西门子SPLC交通灯专业课程设计.doc

摘要

伴随社会经济发展，城市机动车量不停增加，很多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行情况，城市交通问题越来越引发大家关注。人、车、路三者关系协调，已成为交通管理部门需要处理关键问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制和交通疏导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关键组成部分。
实现路口交通灯系统控制方法很多，能够用标准逻辑器件、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影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机利用来进行系统设计开发也不是很熟悉，所以，最终笔者选择了用西门子PLC来实现系统功效设计，完成此次设计题目。

关键字：西门子S7-200，交通灯，PLC，梯形图。

目 录

1 引言 1
1.1 PLC概述 1
1.2 PLC功效 1
1.3 PLC工作原理和结构 2
1.3.1 PLC工作原理： 2
1.3.2 结构： 2
1.4 西门子S7-200系列编程软件 2
1.4.1 编程准备 2
1.4.2 程序调试和监控 3
2 交通灯控制要求 4
2.1 路况示意图 4
2.2 工作要求和过程 4
3 交通灯控制设计 5
3.1 次序图 5
3.2 I/O分配及接线图 6
3.3 交通灯时序波形图 7
3.4 编制程序 10
4 致谢 11
5 参考文件 12

1 引言
1.1 PLC概述
PLC是Programmable Logic Controller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、可编程序次序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC多个不一样时期。为和个人计算机（PC）相区分，所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称plc。它是一个数字运算操作电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采取可编程序存贮器，用来在其内部存贮实施逻辑运算、次序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并经过数字、模拟输入和输出，控制多种类型机械或生产过程。
1.2 PLC功效
(1)控制功效逻辑控制，包含（定时，计数，次序，逻辑）控制
(2)数据采集、存放和处理功效数学运算功效
(3)输入/输出接口调理功效含有A/D、D/A转换功效，经过I/O模块完成对模拟量控制和调整。位数和精度能够依据用户要求选择。 含有温度测量接口，直接连接多种电阻或电偶。
(4)通信、联网功效现代PLC大多数全部采取了通信、网络技术，有RS232或RS485接口，可进行远程I/O控制，多台 PLC可相互间联网、通信，外部器件和一台或多台可编程控制器信号处理单元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊疗。通信接口或通信处理器按标准硬件接口或专有通信协议完成程序和数据转移。如西门 子S7-200Profibus现场总线口，其通信速率能够达成12Mbps。 在系统组成时，可由一台计算机和多台PLC组成“集中管理、分散控制”分布式控制网络，方便完成较大规模复杂控制。通常所说SCADA系统，现场端和远程端也能够采取PLC作现场机。
(5)人机界面功效提供操作者以监视机器/过程工作必需信息。许可操作者和PC系统和其应用程序相互作用，方便作决议和调整。
(6)编程、调试等使用复杂程度不一样手持、便携和桌面式编程器工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和统计，并经过打印机打印出程序文件。

1.3 PLC工作原理和结构
1.3.1 PLC工作原理：
采取循环扫描方法。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序实施、程序输出，一直循环扫描工作。
注意：因为PLC是扫描工作过程，在程序实施阶段即使输入发生了改变，输入状态映象寄存器内容也不会改变，要等到下一周期输入处理阶段才能改变。
1.3.2 结构：
plc实质上是一个专用和工业控制计算机，其硬件结构基础上和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包含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整体。
模块式plc包含CPU模块，I/O模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块能够根据一定规则组合配置。
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

1.1 PLC基础结构框图
1.4 西门子S7-200系列编程软件
1.4.1 编程准备
(1)指令集和编辑器选择
写程序之前，用户必需选择指令集和编辑器。在S7-200系列PLC支持指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。SIMATIC是专为S7-200PLC设计，专用性强，采取SIMATIC指令编写程序实施时间短，能够使用LAD、STL、FBD三种编辑器。IEC1131-3指令集是按国际电工委员会（IEC）PLC编程标准提供指令系统，作为不一样PLC厂商指令标准，集中指令较少。有些SIMATIC所包含指令，在IEC 1131-3中不是标准指令。IEC1131-3标准指令集适适用于不一样厂家PLC，能够使用LAD和FBD两种编辑器。本教材关键用SIMATIC编程模式。
a. 单命令“工具”→“选项” →“通常”标签→“编程模式” →选SIMATIC。
程序编辑器有LAD、STL、FBD三种。本论文关键用LAD和STL。
b. 择编辑器方法以下：
用菜单命令“检视” →LAD或STL。
或菜单命令“工具”→“选项” →“通常”标签→“默认编辑器”。
(2) 依据PLC类型进行参数检验
在PLC和运行STEP7-Micro/WINPC连线后，在建立通信或编辑通信设置以前，应依据PLC类型进行范围检验。必需确保STEP7-Micro/WIN中PLC类型选择和实际PLC类型相符。方法以下：
a. 菜单命令“PLC”→“类型” →“读取PLC”。
b. 在指令树→“项目”名称→“类型” →“读取PLC”
1.4.2 程序调试和监控
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，搜集状态进行监控和调试程序。
(1)选择工作方法
PLC有运行和停止两种工作方法。在不一样工作方法下，PLC进行调试操作方法不一样。 单击工具栏中“运行”按钮或“停止”按钮能够进入对应工作方法.
选择STOP工作方法:
在STOP（停止）工作方法中，能够创建和编辑程序，PLC处于半空闲状态：停止用户程序实施；实施输入更新；用户中止条件被禁用。PLC操作系统继续监控PLC，将状态数据传输给STEP 7-Micro/WIN 32，并实施全部“强制”或“取消强制”命令。当PLC在STOP（停止）工作方法能够进行下列操作：
(1) 使用图状态或程序状态检视操作数目前值因为程序未实施，这一步骤等同于实施“单次读取”）
(2) 能够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)实施有限次扫描，并经过状态图或程序状态观察结果。
选择运行工作方法:
(1)使用图状态搜集PLC数据值连续更新。假如期望使用单次更新，图状态必需关闭，才能使用“单次读取”命令。
(2)使用程序状态搜集PLC数据值连续更新。
(3)使用RUN工作方法中“程序编辑”编辑程序，并将改动下载至PLC。

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
关键程序要求以下：
信号灯受开启开关控制。当开启开关接同时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，在东、西绿灯亮。当开启开关断开时，全部信号灯全部熄灭。
（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，假如同时亮则应关闭信号灯系统，并立即报警。
（2）南、北红灯亮维持25s，在南、北红灯亮同时东.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，不然关闭系统，并立即报警。

3 交通灯控制设计
3.1 次序图
设开启按钮用I0.0表示, 6个工作状态分别用次序控制继电器位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开启按钮得电时,将激活S0.0,进入第一步状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯亮,同时开启定时器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.同时开启定时器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,不停循环实施。
次序功效图图3.1所表示。

3.1 交通灯次序功效图
3.2 I/O分配及接线图
下面先跟据输入/输出接口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

报警灯 Q0.0
T37 南北红灯 25S

南北红灯Q0.1
T38 东西红灯 25S
开启开关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 3S

T44 南北黄灯 2S

3.3 交通灯时序波形图

开启开关

南北红灯
南北绿灯
南北黄灯
东西红灯
东西绿灯
东西黄灯
3.2 交通灯控制时序图

3.4 编制程序
依据上述I/O分配表编制出程序以下：
T37

T38
I0.0
Q0.0

IN TON

PT 100ms

250ss

T38
T37

IN TON

PT 100ms

250s

T39
T37

I0.0
Q0.0
IN TON

PT 100ms

200sSsS

T40

T39

IN TON

PT 100ms

30

T41
T40
IN TON

PT 100ms

20

T42

T37
IN TON

PT 100ms

200

T43
T42

30
20
T44
T43
IN TON

PT 100ms
IN TON

PT 100ms

Q0.1
I0.0
Q0.0
T37
﹙﹚

Q0.4
T37

﹙﹚
Q0.2
T39
Q0.1

﹙﹚
T40
T40

<=I
10
>=I
1

T40
T40

<=I
30
>=I
20

T41

Q03
T40

T42
Q0.5
T42
Q0.4
﹙﹚
﹙﹚
T43
T43

<=I
10
>=I
1

T43
T43

<=I
30
>=I
20

Q0.6
T44
T43

﹙﹚
Q0.0
Q0.5
Q0.2

LD
I0.0
TON
T38, 250
AN
Q0.0
LDN
Q0.0
AN
T38
A
I0.0
TON
T37, 250
A
T37
LD
T37
TON
T39, 200
LD
T39
LD
T40
TON
T40, 30
AN
T41
LD
T40
=
Q0.3
TON
T41, 20
LD
Q0.4
LD
T37
AN
T42
TON
T42, 200
=
Q0.5
LD
T42
LD
T43 >=I,I=1
TON
T43, 30
A
T43 <=I,I=10
LD
T43
=
Q0.5
TON
T44, 20
LD
T43 >=I,I=20
LDN
T37
A
T43 <=I,I=30
AN
Q0.0
=
Q0.5
A
I0.0
LD
T43
=

=
Q0.1
AN
T44
LD
T37
=
Q0.6
=
Q0.4
LD
Q0.2
LD
Q0.1
A
Q0.5
AN
T39
=
Q0.0
=
Q0.2

LD
T40 >=I,I=1

A
T40 <=I,I=10

=
Q0.2

LD
T40 >=I,I=20

A
T40 <=I,I=30

=
Q0.2

致 谢

短暂读书生活在这个季节立即划上一个句号，而于我人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程开始。伟人、名人为我所崇敬，可是我更急切地要把我敬意和赞美献给一位平凡人，我导师。我不是您最出色学生，而您却是我最尊敬老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一个良好精神气氛。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接收了全新思想观念，树立了宏伟学术目标，领会了基础思索方法，从论文题目标选定到论文写作指导,经由您悉心点拨,再经思索后领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。
感谢我父亲母亲，焉得谖草，言树之背养育之恩，无以回报，你们永远健康愉快是我最大心愿。在论文立即完成之际，我心情无法平静，从开始进入课题到论文顺利完成，有多少可敬师长、同学、好友给了我无言帮助，在这里请接收我真挚谢意！
同时也感谢学院为我提供代写论文良好做毕业设计环境。
最终再一次感谢全部在毕业设计中曾经帮助过我良师益友和同学，和在设计中被我引用或参考论著作者。

参考文件

[1]廖常初.PLC编程及应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，
[2]田淑珍.S7-200 PLC原理及应用 [M].北京：机械工业出版社，
[3]张运刚等.PLC技术和应用 [M].北京：人民邮电出版社，
[4]徐国林.PLC应用技术 [M].北京：机械工业出版社，
[5]廖常初.S7-200PLC基础教程(第二版)[M].北京：机械工业出版社，
[6]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,