《分布式控制系统课程设计》
实验报告
题 目： 十字路口交通灯控制
院 系： 机械工程系
姓 名：
授课教师：
完成时间： 20##/6/19
目录
绪论..........................................................................................1
第一部分: 交通灯的设计准备
一．设计的目的........................................................................................2
二．交通灯的现场图.................................................................................3
三．交通灯系统设计要求..........................................................................3
第二部分：用PLC编程控制程序
一．编程前的准备...................................................................................4
二．硬件选型...........................................................................................5
三．建立符号表........................................................................................6
四．建立变量表.......................................................................................7
五．交通灯控制梯形图.............................................................................8
第三部分：东向的电气连接图与PLC SM模块图
一．交通灯东向电气连接图....................................................................12
二．电气连接图分析..............................................................................12
三．画图时所遇到的问题.......................................................................12
第四部分：设计心得
设计心得...................................................................................12
绪论
随着社会的不断进步，社会的不断发展，城市规模的不断扩大，交通也变得日渐复杂。城市交通问题成越来越引起人们的关注，人、车、路三者的协调，已成为社会关注的焦点，于是交通灯成为了疏导交通最常见和最有效的手段，也成为了城市经济活动及生活活动的重要命脉。在技术快速发展的当今，交通的自动化不断更新，交通技术迅速的发展，其交通的一些指挥系统光靠人来完成是远远不够的，这就需要设计各种交通指挥自动化系统来完成这些复杂的工作。从而使交通指挥系统更加有秩序，更加安全。
交通灯通常由红、黄、绿三者颜色的灯组成，用于指挥交通的通行与停止。
当绿灯亮时，允许车辆通行；当黄灯亮时，已超过停止线的车辆可以继续通行，没超过停止线的车辆停止通行；当红灯亮时，禁止车辆通行。
在实际应用中，采用PLC来控制的仍然在有一定的比例。因为采用PLC控制，能够根据不同的路况要求，随时修改控制程序，以改变各信号灯的工作时间和工作状况。与继电器或逻辑电路控制系统相比，PLC控制系统具有更高的可靠性、灵活性和抗干扰能力，其还具有硬件故障的自我检查能力，同时还具有维护方便、改造容易、功能完善，实用性强等特点。因此具有很大的经济实用性。
第一部分：交通灯的设计准备
一、设计的目的
课程设计是完成教学计划达到本科生培养目标的重要环节，是教学计划中进行综合训练的重要实践环节，是有助于培养应用性人才的一种教学形式，它将使得我们同学在综合运用所学知识，解决本专业方向的实际问题方面得到系统性的训练。
该课程设计的主要目的是：通过对交叉路口交通灯的控制，首先让我们了解交通灯的具体工作和实现原理，然后通过所给的要求对红绿灯进行PLC编程控制。同时让我们更进一步的去熟悉Step7软件的编程环境、功能及相关的应用再通过画电气连接图，使我们对电气控制的知识又得以复习和巩固，同时让我们深刻的体会到课程之间的联系强度，为今后从事自动化控制领域的工作打下一定的基础。
二．交通灯的现场图
三．交通灯系统设计要求
1.当把可编程控制器拨向RUN后，程序自行启动运行；
2.东西向的控制权优先于南北向的控制权，并且实现南北同时控制，东西轮流控制，其中东西向分别实现先直行右转再左转的控制。具体的控制为：
首先南北向红灯亮25S，同时东西向亮绿灯20S，然后闪3S，跳黄灯2S，随后南北向跳绿灯，东西向跳红灯，南北向跳绿灯25S，闪3S，跳黄灯2S，东西向跳红灯30S。最后南北向跳红灯，东西向跳绿灯，如此循环。
第二部分：用PLC编程控制程序
一.编程前的准备
1） 根据要求列出如下的表：
其中黄灯闪烁2秒并闪烁2次，每一方格中的绿灯为5秒。
2） 表格分析：
根据要求：
a 当“东直右为绿灯”时，东左、西直右、西左和南北向都为“红灯”；
b 当东左由“红灯变为绿灯”时，东直右仍然亮“绿灯”，而西向及南北向都为“红灯”；
c 之后东直右和东左一同“闪烁黄灯3s”然后共同变为“红灯”，在东向由黄灯闪烁变为红灯的同时，西直右也由“红灯”转为“绿灯”，而西左和南北向仍然亮“红灯” ；
d 接着西左由“红灯转为绿灯”，而西直右仍然保持亮绿灯，东向及南北向仍保存红灯；
e 之后西直右和西左一起进入黄灯闪烁3s，然后共同变为红灯，而在西向变为红灯的同时，南北向由红灯转为绿灯，此时东向仍然保持亮红灯。
f 在接着南北向由绿灯转为黄灯闪烁，同样闪烁3s后变为红灯，这时东直右由红灯转变为绿灯，之后的亮灯情况同开始一样，进入了不断的循环过程。
3) 在“e”步，即南北向由红灯转变为绿灯时，同时进行车辆检测，当东直右的等待车辆超过6辆时，南北向让出控制权，即南北向马上由绿灯进入黄灯闪烁，之后变为红灯，而在其变为红灯的同时，东直右由之前的红灯转变为绿灯。
二、硬件选型
硬件组态的任务就是在STEP 7中生成一个与实际的硬件系统完全相同的系统。由于交通灯属于小规模的控制系统，故选择 CPU 312C的紧凑型的CPU，比较实用与具有较高要求的小型应用，且价格也相对便宜，若选用CPU 313C、CPU 314C等的型号，其价格较昂贵，用来实现红绿灯控制不划算。由于红绿灯的输出地址分别分配与Q4、Q5、Q6上，故给4、5、6槽中分配如图所示的地址。
三．建立符号表
建立的符号表下图所示：
其中T56、T57、T58、T59、T510、T511、和T63、T64、T65分别同T4##对应，控制西向和南北向的黄灯闪烁。
四．建立变量表
建立的变量表如下图：
五．交通灯控制梯形：
1)完整的梯形图为附录所示：
2) 核心梯形图为：
其控制过程分析：
1) 当将STOP转向RUN-P（仿真中）时，寄存器线圈得电，于是其常开的触点得电。这时T42、T43、T50、T53、T60同时得电(即Q4.2、Q4.3、Q5.0、Q5.3、Q6.0线圈得电，即“东直右红灯”，其它向都为红灯)，并且分别得电10s、5s、13s、18s、26s。
2) 当5s后，T43输出为0（即Q4.3为0，即“东左红灯”熄灭），同时T45线圈得电（则Q4.5也立即得电，即“东左绿灯”亮），这时实现“东左方向绿灯变红灯”，“东直右”及“西向”和“南北向”都是“红灯”。
3）当再过5秒，即10s后，T42减为0，输出端Q4.2线圈断电（即“东直右绿灯"熄灭），接着常闭的Q4.2线圈闭合，T41脉冲定时器得电（开始计时3s），同时T410脉冲定时器也得电（将得电0.5s），则Q4.1（“东直右黄灯亮”）。0.5s后，T410输出为0（即Q4.1失电，“东直右黄灯灭”），同时T49接通延时定时器得电并开始计时，0.25s后T49输出为1，即T411脉冲定时器得电开始计时，此时T411常闭触点断开，T410断电，当T411计时0.25s后，T411又得电，即T410又得电开始计时,同时Q4.1黄灯又再次亮。这样再循环一次，则黄灯完成在3s的时间内闪烁3次。（10s后，“东左向”也由“绿灯”进入“黄灯”闪烁阶段，其运行过程同“东直右方向”的类似。）此时实现“东直右”和“东左”黄灯同时闪烁，西向和南北向仍为红灯。
4）东向黄灯闪烁完后（即过13s后），“西直右”由红灯变绿灯，其他向为红灯。之后的运行过程同东向类似。
5) 程序段7与程序段8为检测东向等待车辆个数的程序。其实现的过程为：当南北向绿灯亮时，同时在输入块点击“I1.0”（相当于检测等待的车辆个数），点击两下（相当于给加计数器一个信号），则MW2加1。同时Q6.4得电，比较器开始将MW1的值与6比较（为了方便调试编程，在编程过程中设定比较器的比较值为2）。当给加计数器7个信号时，MW1的值为7，通过比较器比较，MW1的值大于6，于是比较器有输出，即Q6.5得电。这时Q6.5线圈的常闭触点（在Q6.2“南北绿灯”前）断开，即“南北绿灯”熄灭，进入黄灯闪烁，闪烁完后又回到“东直右”方向继续循环执行。其具体的灯显示过程于上面的表格分析中。
第三部分：东向的电气连接图与PLC SM模块图
一.交通灯东向电气连接图：见附录
二. 电气连接图分析：
给电气图接上三相交流电，由于控制电路的所用到的电器所能承受的电压都相对较小，故需要一个降压的过程，将交流的高电压降为控制电器能够承受的电压。同样，交通灯也不能够直接承受220V的电压，需要降压或者给交通灯串联一个适宜的电阻，从而使交通灯可以在允许的电压内正常工作。电路中串有熔断器，是用来保护电路的，防止电路发生短路时造成的一系列损失。
三.画图时所遇到的问题
在画图的过程中发现图像无法垂直的旋转过90度，于是上网搜到了其应用方法，再一个就是右下角的标题快，其内容不太符合本次设计所需要的要求，但是想把它修改，却改不了，想删掉了再重画发现也删不掉，于是又去求助了网络，最后得到了帮助，把默认的标题块去掉，自己画了一个适合要求的标题快。
第四部分:设计心得
在本次设计主要是针对南北、东西方向交通的分别计时、分别控制。 十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。因此，交通灯的设计是十分重要的，它可以保证交通的安全与畅通。
此次实习可以说是获益匪浅。通过查阅了很多资料，了解了许多电路设计的思想，扩展了自己的视野，不再仅仅局限于书本中的简单设计，而且更重要的是明白对待设计的态度：仔细谨慎，精益求精。在系统设计中，针对一些问题，熟练掌握了根据原理分步测试，将错误之处缩小的最小范围内。
通过该课程设计，掌握了设计的基本过程及其各阶段的基本任务，熟悉了设计的总流程框图，了解了设计的生成过程、构造工具及其相关的技术，对课本上的知识有了更深的理解，课本上的知识是机械的，表面的。通过把该设计的内容，仿真图形在计算机上的实现，把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。
而且在设计中，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己的设计表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对实际操作的认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做实验，从实践上认识了各部分电路的连接方式，对其功能和原理的认识更加深刻。