红绿灯PLC编程设计报告

1、plc编程设计报告绪论随着社会经济和城市交通的快速发展，城市规模的不断扩大，交通日益繁忙，红绿灯已经成为疏导交通最常见和最有效的手段。红绿灯采用红、黄、绿三种颜色组成。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左右转弯；红灯是禁止通行信号，面对红灯车辆必须停止前进；黄灯是等待信号，面对黄灯车辆不能越过停车线，等待信号指示。城市红绿灯一般采用可编程控制器，其中采用plc程序控制的在实际使用中占有很大的比例。信号一般采用三种控制形式。第一种为传统红绿灯，即在红绿灯之间转换，绿灯变红灯时加黄灯来缓冲；第二种是在传统红绿灯基础上加上绿灯闪烁（以下简称绿闪）功能，即在绿灯将要结束之际加上闪烁，其目的是提醒车

2、辆，并保留黄灯缓冲时间；第三种是数字显示红绿灯，这是目前大城市所用最多的红绿灯，这种是在第二种红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。另外人行道的红绿灯对行人和车辆起到秩序化的放行和安全交通的交通设备。人行道上的红绿灯也与马路上的红绿灯大同小异，设计方法也基本相同。第一章 设计方案1.1 设计基础此次plc编程方法均与以s7-200作为背景机。1.2 方案选择这次给的方案有三种，一种是传统红绿灯，即绿灯切换到红灯之前用黄灯缓冲，而红灯到绿灯没有黄灯缓冲，这种红绿灯没有人行道上的红绿灯；第二种是普通红绿灯，就是在传统红绿灯基础上加上人行道红绿灯，人行道上只有红、绿两种灯；第三种是大型红绿灯，这种红绿

3、灯是在普通红绿灯基础上加左右转弯和倒计时显示。下面就来介绍这三种红绿灯：方案一 传统红绿灯十字路口每个方向各有一组红绿灯，共四组。这种红绿灯控制简单方便。但是缺点是只适合小型城市或者没有行人过马路和马路两边架设天桥的十字路口。现今已经无法满足较大城市的交通需求，很容易出现交通堵塞现象。当启动plc时，南北方向绿灯亮25s，同时东西方向红灯亮30s ；25s后南北方向绿灯闪烁3次（用时3s）后，改为黄灯，之后南北红灯并维持30s；此时东西方向由红灯变为绿灯亮25s，然后绿灯闪烁3次（用时3s）后转为黄灯亮2s，如此一直循环。如图：传统红绿灯平面示意图方案二 普通实用型红绿灯十字路口每个方向各有一

4、组红绿灯，共四组；在每个路口加上人行道，人行道左右方向上各有一组红绿灯，共八组。这种红绿灯以控制简单实用方便，普遍运用在我们生活中。缺点是此种红绿灯不适合用在大型的交通枢纽上，因为它不能承受大流量的车辆通行。下面就来介绍这种红绿灯的设计。当启动plc时，南北方向绿灯亮25s，人行道南北方向亮红灯30s ，同时马路东西方向红灯亮30s人行道东西亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；25s后马路南北方向绿灯闪烁3次（频率1s/次）后，改为黄灯亮2s，之后马路南北红灯亮并维持30s，这时人行道南北方向亮绿灯27s后闪烁3次（频率1s/次）；此时马路东西方向由红灯变为绿灯亮25s，人行道由绿灯变为红

5、灯亮30s；然后绿灯闪烁3次（频率1s/次）后转为黄灯亮2s。如此一直循环。下面是示意图：普通实用型红绿灯平面示意图方案三 大型红绿灯十字路口每个方向各有一组左右转弯直行红绿灯，一共四组；人行道东南西北方向上各有一组红绿灯，共八组。这种红绿灯是针对现今大城市交通而设计的，车道上设计了左转、直行、右转三组信号灯。它相对前两种红绿灯有了很大的变化，系统也复杂很多。各组灯之间的关系也比较复杂；但是这种红绿灯面对大量的行人和车辆也可以进行秩序化的放行。下面就来介绍这种红绿灯：注：先对各个方向上的灯作序号，记向北左转为1点方向、向北直行为2点方向以此顺时针计数。最后向东左转为12点方向。当启动plc时，

6、系统得电。按下启动按钮，9、5点方向亮绿灯27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s；9、5变红灯同时11、3变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s ，11、3变为红灯同时2、6变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s ，2、6变为红灯同时8、12变为绿灯亮27s后变为黄灯亮3s最后变为红灯亮90s。人行道上开始南北方向绿灯亮60s后变为红灯亮60s，东西方向红灯亮60s后变为绿灯亮60s。马路东南西北右转方向亮灯与南北人行道一样。完成一个周期后，循环。下面是平面示意图：大型红绿灯平面示意图1.3 方案比较下面把三种方案列出比较：方案材料选择优点缺点方案比较方案一 传

7、统红绿灯12盏220v 50 hz指示灯，四杆四米灯架结构简单，安装方便，有基本功能只有基本马路红绿灯功能，不具实用性经三种方案优缺点的对比（以丽水城市为例），选择方案二比较适合，她适用现在的中小城市，控制结构简单，功能相对齐全，从经济方面考虑也是相对节约的。方案二 普通实用型红绿灯28盏220v 50 hz指示灯，四杆四米灯架，八杆两米灯架控制简单实用，安装方便，拥有马路和人行道功能在一些大型城市或交通繁忙路段无法正常疏导交通方案三 大型红绿灯52盏220v 50 hz指示灯，四杆四米灯架，八杆两米灯架能胜任各个交通路口，指示灯全面，功能齐全。控制系统设计和结构都很复杂，安装线路繁多第二章

8、红绿灯控制系统设计2.1 plc型号选用根据设计要求得出，只需要一个启动按钮sb1和一个停止按钮sb2两个输入信号，而马路上有六组信号灯，人行道上有四组信号灯，共十组输出信号。为避免大材小用，秉承经济节约方针，我们应尽量选择最经济的方案。这次设计我们选用了s7-200 cpu224型号plc，外加cpu221作为外加的模块。2.2 硬件设备选用及i/o地址分配2.2.1 硬件设备选用名称型号及要求备注plc主机s7-200 cpu224可另加模块主开关sb1、sb2变压器方正ei行变压器220v变24v交通信号指示灯超高强度led灯光强度：红928cd黄714cd绿989cd；功率（w）：红、

9、黄20w 绿=500m,工作电压ac220v15%人行道信号指示灯电线bvr2.5平方铜芯硬线长度自选其他附件s7-200 cpu221外加plc模块2.2.2 i/o地址分配序号功能外部元件内部地址i/o备注1停止停止按钮sb1i0.2红色按钮2启动启动按钮sb2i0.3绿色按钮3连接作用m0.0、m0.1中间继电器4计时t37、t47、t51计时30s5计时t48、t53计时27s6计时t38、t43计时25s7计时t42、t46计时2s8计时t39、t40、t44、t45、t49、t50、t54、t55计时0.59计数c20-c23计数3次10停止指示马路南北红灯q0.0亮30s11通行

10、指示马路南北绿灯q0.1亮25s，闪3s12等待指示马路南北黄灯q0.2亮2s13停止指示马路东西红灯q0.3亮30s14停止指示马路东西绿灯q0.4亮25s，闪3s15等待指示马路东西黄灯q0.5亮2s16通行指示人行道南北绿灯q0.6亮27s，闪3s17停止指示人行道南北红灯q0.7亮30s18通行指示人行道东西绿灯q1.0亮27s，闪3s19停止指示人行道东西红灯q1.1亮30s地址分配表2.2.2 硬件电路接线（实验用电路）plc调试接线图注：实验选用的指示灯为工作电压为24v 50hz。变压器为方正ei行变压器。进行模拟实验时，接线每个端口输出都只接一盏灯作为指示。2.2.3 硬件电

11、路接线（实验线路接线）实际电路接线图2.2.4 红绿灯控制系统要求a图从图中的方向箭头可以看出，南北马路亮的是绿灯指示可以通行，东西人行道上亮的绿灯也是可以通行的。而马路东西方向上两的是红灯车辆停止通行，南北人行道上亮的也是红灯禁止通行。b图在a图中马路南北是绿灯通行的，经过一段时间马路南北由绿灯变为黄灯，而东西人行道上海是绿灯通行状态，而南北人行道和东西马路没有变化。c图紧接b图之后，黄灯计时到马路南北变为红灯禁止通行。而东西马路和南北人行道红灯变为绿灯通行状态。此时东西人行道就马上变为红灯让道给马路上的车辆。d图d图 效果与b图相类似，它是记绿灯之后的黄灯缓冲阶段，马路东西方向原本是绿灯通

12、行状态，现变为黄灯缓冲阶段，车辆等待下一步指示。而东西人行道和南北马路红灯因计时没到没有变化。紧接d图之后是a图。abcd四张图纸依次循环组成十字路口红绿灯。2.3 红绿灯设计系统功能图顺序流程图当按下启动按钮后，系统如图所示的循环工作。2.4 红绿灯控制系统时序图红绿灯工作时都按系统控制要求的顺序进行，如图时序图当系统启动时，其工作情况如上时序图。马路东西红灯亮30s，同时马路南北绿灯亮25s，之后由3s的闪烁，紧接着为黄灯亮2s。马路东西红灯30s结束后绿灯接上，绿灯亮25s后变为黄灯亮2s之后变为红灯，如此循环。系统启动同时，人行道南北红灯亮30s，东西绿灯亮25s之后闪烁3s在变为黄灯

13、亮2s 。人行道东西绿灯亮25s后闪烁3s变为黄灯亮2s在变为红灯亮30s又变为绿灯如此循环。2.5 红绿灯plc编程2.5.1 程序说明根据对红绿灯的控制要求及plc地址分配的定义，可对plc程序编制，其梯形图见附录1。下面对所编的程序梯形图作简要的说明：当按下启动按钮i0.3，中间继电器m0.1得电其常开触点闭合代替了i0.3达到自锁使得mo.1在一直通电的状态。中间串上m0.0常闭触点是为了当需要切断电源时，按下i0.2，继电器m0.0得电，其常闭触点断开，而此断开m0.1的自锁程序达到切断电源的效果。（1）当按下启动开关后，以下接触器得电：aq0.0通过中间继电器m0.1的常开触点闭合

14、接通电源，马路南北红灯亮。而计时器也接通，它是为q0.0计时作用的。当t37计时30s后，它的常闭触点断开，断开q0.0的电源。t42常闭触点在这里起循环作用，就是在此程序运转一个周期时，控制最后一个接触器的计时器计时完成，断开t37使得t37重新计时，以达到循环效果。bq0.4得电，马路东西绿灯亮。与之串连的是计数器c21（计数3次，作用是q0.4闪烁3次时断开其电源），t43、t44在这里起控制q0.4闪烁并计时作用。cq0.7接通人行道东西方向红灯亮，q0.7与q0.0公用一个计时器，所以q0.7的显示时间与q0.0一样。d q1.0得电人行道南北方向绿灯亮，它的显示与q0.4相同。c2

15、2、t48、t49的功能叶相同。（2）延时25s后，q0.4马路东西方向绿灯开始闪烁。计时器t43计时到，它的常闭触点先断开，使得q0.4失电，同时它的常开触点闭合，接通计时器t44。t44、t45（接通t44后，t44开始工作，0.5s后接通qo.4与t45，再过0.5s后计时器t45工作，先断开t44。如此循环工作。而这里加上计数器c21的3次计数达到绿灯闪烁功能。（3）经过3s后，c21计数完成，断开q0.4（熄灭绿灯）接通q0.5马路东西黄灯和计时器t46（t46在这里起计时作用，2s后它先断开q0.5，然后其常开触点闭合接通q0.3，达到红绿灯循环效果。（4）延时2s后，t46常开触

16、点闭合接通q0.3马路东西红灯。这时计时器t47接通开始工作。t47计时2s后，它的敞开触点闭合，复位c21。使得q0.4重新开始工作，如此一直循环。 （5）当人行道红灯q0.7亮30s后，t37计时30s动作，其常闭触点先端开，切断q0.7。然后其常开触点闭合接通q0.6(人行道东西绿灯)，q0.6接通27s后闪烁3s（频率1s/次）其工作过程与马路闪烁3次相类似。此次设计的红绿灯系统工作情况就向上面介绍的循环工作。2.5.2 控制系统程序梯形图见附录12.5.3 梯形图对应的语句表见附录32.6 plc设备安装这次选用的s7-200设计小巧便于安装，可以利用安装孔把模块固定在控制柜的背板上

17、；或者利用设备上的din夹子，把模块固定在一个标准（din）的导轨上。在安装时应注意与热源、高电压和电子噪音隔开，s7-200设备设计时采用自然散热方式，所以在安装线路时要留足够的空间。在扩展接口处也应留出足够的空间。这样可以灵活地使用i/o扩展电缆。在安装或卸载任何电器前必须确认设备电源已经断开。（安装详情可参考西门子s7-200手册）3.7 实验电路接线实物图见附录23.8 程序调试程序调试在plc模拟电路板上进行。先按硬件接线图完成实物的接线。接线时各个接口按图正确接线，并且每个接口牢靠。完成此步骤后再连接上传输线。在做调试时，首先将事先编好的程序系在到plc上（至于怎么下载这里就不作讨

18、论）。完成后可进行通电试运行。plc一上电电路应无任何反应，这时线路可进行下一步调试。这时电脑上可进行程序状态监控。按下启动按钮sb1，启动后q0.1、q0.3、q1.1、q2.0四个接口上的接触器马上吸合，25s后q0.1接口上的接触器考试跳动，跳动3次后断开，改为q0.2后面的接触器吸合。2s后q0.4、q1.0、q2.1吸合，25s后q0.4接口上的接触器开始跳动3次，跳动3次后断开，改为q0.5后面的接触器吸合。2s后q0.5断开，q1.0后面的接触器开始跳动3次后断开。后面动作一直如此循环作业。在没有按下sb2停止按钮之前，电路一直循环作业。第三章 报告总结写实训报告是学机电一体化必

19、不可少的程序，我体会了其中的艰辛，为写着份报告曾多次去实地取材，并做记录。为把身边最常见的红绿灯原原本本的概述在报告里是件很困难的事情，也为此提前一个星期就开始做准备。这次设计的红绿灯适用于一般交通十字路口，不推荐使用在繁忙地段（与丽水地区作为参考）。此设计使用方便，从经济方面算成本也不高，适合在一般中小城市推广。在设计时还有人性化设计，使用时可根据当地的交通状态调整红绿灯的时间或在红绿灯上面加计时器。为适应时代变化，将会有更多的功能更全面的推出，总之一切都是为了顺应时代变化。设计过程是枯燥而乏味的，程序的修改甚至让我想打退堂鼓。不过经过不断的完善，终于完成了这次设计并写完报告，这给了我很大的

20、信心，在才过程中我对plc可编程控制又有了新的了解。但是设计中存在许多不足，这些不足限制了更多的功能。通过这次红绿灯设计业让我懂得了做任何事都要有信心和耐心，在这过程中还得到了许多人的帮助，是他们让我顺利的完成了这次设计。总之一句话，过程了痛苦的，成果是欣慰的。我想这可能是我大二这学期最后一份报告，它也将是我大学阶段一个不错的收获，也为我将来的路作了一个很好的铺垫。参考文献：廖常初可编程序控制器的编程方法与工程应用重庆大学出版社，2001廖常初plc梯形图程序的设计方法与技巧电工技术，1998周少武等大型可编程序控制器系统设计中国电力出版社，2001曹辉可编程序控制器系统原理及应用电子工业出版社，2003路林吉，江龙康等可编程序控制器原理及应用清华大学出版社，2002西门子公司simatic s7-200可编程序控制器系统手册，20046王仁详常用低压电器原理及控制技术，北京：机械工业出版社，2006附录1 梯形图附录2 实验电路接线实物图附录3 语句表ld i0.2= m0.0ld i0.3o m0.1a m0.0= m0.1ld m0.1an t42ton t37, 300