1、工厂供电中南大学电气控制课程设计任务书 设计题目：十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制设计者： 王建国学号： 0901060127前言随着社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，而且道路建设往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。在这个时候道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保障。而以往的交通灯大都采用继电器或者单片机来实现，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点。而采用PLC编程简单，易维护，稳定性高，可以随着不同场合的需要灵活改变程序实现不同的功能需求，而且可靠性高性价比较好，最重要的是plc很适合来控制交
2、通信号灯这类的时序控制系统，从而实现稳定可靠的有条不紊的交通灯控制系统。实验控制要求与设计任务1控制要求 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S
3、A1-3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。控制信号说明见表11-5。图11-9 十字路口交通灯正常工作时序表11-5 十字路口交通灯控制信号说明输 入输 出文字符号说 明文字符号说 明SA1-1交通灯正常工作控制开关H1南北向绿灯指示SA1-2南北向交通灯常绿控制开关H2南北向黄灯指示SA1-3东西向交通灯常绿控制开关H3南北向红灯指示H4东西向绿灯指示H5东西向黄灯指示H6东西向红灯指示H11南北向2位七段数码显示管H12东西向2位七段数码显示管2设计任务1) 根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求，编制交通
4、信号灯PLC控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。3) 编写设计说明书，内容包括： 设计过程和有关说明。 基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。 PLC控制程序（梯形图和指令表）。 电器元器件的选择和有关计算。 电气设备明细表。 参考资料、参考书及参考手册。 其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。 二、系统设计过程1.分析时序图可得控制要求：东西向绿灯H4绿灯H4闪烁黄灯H5红灯H625SON 0.5S OFF 0.5S 3次2S南北向红灯H3绿灯绿灯H1闪烁黄灯H225SON 0.5S OFF 0.
5、5S 3次2S2. 设计原理根据实际交通灯原理，红灯亮的时间等于黄灯与绿灯亮的时间之和。采用顺序控制法和顺序功能图来实现，基本思路就是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（step），采用内部编程元件（如开关，定时器等）使其状态按照一定的时间顺序变换，最终输出相应控制。在交通灯的应用中，即下一盏灯亮来控制这一盏灯的灭，依次下去。实际中绿灯一般闪烁23秒后才熄灭，是来自脉冲波形的控制，但软件中没有找到PDF发生器，就没有实现这样功能，采用继续亮23秒来代替此功能。3.I/0分配输 入输 出文字符号输入点文字符号输出点SB1I0.1H1Q0.1SB2I0.2H2
6、Q0.2SB3I0.3H3Q0.3H4Q0.4H5Q0.5H6Q0.6H11Q1.1H12Q1.24. 十字路口交通灯示意图 十字路口交通灯示意图5. PLC外部接线图根据信号灯的控制要求，所有的器件有： PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只，输入输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y5端，东西方向黄灯接于输出继电器Y4端，东西方向的红灯接于输出继电器Y3端，南北方向绿灯接于输出继电器Y2端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y1，南北方向红灯接于输出继电器Y0。将输出端的COM
7、1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯，也可以采用输出继电器先带动中间继电器，再由中间继电器驱动信号灯。6. PLC控制程序设计6.1程序设计该程序主要分为三部分，可采用顺序控制来实现来实现。采用步进梯形指令双流程编程实现，应用并联分支结构，其状态转移图如图4所示。由图可知，我们把东西和南北方向信号灯的动作分成两个流程同时起动，分别运行各自的时序动作，相互之间的配合由统一的时钟进行有机配合，不会出现差错。现仅以南北方向的动作简单分析一下工作原理，东西方向工作过程基本相同，在此不再赘述。系统起动
8、时，利用M8002开机脉冲自动进入sO状态，系统处于等待状态。当启动按钮SB1按下时，xO接通，$20和$30同时起动，Y2和Y3同时起动，Y2使南北绿灯亮，Y3使东西红灯亮(东西方向以下不分析)，$20起动的同时TO开始计时，20s后利用 常开接点的闭合使状态进入$21，此时Y1和T1起动，Y1使南北黄灯亮，T1计时1s，1s后进入$22，在$22状态下，起动CO和T2，此时南北黄灯灭，CO计数加1，T2时间到时，如果co,J-数不到3次，状态转到$21循环，如果CO计数到3次，状态转入s23，这样就做到了南北方向黄灯闪烁3次的要求。南北方向黄灯闪烁3次后，系统进入s23状态，在s23状态下
9、，复位CO，为下次闪烁作好准备，同时起动Y0和r3，Y0使南北红灯亮，亮30s后进入s24状态，至此南北方向的一个循环执行完，此时东西方向也应该完成，在两个方向都完成后(必须都完成)，又重新进入s20和s30，如此反复工作。在任何时候按下停止按钮SB2，Xl接通，状态转入so，并复位相关状态和计数器，系统自动停止。6.2控制系统的梯形图三 实验总结 本学期我们同时学习了工厂供电与电气控制、PLC两门课，对 现场的控制系统有了一定的理解。通过课程设计完成对电气控制装置的设计实践，我们了解了一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法，了解了电气设计包含原理设计和工艺设计两个
10、方面。通过此次课程设计，我们对PLC的硬件和原理了解得更深刻了，从电源，输出类型等。实现交通灯的控制方法很多，传统的方法实现都存在一个共同的问题，就是工作的可靠性、稳定性和抗干扰能力有限，而交通灯又安装在嘈杂的交通路口，外界因素的干扰可想而知，这为PLC在工业控制中的使用提供了广阔的空间。PLC是专为在工业环境下应用而设计的，其工作的可靠性非常高，具有很强的抗干扰能力，能在很恶劣的环境下(如温度高、湿度大、金属粉尘多，距离高压设备近、有较强的高频电磁干扰等)长期连续可靠地工作，平均无故障时间长，故障修复时间短。因为它在设计和制造过程中采用了精选元器件及多层次抗干扰等措施，使可编程控制器的平均无
11、故障时间MTBF常在50 000h以上，有些可编程控制器的平均无故障时间可以达到几十万小时以上。可以说，至今没有任何一种工业控制设备能够达到PLC的可靠性。四 参考文献 1、中华人民共和国国家标准 电气制图M，北京：中国标准出版社，1987.2、阳宪惠 工业数据通信与控制网络M，北京：清华大学出版社，2003.3、廖常初主编 PLC编程及应用（第二版）M，北京：机械工业出版社，2005.4、廖常初主编 PLC甚础及应用M，北京：机械工业出版社，2003.5、廖常初主编 S7-300/400 PLC应用技术M，北京：机械工业出版社，2005.6、廖常初主编 FX系列PLC编程及应用M，北京：机械工业出版社，2005.7、廖常初，陈晓东主编 西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术M， 北京：机械工业出版社，2006
