1、毕业设计（论文）报告纸I装订线摘 要自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯也应适合社会实际情况。这是选择制作十字路口交通灯的目的。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯控制系统的要求与特点，能够方便地联网通信。本文选择西门子可编程控制器
2、 S7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。每个路口采用 LED 数码管，倒计时显示，使得计时功能更加直观。关键词：西门子；PLC；交通信号灯；控制；LED；倒计时毕业设计（论文）报告纸II装订线ABSTRACTSince the inception of traffic lights, its internal control system on the circuit to be continuously improved. Design began to diversity, so that even more in
3、telligent traffic lights. Traffic control as an integral part of the traffic signals should also be suitable for the actual social situation. This is the choice making crossroads, traffic lights.Programmable Logic Controller (PLC) microprocessor core, based on commonly used electrical relay contacto
4、r control system ladder diagram compiled programming language, programming is easy, convenient features extend, modify and flexible, and simple, anti- interference ability. Siemens PLC instruction rich, you can take a variety of output, input expansion device with rich special expansion devices, inc
5、luding analog input devices and communications equipment is according to the traffic light control system requirements and features, the ability to easily network communication.This choice of Siemens S7-200 programmable controller as the core components, hardware interface design focuses on the use
6、of ladder and statements table programming, a crossroads of traffic light control system automation.Each intersection with LED digital tube, countdown display, making timing more intuitive functionality.毕业设计（论文）报告纸III装订线【Key Word】: siemens; PLC; traffic lights; control; LED; countdown目 录摘 要 .IIABSTR
7、ACT.III第一章 绪论 .1毕业设计（论文）报告纸IV装订线1.1 引言 .11.2 课题研究目的及意义 .11.3 课题主要研究工作 .21.3 本课题的主要内容 .2第二章 PLC 的基础 .32.1 PLC 的基础和特点 .32.2 PLC 的结构和工作原理 .42.2.1 PLC 的基本结构 .42.2.2 PLC 的工作原理 .6第三章 西门子 S7-200 系列 PLC 的硬件单元 .73.1 主机 .73.1.1 CPU 的主要特点 .73.1.2 存储系统 .83.2 扩展单元 .83.3 特殊功能模块 .93.4 内部软元件 .103.5 基本指令 .11第四章 控制方案
8、设计 .134.1 技术控制要求 .134.2 总体方案确定 .144.2.1 方案的原理 .14毕业设计（论文）报告纸V装订线4.2.2 方案的特点 .154.2.3 方案的选择依据 .15第五章 I/O 分配及元器件选型 .165.1 输入点、输出点的地址分配 .165.2 PLC 选型 .175.3 倒计时模块选型 .185.3.1 常用译码器 .185.3.2 LED 七段数码显示器 .205.4 电气接线图 .20第六章 交通信号灯的 PLC 控制器详细设计过程 .216.1 交通信号灯控制系统动作流程图 .216.2 十字路口交通信号灯控制的梯形图及语句表 .216.3 倒计时控制
9、程序梯形图及语句表 .25第七章 系统的调试 .307.1 系统程序调试 .307.2 系统硬件调试 .307.3 联机调试 .30第八章 结束语 .32致谢 .33参考文献 .34附件 .35毕业设计（论文）报告纸VI装订线电气接线图： .35程序指令表 .36程序梯形图 .38xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计（论文）报告纸共 39 页 第 1 页装订线第一章 绪论1.1 引言1858 年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868 年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的
10、广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止” ，绿色表示“注意” 。1869 年 1 月 2 日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914 年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市 5 号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止” ，绿灯亮表示“通行” 。1918 年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马
11、路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968 年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2 课题研究目的及意义在十字路口
12、设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应
13、迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计（论文）报告纸共 39 页 第 2 页装订线目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的
14、电磁干扰环境下正常工作的 PLC 是必要的。1.3 课题主要研究工作城市交通系统是一种非线性的、时变的、滞后的大系统，以往的交通控制研究多是基于启发式的考虑，而不是基于控制理论的方法。近多年来，随着众多研究控制理论出身的学者的加盟，使得城市交通自动控制领域的研究出现了新的思路、新的方法。本小节就近年来交通信号控制理论的研究进展作一简述。(1)静态多段配时控制静态多段配时控制是利用历史数据实现的一种开环控制，其基本设计思想源于线性规划。它没有考虑交通需求的随机波动，没有考虑城市道路交通流的实时进化过程，其控制能力和抗干扰能力非常有限。但就城市某一区域而言，每日的交通状况毕竟表现出相当程度的重复性
15、，车流的运动变化仍有一定的规律可循。因此研究静态多段配时控制，将其作为其他控制策略的“参照系”，或为它们提供“初值系统”还是很有意义的。这种方法简便易行，尤其适用于稳态交通环境，颇受交通工程人员欢迎。(2) 准动态多段配时控制准动态多段配时控制与静态多段配时控制相类似，只不过多段的划分不是以时间为依据，而是以检测到的实时交通状态为依据。交通状态可以用交通量、占有率、车速等交通数据的特征值来表达。被划分成的若干个交通状况分别配以不同的优化配时。准动态多段配时控制是一闭环控制系统。由于反馈的引入，所以系统的动态性能比静态多时段控制有明显改善，但是又由于它的控制方式仍属于方案选择式，所以系统动态性能
16、的改善又十分有限，故称之为准动态系统。1.3 本课题的主要内容认识并了解 PLC 的基础，S7-200 系列 PLC 的硬件单元。对十字路口交通灯的任务进行了分析，确定了输入/输出管脚分配，原器件选型。并给出了具体的控制方案，以及时序图。详细的xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计（论文）报告纸共 39 页 第 3 页装订线设计过程，包括程序流程图、交通灯和倒计时模块的梯形图及语句表，同时做出相应解释。第二章 PLC 的基础2.1 PLC 的基础和特点PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller） ，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置
17、。在 1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟输入/输出控制各种类型的机械或生产过程 。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。随着微处理器的出现，大规模、超大规模、集成电路技术的迅速发展和数据通信技术的不断进步，PLC 也迅速发展其发展过程大
18、致可以分为三个阶段 1。a. 早期的 PLC早期的 PLC 称为可编程逻辑控制器。这时，PLC 主要功能只是执行原先由继器完成的顺序控制、定时等。早期的 PLC 的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示及能重复使用等。其中 PLC 特有的编程语言梯形图，一直沿用到现在。b. 中期的 PLC这时 PLC 产品已使用了 16 位、32 位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx毕业设计（论文）报告纸共 39 页 第 4 页装订线通信技术是 PLC 的应用得到了进一步的发展。在硬件方面，除了保留原有的开
19、发模块外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 的范围更大。在软件方面，还增加了算术运算、数据处理和传送通信、直诊断等功能。c. 近期的 PLC由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器价格的大幅度下降，使的各种类型的PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。为了提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片。 世界上生产 PLC 产品的厂家多达 200 多个，其中比较著名的有美国的AB、通用 (GE)，日本的三菱 (MITSBISHI)、 欧姆龙(OMRON)、松下
20、，德国的西门子(SIEMENS) ，韩国的三星(SUMSUNG)、 LG 等。PLC 具有以下主要特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。由于 PLC 模块均采用大规模与超大规模集成电路，所以的 I/O 接口电路均采用光电隔离;在结构上对、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑;在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施; 在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施。以上这些使 PLC 具有较高的抗干扰能力。2. 控制系统结构简单，通用性强在 PLC 控制系统中，只需要在 PLC 输入/ 输出端子上接入相应的信号线即可，不需要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路 ，大大简化了控制系统的结构。PLC的输入/输出可直接与交流 220V、直流 24V 等强电相连，并且具有较强的带负载能力。3. 编程方便，易于使用PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
