基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計(jì)目的：編程序控制器（PLC ）于 20 世紀(jì) 60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動(dòng)化水平的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。因此，PLC 技術(shù)已成為電氣自動(dòng)化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實(shí)踐，可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)消化吸收，提高PLC 編程技能。1.2 基本要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到 2 秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。要求完成以下項(xiàng)目：1、畫出交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號(hào)燈 PLC 控制梯形圖編程1.3 發(fā)揮部分自由發(fā)揮2 設(shè)計(jì)過程及論文的基本要求：2.1 設(shè)計(jì)過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選；（2）符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括總體設(shè)計(jì)框圖、電路原理圖各一份；（3）報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計(jì)論文的基本要求（1）參照畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項(xiàng)目齊全、不許涂改，不少于4000 字。圖紙為 A4，所有插圖不允許復(fù)印。（2）裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績(jī)?cè)u(píng)審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)框圖、各部分電路及相應(yīng)的詳細(xì)的功能分析和重要的參數(shù)計(jì)算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹） 、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄（總體設(shè)計(jì)框圖與電路原理圖） 。3 時(shí)間進(jìn)度安排順序 階段日期 計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容 備注1 2014.9.1 講解主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，安排學(xué)生查閱資料 打分2 2014.9.2 檢查整個(gè)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)概況 打分3 2014.9.3 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行傳感器的選擇和 plc 應(yīng)用的注意事項(xiàng) 打分4 2014.9.4 檢查學(xué)生核心內(nèi)容的設(shè)計(jì)情況 打分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -II5 2014.9.5 答辯、寫報(bào)告 打分2014-9-1摘要可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破?PLC)作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體，在工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)電一體化以及傳統(tǒng)的工業(yè)控制方面，得到了廣泛的應(yīng)用， 發(fā)揮著越來越大的作用。已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)。它可靠性高、功能完善、抗干擾性好，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。城市交通信號(hào)控制是通過對(duì)交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達(dá)到改善人和貨物的安全運(yùn)輸，提高運(yùn)營效率。采用 PLC 控制交通信號(hào)燈，主要是考慮其具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富。目前，PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC 應(yīng)用于交通控制還有很大的潛能，PLC 以其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點(diǎn)，使得其有逐步取代以往的單片機(jī)在交通燈中的地位的趨勢(shì)。利用德國西門子公司的 S7—200 PLC 來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制。通過對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求的分析，結(jié)合西門子 S7-200 的控制性能，通過系統(tǒng)時(shí)序圖的分析，對(duì)交通燈系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實(shí)驗(yàn)證明該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、遠(yuǎn)行可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵字：PLC 交通燈控制 設(shè)計(jì) 調(diào)試基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -3目錄基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) I摘要 III目錄 41 設(shè)計(jì)任務(wù)描述 51.2 設(shè)計(jì)要求. 51.2.2 基本要求 51.2.3 發(fā)揮部分 52 設(shè)計(jì)思路 63 設(shè)計(jì)與分析 73.1 設(shè)計(jì)框圖 73.2 設(shè)計(jì)分析 74 硬件部分 94.1 PLC I/O 分配 94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 104.3 PLC 的接線形式 115 軟件設(shè)計(jì)部分 .125.1 梯形圖 .135.2 語句表 166 PLC 概述 .196.1PLC 硬件結(jié)構(gòu) .196.2 中央處理單元(CPU) .196.3 存儲(chǔ)器 206.4 輸入/輸出模塊 21圖 6.4.1 .23圖 6.4.2 .237 元件清單 .24小結(jié) 25致 謝 26參考文獻(xiàn) 27基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -41 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)要求.1.2.1 設(shè)計(jì)目的可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能。用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。自 1969 年第一臺(tái)可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器。編程序控制器（PLC）于 20 世紀(jì)60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動(dòng)化水平的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。因此，PLC 技術(shù)已成為電氣自動(dòng)化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實(shí)踐，可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)消化吸收，提高PLC 編程技能。1.2.2 基本要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到 2 秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。要求完成以下項(xiàng)目：1、畫出交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號(hào)燈 PLC 控制梯形圖編程1.2.3 發(fā)揮部分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -52 設(shè)計(jì)思路按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子 S7-200 系列可編程控制器的特性（見附錄），選擇適合的型號(hào)。設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個(gè)啟動(dòng)的輸入信號(hào)，要配合一個(gè)SB1 的按鈕，當(dāng) SB1 啟動(dòng)按鈕動(dòng)作，系統(tǒng)工作。首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 25 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時(shí)，東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 20 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使東西綠燈閃爍，還需要計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 3 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮 2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 2 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮 30S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 30 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時(shí)，南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 25 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使南北綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 3 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮 2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 2 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -63 設(shè)計(jì)與分析3.1 設(shè)計(jì)框圖3.2 設(shè)計(jì)分析 開始南北紅燈亮，東西綠燈亮南北紅燈亮，東西綠燈閃南北紅燈亮，東西綠燈亮東西紅燈亮，南北綠燈亮東西紅燈亮，南北綠燈閃東西紅燈亮，南北綠燈亮開始基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -7圖 1 十字路口交通示意圖這 12 個(gè)交通燈共有 6 個(gè)狀態(tài)：南北紅燈（1 7）亮 東西綠燈（6 12）亮南北紅燈（1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（6 12）閃南北紅燈（1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（5 11）亮東西紅燈（4 10）亮 南北綠燈（3 9）亮東西紅燈（4 10）繼續(xù)亮 南北綠燈（3 9）閃東西紅燈（1 7） 繼續(xù)亮 南北綠燈（2 8）亮基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -84 硬件部分4.1 PLC I/O 分配交通燈控制系統(tǒng)共有一個(gè)輸入點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕。輸出信號(hào)有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及東西方向、南北方向的車輛運(yùn)行指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)甲、乙。由于每一方向的指示燈中，同種顏色的指示燈運(yùn)行情況相同，為節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，采用并聯(lián)輸出法。由此確定，系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為 1，輸出點(diǎn)數(shù)為 8，全部為開關(guān)量。PLC I／O 點(diǎn)分配如表一所示。表一 PLC I/O 口分配輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址啟動(dòng)按鈕 I0.0 南北紅燈 Q0.0南北黃燈 Q0.1南北綠燈 Q0.2東西紅燈 Q0.3東西黃燈 Q0.4東西綠燈 Q0.5南北車燈（乙） Q0.6東西車燈（甲） Q0.7基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)對(duì) I／O 口量的需求，選用 s7—200 來完成設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。PLC圖 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測(cè)裝置交通燈計(jì)數(shù)器CPU定時(shí)器基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -104.3 PLC 的接線形式如圖 3 所示圖 3 PLC 接線圖端口 I0.0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號(hào)，端口 Q0.0 接起報(bào)警作用的信號(hào)燈，端口 Q0.1接南北紅燈，端口 Q0.2 接?xùn)|西綠燈，端口 Q0.3 接?xùn)|西黃燈，端口 Q0.4 接?xùn)|西黃燈，Q0.5接南北綠燈，Q0.6 接南北黃燈?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -115 軟件設(shè)計(jì)部分控制系統(tǒng)的程序可分為兩個(gè)模塊：開始模塊和十字路口信號(hào)燈控制模塊。其中十字路口信號(hào)燈控制模塊是主模塊。時(shí)間設(shè)定由定時(shí)器(T)完成，通過不同的定時(shí)器的交替觸發(fā)和定時(shí)來控制各個(gè)車道每個(gè)信號(hào)燈的亮滅時(shí)間。時(shí)間的設(shè)定可根據(jù)實(shí)際狀況分時(shí)設(shè)置。根據(jù)控制任務(wù)要求，運(yùn)用 step7 一 micro／win32軟件設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序，如圖 4?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -125.1 梯形圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -13基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -145.2 語 句表基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -15基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -16基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -175.3 時(shí)序圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -18圖 4 十字路口交通燈時(shí)序6 PLC 概述6.1PLC 硬件結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，中央處理單元(CPU) ，如下 圖 2-1 所示。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -194-1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)6.2 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 控制中樞。它 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分 別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。進(jìn)一步提高 PLC 可靠性，近年來對(duì)大型 PLC還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 表決式系統(tǒng)。 這樣，某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。6.3 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱為用戶基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -20程序存儲(chǔ)器。1、PLC 常用存儲(chǔ)器類型（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變 。紫外 線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。 [3]2、PLC 存儲(chǔ)空間分配各種 PLCCPU 最大尋址空間各不相同，PLC 工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū) [4]系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解 釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC性能。系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -21輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。 [5]（1）I/O 映象區(qū)：PLC 投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸 出刷新階段才將輸 出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)單元(RAM)以存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字（16 個(gè) bit）。整個(gè) I/O 映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系 統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、 計(jì)時(shí)器、 計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存 儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持存儲(chǔ)區(qū)域，前者 PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì) 遺失；后者當(dāng) PLC 斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機(jī)的 RAM 存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。6.4 輸入/ 輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口?，F(xiàn)場(chǎng) 的輸入信號(hào)，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、 電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到 PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可 編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -22接收的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光 顯示、電機(jī)等 執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種 類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離起來，以提高 PLC 的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A轉(zhuǎn)換。由于工 業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇 PLC 的 1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5 伏和 0—10 伏兩種。另外還有：0—somV、 0—IV、—5—+SV、—10—+10V，0—10mA 等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成 8 未、10 未或 12 位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -23圖 6.4.1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -24圖 6.4.27 元件清單名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注計(jì)算機(jī) 1可編程控制器 S7-200 1西門子數(shù)據(jù)線 1STEP7-Micro/WIN 1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -25小結(jié)PLC 課程結(jié)束了，又到了課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們組分到了：基于 S7-200 PLC 的十字路口交通信號(hào)燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 面對(duì)這個(gè)題目根據(jù)老師課堂講的內(nèi)容很快就確定了設(shè)計(jì)的方向，并與同學(xué)們的合作解決遇到的問題。通過這次設(shè)計(jì)，我意識(shí)到了 PLC 編程技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的廣泛應(yīng)用，并了解到自己學(xué)習(xí)中的不足之處，看到了理論與實(shí)踐的差距。 通過一周的 PLC 設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了 PLC 的基本編程方法，對(duì) PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到 PLC 中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對(duì) PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。 通過合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計(jì)的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。 通過此次課設(shè)，讓我了解了 PLC 梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于 PLC 設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。實(shí)踐不同于理論，理論上可行的設(shè)計(jì)，在考慮實(shí)際條件的種種影響下，必須有所取舍，有側(cè)重，才能事半功倍，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -26致 謝在設(shè)計(jì)的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做學(xué)而不思則怠,做事要學(xué)思結(jié)合。PLC 不僅需要編程能力，更是要求設(shè)計(jì)者了解控制電路的時(shí)序關(guān)系，作用原理，在接到題目之后，通過查詢資料對(duì)題目的所需要的編程器件，設(shè)計(jì)思路有了一定準(zhǔn)備，但還是遇到了很多問題，感謝祝老師給予的及時(shí)指導(dǎo)和幫助，能夠跳出我們的思維局限性，從更高的，宏觀的層面和維度來分析問題，給出中肯和針對(duì)性的建議，通過和同學(xué)的討論，更是使我完善了自己能力的不足之處，并能使我們一起提高。感謝學(xué)校老師給我們提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)和條件，能夠鍛煉自己的實(shí)際動(dòng)手能力，不僅停留在理論層面的學(xué)習(xí)，更要將所學(xué)轉(zhuǎn)化為一種能力和素質(zhì)，培養(yǎng)自己的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從最基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)做起，為實(shí)際動(dòng)手操作，打?qū)嵒A(chǔ)，因?yàn)橹挥袑?shí)踐，才能出真知。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -27參考文獻(xiàn)[1] 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013[2] 趙景波等 .零基礎(chǔ)學(xué)西門子 S7-200 PLC.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010[3] 龔?fù)?，張樹臣，王?. 實(shí)例解讀西門子 PLC.北京：中國電力出版社,2013[4] 李國麗，朱維勇電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書合肥：中國科技大學(xué)出版社，2000基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計(jì)目的：編程序控制器（PLC ）于 20 世紀(jì) 60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動(dòng)化水平的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。因此，PLC 技術(shù)已成為電氣自動(dòng)化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實(shí)踐，可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)消化吸收，提高PLC 編程技能。1.2 基本要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到 2 秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。要求完成以下項(xiàng)目：1、畫出交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號(hào)燈 PLC 控制梯形圖編程1.3 發(fā)揮部分自由發(fā)揮2 設(shè)計(jì)過程及論文的基本要求：2.1 設(shè)計(jì)過程的基本要求（1）基本部分必須完成，發(fā)揮部分可任選；（2）符合設(shè)計(jì)要求的報(bào)告一份，其中包括總體設(shè)計(jì)框圖、電路原理圖各一份；（3）報(bào)告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交。2.2 課程設(shè)計(jì)論文的基本要求（1）參照畢業(yè)設(shè)計(jì)論文規(guī)范打印，包括附錄中的圖紙。項(xiàng)目齊全、不許涂改，不少于4000 字。圖紙為 A4，所有插圖不允許復(fù)印。（2）裝訂順序：封面、任務(wù)書、成績(jī)?cè)u(píng)審意見表、中文摘要、關(guān)鍵詞、目錄、正文（設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)框圖、各部分電路及相應(yīng)的詳細(xì)的功能分析和重要的參數(shù)計(jì)算、工作過程分析、元器件清單、主要器件介紹） 、小結(jié)、參考文獻(xiàn)、附錄（總體設(shè)計(jì)框圖與電路原理圖） 。3 時(shí)間進(jìn)度安排順序 階段日期 計(jì) 劃 完 成 內(nèi) 容 備注1 2014.9.1 講解主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，安排學(xué)生查閱資料 打分2 2014.9.2 檢查整個(gè)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)概況 打分3 2014.9.3 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行傳感器的選擇和 plc 應(yīng)用的注意事項(xiàng) 打分4 2014.9.4 檢查學(xué)生核心內(nèi)容的設(shè)計(jì)情況 打分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -II5 2014.9.5 答辯、寫報(bào)告 打分2014-9-1摘要可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在執(zhí)行存儲(chǔ)邏輯運(yùn)算和順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字或模擬的輸入(I)和輸出(O)接口，控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。可編程序控制器(PLC)作為一種以微電腦技術(shù)為核心的自動(dòng)控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器-接觸器控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)融為一體，在工業(yè)自動(dòng)化，機(jī)電一體化以及傳統(tǒng)的工業(yè)控制方面，得到了廣泛的應(yīng)用， 發(fā)揮著越來越大的作用。已被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、化工、能源等各種行業(yè)。它可靠性高、功能完善、抗干擾性好，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。是一種專門用于工業(yè)環(huán)境及過程控制的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。城市交通信號(hào)控制是通過對(duì)交通流的調(diào)節(jié)、警告和誘導(dǎo)以達(dá)到改善人和貨物的安全運(yùn)輸，提高運(yùn)營效率。采用 PLC 控制交通信號(hào)燈，主要是考慮其具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富。目前，PLC 已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制中，但是在交通控制方面應(yīng)用方面還不是很廣泛。PLC 應(yīng)用于交通控制還有很大的潛能，PLC 以其可方便操作、可方便編程調(diào)試等特點(diǎn)，使得其有逐步取代以往的單片機(jī)在交通燈中的地位的趨勢(shì)。利用德國西門子公司的 S7—200 PLC 來實(shí)現(xiàn)交通信號(hào)燈的自動(dòng)控制。通過對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求的分析，結(jié)合西門子 S7-200 的控制性能，通過系統(tǒng)時(shí)序圖的分析，對(duì)交通燈系統(tǒng)進(jìn)行了軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的合理控制的功能，通過實(shí)驗(yàn)證明該方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、遠(yuǎn)行可靠，具有很高的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵字：PLC 交通燈控制 設(shè)計(jì) 調(diào)試基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -3目錄基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) I摘要 III目錄 41 設(shè)計(jì)任務(wù)描述 51.2 設(shè)計(jì)要求. 51.2.2 基本要求 51.2.3 發(fā)揮部分 52 設(shè)計(jì)思路 63 設(shè)計(jì)與分析 73.1 設(shè)計(jì)框圖 73.2 設(shè)計(jì)分析 74 硬件部分 94.1 PLC I/O 分配 94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 104.3 PLC 的接線形式 115 軟件設(shè)計(jì)部分 .125.1 梯形圖 .135.2 語句表 166 PLC 概述 .196.1PLC 硬件結(jié)構(gòu) .196.2 中央處理單元(CPU) .196.3 存儲(chǔ)器 206.4 輸入/輸出模塊 21圖 6.4.1 .23圖 6.4.2 .237 元件清單 .24小結(jié) 25致 謝 26參考文獻(xiàn) 27基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -41 設(shè)計(jì)任務(wù)描述1.1 設(shè)計(jì)題目：基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2 設(shè)計(jì)要求.1.2.1 設(shè)計(jì)目的可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲(chǔ)器來存儲(chǔ)指令，并實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能。用來對(duì)各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。自 1969 年第一臺(tái)可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器。編程序控制器（PLC）于 20 世紀(jì)60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應(yīng)用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動(dòng)化水平的重要設(shè)備和強(qiáng)大支柱。因此，PLC 技術(shù)已成為電氣自動(dòng)化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實(shí)踐，可以幫助學(xué)生加深對(duì)理論知識(shí)消化吸收，提高PLC 編程技能。1.2.2 基本要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2 秒。到 2 秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。要求完成以下項(xiàng)目：1、畫出交通信號(hào)燈時(shí)序狀態(tài)示意圖2、畫出交通燈的控制流程圖3、完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖4、完成十字路口交通信號(hào)燈 PLC 控制梯形圖編程1.2.3 發(fā)揮部分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -52 設(shè)計(jì)思路按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子 S7-200 系列可編程控制器的特性（見附錄），選擇適合的型號(hào)。設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個(gè)啟動(dòng)的輸入信號(hào)，要配合一個(gè)SB1 的按鈕，當(dāng) SB1 啟動(dòng)按鈕動(dòng)作，系統(tǒng)工作。首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 25 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時(shí)，東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 20 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使東西綠燈閃爍，還需要計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 3 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮 2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 2 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮 30S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 30 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時(shí)，南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 25 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使南北綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 3 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮 2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí) 2 秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -63 設(shè)計(jì)與分析3.1 設(shè)計(jì)框圖3.2 設(shè)計(jì)分析 開始南北紅燈亮，東西綠燈亮南北紅燈亮，東西綠燈閃南北紅燈亮，東西綠燈亮東西紅燈亮，南北綠燈亮東西紅燈亮，南北綠燈閃東西紅燈亮，南北綠燈亮開始基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -7圖 1 十字路口交通示意圖這 12 個(gè)交通燈共有 6 個(gè)狀態(tài)：南北紅燈（1 7）亮 東西綠燈（6 12）亮南北紅燈（1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（6 12）閃南北紅燈（1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（5 11）亮東西紅燈（4 10）亮 南北綠燈（3 9）亮東西紅燈（4 10）繼續(xù)亮 南北綠燈（3 9）閃東西紅燈（1 7） 繼續(xù)亮 南北綠燈（2 8）亮基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -84 硬件部分4.1 PLC I/O 分配交通燈控制系統(tǒng)共有一個(gè)輸入點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)按鈕。輸出信號(hào)有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)以及東西方向、南北方向的車輛運(yùn)行指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)甲、乙。由于每一方向的指示燈中，同種顏色的指示燈運(yùn)行情況相同，為節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，采用并聯(lián)輸出法。由此確定，系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為 1，輸出點(diǎn)數(shù)為 8，全部為開關(guān)量。PLC I／O 點(diǎn)分配如表一所示。表一 PLC I/O 口分配輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址啟動(dòng)按鈕 I0.0 南北紅燈 Q0.0南北黃燈 Q0.1南北綠燈 Q0.2東西紅燈 Q0.3東西黃燈 Q0.4東西綠燈 Q0.5南北車燈（乙） Q0.6東西車燈（甲） Q0.7基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -94.2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖根據(jù)系統(tǒng)對(duì) I／O 口量的需求，選用 s7—200 來完成設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。PLC圖 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)檢測(cè)裝置交通燈計(jì)數(shù)器CPU定時(shí)器基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -104.3 PLC 的接線形式如圖 3 所示圖 3 PLC 接線圖端口 I0.0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號(hào)，端口 Q0.0 接起報(bào)警作用的信號(hào)燈，端口 Q0.1接南北紅燈，端口 Q0.2 接?xùn)|西綠燈，端口 Q0.3 接?xùn)|西黃燈，端口 Q0.4 接?xùn)|西黃燈，Q0.5接南北綠燈，Q0.6 接南北黃燈?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -115 軟件設(shè)計(jì)部分控制系統(tǒng)的程序可分為兩個(gè)模塊：開始模塊和十字路口信號(hào)燈控制模塊。其中十字路口信號(hào)燈控制模塊是主模塊。時(shí)間設(shè)定由定時(shí)器(T)完成，通過不同的定時(shí)器的交替觸發(fā)和定時(shí)來控制各個(gè)車道每個(gè)信號(hào)燈的亮滅時(shí)間。時(shí)間的設(shè)定可根據(jù)實(shí)際狀況分時(shí)設(shè)置。根據(jù)控制任務(wù)要求，運(yùn)用 step7 一 micro／win32軟件設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序，如圖 4?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -125.1 梯形圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -13基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -145.2 語 句表基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -15基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -16基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -175.3 時(shí)序圖基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -18圖 4 十字路口交通燈時(shí)序6 PLC 概述6.1PLC 硬件結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同，中央處理單元(CPU) ，如下 圖 2-1 所示。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -194-1 PLC 硬件結(jié)構(gòu)6.2 中央處理單元(CPU)中央處理單元(CPU)是 PLC 控制中樞。它 PLC 系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲(chǔ)器、I/O 以及警戒定時(shí)器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分 別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。進(jìn)一步提高 PLC 可靠性，近年來對(duì)大型 PLC還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 表決式系統(tǒng)。 這樣，某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。6.3 存儲(chǔ)器存放系統(tǒng)軟件存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器。存放應(yīng)用軟件存儲(chǔ)器稱為用戶基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -20程序存儲(chǔ)器。1、PLC 常用存儲(chǔ)器類型（1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲(chǔ)器。斷電情況下，存儲(chǔ)器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變 。紫外 線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲(chǔ)器。使用編程器就能很容易對(duì)其所存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行修改。 [3]2、PLC 存儲(chǔ)空間分配各種 PLCCPU 最大尋址空間各不相同，PLC 工作原理，其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)（2）系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等）（3）用戶程序存儲(chǔ)區(qū) [4]系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解 釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC性能。系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)：系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備，如：邏基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -21輯線圈；數(shù)據(jù)寄存器；計(jì)時(shí)器；計(jì)數(shù)器；變址寄存器；累加器等存儲(chǔ)器。 [5]（1）I/O 映象區(qū)：PLC 投入運(yùn)行后，輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，輸 出刷新階段才將輸 出狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應(yīng)外設(shè)。它需要一定數(shù)量存儲(chǔ)單元(RAM)以存放 I/O 狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O 映象區(qū)。一個(gè)開關(guān)量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)位（bit），一個(gè)模擬量 I/O 占用存儲(chǔ)單元中一個(gè)字（16 個(gè) bit）。整個(gè) I/O 映象區(qū)可看作兩個(gè)部分組成：開關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。（2）系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) ：I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系 統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設(shè)備（邏輯線圈、 計(jì)時(shí)器、 計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）存 儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持存儲(chǔ)區(qū)域，前者 PLC 斷電時(shí)，由內(nèi)部鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì) 遺失；后者當(dāng) PLC 斷電時(shí)，數(shù)據(jù)被清零。用戶程序存儲(chǔ)區(qū)：主要用來存放用戶的應(yīng)用程序。所謂用戶程序時(shí)指使用戶根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的的產(chǎn)生過程和工藝要求編寫的控制程序。次程序由使用者通過編程器輸入到 PLC 機(jī)的 RAM 存貯器中，以便于用戶隨時(shí)修改。也可將用戶程序存放在 EEPROM 中。6.4 輸入/ 輸出模塊輸入/輸出模塊是可編程控制器與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程連接的借口。現(xiàn)場(chǎng) 的輸入信號(hào)，如按鈕開關(guān)，行程開關(guān)、限位開關(guān)以及傳感輸出的開關(guān)量或模擬量（壓力、流量、溫度、 電壓、電流）等，都要通過輸入模塊送到 PLC。由于這些信號(hào)電平各式各樣，而可 編程控制器 CPU 所處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以輸入模塊還需將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成 PLC 能夠接受和處理的數(shù)字信號(hào)。輸入模塊的作用是接收中央處理器處理過的數(shù)字信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行部件所能基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -22接收的控制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)如電磁閥、燈光 顯示、電機(jī)等 執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？删幊炭刂破饔卸喾N輸入/輸出模塊其類型有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊。這些模塊分直流和交流、電壓和電流類型，每種 類型又有不同的參數(shù)等級(jí)，主要有數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入輸出/模塊，部件上都設(shè)有接線端子排，為了濾除信號(hào)的噪聲和便于 PLC 內(nèi)部對(duì)信號(hào)的處理，這些模塊上都帶有濾波、電平轉(zhuǎn)換、信號(hào)鎖存電路。數(shù)字量輸入模塊帶有廣電耦合電路，其目的是把 PLC 與外部電路隔離起來，以提高 PLC 的抗干擾能力。數(shù)字兩輸出有繼電器輸出、晶體管輸出和可控硅輸出三種方式。模擬量輸入/輸出模塊主要用來實(shí)現(xiàn)模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換，即 A/D 或 D/A轉(zhuǎn)換。由于工 業(yè)控制系統(tǒng)中有傳感器或執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一些信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此這些模擬量必須通過模擬量輸入/輸出模塊與 PLC 的中央處理器連接。模擬量輸入模塊 A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)字量，經(jīng)光電耦合器和輸出鎖存器宇 PLC 的 1/0總線掛接?，F(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓主要是0—5 伏和 0—10 伏兩種。另外還有：0—somV、 0—IV、—5—+SV、—10—+10V，0—10mA 等。模擬量輸入模塊接收標(biāo)準(zhǔn)量程的模擬電壓或電流猴，把它轉(zhuǎn)換成 8 未、10 未或 12 位的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送給中央處理器進(jìn)行處理。模擬量輸出模塊將中央處理器的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)量程的電壓或電流輸出信號(hào)，提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；?s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -23圖 6.4.1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -24圖 6.4.27 元件清單名稱 型號(hào) 數(shù)量 備注計(jì)算機(jī) 1可編程控制器 S7-200 1西門子數(shù)據(jù)線 1STEP7-Micro/WIN 1基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -25小結(jié)PLC 課程結(jié)束了，又到了課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們組分到了：基于 S7-200 PLC 的十字路口交通信號(hào)燈的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 面對(duì)這個(gè)題目根據(jù)老師課堂講的內(nèi)容很快就確定了設(shè)計(jì)的方向，并與同學(xué)們的合作解決遇到的問題。通過這次設(shè)計(jì)，我意識(shí)到了 PLC 編程技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的廣泛應(yīng)用，并了解到自己學(xué)習(xí)中的不足之處，看到了理論與實(shí)踐的差距。 通過一周的 PLC 設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了 PLC 的基本編程方法，對(duì) PLC 的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到 PLC 中的時(shí)候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對(duì) PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。 通過合作，我們的合作意識(shí)得到加強(qiáng)。合作能力得到提高。上大學(xué)后，很多同學(xué)都沒有過深入的交流，在設(shè)計(jì)的過程中，我們用了分工與合作的方式，每個(gè)人互責(zé)一定的部分，同時(shí)在一定的階段共同討論，以解決分工中個(gè)人不能解決的問題，在交流中大家積極發(fā)言，和提出意見，同時(shí)我們還向別的同學(xué)請(qǐng)教。在此過程中，每個(gè)人都想自己的方案得到實(shí)現(xiàn)，積極向同學(xué)說明自己的想法。能過比較選出最好的方案。在這過程也提高了我們的表過能力。 通過此次課設(shè)，讓我了解了 PLC 梯形圖、指令表、順序功能圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于 PLC 設(shè)計(jì)原理。有很多設(shè)計(jì)理念來源于實(shí)際，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。實(shí)踐不同于理論，理論上可行的設(shè)計(jì)，在考慮實(shí)際條件的種種影響下，必須有所取舍，有側(cè)重，才能事半功倍，紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -26致 謝在設(shè)計(jì)的過程中我們還得到了老師的幫助與意見。在學(xué)習(xí)的過程中，不是每一個(gè)問題都能自己解決，向老師請(qǐng)教或向同學(xué)討論是一個(gè)很好的方法，不是有句話叫做學(xué)而不思則怠,做事要學(xué)思結(jié)合。PLC 不僅需要編程能力，更是要求設(shè)計(jì)者了解控制電路的時(shí)序關(guān)系，作用原理，在接到題目之后，通過查詢資料對(duì)題目的所需要的編程器件，設(shè)計(jì)思路有了一定準(zhǔn)備，但還是遇到了很多問題，感謝祝老師給予的及時(shí)指導(dǎo)和幫助，能夠跳出我們的思維局限性，從更高的，宏觀的層面和維度來分析問題，給出中肯和針對(duì)性的建議，通過和同學(xué)的討論，更是使我完善了自己能力的不足之處，并能使我們一起提高。感謝學(xué)校老師給我們提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)和條件，能夠鍛煉自己的實(shí)際動(dòng)手能力，不僅停留在理論層面的學(xué)習(xí)，更要將所學(xué)轉(zhuǎn)化為一種能力和素質(zhì)，培養(yǎng)自己的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從最基礎(chǔ)的課程設(shè)計(jì)做起，為實(shí)際動(dòng)手操作，打?qū)嵒A(chǔ)，因?yàn)橹挥袑?shí)踐，才能出真知。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- -27參考文獻(xiàn)[1] 王永華 .現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2013[2] 趙景波等 .零基礎(chǔ)學(xué)西門子 S7-200 PLC.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2010[3] 龔?fù)瑥垬涑?，王?. 實(shí)例解讀西門子 PLC.北京：中國電力出版社,2013[4] 李國麗，朱維勇電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書合肥：中國科技大學(xué)出版社，2000