转的两色灯共八盏，所以其占8个输出点。由此可得系统I/O分配如表2所示：表2 系统I/O分配表输入/输出设备/器件名称I/O地址符号名数据类型输入高峰时期按钮SB0BOOL正常时期按钮SB1BOOL晚上工作按钮SB2BOOL停止按钮SB3BOOL输出东西方向绿灯Q1DINT东

35、西方向黄灯Q2DINT东西方向红灯Q3DINT南北方向绿灯QQ4INT南北方向黄灯Q5INT南北方向红灯Q6INT东西方向左转弯灯Q7INT南北方向左转弯灯Q8INT6.2 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4如下所示：图5 正常期信号灯时序控制图机电一体化课程设计 软件设计 7 软件设计本控制系统的控制原理是：用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化，用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制，每一方向有红、黄、绿及转弯四种信号灯，分别对应四位数字量输出，两个方向共有8位数定量输出；在某一方向用两个延时脉冲定时器分别控制该方向

36、黄灯闪烁的亮、灭时间，根据道路人车流量多少，分别设置各信号灯亮灭时间的长短，通过6个定时器依次交替工作，就可实现各方向交通信号灯的顺序工作。本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序（时钟初始化子程序，晚间时段交通灯控制子程序，正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控制子程序）组成。主程序主要任务包括：读取两个开关状态，根据开关的不同状态做出相应的处理，当开关SB0闭合时则对时钟进行初始化，反之则不对时钟进行初始化；当开关SB1闭合时，则读取时钟值，并做处理，根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段，并调用相应的交通灯控制子程序，反之，则停止程序的运行主程序流程图如图5所示。晚间时

37、段的控制规律为：两个方向的四个黄灯均按亮0.4秒灭0.6秒的规律闪烁，其余的交通灯全灭程序中将用到两个定时器T37和T38，各定时器的功能如表3所示。正常时段的控制方案结构图如图6所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表4所示。高峰时段的控制方案结构图如图7所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表5所示。该程序实现了信号由东西左转、东西直行、南北左转依次循环变化。其优势思路简单，容易理解，对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修改方便。如路口要求在晚上10：00以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能，只需要将实时采集PLC的时钟信号作为一个子程序的跳转条

38、件，再增加一段闪光程序即可。如果需要将几个路口集中到一台PLC控制，根据实际需要的I/O点数，硬件上再增加相应的数字量输出模板即可。需要指出的是，用PLC实现城市道路关通信号控制，最好几个路口共用一套PLC，这样可以大大降低工程成本。7.1 实验步骤（1）、由实验内容和分析控制过程，得出控制规律，根据以上分析绘出顺序功能图如下：表3 晚间时段各定时器一个循环中的功能明细表定时器t0t1T2T37开始定时，黄灯亮定时到，输出ON且保持；黄灯灭开始下一次循环的定时T38定时1秒开始定时继续定时定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环的定时，黄灯亮。表4 正常时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时

39、器t0t1t2t3t4t5t6T37定时10秒开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。定时到，输出ON且保持；南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。ONONONON开始下一个循环定时T38定时40秒开始定时继续定时定时到，输出ON且保持；南北绿灯灭，南北黄灯闪烁，东西红灯继续亮。ONONON开始下一个循环定时T39定时45秒开始定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；南北黄灯灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。ONON开始下一个循环定时T40定时55秒开始定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。ON开始下一个循环

40、定时T41定时85秒开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。开始下一个循环定时T42定时90秒开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。表5 高峰时段各定时器一个循环中的功能明细表 定时器t0t1t2t3t4t5t6T37定时10秒开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。定时到，输出ON且保持；南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。ONONONON开始下一个循环定时T38定时45秒开始定时继续定时定时到，输出ON且

41、保持；南北绿灯灭，南北黄灯闪烁，东西红灯继续亮。ONONON开始下一个循环定时T39定时50秒开始定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；南北黄灯灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。ONON开始下一个循环定时T40定时60秒开始定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。ON开始下一个循环定时T41定时85秒开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。开始下一个循环定时T42定时90秒开始定时继续定时继续定时继续定时继续定时继续定时定时到，输出ON，随即复位开始下

42、一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。图6 正常时段控制结构图1040s010s4045s4555s5585s8590s东西方向红灯、南北方向红灯和南北方向左转绿灯亮；其他灯灭。南北方向绿灯亮,，东西方向红灯仍亮；其他灯灭。南北方向黄灯闪烁,东西方向红灯仍亮；其他灯灭。南北方向红灯、东西方向红灯和东西方向左转弯灯亮；其他灯灭。东西方向绿灯亮，南北方向红灯仍亮；其他灯灭。东西方向黄灯闪烁,南北方向红灯仍亮；其他灯灭。图7 高峰时段控制结构图1045s010s4550s5060s6085s8590s东西方向红灯、南北方向红灯和南北方向左转绿灯亮；其他灯灭。南北方向绿

43、灯亮,，东西方向红灯仍亮；其他灯灭。南北方向黄灯闪烁,东西方向红灯仍亮；其他灯灭。南北方向红灯、东西方向红灯和东西方向左转弯灯亮；其他灯灭。东西方向绿灯亮，南北方向红灯仍亮；其他灯灭。图4 PCL端子接线图东西方向黄灯闪烁,南北方向红灯仍亮；其他灯灭。7.2 由顺序功能图绘出的PLC梯形图7.3 根据梯形图写出的指令机电一体化课程设计 总结 8 总结8.1程序调试 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输

44、出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。8.2难点分析其实现场实况车辆的流量是变化的，本设计只是对其路灯起到一个开关的作用，即开关量控制系统。由于所学知识及设备有限，无法对其路灯进行智能化控

45、制，所以在编程时就没把智能控制这一块加上去，再加上编程软件无法下载，在画梯形图方面受到一点阻碍。下面我就对智能化控制路灯作一些原理上的介绍。本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题。(1)行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少PLC不必要的运算 。(2)盲人脉冲按键按下时要实现功能的同时不影响和它没关系的主干道盲人在东西南北的行人道同时通过十字路口的情况不会经常出现，可以说是非少的，如果我们要把盲人脉冲分开东西控制和南北控制使他不影响和它

46、没关系的主干道就可以使车辆行走更加通顺减少车辆堵塞的情况。要实现这样的功能就要在脉冲按键按下时不影响他们的计时程序只在对应的主干道红绿灯输出程序上进行插入常闭继电器以此把输出程序断开(3)手动车流控制按键的控制方式手动车流控制按键是对相应的主干道绿灯延长的进行控制，但不能使它在按下时使改变当时的红绿灯显示情况，如现在是南北红灯东西绿灯时按下南北绿灯延长按键就不能使它变成南北绿灯东西红灯。这就涉及到了一个请求和响应的关系。(4)交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现PLC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是

47、PLC内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对PLC内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的PLC内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法（程序段在第86条第94条指令之间），此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。8.3 收获和体会通过这次毕业设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。机电一体化课程设计 参考文献 参考文献1 廖常初主编. PLC编程及应用. 北京:机械工业出版社，20032 周万珍、高鸿斌主编. PLC分析与设计应用. 北京:电子工业出版社，2004年1月3 钟肇新、王灏主编. 可编程序控制器入门教程. 广州:华南理工大学出版社，1999年5月4 温照方主编. SIMATIC S7-200可编程序控制器教程. 北京:北京理工大学出版社，2002年9月5 张进秋、陈永利、张中民主编. 可编程控制器原理及应用实例. 北京:机械工业出版社，2004年1月