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1、 目錄 摘要…………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………1 Abstract……………………………………………………………………………1 Key words……………………………………………………………………………1 1 緒論…………………………………………………………………………………………2 1.1課題的研究背景與意義…………………………………………………………………2 1。2主要內(nèi)容………………………………………………………………………………2 2 PLC的概述………………………

2、…………………………………………………………2 2.1 PLC的定義,分類及特點(diǎn)………………………………………………………………3 2.2 PLC的功能和應(yīng)用………………………………………………………………………3 2.3PLC的工作原理…………………………………………………………………………3 2。4 PLC的工作過程…………………………………………………………………………3 2。5的編程語言………………………………………………………………………4 2。6 PLC定時(shí)器指令介紹………………………………………………………………5 3 PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)…………………………………

3、……………………………………6 3.1方案的比較與選擇………………………………………………………………………7 3.2 I/0分配表…………………………………………………………………………………7 3。3接線圖……………………………………………………………………………………8 3。4工作流程圖………………………………………………………………………………8 3。5工作時(shí)序圖………………………………………………………………………………9 3.6梯形圖…………………………………………………………………………………9 3。7仿真過程…………………………………………………………………………

4、………10 4.總結(jié)…………………………………………………………………………………………12 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………13 致謝…………………………………………………………………………………………14 基于西門子S7-200PLC的交通燈控制設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 李金輝 指導(dǎo)教師 呂永田 摘要：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào),已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。雖然自交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)不斷地被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也多種多

5、樣，但隨著經(jīng)濟(jì)條件的升高，數(shù)字交通電路燈越來越不能滿足日益增加的交通壓力.現(xiàn)今PLC技術(shù)飛速發(fā)展,可編程控制系統(tǒng)的功能日益完善，加上小型化，可靠性高，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。 因此，本文的設(shè)計(jì)就是運(yùn)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口的交通燈控制，通過對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地考察，我選擇了一種最優(yōu)方案，運(yùn)用西門子系列的S7—200 PLC來控制交通燈的變化. 關(guān)鍵詞：交通燈 控制系統(tǒng) PLC The design of traffic lights control based on SiemensS7-200 PLC Student majoring in Me

6、chanical design and manufacturing automationLi Jinhui Tutor Lv Yongtian Abstract：Thetraffic control system is a unique public management system now， producing with logistics, travel and so on. The coordination of the relationship between people, vehicles and roads has become one of the important i

7、ssues which need to be addressed with traffic management. Since the traffic lights produced, the internal circuit control system has been improved and the design methods varied also， but with the increasing of economic conditions, digital traffic lights can not meet the increasing traffic pressure。

8、Nowadaysthe PLCtechnology development quickly, the function of programmable control system become refinement also the characters of miniaturization, high reliability, and low prices make it more prominent in modern industry。 Therefore usedPLCtechnology to control the traffic lights at the intersec

9、tion， through fielding trips to traffic light control system, selected an optimal programmer，then using SiemensS7-200 PLCto control the traffic lights’ change。 Keywords：traffic lights;control system;PLC 1 緒論 1.1課題的研究背景與意義 1。1.1研究背景 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注,交通問題成為制約我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)大問題,我國人

10、口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已經(jīng)成為交通管理部門需要解決的重要問題之一 。目前我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象,特別是大城市，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況。因此20多年來,這些大城市紛紛修建城市高速公路，在高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效的改善了交通狀況。但是,隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用，而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速公路的交通狀況必然受高速公路與普通公路耦合處交通狀況的制約。因此,如何采用合適的控制方法來緩解交通擁堵狀

11、況,也越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，可見改善城市交通燈控制系統(tǒng)是多么的重要。 1。1。2 研究意義 經(jīng)改進(jìn)交通燈的控制系統(tǒng),在十字路口的交通燈可以對(duì)交通通行進(jìn)行有效的疏通，緩解交通堵塞的壓力，并為交通的參與者的安全提供強(qiáng)有力的保障. 1。2主要內(nèi)容 在了解了PLC的各種功能的基礎(chǔ)上,熟悉PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理,合理選擇符合要求的硬件和軟件，繪制出程序梯形圖，編出能實(shí)現(xiàn)功能的指令,完成對(duì)基于西門子S7—200 PLC的交通燈控制的設(shè)計(jì). 2PLC的概述 2.１PLC的定義、分類及特點(diǎn) 1985年，國際電工委員會(huì)（IEC）確定了PLC的定義：“可編程控制器是

12、一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器,用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！? 分類：(1）按結(jié)構(gòu)形式分類:根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。(2）按功能分類:根據(jù)PLC所具有的功能不同,可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（3）按I/O點(diǎn)數(shù)分類：根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 特點(diǎn)：（1）可靠性高,抗干擾

13、能力強(qiáng)。（2)通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。(3）功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣.（4）編程簡單,容易掌握。（5)減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量。(6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。 組成：(1）中央處理器（2）存儲(chǔ)器（3）輸入輸出接口(4）編程器(5）電源 2。2 PLC的功能和應(yīng)用 功能：（1）邏輯控制（2)定時(shí)控制(3)計(jì)數(shù)控制（4)步進(jìn)(順序）控制(5）PID控制(6)數(shù)據(jù)控制：plc具有數(shù)據(jù)處理能力(7)通信和聯(lián)網(wǎng)(8)其它:plc還有許多特殊功能模塊,適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。 應(yīng)用：最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制.隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步,它

14、的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。具體有：（1）用于開關(guān)量控制（2）用于模擬量控制（3)用于數(shù)字量控制（4）用于數(shù)據(jù)采集(5）用于進(jìn)行監(jiān)控（6)用于聯(lián)網(wǎng)、通訊。 2.3 PLC的工作原理 采用循環(huán)掃描方式，在PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。 由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段時(shí)才能改變。 PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式(模塊式）兩種，固定式PLC包括CPU板,I/O板，顯示面板，內(nèi)

15、存塊，電源等,這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。組合式（模塊式）PLC包括CPU模塊,I/O模塊，內(nèi)存模塊,電源模塊，底板或機(jī)架，這些模塊可按一定的規(guī)則組合配置。 2.4 PLC的工作過程 為了滿足工業(yè)邏輯控制的要求，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)，PLC的工作方式采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪掃描.PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的. 整個(gè)過程可分為以下幾個(gè)部分：第一部分是上電處理.PLC上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次 初始化，包括硬件初始化和軟件初始化

16、，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等.第二部分是自診斷處理。PLC掃描一次，就執(zhí)行-次自診斷檢查，確定PLC自身的動(dòng)作是否正常.第三部分是通訊服務(wù)。PLC自診斷處理完成以后進(jìn)入通訊服務(wù)過程。首先檢查有無通訊任務(wù)，要是有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程，完成與其他設(shè)備的通訊處理,并對(duì)通訊數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理；然后進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新處理等工作。第四部分是程序掃描過程。PLC在上電處理、自診斷和通訊服務(wù)完成以后,如果工作選擇開關(guān)在RUN的位置，則進(jìn)人程序掃描工作階段.先完成輸入處理，即把輸入端子的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中,然后再執(zhí)行用戶程序,最后把輸出處理結(jié)果刷新到輸出鎖存器中。 2.5 PLC的編程語言 (1)

17、梯形圖語言（LD) 梯形圖編程語言的特點(diǎn)是:與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性;與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握. （2）指令表語言（IL） 指令表表編程語言的特點(diǎn)是:采用助記符來表示操作功能,具有容易記憶,便于掌握;在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示,便于操作，可在無計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系.其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。 (3）功能模塊圖語言（FBD） 功能模塊圖編程語言的特點(diǎn)：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能,直觀性強(qiáng),對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員們是很容易掌握的編程；對(duì)于規(guī)模大、控制邏輯

18、關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系,使編程調(diào)試時(shí)間也大大減少。 （4）順序功能流程圖語言（SFC） 順序功能流程圖編程語言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對(duì)用戶程序理解;避免了梯形圖或其他語言不能順序動(dòng)作的缺陷,同時(shí)也避免了用梯形圖語言對(duì)順序動(dòng)作編程時(shí)，由于機(jī)械互鎖造成的用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時(shí)間也大大縮短. （5)結(jié)構(gòu)化文本語言（ST) 結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點(diǎn):采用高級(jí)語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算;需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高.直觀性和操作性較差。

19、 2。6定時(shí)器指令介紹 該指令為接通延時(shí)定時(shí)器指令，當(dāng)定時(shí)器接通時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值大于或等于設(shè)定時(shí)間PT時(shí),代表該定時(shí)器的觸點(diǎn)接通，達(dá)到設(shè)定值后，定時(shí)器將繼續(xù)定時(shí)，達(dá)到最大值32767時(shí)，停止計(jì)時(shí). 該指令為斷電延時(shí)定時(shí)器指令，常用于停機(jī)后的延時(shí)，當(dāng)定時(shí)器接通時(shí)，定時(shí)器清零,當(dāng)定時(shí)器斷開接通時(shí)，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值等于設(shè)定時(shí)間PT時(shí),代表該定時(shí)器的觸點(diǎn)斷開，達(dá)到設(shè)定值后,當(dāng)前值仍然不變， 直到使能端再次接通時(shí)，定時(shí)器清零。 該指令為保持型接通延時(shí)定時(shí)器指令，當(dāng)定時(shí)器接通時(shí)，開始定時(shí)，當(dāng)定時(shí)器斷開時(shí)，停止計(jì)時(shí),當(dāng)前值保持不變，當(dāng)定時(shí)器再次接通時(shí)，將繼續(xù)定時(shí)，當(dāng)累積的當(dāng)前值，大于或等于P

20、T時(shí)，代表該指令的觸點(diǎn)接通，達(dá)到預(yù)設(shè)值后仍繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到最大值32767時(shí),停止計(jì)時(shí)，該定時(shí)器只能通過復(fù)位指令來復(fù)位，定時(shí)器的狀態(tài)為復(fù)位，當(dāng)前值被清零. 下面是一個(gè)通電延時(shí)計(jì)時(shí)器的梯形圖程序 當(dāng)輸入I0.0接通時(shí)，定時(shí)器T37開始定時(shí)，當(dāng)前值大于或等于預(yù)設(shè)值10時(shí),代表T37的觸點(diǎn)接通，Q0。0輸出。 3 PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 3.1方案的比較與選擇 方案一： 紅燈變綠燈時(shí)：紅燈→綠燈 綠燈變紅燈時(shí)：綠燈→綠燈閃爍→黃燈→紅燈 方案二: 紅燈變綠燈時(shí)：紅燈→紅燈黃燈一起亮→綠燈 綠燈變紅燈時(shí):綠燈→綠燈閃爍→黃燈→紅燈 經(jīng)比較，在相同的時(shí)

21、間限制下，方案二更適合,原因如下： 當(dāng)紅燈變綠燈時(shí),如果紅燈直接變?yōu)榫G燈，駕駛者還沒有反應(yīng)過來,等駕駛者反應(yīng)過來再啟動(dòng)車子，這樣就浪費(fèi)了時(shí)間，要是在綠燈亮之前黃燈也同時(shí)亮起，這樣就可以提醒駕駛者們綠燈快亮了，要準(zhǔn)備啟動(dòng)車子,這樣就節(jié)省了時(shí)間，讓更多的車子順利通過綠燈,同時(shí)在某一程度上,緩解了交通壓力. 當(dāng)綠燈變紅燈時(shí),綠燈變黃燈時(shí)不明顯且變?yōu)榧t燈過快，不易判斷制動(dòng)車輛所需時(shí)間，有一些機(jī)動(dòng)車在通過路口時(shí)因?yàn)樾旭偹俣瓤?，很容易出現(xiàn)闖紅燈交通違法，所以，在綠燈即將結(jié)束時(shí)閃爍幾次后變黃燈提示再轉(zhuǎn)為紅燈運(yùn)行模式，以減少駕駛?cè)艘虮孀R(shí)不清而闖紅燈導(dǎo)致交通違法。 3。2 I/O分配表 本文的設(shè)計(jì)只對(duì)東

22、西綠燈，東西黃燈，東西紅燈和南北綠燈，南北黃燈,南北紅燈6個(gè)對(duì)象進(jìn)行了控制，具體分配如表3-1所示： 表3-1PLC的I/O分配表 輸入 輸出 啟動(dòng)按鈕I0.0 東西綠燈Q0.0 停止按鈕I0.1 東西黃燈Q0。1 東西紅燈Q0。2 南北紅燈Q0.3 南北綠燈Q0.4 南北黃燈Q0。5 3。3接線圖 接線圖如圖3-1所示: 圖3-1 接線圖 3.4工作流程圖 工作流程圖如圖3-2所示： 圖3—2 工作流程圖 3。5工作時(shí)序圖 工作時(shí)序圖如圖3-5所示： 啟動(dòng)

23、 23S 4S 3S 28S 4S 3S 東西綠燈 東西黃燈 東西紅燈 南北紅燈 南北黃燈 南北綠燈燈 圖3—3工作時(shí)序圖 3。6梯形圖 程序如圖3—4所示: 圖3-4 梯形圖 3.7仿真圖 下面是兩張仿真過程中的截圖 當(dāng)接通啟動(dòng)按鈕I0.0,定時(shí)器T37的值在0—27s時(shí)，輸出為Q0.0(東西綠燈），Q0。3（南北紅燈）。 此時(shí)，東西綠燈先亮23s,再閃亮4s，同時(shí)，南北紅燈亮27s，其他燈不亮。如圖3-5:

24、 圖3—5 仿真過程1 當(dāng)定時(shí)器T37的值在27-30s時(shí)，輸出為Q0.1（東西黃燈)，Q0.3（南北紅燈），Q0.4(南北黃燈）。 此時(shí)，東西黃燈，南北紅燈,南北黃燈均亮3s,其他燈不亮.如圖3—6: 圖3-6 仿真過程2 4 結(jié)論 經(jīng)過兩個(gè)月來的學(xué)習(xí)和努力，我對(duì)PLC有了一個(gè)新的更深入的認(rèn)識(shí)，我學(xué)會(huì)了怎樣用PLC指令來實(shí)現(xiàn)對(duì)交通燈控制系統(tǒng)的編程，學(xué)會(huì)了怎么把編程軟件和仿真軟件聯(lián)合起來使用，也基本學(xué)會(huì)了一些常用指令的使用。 但也有些不足，在學(xué)習(xí)過程中，我著重對(duì)有關(guān)交通燈的指令和程序進(jìn)行了學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了比較指令和定時(shí)器指令的運(yùn)用,還有很多其他的指令和復(fù)雜

25、的程序沒有真正學(xué)到，以后會(huì)對(duì)這方面再做努力，讓畢業(yè)論文最有意義. 參考文獻(xiàn)： ［1]李若谷，楊后川,孫劍。西門子S7-200系列PLC編程指令與梯形圖快速入門［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.1∽102。 [2］廖常初。PLC編程及應(yīng)用（第三版）[M］。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008。5∽24。 [3］田淑珍。S7-200 PLC原理及應(yīng)用 ［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.45∽62。 [4]張運(yùn)剛等.PLC技術(shù)與應(yīng)用 ［M]。北京：人民郵電出版社,2007。2∽10.[5］徐國林.PLC應(yīng)用技術(shù) ［M］.北京：機(jī)械工

26、業(yè)出版社，2007。23∽34. ［6］廖常初。S7—200PLC基礎(chǔ)教程(第二版）［M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.1∽50. ［7］廖常初.可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)（第四版）［M]。重慶：重慶大學(xué)出版社,2002.8∽20。 [8］廖常初.PLC順序控制梯形圖設(shè)計(jì)方法［J］。中國電工網(wǎng):電工技術(shù)雜志， 2001.12∽35。 [9]孫凌翔.順序控制法在交通燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國工控網(wǎng)：現(xiàn)代電子技術(shù)，2006。5∽16. [10］張萬忠.可編程控制器入門與應(yīng)用實(shí)例［M］。北京:中國電力出版社，2004。20∽36. 致謝： 感謝呂永田導(dǎo)師的指導(dǎo)，使本文的撰寫得以順利,從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，費(fèi)了老師很多的心,祝老師身體健康。 同時(shí)感謝各位老師多年以來的教導(dǎo)以及各位同學(xué)對(duì)我的幫助。