基于S7-200_PLC_十字路口交通燈的控制系統(tǒng)設計【含CAD圖紙優(yōu)秀畢業(yè)課程設計論文】

基于 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 1 設計主要內(nèi)容及要求 計目的： 編程序控制器（ 20 世紀 60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設備和強大支柱。因此， 術已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實踐，可以幫助學生加深對理論知識消化吸收，提高 程技能。 本要求 信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先 南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。 南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到2 秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。 東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復始。要求完成以下項目： 1、畫出 交通信號燈時序狀態(tài)示意圖 2、畫出交通燈的控制流程圖 3、完成 可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖 4、完成十字路口交通信號燈 制梯形圖編程 揮部分 自由發(fā)揮 2 設計過程及論文的基本要求： 計過程的基本要求 （ 1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選； （ 2）符合設計要求的報告一份，其中包括 總體設計框圖 、電路原理圖各一份； （ 3）報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。 程設計論文的基本要求 （ 1）參照畢業(yè)設計論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項目齊全、不許涂改，不少于4000 字。圖紙為 有插圖不允許復印。 （ 2）裝訂順序：封面、任 務書、成績評審意見表、中文摘要、關鍵詞、目錄、正文（設計題目、設計任務、設計思路、設計框圖、各部分電路及相應的詳細的功能分析和重要的參數(shù)計算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹）、小結、參考文獻、附錄（ 總體設計框圖 與電路原理圖） 。 3 時間進度安排 順序 階段日期 計 劃 完 成 內(nèi) 容 備注 1 解主要設計內(nèi)容，安排學生查閱資料 打分 2 查整個設計總體設計概況 打分 3 導學生進行傳感器的選擇和 用的注意事項 打分 4 查學生核心內(nèi)容的設計情況 打分 5 辯、寫報告 打分 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 2014要 可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可以編制程序的 存儲器 ，用來在執(zhí)行存儲邏輯運算和順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入 (I)和輸出 (O)接口，控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程。 可編程序控制器 (為一種以微電腦技術為核心的自動控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器 工業(yè)自動化，機電一體化以及傳統(tǒng)的工業(yè)控制方面，得到了廣泛的應用， 發(fā)揮著越來越大的作用。已被廣泛應用于機械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)。它可靠性高、功能完善、抗干擾性好，具有結構簡單、重量輕等優(yōu)點。是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。城市交通信號控制是通過對交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導以達到改善人和貨物的安全運輸，提高運營效率。采用 制交通信號燈，主要是考慮其具有對使 用環(huán)境適應性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富。 目前， 廣泛應用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應用方面還不是很廣泛。用于交通控制還有很大的潛能， 其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點，使得其有逐步取代以往的單片機在交通燈中的地位的趨勢。 利用德國西門子公司的 200 實現(xiàn)交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求的分析，結合西門子 控制性能，通過系統(tǒng)時序圖的分析，對交通燈系統(tǒng)進行了軟、硬件設計，實現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實驗證明該方法設 計的系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟實用、遠行可靠，具有很高的實用價值。 關鍵字： 通燈控制 設計 調(diào)試 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 目錄 基于 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 . I 摘要 . 錄 . 3 1 設計任務描述 . 4 計要求 . . 4 本要求 . 4 揮部分 . 4 2 設計思路 . 5 3 設計與分析 . 6 計框圖 . 6 計分析 . 6 4 硬件部分 . 8 I/O 分 配 . 8 統(tǒng)的硬件結構圖 . 9 接線形式 . 10 5 軟件設計部分 . 11 形圖 . 12 句表 . 15 6 述 . 18 件結構 . 18 央處理單元 (. 18 儲器 . 19 入 /輸出模塊 . 20 圖 . 22 圖 . 22 7 元件清單 . 23 小結 . 23 致 謝 . 24 參考文獻 . 25 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 1 設計任務描述 計題目： 基于 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 計要求 . 計目的 可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順序運算、記數(shù)和算術運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 自 1969 年第一臺可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制器。 編程序控制器（ 20 世紀60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個工業(yè)生產(chǎn)領域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設備和強大支柱。因此， 術已成為電氣自動化專業(yè)技 能型人才必不可少的重要技能，通過實踐，可以幫助學生加深對理論知識消化吸收，提高 程技能。 本要求 信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。 南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到 2 秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。 東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維 持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復始。要求完成以下項目： 1、畫出 交通信號燈時序狀態(tài)示意圖 2、畫出交通燈的控制流程圖 3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖 4、完成十字路口交通信號燈 制梯形圖編程 揮部分 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 2 設計思路 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結合西門子 列可編程控制器的特性（見附錄）， 選擇適合的型號。設計思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個 動按鈕動作 ，系統(tǒng)工作。 首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。 南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25S,需計時器設定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時，東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計時器設定延時 20 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒 /次）動作使東西綠燈閃爍，還需要計時器設定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮 2S,需計時器設定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。 其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處 于允許通行的狀態(tài)。 東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮 30S,需計時器設定延時 30 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時，南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計時器設定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒 /次）動作使南北綠燈閃爍，還要需計時器設定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮 2S,需計時器設定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。 如此循環(huán)下去。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 3 設計與分析 計框圖 計分析 開始 南北紅燈亮，東西綠燈亮 南北紅燈亮，東西綠燈閃 南北紅燈亮，東西綠燈亮 東西紅燈亮，南北綠燈亮 東西紅燈亮，南北綠燈閃 東西紅燈亮，南北綠燈亮 開始 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 圖 1 十字路口交通示意圖 這 12 個交通燈共有 6 個狀態(tài)： 南北紅燈（ 1 7）亮 東西綠燈（ 6 12）亮 南北紅燈（ 1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（ 6 12）閃 南北紅燈（ 1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（ 5 11）亮 東西紅燈（ 4 10）亮 南北綠燈（ 3 9）亮 東西紅燈（ 4 10）繼續(xù)亮 南北綠燈（ 3 9）閃 東西紅燈（ 1 7） 繼續(xù)亮 南北綠燈（ 2 8）亮 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 4 硬件部分 I/O 分配 交通燈控制系統(tǒng)共有一個輸入點：啟動按鈕。輸出信號有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動信號以及東西方向、南北方向的車輛運行指示燈驅(qū)動信號甲、乙。由于每一方向的指示燈中，同種顏色的指示燈運行情況相同，為節(jié)省輸出點數(shù)，采用并聯(lián)輸出法。由此確定，系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為 1，輸出點數(shù)為 8，全部為開關量。 O 點分配如表一所示。 表一 （乙） 西車燈（甲） 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 統(tǒng)的硬件結構圖 根據(jù)系統(tǒng)對 I O 口量的需求，選用 200 來完成設計，系統(tǒng)的硬件結構如圖 2 所示。 2 系統(tǒng)的硬件結構 檢測裝置 交通燈 計數(shù)器 時器 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 接線形式 如圖 3 所示 圖 3 線圖 端口 接入系統(tǒng)開關的傳送信號，端口 起報警作用的信號燈，端口 口 東西綠燈，端口 東西黃燈，端口 東西黃燈， 南北黃燈。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 5 軟件設計部分 控制系統(tǒng)的程序可分為兩個模塊：開始模塊和十字路口信號燈控制模塊。其中十字路口信 號燈控制模塊是主模塊。時間設定由定時器 (T)完成，通過不同的定時器的交替觸發(fā)和定時來控制各個車道每個信號燈的亮滅時間。時間的設定可根據(jù)實際狀況分時設置。根據(jù)控制任務要求，運用 件設計交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序， 如圖 4。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 形圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 句表 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 序圖 圖 4 十字路口交通燈時序 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 6 述 件結構 質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，中央處理單元 (如下圖 2示 。 4件結構 央處理單元 (中央 處理單元 ( 查電源、存儲器、 I/O 以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當 入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結果送入I/所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/此循環(huán)運行，直到停止運行。 進一步提高 靠性，近年來對大型 采用雙 成冗余系統(tǒng)，或采用三 樣，某個 個系統(tǒng)仍能正常運行。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 儲器 存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。 1、 用存儲器類型 （ 1） 這是一種讀 /寫存儲器 (隨機存儲器 )，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （ 2） 是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下， 存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。 （ 3） 是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。 3 2、 儲空間分配 各種 存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： （ 1）系統(tǒng)程序存儲區(qū) （ 2）系統(tǒng) 儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等） （ 3）用戶程序存儲區(qū) 4 系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲 區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 ，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 能。 系統(tǒng) 儲區(qū)：系統(tǒng) 儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備，如：邏輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計時器；計數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲器。 5 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 （ 1） I/O 映象區(qū)： 入運行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸出刷新階段才將輸出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應外設。它需要一定數(shù)量存儲單元 (存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù) ，這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個開關量I/O 占用存儲單元中一個位（ 一個模擬量 I/O 占用存儲單元中一個字（ 16個 整個 I/關量 I/擬量 I/ （ 2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ： I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) 儲區(qū)還包括 輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持存儲區(qū)域和無失電保持存儲區(qū)域，前者 內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當 電時，數(shù)據(jù)被清零。 用戶程序存儲區(qū) ：主 要用來存放用戶的應用程序。所謂用戶程序時指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到 便于用戶隨時修改。也可將用戶程序存放在 。 入 /輸出模塊 輸入 /輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場的輸入信號，如按鈕開關，行程開關、限位開關以及傳感輸出的開關量或模擬量（壓力、流量、溫度、電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到于這些信號電平各式各樣，而可編程控制器 處理的信息只能是標準電平 ，所以輸入模塊還需將這些信號轉(zhuǎn)換成 夠接受和處理的數(shù)字信號。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場執(zhí)行部件所能接收的控制信號，以驅(qū)動如電磁閥、燈光顯示、電機等執(zhí)行機構?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入 /輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入 /輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種類型又有不同的參數(shù)等級，主要有數(shù)字量輸入 /輸出模塊和模擬量輸入輸出 /模塊，部件上都設有接線端子排，為了濾除信號的噪聲和便于 部對信號的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號鎖存 電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 電路，其目的是把 提高 字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入 /輸出模塊主要用來實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/。由于工業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機構有一些信號是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入 /輸出模塊與 中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇 。現(xiàn)在標準量程的模擬電壓主要是 0 5 伏和 0 10 伏兩 種。另外還有： 0 0 5 + 10 +10V， 0 10。模擬量輸入模塊接收標準量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成 8未、 10未或 12位的二進制數(shù)字信號，送給中央處理器進行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成標準量程的電壓或電流輸出信號，提供給執(zhí)行機構。 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 圖 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 7 元件清單 小結 到了課程設計的時候，我們組分到了：基于 面對這個題目根據(jù)老師課堂講的內(nèi)容很快就確定了設計的方向，并與同學們名稱 型號 數(shù)量 備注 計算機 1 可編程控制器 西門子 數(shù)據(jù)線 1 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 的合作解決遇到的問題。通過這次設計，我意識到了 程技術在現(xiàn)實中的廣泛應用，并了解到自己學習中的不足之處，看到了理論與實踐的差距。 通過一周的 計實踐。我學會了 基本編程方法，對 工作原理和使用 方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實踐設計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細節(jié)不加重視，當我們把自己想出來的程序與到 的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結果和要求的結果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對 理解得到加強，看到了實踐與理論的差距。 通過合作，我們的合作意識得到加強。合作能力得到提高。上大學后，很多同學都沒有過深入的交流，在設計的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個人互責一定的部分，同時在一定的 階段共同討論，以解決分工中個人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時我們還向別的同學請教。在此過程中，每個人都想自己的方案得到實現(xiàn)，積極向同學說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。 通過此次課設，讓我了解了 形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關于 計原理。有很多設計理念來源于實際，從中找出最適合的設計方法。實踐不同于理論，理論上可行的設計，在考慮實際條件的種種影響下，必須有所取舍，有側重，才能事半功倍，紙上得來終覺淺 ，絕知此事要躬行。 致 謝 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 在設計的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學習的過程中，不是每一個問題都能自己解決，向老師請教或向同學討論是一個很好的方法，不是有句話叫做學而不思則怠 ,做事要學思結合。 僅需要編程能力，更是要求設計者了解控制電路的時序關系，作用原理，在接到題目之后，通過查詢資料對題目的所需要的編程器件，設計思路有了一定準備，但還是遇到了很多問題，感謝祝老師給予的及時指導和幫助，能夠跳出我們的思維局限性，從更高的，宏觀的層面和維度來分析問題， 給出中肯和針對性的建議，通過和同學的討論，更是使我完善了自己能力的不足之處，并能使我們一起提高。感謝學校老師給我們提供實踐的機會和條件，能夠鍛煉自己的實際動手能力，不僅停留在理論層面的學習，更要將所學轉(zhuǎn)化為一種能力和素質(zhì)，培養(yǎng)自己的工程實踐經(jīng)驗，從最基礎的課程設計做起，為實際動手操作，打?qū)嵒A，因為只有實踐，才能出真知。 參考文獻 1 王永華 用技術 京航空航天大學出版社，2013 2 趙景波等 7械工業(yè)出版社， 2010 購買設計文檔后加 費領取圖紙 購買設計文檔后加 費領取圖 紙 3 龔威，張樹臣，王瀛 . 實例解讀西門子 國電力出版社 ,2013 4 李國麗，朱維勇電子技術實驗指導書合肥：中國科技大學出版社， 2000