1、塔里木大学1电器控制与 PLC 结课论文(西门子 S7-300 机型） 交通信号灯控制 学 号 5011213316 所属学院 信息工程学院 专 业 计算机科学与技术 班 级 17-3 班 学生姓名 杨江 塔里木大学制塔里木大学2目录引言 .2一、PLC 的产生 .4二、PLC 的结构 .4（一）中央处理单元(CPU) .4（二）存储器 .5（三）电源 .5（四）I/O 模块 .5三、PLC 的编程 .53.1 基本指令系统特点 .53.2 图形式指令结构 .63.21“逻辑与”和“逻辑或”的嵌套表达式。 .6四、交通信号灯控制系统设计 .64.1 系统工作时的要求 .74.2 状态转移图 .
2、84.3 硬件图 .84.4 交通灯程序梯形图 .9五、仿真 .14六、小结 .15塔里木大学3引言城市交通信号控制是通过对交通流量的调节以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。交通系统是一个具有随机性、模糊性和不确定性的复杂系统，建立数学模型非常困难，有时甚至无法用现有的数学方法加以描述。目前大多采用的是自适应信号控制，它需要数学建模，且不考虑交通延误、停车次数等。根据前后相流量来决定信号灯配时的模糊控制系统的理论研究成果，用 PLC 实现单个十字路口交通信号灯模糊控制的方法，以单个十字路口 4 相位交通灯为例，把 PLC 作为一个模糊控制器，采用梯形图编程。通过实验保证了系统运行稳定可
3、靠，能根据不同的交通流量进行模糊控制决策，优化信号灯的配时，从而可以有效的解决交通流量不均衡、不稳定带来的问题。关键字：可编程 PLC 交通 智能控制塔里木大学4一、PLC 的产生PLC 是可编程序控制器的简称,它是一种数字运算电子系统，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程的自动控制中。PLC 是在继电器控制和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，集计算机技术、自动控制技术及通讯技术于一体的一种新型工业控制装置。 二、PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于
4、工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同： （一）中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到
5、相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 塔里木大学5为了进一步提高 PLC 的可靠性近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统或采用三 CPU 的表决式系统，这样即使某个 CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。 CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去
6、指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 （二）存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 PLC 常用的存储器类型 （1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/ 写存储器(随机存储器) ，其存取速度最快，由锂电池支持。 （2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只读存储器
7、，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变。 （3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 （三）电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 （四）I/O 模块 PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O
8、 模块集成了 PLC的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。塔里木大学6三、PLC 的编程3.1 基本指令系统特点PLC 的编程语言与一般计算机语言相比，具有明显的特点，它既不同于高级语言，也不同与一般的汇编语言，既要满足易于编写，又要满足易于调试的要求。3.2 图形式指令结构程序由图形方式表达，指令由不同的图形符号组成，易于理解和记忆。系统的软件开发者已把工业控制中所需的独立运算功能编制成象征性图形
9、，用户根据自己的需要把这些图形进行组合，并填入适当的参数。3.21“逻辑与”和“ 逻辑或”的嵌套表达式。1. 当控制逻辑是串联和并联的复杂组合时，CPU 的扫描顺序是先“与”后“或” 先串联后并联的特点是触点组先串联，再将整个触点组和其他触点组并联。先并联后串联的特点与先串联后并联的次序正好相反。2. 加法运算指令塔里木大学7四、交通信号灯控制系统设计城市交通道路十字路口是靠交通信号指挥灯来维持交通秩序，在每个方向上都有红、黄、绿三种指挥灯，信号灯受一个启动开关控制。当按下一个启动按钮，信号系统开始工作，直到按下停止开关，系统停止工作。某城市路口交通信号图4.1 系统工作时的要求1、南北方向绿灯和东西方向绿灯不能同时亮，如果同时亮就立即关闭系统和发出警报信号。2,。南北红灯维持 25s，同时都东西绿灯也亮，持续 20s，到 20s 时，东西绿灯开始亮，亮 3s 后灭。然后东西黄灯亮维持 2s 后灭，东西红灯亮，与此同时，塔里木大学8南北红灯灭，绿灯亮。3.东西红灯亮 30s，同时南北绿灯亮 25s,闪亮 3s 灭，接着南北黄灯维持 2s 灭，同时南北红灯亮，东西绿灯也亮。4.两个方向的信号灯，按上面要求周而复始的工作。4.2 状态转移图塔里木大学94.3 硬件图机架：S3004.4 交通灯程序梯形图塔里木大学10
