1、沈阳工程学院课程设计报告摘要随着社会经济的发展，城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器 PLC、单片机等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很
2、熟悉，因此，最终笔者选择了用西门子 PLC来实现系统功能的设计，完成本次设计的题目。关键字：西门子 S7-200，交通灯，PLC，梯形图。PLC 控制的交通信号灯控制系统设计目 录1 引言 11.1 PLC 概述 11.2 PLC 的功能 11.3 PLC 的工作原理和结构 21.3.1 PLC 的工作原理： 21.3.2 结构： 21.4 西门子 S7-200 系列的编程软件 .21.4.1 编程准备 21.4.2 程序的调试和监控 32 交通灯控制要求 42.1 路况示意图 .42.2 工作要求和过程 .43 交通灯控制的设计 53.1 顺序图 53.2 I/O 分配及接线图 .63.3
3、交通灯时序波形图 .73.4 编制程序 104 致 谢 .115 参考文献 .12沈阳工程学院课程设计报告11 引言1.1 PLC 概述PLC 是 Programmable Logic Controller 的缩写，即可编程逻辑控制器。它 经历 了 可 编 程 序 矩 阵 控 制 器 PMC、 可 编 程 序 顺 序 控 制 器 PSC、 可 编 程 序 逻 辑控 制 器 PLC 和 可 编 程 序 控 制 器 PC 几 个 不 同 时 期 。 为 与 个 人 计 算 机 （ PC）相 区 别 ， 所 以 现 在 仍 然 将 可 编 程 逻 辑 控 制 器 简 称 plc。 它是一种数字运算操
4、作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.2 PLC 的功能(1)控制功能逻辑控制，包括（定时，计数，顺序，逻辑）控制(2)数据采集、存储与处理功能数学运算功能(3)输入/输出接口调理功能具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。 (4)通信、联网功能现代 PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232或 RS485
5、接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子 S7-200 的 Profibus现场总线口，其通信速率可以达到 12Mbps。 在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。(5)人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操
6、作者和 PC 系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。 (6)编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。PLC 控制的交通信号灯控制系统设计1.3 PLC 的工作原理和结构1.3.1 PLC 的工作原理 ：采用循环扫描方式。在 PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。注意：由于 PLC 是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。1.3.2 结构：plc 实质上是一
7、种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机再结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式 plc 包括 CPU 板，I/O板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 plc 包括 CPU 模块，I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。1.1 PLC 的基本结构框图1.4 西门子 S7-200 系列的编程软件1.4.1 编程准备(1)指令集和编辑器的选择写程序之前，用户必须选择指令集和编辑器。在 S7-200 系列 PLC 支持的指令集有 SIMATIC 和 IEC1131-3 两种。SIMATIC 是专为 S7
8、-200PLC 设计的，专用性强，采用 SIMATIC 指令编写的程序执行时间短，可以使用LAD、 STL、 FBD 三种编辑器。IEC1131-3 指令集是按国际电工委员会（ IEC）PLC 编程标准提供的指令系统，作为不同 PLC 厂商的指令标准，集中指令较少。有些 SIMATIC 所包含的指令，在 IEC 1131-3 中不是标准指令。IEC1131-3 标准指令集适用于不同厂家 PLC，可以使用 LAD 和 FBD 两种编辑器。本教材主要接口部件输出输入接口部件件中央处理单元CPU 板 电源部件沈阳工程学院课程设计报告3用 SIMATIC 编程模式。a. 单命令“工具”“选项” “一般
9、”标签“编程模式” 选SIMATIC。程序编辑器有 LAD、STL、FBD 三种。本论文主要用 LAD 和 STL。b. 择编辑器的方法如下：用菜单命令“检视” LAD 或 STL。或者菜单命令“工具”“选项” “一般”标签“默认编辑器” 。(2) 根据 PLC 类型进行参数检查在 PLC 和运行 STEP7-Micro/WIN 的 PC 连线后，在建立通信或编辑通信设置以前，应根据 PLC 的类型进行范围检查。必须保证 STEP7-Micro/WIN 中PLC 类型选择与实际 PLC 类型相符。方法如下：a. 菜单命令“PLC ”“类型” “读取 PLC”。b. 在指令树“项目”名称“类型”
10、 “读取 PLC”1.4.2 程序的调试和监控在运行 STEP 7-Micro/WIN 32 编程设备和 PLC 之间建立通信并向 PLC 下载程序后，便可运行程序，收集状态进行监控和调试程序。(1)选择工作方式PLC 有运行和停止两种工作方式。在不同的工作方式下，PLC 进行调试的操作方法不同。 单击工具栏中的“运行”按钮或 “停止”按钮可以进入相应的工作方式.选择 STOP 工作方式:在 STOP（停止）工作方式中，可以创建和编辑程序，PLC 处于半空闲状态：停止用户程序执行；执行输入更新；用户中断条件被禁用。PLC 操作系统继续监控 PLC，将状态数据传递给 STEP 7-Micro/W
11、IN 32，并执行所有的“强制”或“取消强制”命令。当 PLC 位于 STOP（停止）工作方式可以进行下列操作：(1) 使用图状态或程序状态检视操作数的当前值。 （因为程序未执行，这一步骤等同于执行“单次读取” ）(2) 可以使用图状态或程序状态强制数值。使用图状态写入数值。(3) 写入或强制输出。(4)执行有限次扫描，并通过状态图或程序状态观察结果。选择运行工作方式:(1)使用图状态收集 PLC 数据值的连续更新。如果希望使用单次更新，图状态必须关闭，才能使用“单次读取”命令。(2)使用程序状态收集 PLC 数据值的连续更新。(3)使用 RUN 工作方式中的“程序编辑”编辑程序，并将改动下载
12、至PLC。PLC 控制的交通信号灯控制系统设计2 交通灯控制要求2.1 路况示意图北西 东南2.1 路况示意图2.2 工作要求和过程主要程序要求如下：信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，在东、西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南、北红灯亮维持 25s，在南、北红灯亮的同时东 .西灯也亮，并维持20s，到 20s 时，东、西绿灯闪亮，闪亮 3s 后熄灭。在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持 2s。到 2s 时，东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮。同时，南、北红灯
13、熄灭，绿灯亮。（3）东、西红灯亮维持 30s，南、北绿灯亮维持 25s，然后闪亮 3s 后熄灭，同时南、北黄灯亮，维持 2s 后熄灭，这时南、北红灯亮，东、西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。注意：要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。沈阳工程学院课程设计报告53 交通灯控制的设计3.1 顺序图设启动按钮用 I0.0 表示, 6 个工作状态分别用顺序控制继电器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5 表示,分别用 T0.T1,T2,T3,T4,T5 表示定时器.当 I0.0 启动按钮得电时,将激活 S0.0,进入第一步状态 ,在该状态南北红灯亮,东西绿灯
14、亮,同时启动定时器 T1, T1 定时时间到时,转换条件满足,结束 S0.0 激活S0.1 进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮 ,东西绿灯闪.同时启动定时器T2, T2 定时时间到时 ,转换条件满足,结束 S0.1 激活 S0.2 进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活 S0.3,S0.4.S0.5,当定时器 T6 时间到时再次激活 S0.0,不断循环执行。顺序功能图如图 3.1 所示。PLC 控制的交通信号灯控制系统设计3.1 交通灯顺序功能图3.2 I/O 分配及接线图下面先跟据输入/输出接口的数量编制出输入输出分配表：I/O 分配表:输入 输出 机内器件报警
15、灯 Q0.0 T37 南北红灯 25S南北红灯 Q0.1 T38 东西红灯 25S启动开关 I0.0 南北绿灯 Q0.2 T39 东西绿灯 20S南北黄灯 Q0.3 T40 东西绿灯闪 3S停止开关 I0.1 东西红灯 Q0.4 T41 东西黄灯 2S东西绿灯 Q0.5 T42 南北绿灯 20S东西黄灯 Q0.6 T43 南北绿灯闪 3ST44 南北黄灯 2S沈阳工程学院课程设计报告73.3 交通灯时序波形图3.2 交通灯控制时序图启动开关南北红灯南北绿灯南北黄灯东西红灯东西绿灯东西黄灯PLC 控制的交通信号灯控制系统设计3.4 编制程序根据上述 I/O 分配表编制出程序如下：T37IN TO
16、NPT 100ms250ssI0.0 Q0.0 T38IN TONPT 100msT37 T38250sIN TONPT 100msQ0.0 I0.0 T37T39200sSsSIN TONPT 100msT39 T4030IN TONPT 100msT40 T4120IN TONPT 100msT37 T42200T42 T43沈阳工程学院课程设计报告9 IN TONPT 100msIN TONPT 100msT43 T442030T37 Q0.0 I0.0 Q0.1T37 Q0.4=I1Q0.1 T39T40 T40Q0.2=I20=I1=I20=I,I=1TON T43, 30 A T4
17、3 =I,I=20LDN T37 A T43 =I,I=1A T40 =I,I=20A T40 =I,I=30= Q0.2PLC 控制的交通信号灯控制系统设计致 谢短暂的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选
18、定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村” 。感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢学院为我提供代写论文良好的做毕业设计的环境。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。沈阳工程学院课程设计报告13参考文献1廖常初.PLC 编程及应用（第三版）M.北京：机械工业出版社，20082田淑珍.S7-200 PLC 原理及应用 M.北京：机械工业出版社，20093张运刚等.PLC 技术与应用 M.北京：人民邮电出版社，20074徐国林.PLC 应用技术 M.北京：机械工业出版社，20075廖常初. S7-200PLC 基础教程(第二版)M.北京：机械工业出版社，20096廖常初.可编程序控制器应用技术（第四版）M.重庆: 重庆大学出版社,2002
