基于西門子SPLC的交通燈控制設(shè)計(jì)

1、目錄1112.1 PLC的定義，分類及特點(diǎn)2.2 PLC的功能和應(yīng)用2.3 PLC的工作原理的工作過程2.4 PLC2.5 的編程語言關(guān)鍵詞Abstrac tKey words 1緒論1.1課題的研究背景與意義1.2主要內(nèi)容2 PLC的概述2.6 PLC 定時(shí)器指令介紹3 PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3.1方案的比較與選擇3.2 I/O 分配表3.3接線圖3.4工作流程圖3.5工作時(shí)序圖3.6梯形圖3.7仿真過程1O4.總結(jié)13參考文獻(xiàn)14致謝基于西門子 S7-200 PLC 的交通燈控制設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 李金輝指導(dǎo)教師 呂永田摘要 ：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會(huì)隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一

2、套獨(dú)特的公共管理系統(tǒng)。人、 車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。雖然自交通燈誕生以來， 其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)不斷地被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也多種多樣，但隨著經(jīng)濟(jì)條件的升高，數(shù)字交通電路燈越來越不能滿足日益增加的交通壓力?，F(xiàn)今PLC技術(shù)飛速發(fā)展，可編程控制系統(tǒng)的功能日益完善，加上小型化，可靠性高，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。因此，本文的設(shè)計(jì)就是運(yùn)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口的交通燈控制，通過對(duì)交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)地考察，我選擇了一種最優(yōu)方案，運(yùn)用西門子系列的S7-200 PLC 來控制交通燈的變化。關(guān)鍵詞： 交通燈 控制系統(tǒng) PLCThe design of tr

3、affic light' s control based onSiemens S7-200 PLCStudent majoring in Mechanical design and manufacturing automation LiJinhuiTutor Lv YongtianAbstract ： The traffic control system is a unique public management system now, producingwith logistics, travel and so on. The coordination of the relation

4、ship between people,vehicles and roads has become one of the important issues which need to be addressed withtraffic management. Since the traffic lights produced, the internal circuit controlsystemhas been improved and the design methods varied also, but with the increasing of economicconditions, d

5、igital traffic lights can not meet the increasing traffic pressure.Nowadays the PLC technology development quickly, the function of programmable controlsystem become refinement also the characters of miniaturization, high reliability,and lowprices make it more prominent in modern industry.Therefore

6、used PLC technology to control the traffic lights at the intersection,through fielding trips to traffic light control system, selected an optimal programmer,then using Siemens S7-200 PLC to control the traffic lights' change.Key words: traffic lights;control system;PLC1緒論1.1課題的研究背景與意義1.1.1研究背景隨著

7、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，交通問題成為制約我 國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)大問題，我國人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)交通擁堵 現(xiàn)象，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已經(jīng)成為交通管理部門需要解決的重要問題之一目前我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是大城市，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不 斷增加，如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況。因此20多年來，這些 大城市紛紛修建城市高速公路，在高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效的改善了交 通狀況。但是，隨著交通量的快速增長和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用，而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市

8、高速公路 的交通狀況必然受高速公路與普通公路耦合處交通狀況的制約。因此，如何采用合適的 控制方法來緩解交通擁堵狀況，也越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的 主要問題，可見改善城市交通燈控制系統(tǒng)是多么的重要。1.1.2研究意義經(jīng)改進(jìn)交通燈的控制系統(tǒng)，在十字路口的交通燈可以對(duì)交通通行進(jìn)行有效的疏通, 緩解交通堵塞的壓力，并為交通的參與者的安全提供強(qiáng)有力的保障。1.2主要內(nèi)容在了解了 PLC的各種功能的基礎(chǔ)上，熟悉PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理，合理選擇符合要求的硬件和軟件，繪制出程序梯形圖，編出能實(shí)現(xiàn)功能的指令，完成對(duì)基于西門子S7-200P LC的交通燈控制的設(shè)計(jì)。2 PLC的概述2. 1 P

9、LC的定義、分類及特點(diǎn)1985年，國際電工委員會(huì)（IEC）確定了 PLC的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn) 算操作的電子系統(tǒng)，專為在環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi) 部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并 通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！狈诸悾海?）按結(jié)構(gòu)形式分類：根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。 按功能分類：根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、 高檔三類。（3）按I/O點(diǎn)數(shù)分類：

10、根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、 中型和大型三類。特點(diǎn)：（1） 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（2）通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方便。 功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣。 編程簡(jiǎn)單，容易掌握。（5）減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的 工作量。（6）體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。組成：（1）中央處理器（2）存儲(chǔ)器 輸入輸出接口 編程器 電源 2.2 PLC的功能和應(yīng)用功能：邏輯控制 定時(shí)控制（3）計(jì)數(shù)控制步進(jìn)（順序）控制（5）PID控制數(shù)據(jù)控制：PIc具有數(shù)據(jù)處理能力（7）通信和聯(lián)網(wǎng)（8）其它：PIc還有許多特殊功能模塊, 適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT莫塊。應(yīng)用：最初，PLC主要

11、用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著 PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)用于模擬量控制（3）用于數(shù)字量控制通訊。域不斷擴(kuò)大。具體有：（1）用于開關(guān)量控制（2）（4）用于數(shù)據(jù)采集（5）用于進(jìn)行監(jiān)控（6）用于聯(lián)網(wǎng)、2.3 PLC的工作原理采用循環(huán)掃描方式，在 PLC處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí),從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄 存器的內(nèi)容也不會(huì)變化，要等到下一周期的輸入處理階段時(shí)才能改變。PLC實(shí)質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同,PLC在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）兩種，固定式

12、PLC包括CPUK，I/O板，顯示 面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。組合式（模塊式）包括CPU莫塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架，這些模塊可按一定的規(guī) 則組合配置。2.4 PLC的工作過程CPU從為了滿足工業(yè)邏輯控制的要求，同時(shí)結(jié)合計(jì)算機(jī)控制的特點(diǎn)，PLC的工作方式采用 不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用時(shí)間稱為掃描周期或工作周期。第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指 令開始新一輪掃描。PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。整個(gè)過程可分為以下幾個(gè)部分：第一部分是上電處理。PLC上電后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化

13、，包括硬件初始化和軟件初始化，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。第二部分是自診斷處理。PLC掃描一次，就執(zhí)行一次自診斷檢查，確定 PLC自身的動(dòng)作 是否正常。第三部分是通訊服務(wù)。PLC自診斷處理完成以后進(jìn)入通訊服務(wù)過程。首先檢 查有無通訊任務(wù)，要是有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程，完成與其他設(shè)備的通訊處理，并對(duì)通訊數(shù)據(jù) 作相應(yīng)處理；然后進(jìn)行時(shí)鐘、特殊寄存器更新處理等工作。第四部分是程序掃描過程。PLC在上電處理、自診斷和通訊服務(wù)完成以后，如果工作選擇開關(guān)在RUN勺位置，貝皿人程序掃描工作階段。先完成輸入處理，即把輸入端子的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中， 然后再執(zhí)行用戶程序，最后把輸出處理結(jié)果刷新到輸出鎖存器中。

14、2.5 PLC的編程語言（1）梯形圖語言（LD）梯形圖編程語言的特點(diǎn)是：與電氣操作原理圖相對(duì)應(yīng)，具有直觀性和對(duì)應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計(jì)人員易于掌握。（2）指令表語言（IL）指令表表編程語言的特點(diǎn)是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌其特點(diǎn)與梯形圖語言基本一致。握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合進(jìn)行編程 設(shè)計(jì)；與梯形圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。（3）功能模塊圖語言（FBD功能模塊圖編程語言的特點(diǎn):以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡(jiǎn)單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能,直觀性強(qiáng)，對(duì)于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)人員們是很容易掌握的編程；對(duì)于規(guī)模大

15、、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能 夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時(shí)間也大大減少。（4）順序功能流程圖語言（SFC順序功能流程圖編程語言的特點(diǎn)：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對(duì)用戶程序理解；避免了梯形圖或其他語言不能順序動(dòng)作的缺陷，同時(shí)也避 免了用梯形圖語言對(duì)順序動(dòng)作編程時(shí)，由于機(jī)械互鎖造成的用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理 解的缺陷；用戶程序掃描時(shí)間也大大縮短。（5）結(jié)構(gòu)化文本語言（ST>結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點(diǎn)：采用高級(jí)語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運(yùn)算; 需要有一定的計(jì)算機(jī)高級(jí)語言的知識(shí)和編程技巧，對(duì)工程設(shè)計(jì)人員要求較高。直觀性和 操作性較差。2.6定

16、時(shí)器指令介紹該指令為接通延時(shí)定時(shí)器指令，當(dāng)定時(shí)器接通時(shí)開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值大于或等于設(shè)定時(shí)間 PT時(shí)，代表該定時(shí)器的觸點(diǎn)接通，達(dá)到設(shè)定值后，定時(shí)器將繼續(xù)定時(shí), 達(dá)到最大值32767時(shí)，停止計(jì)時(shí)。該指令為斷電延時(shí)定時(shí)器指令，常用于停機(jī)后的延時(shí)，當(dāng)定時(shí)器接通時(shí)，定時(shí)器清零，當(dāng)定時(shí)器斷開接通時(shí)，開始計(jì)時(shí)，當(dāng)前值等于設(shè)定時(shí)間 PT時(shí)，代表該 定時(shí)器的觸點(diǎn)斷開，達(dá)到設(shè)定值后，當(dāng)前值仍然不變，直到使能端再次接通時(shí)，定時(shí)器清零。該指令為保持型接通延時(shí)定時(shí)器指令，當(dāng)定時(shí)器接 通時(shí)，開始定時(shí)，當(dāng)定時(shí)器斷開時(shí)，停止計(jì)時(shí)，當(dāng)前值保持不變，當(dāng)定時(shí)器再次接通時(shí)，將繼續(xù)定時(shí)，當(dāng)累積 的當(dāng)前值，大于或等于PT時(shí)，代表該指令的觸

17、點(diǎn)接通,達(dá)到預(yù)設(shè)值后仍繼續(xù)計(jì)時(shí)，當(dāng)達(dá)到最大值 32767時(shí)，停止計(jì)時(shí)，該定時(shí)器只能通過復(fù)位 指令來復(fù)位，定時(shí)器的狀態(tài)為復(fù)位，當(dāng)前值被清零。F面是一個(gè)通電延時(shí)計(jì)時(shí)器的梯形圖程序電延日tit時(shí)器峑例10.0T37當(dāng)輸入10.0接通時(shí)，定時(shí)器T37開始定時(shí)，當(dāng)前冋緡2137IMTON1山PT100 mi值大于或等于預(yù)設(shè)值10時(shí)，代表T37的觸點(diǎn)接通，Q0.0輸出。QO.O3 PLC控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)3.1方案的比較與選擇 方案一:紅燈變綠燈時(shí)：紅燈-綠燈綠燈變紅燈時(shí)：綠燈-綠燈閃爍-黃燈-紅燈方案二:紅燈變綠燈時(shí)：紅燈-紅燈黃燈一起亮-綠燈綠燈變紅燈時(shí)：綠燈-綠燈閃爍-黃燈-紅燈經(jīng)比較，在相同的時(shí)間限制

18、下，方案二更適合，原因如下：當(dāng)紅燈變綠燈時(shí)，如果紅燈直接變?yōu)榫G燈，駕駛者還沒有反應(yīng)過來，等駕駛者反應(yīng) 過來再啟動(dòng)車子，這樣就浪費(fèi)了時(shí)間，要是在綠燈亮之前黃燈也同時(shí)亮起，這樣就可以 提醒駕駛者們綠燈快亮了，要準(zhǔn)備啟動(dòng)車子，這樣就節(jié)省了時(shí)間，讓更多的車子順利通 過綠燈，同時(shí)在某一程度上，緩解了交通壓力。當(dāng)綠燈變紅燈時(shí)，綠燈變黃燈時(shí)不明顯且變?yōu)榧t燈過快，不易判斷制動(dòng)車輛所需時(shí) 間，有一些機(jī)動(dòng)車在通過路口時(shí)因?yàn)樾旭偹俣瓤?，很容易出現(xiàn)闖紅燈交通違法，所以，在綠燈即將結(jié)束時(shí)閃爍幾次后變黃燈提示再轉(zhuǎn)為紅燈運(yùn)行模式，以減少駕駛?cè)艘虮孀R(shí)不清而闖紅燈導(dǎo)致交通違法。3.2 I/O分配表本文的設(shè)計(jì)只對(duì)東西綠燈，東西黃

19、燈，東西紅燈和南北綠燈，南北黃燈，南北紅燈 6個(gè)對(duì)象進(jìn)行了控制，具體分配如表 3-1所示:表3-1 PLC的I/O分配表輸入輸出啟動(dòng)按鈕I0.0東西綠燈Q0.0停止按鈕I0.1東西黃燈Q0.1東西紅燈Q0.2南北紅燈Q0.3南北綠燈Q0.4南北黃燈Q0.53.3接線圖接線圖如圖3-1所示:圖3-1接線圖3.4工作流程圖工作流程圖如圖3-2所示:東西方向"開豹南北方向屮圖3-2工作流程圖3.5工作時(shí)序圖工作時(shí)序圖如圖3-5所示:啟動(dòng)?xùn)|西綠燈東西黃燈東西紅燈南北紅燈南北黃燈南北綠燈3.6梯形圖程序如圖3-4所示:II甚于西1S7-2O0 PL曲交通燈控制誥計(jì)II1啟動(dòng)拡a，周期為6參，猶

20、環(huán)計(jì)時(shí)110.0T37T37INTONPT100 ms65C-網(wǎng)銘2I東西方向綠燈先高2筠再岡高4冷laulu.iM I1，I-137>1230T371371-1230SMO.bLJUL0270M網(wǎng)塔3I東西方向黃燈蠱2$T37<=13J0T37 <=1G50T37>1270T37> 熱<?W 墳1材G20QOlI<_-_ =.W. -J"v慕辱 <*網(wǎng)絡(luò)4I東西方向紅燈宴3E忠T37<=1650T37>1300I南北方向虹燈那示qa?z33T仙前IT印C ? T 6池:&.成；T37T37Q0.511 1HI<

21、; )3005G0T37T3?SM0.51>'1Hl1 M5S0E20網(wǎng)絡(luò)811傳止按鈕11-1% I沁10.1亠:AT37圖3-4梯形圖3.7仿真圖F面是兩張仿真過程中的截圖當(dāng)接通啟動(dòng)按鈕10.0，定時(shí)器T37的值在0-27S時(shí)，輸出為Q0.0 （東西綠燈），Q0.3（南北紅燈）。此時(shí)，東西綠燈先亮23s，再閃亮4S，同時(shí)，南北紅燈亮27s，其他燈不亮。如圖劇-S7 200X3-5 :a聞（円宜青CV） as© PL匚豆示口蒔馴H）SIEMENSRUNSOE10 1 2STOP0 1 2S7-.2(J1j旺HUL HOP OS1e 7 D 1 2 3 4 5 .<

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23、知Metork. 4 山 5 a 專 T i： * 返 3£sie=rj7 ie=T37 =(Mi< 33MTrS7 300當(dāng)定時(shí)器T37的值在27-30S時(shí)，輸出為Q0.1 （東西黃燈），Q0.3 （南北紅燈），Q0.4（南北黃燈）。此時(shí)，東西黃燈，南北紅燈，南北黃燈均亮3s,其他燈不亮。如圖3-6 :理學(xué)（円宜看 MCC） PLC 顯云（D）d _梯形圖OR1T卜-WI hl-l l"hl-l l"hl-l I I ISIEMENSGPU 2240 1icusrAUL ItOP OD11=l<.flO=T37MetWOTK a苒F寧!7 亠Z7SL37IN TONesc-FT lOD rrshmtjwrfc二空'上壬宜運(yùn)二二探菇o < E克此S-IQ'J2 時(shí)間"3DI卜SUB 28 Ij Ml IL n Wi7.i=T3T 77，a=T370 12 3 4Io-1.1SMIhwt郵憂 <11g1 H270127!=T3723 =n7 1=.1I SMB 29 IIo口I 旦)2T0300127S=T3r273=n7|a I1 巨(一5M學(xué)閃4et*ortt 4 e 壽吉 T i：廠；5E 磚T3T2?3=n70=00 工T汕3M'TfSaS7 200I RUN16:56