信息和电气工程学院
课程设计说明书
（2010/2011学年第一学期）
课程名称：可编程控制器使用
题目：交通信号灯PLC控制系统设计
专业班级：电气工程及其自动化0706班
学生：
学号：
指导教师：
设计周数：两周
设计成绩：
2011 年 1月 14日
目录
一、课程设计的要求 (2)
1、1课程设计目的及意义 (2)
1、2课程设计的主要任务 (2)
1、3课程设计的技术要求 (3)
1、4课程设计的控制规律 (3)
二、课程设计的容 (4)
2、1 控制对象 (4)
2、2硬件选择 (5)
2、3编制I/O地址分配表 (6)
2、4控制系统的电路接图 (6)
三、交通信号灯程序流程图 (7)
四、交通信号灯时序图 (8)
五、程序梯形图 (8)
六、参考文献 (12)
七、心得体会 (12)
八、成绩评语 (13)
一.课程设计的要求
1、1 课程设计目的及意义
可编程序控制器，英文全称Programmable Controller,简称PLC。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作电子系统装置，转为在工业现场使用而设计，采用可编程序的存储器，用以在其部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入/输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC式微机技术和传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差等缺点，充分利用了微处理器的优点，有照顾到了现场电气操作维修人员的技能和习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学，调试和简易的用户程序编制工作，就灵活方便地将PLC使用于生产实践之中。
1、2课程设计的主要任务
（1）了解某交通信号灯控制的步骤和要求。
（2）绘制交通信号灯控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。
（3）编制PLC的程序，并利用实验室设备进行调试，要求能在现有设备上演示控制过程。
（4）撰写课程设计说明书。说明书要阐明各路输入输出信号的名称、作用、信号处理电路或驱动电路的设计，写明设计过程的分析、计算、比较和选择，画出程序流程图，并附上源程序。
1、3课程设计的技术要求
某十字路口东西方向和南北方向各装有直行(包括右转弯)控制红、黄、绿交通信号灯和左转弯控制红、绿交通信号灯,另外还有倒计时显示器。显示器用于显示相应方向直行控制当前点亮的信号灯还要持续的时间(剩余时间),由另外的单片机系统构成。PLC通过串口以自由口方式输出八位二进制数据,最高位为0表示东西方向数据,1表示南北方向数据,单位为秒。系统中有两个控制开关：东西方向控制开关SEW和南北方向控制开关SSN。SEW接通SSN关断则东西方向绿灯全亮南北红灯全亮,其他灯全。接通则南北方向绿灯全亮,东西方向红灯全亮,其他灯全灭。SEW和SSN都关断停止工作。SEW和SSN都接通则进入正常控制状态,（其规律控制参考人民路和中华大街交叉路口信号灯)
1、4课程设计的控制规律
（1）、系统启动后，南北红灯全亮35S；和此同时东西直行绿灯亮20S；东西左转弯红灯亮；
（2）、东西直行绿灯亮20S后开始闪烁，周期为1S（灭0.5S，亮0.5S），闪亮3S；
（3）、东西直行绿灯闪亮3S后变为黄灯亮，维持2S；
（4）、东西直行黄灯亮2S后变为红灯亮；同时东西左转弯绿灯亮，维持10S；
（5）、东西左转弯绿灯亮10S后变为红灯亮（至此东西方向全是红灯亮，维持40S）；同时南北方向直行控制红灯灭，绿灯亮，维持25S；南北左转弯继续红灯亮；
（6）、南北直行绿灯亮25S后开始闪烁，周期为1S（灭0.5S，亮0.5S），闪亮3S；
（7）、南北直行绿灯闪亮3S后变为黄灯亮，维持2S；
（8）、南北直行黄灯亮2S后变为红灯亮；同时南北左转弯绿灯亮，维持10S；
（9）、南北左转弯绿灯亮10S后变为红灯亮（此时南北方向全是红灯亮）；同时东西方向直行控制红灯灭，绿灯亮；东西左转弯继续红灯亮。
（10）、循环执行上述第（1）到（9）步，实现对交通信号灯的控制。
二、课程设计的容
2、1 控制对象
本系统的控制对象有十个，分别是：
东西方向红灯（R—EW）两个；
南北方向红灯 (R—SN) 两个；
东西方向黄灯（Y—EW）两个；
南北方向黄灯 (Y—SN) 两个；
东西方向绿灯（G—EW）两个；
南北方向绿灯 (G—SN) 两个；
东西方向左转弯绿灯(G—LEW)两个；
东西方向左转弯红灯(R—LEW)两个；
南北方向左转弯红灯(R—LSN)两个；
南北方向左转弯绿灯(G—LSN)两个。
2、2硬件选择
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CPU226，该CPU板上本身具有24个数字量输入点，16个非隔离数字量输出点。
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，电源模块和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，外部电源不可和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。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2个和10个，由于我们是以一个路口信号单独控制为例，考虑到备用问题。所以我们选择了CPU226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。
2、3编制I/O 地址分配表
2、
4
控
制
系
统
的
电路
接
线图
三、交 地址号 说明 地址号 说明
输入 I0.0 东西控制开关 I0.1 南北控制开关 输出 Q0.0 南北直行绿灯 Q0.1 南北直行黄灯
Q0.2 南北直行红灯 Q0.3 东西直行绿灯 Q0.4 东西直行黄灯 Q0.5 东西直行红灯
Q0.6 东西左转红灯 Q0.7 东西左转绿灯 Q1.0 南北左转红灯 Q1.1 南北左转绿灯