交通燈控制系統(tǒng)

1、交通燈控制系統(tǒng) 內(nèi)容摘要：自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)。設(shè)計方法也開始多 種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。 可編程控制器(plc)以微處理器為核心，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的 梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活,而且結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)。 西門子可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的 模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備更是符合交通燈控制系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 本文選擇西門子可編程控制器 s7-200 為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計，利用梯形圖和語 句表進(jìn)行編程，實現(xiàn)了十字路

2、口交通燈控制系統(tǒng)的自動化。 關(guān)鍵詞：plc 交通控制 自動化 thethe traffictraffic lightlight controlcontrol systemsystem abstract:abstract: since the birth of the traffic lights, which has internal circuit control system has been improved continuously. design method also began varied, so that the traffic lights appear more inte

3、lligent. programmable controller (plc) to a microprocessor as the core, widely adopted based on relay contactor control system electrical principle planning of ladder diagram language program design, programming easy, function expansion convenient, modify the agile, and simple structure, strong anti

4、-jamming ability. siemens plc (programmable logic controller) instruction is rich, can meet all kinds of output and input expansion equipment, has the rich special extended equipment, one of the analog input equipment and communication equipment is consistent with the traffic light control system re

5、quirements and characteristics, can be easily networking communication. this article chooses the siemens plc s7-200 as the core components, mainly for hardware interface design, the use of ladder diagram and statements table programming, realize the intersection traffic light control system of autom

6、ation. keywords:keywords: plc traffic control automation 前 言 前言前言 .1 1 1 1 交通燈介紹交通燈介紹.1 1 1.11.1 交通燈的發(fā)展史交通燈的發(fā)展史.1 1 1.21.2 我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀.2 2 2 2 plcplc 介紹介紹 .3 3 2.12.1 plcplc 的由來的由來 .3 3 2.22.2 plcplc 的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) .3 3 2.32.3 plcplc 的特點(diǎn)和功能的特點(diǎn)和功能 .4 4 2.3.1 plc 的特點(diǎn) .4 2.3.2 plc 的功能 .5 2.42.4 可編程控

7、制器的分類可編程控制器的分類.5 5 2.52.5 plcplc 的工作原理的工作原理.6 6 2.5.1 工作原理.6 2.5.2 plc 的工作過程 .7 2.62.6 plcplc 系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟.8 8 2.72.7 plcplc 硬件系統(tǒng)設(shè)計方法硬件系統(tǒng)設(shè)計方法 .9 9 2.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計.9 2.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù).10 2.7.3 可編程序控制器的機(jī)型選擇 .10 2.7.4 輸入/輸出模板的選擇.10 2.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件.10 2.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計.10 3 3 系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計 .1111 3.13.1 控制要求控制要

8、求.1111 3.23.2 系統(tǒng)設(shè)計方案分析系統(tǒng)設(shè)計方案分析 .1111 3.33.3 硬件設(shè)計硬件設(shè)計.1515 3.3.1 plc 的選型 .15 3.3.2 plc 的地址分配 .16 3.3.3 plc 的接線形式 .17 3.43.4 系統(tǒng)程序設(shè)計系統(tǒng)程序設(shè)計.1818 3.4.1 系統(tǒng)的梯形圖.18 3.4.2 系統(tǒng)程序分析.20 4 4 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試 .2121 5 5 結(jié)束語結(jié)束語.2222 附錄附錄.2323 附錄附錄.2525 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).2626 交通燈控制系統(tǒng) 前言 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能 力，減少交通事故有明顯

9、效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科 學(xué)化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法， 實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。 分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制 系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的 plc 設(shè)計方案。可編 程序控制器在工業(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā) 展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中 的作用更加突出。 1 交通燈介紹 1.1 交通燈的發(fā)展史 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個道口

10、上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。 但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式 信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程 師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠 燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止” ，綠色表示“注意” 。 1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成， 1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止” ，綠燈亮表示

11、“通 行” 。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把 壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動紅綠燈， 司機(jī)遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對壓力敏感 的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間， 推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力， 減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種 信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn) 彎，除非另一種標(biāo)志禁

12、止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛 的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉 路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已 十分接近停車線而不能安全停車時可以進(jìn)入交叉路口。 隨著中國加入 wto，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國際接軌，在交 通控制方面也應(yīng)與國際接軌。俗話說“要想富，先修路” ，但路修好了如果在交通控制 方面做不好道路還是無法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號燈 也應(yīng)具有可靠性。 1.2 我國城市交通的發(fā)展現(xiàn)狀 隨著我國社會經(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

13、通問題成為 制約我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個大問題，我國的人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會出 現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，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。隨著社會的發(fā)展，一個城市的交通是否便捷是衡量其是否具有發(fā)展?jié)摿Φ?重要指標(biāo)，目前，我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是那些大城市，隨 著城市機(jī)動車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn) 行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè) 完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏 對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出

14、預(yù)期的作用。而城市高速道 路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦 合處交通狀況的制約。 如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解 主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，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。因此選擇一個最優(yōu)的放行時間是解決交通擁堵問題的根 本，現(xiàn)在也有很多城市開始考慮用 gps 定位系統(tǒng)來檢測路口的車流量從而實現(xiàn)交通燈 的智能控制即根據(jù)路口的車流量來控制交通，這種方法雖說能很大程度上緩解交通壓 力，但以目前的經(jīng)濟(jì)條件還不能完全實現(xiàn)。 那么，我覺得最經(jīng)濟(jì)最實用的做法就是根據(jù)現(xiàn)今路口的實際車

15、流量來確定好放行 時間，本論文就是通過對路口車流量的實際考察然后確定最優(yōu)循環(huán)時間，運(yùn)用 plc 原 理來完成多交通燈的最優(yōu)控制。而且，近年來隨著科技的飛速發(fā)展，plc 的應(yīng)用正在不 斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在工業(yè)控制和自動控制的 plc 應(yīng)用系統(tǒng)中，plc 具有很強(qiáng)的抗干擾性， plc 往往是作為一個核心部件來使用。 2 plc 介紹 2.1 plc 的由來 可編程控制器（programmable controller）是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控 制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（programmable logic controller

16、） ，簡稱 plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā) 展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編 程控制器，簡稱 pc。但是為了避免與個人計算機(jī)（personal computer）的簡稱混淆， 所以將可編程控制器簡稱 plc1。 在 19 世紀(jì) 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝 置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨 著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地 重新設(shè)計和安裝，十分費(fèi)時，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這 一現(xiàn)狀，美國

17、通用汽車公司在 1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制 裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即： 編程方便，現(xiàn)場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 可靠性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)； 成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流 115v； 輸出為交流 115v，2a 以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； 在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到 4k。 2.2 plc 的結(jié)構(gòu) plc 實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)從結(jié)構(gòu) 上分，plc 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 plc

18、 包括 cpu 板、i/o 板、顯 示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 plc 包括 cpu 模塊、i/o 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 如圖 2.2-1 所示： 圖 2.2-1 plc 模塊圖 2.3 plc 的特點(diǎn)和功能 2.3.1 plc 的特點(diǎn) a 高可靠性 plc 的高可靠性主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 所有的 i/o 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 plc 內(nèi)部電路之 間電氣上隔離； 各輸入端均采用 r-c 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為 10-20ms； 各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾； 采用性能

19、優(yōu)良的開關(guān)電源，對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選； 良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，cpu 立即采用有 效措施，以防止故障擴(kuò)大； 大型 plc 還可以采用由雙 cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三 cpu 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可靠 性更進(jìn)一步提高。 b 豐富的 i/o 接口模塊 plc 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的 i/o 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按鈕； 行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電磁線圈；控制閥等直接連接。另外為了提 高操作性能，它還有多種人-機(jī)對話的接口模塊，為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)，它還有多種

20、通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。 c 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，大多數(shù) plc 均采用模塊化結(jié)構(gòu)。plc 的各個部件，包 括 cpu，電源，i/o 等均采用模塊化設(shè)計，由機(jī)架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī) 模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 d 編程簡單易學(xué) plc 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要 具備計算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 e 安裝簡單，維修方便 plc 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的各 種設(shè)備與 plc 相應(yīng)的 i/o 端相連接，即可投入運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障

21、指示 裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，因此一旦某模塊發(fā) 生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復(fù)運(yùn)行2。 2.3.2 plc 的功能 邏輯控制 定時控制 計數(shù)控制 步進(jìn)(順序)控制 pid 控制 數(shù)據(jù)控制：plc 具有數(shù)據(jù)處理能力。 通信和聯(lián)網(wǎng) 其它：plc 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 模塊。 2.4 可編程控制器的分類 可編程控制器的分類 a 小型 plc 小型 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)一般在 128 點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件 融為一體，除了開關(guān)量 i/o 以外，還可以連接模擬量 i/o 以

22、及其他各種特殊功能模塊。 它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各 種應(yīng)用指令。 b 中型 plc 中型 plc 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 i/o 點(diǎn)數(shù)一般在 2561024 點(diǎn)之間。i/o 的處理方式 除了采用一般 plc 通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶程 序的過程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更 強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，內(nèi)存容量更大，掃描速度更快。 c 大型 plc 一般 i/o 點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 plc。大型 plc 的軟、硬件功能極強(qiáng)。具 有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊

23、聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級通訊 網(wǎng)，實現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動化。大型 plc 還可以采用三 cpu 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器 的可靠性更高3。 2.5 plc 的工作原理 2.5.1 工作原理 圖 2.5.1-1 plc 原理圖 plc 是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，其工作原理也與微機(jī)相同，但在應(yīng)用時，可不必用計算 機(jī)的概念去做深入的了解，只需將它看成是由普通的繼電器、定時器、計數(shù)器、移位 器等組成的裝置，從而把 plc 等效成輸入、輸出和內(nèi)部控制電路三部分，如圖 2.3.1-1 所示。 a 輸入部分 這部分的作用是接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是 plc 與外部的開關(guān)、按鈕、傳感器轉(zhuǎn)換

24、信號等連接的端口。每個端子可等效為一個內(nèi)部 繼電器線圈，線圈號即輸入接點(diǎn)號，這個線圈由接收到的輸入端的外部信號來驅(qū)動， 其驅(qū)動電源可由 plc 的電源部件提供(如直流 24v)，也可由獨(dú)立的交流電源(如交流 110v)供給。每個輸入繼電器可以有無窮多個內(nèi)部觸點(diǎn)，供設(shè)計 plc 控制程序時使用。 com x000x000 x000x001 y000 y000 com1 y000m 程序示例 可編程控制器 輸入信號 輸入端子 輸出端子 外部電源 電機(jī)負(fù)載 y000 x000 常開觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) b 內(nèi)部控制電路 這部分的作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息，并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。內(nèi) 部控制電路實際

25、上也就是用戶根據(jù)控制要求編制的程序。plc 程序一般用梯形圖形式表 示。梯形圖是從繼電器控制的電氣原理圖演變而來的，pic 程序中的動合、動斷觸點(diǎn)、 線圈等概念均與繼電器控制電路相同。在 plc 內(nèi)部還設(shè)有定時器、計數(shù)器、移位器、 保持器、內(nèi)部輔助繼電器等，繼電器控制系統(tǒng)沒有的器件，它們的線圈及動合、動斷 觸點(diǎn)只能在 plc 內(nèi)部控制電路中使用，而不能與外部電路相連。 c 輸出部分 這部分的作用是驅(qū)動外部負(fù)載。在 plc 內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸 出繼電器(有繼電器、雙向硅、晶體管三種形式)，它也有無限多軟件實現(xiàn)的動合、動 斷觸點(diǎn)，可在 plc 內(nèi)部控制電路中使用；但對應(yīng)每一個輸出

26、端只有一個硬件的動合觸 點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動需要操作的外部負(fù)載；如圖 3-1 所示。外部負(fù)載的驅(qū)動電源接 在輸出公共端(com)上。 2.5.2 plc 的工作過程 plc 一般采用循環(huán)掃描方式工作。當(dāng) plc 加電后，首先進(jìn)行初始化處理，包括清除 io 及內(nèi)部輔助繼電器、復(fù)位所有定時器、檢查 i/o 單元的連接等。開始運(yùn)行之后， 串行地執(zhí)行存貯器中的程序，這個過程可以分為如下四個階段。 a 公共處理階段 這部分在每次循環(huán)開始都要被執(zhí)行，包括復(fù)位系統(tǒng)定時器、檢查程序存貯器、檢 查 io 總線、檢查掃描時間等。如出現(xiàn)異常情況，則通過自診斷給出故障信號，或自 行進(jìn)行相應(yīng)的處理，這將有助于及時發(fā)現(xiàn)或

27、提前預(yù)報系統(tǒng)的故障，提高系統(tǒng)的可靠性。 b 執(zhí)行外圍設(shè)備命令階段 當(dāng)有簡易編程器、圖形編程器、打印機(jī)等外部設(shè)備與 plc 相連時，則 plc 在每次 循環(huán)時，都將執(zhí)行來自外部設(shè)備的命令。 c 程序執(zhí)行階段 在這個階段，cpu 將指令逐條調(diào)出并執(zhí)行，即按程序?qū)λ械臄?shù)據(jù)(輸入和輸出 的狀態(tài))進(jìn)行處理，包括邏輯、算術(shù)運(yùn)算，再將結(jié)果送到輸出狀態(tài)寄存器。 d 輸入、輸出更新階段 plc 的 cpu 在每個掃描周期進(jìn)行一次輸入來進(jìn)行輸出更新。cpu 對各個輸入端進(jìn)行 掃描，并將輸入端的狀態(tài)送到輸入狀態(tài)寄存器中；同時，把輸出狀態(tài)寄存器的狀態(tài)通 過輸出部件轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備能接受的電壓或電流信號，以驅(qū)動被控設(shè)備

28、。這種對輸入、 輸出狀態(tài)的集中處理過程，稱為批處理，這是 plc 工作的重要特點(diǎn)。 2.6 plc 系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟 如圖 2.6-1 流程所示，plc 控制系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟可以分為4： 根據(jù)生產(chǎn)過程分析控制要求，對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，需要繪制系統(tǒng)控制流程圖， 用以清楚的表明動作的順序和條件，對于簡單的系統(tǒng)可以省去這步；根據(jù)控制要求確 定所需要的輸入、輸出設(shè)備。據(jù)此確定 plc 的 i/o 點(diǎn)數(shù)； 選擇 plc 的機(jī)型及其容量。選型十規(guī)模要適當(dāng)，功能相當(dāng)，結(jié)構(gòu)緊湊，考慮負(fù) 載能力及其環(huán)境因數(shù)； 定義輸入、輸出點(diǎn)名稱，分配 plc 的 i/o 點(diǎn)，設(shè)計 i/o 連接圖； 根據(jù) plc 所要完成

29、的任務(wù)及其應(yīng)該具備的功能，進(jìn)行 plc 程序設(shè)計，同時進(jìn)行 控制臺的設(shè)計和現(xiàn)場施工。 no 聯(lián)機(jī)調(diào)試 滿足要求？ 編制技術(shù)文件 交付使用 控制臺設(shè)計 及現(xiàn)場施工 yes 分配i/o點(diǎn)、設(shè)計i/o連接圖 工藝過程 確定用戶i/o設(shè)備 選擇plc 分析控制要求 繪制流程圖 設(shè)計梯形圖 編制程序清單 輸入程序并檢查 yes 滿足要求？ 調(diào)試 no plc程序設(shè)計 設(shè)計控制臺（柜） 現(xiàn)場連線 修改 no 圖 2.6-1 plc 系統(tǒng)設(shè)計步驟 2.7 plc 硬件系統(tǒng)設(shè)計方法 2.7.1 應(yīng)用系統(tǒng)總體方案設(shè)計 a plc 控制系統(tǒng)類型7 由 plc 構(gòu)成的單機(jī)控制系統(tǒng)。 由 plc 構(gòu)成的集中控制系統(tǒng)。

30、 由 plc 構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)。 用 plc 構(gòu)成遠(yuǎn)程 i0 控制系統(tǒng)。 b 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 手動運(yùn)行方式。 半自動運(yùn)行方式。 自動運(yùn)行方式。 2.7.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù) 工藝要求 設(shè)備狀況 控制功能 i0 點(diǎn)數(shù)和種類 系統(tǒng)的先進(jìn)性 2.7.3 可編程序控制器的機(jī)型選擇 cpu 的功能 i/0 點(diǎn)數(shù) 響應(yīng)速度 指令系統(tǒng) 機(jī)型選擇的其他考慮 2.7.4 輸入/輸出模板的選擇 數(shù)字量輸入模塊的選擇 數(shù)字量輸出模塊的選擇 模擬量模塊的選擇 智能 i0 模塊的應(yīng)用選擇 2.7.5 系統(tǒng)硬件設(shè)計文件 系統(tǒng)硬件配置圖 模塊統(tǒng)計表 i0 硬件接口圖及 i0 地址表 2.7.6 系統(tǒng)供電設(shè)計 供電系統(tǒng)的

31、保護(hù)措施 電源模塊的選擇 i0 模塊供電電源設(shè)計 系統(tǒng)接地設(shè)計 可編程序控制器供電系統(tǒng)設(shè)計 電纜設(shè)計和敷設(shè) 3 系統(tǒng)設(shè)計 3.1 控制要求 交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下： 信號燈受一個起動開關(guān)控制，當(dāng)起動開關(guān)接通時，信號系統(tǒng)開始工作，且先南 北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。 南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并報警。 南北紅燈亮維持 25s。在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持 20s。到 20s 時，東西綠燈閃爍，閃爍 3s 后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2s。到 2s 時，東西黃燈熄，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅，南北

32、綠燈亮。 東西紅燈亮維持 30s。南北綠燈亮維持 25s。然后閃爍 3s，熄滅。同時南北黃燈 亮，維持 2s 后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。 周而復(fù)始。 3.2 系統(tǒng)設(shè)計方案分析 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子 s7-200 系列可編程控制器的特性（見附 錄），選擇適合的型號。設(shè)計思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個 sb1 的按鈕，當(dāng) sb1 啟動按鈕動作，系統(tǒng)工作。 首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。 南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25s,需計時器設(shè)定延時 25 秒，才會 轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時，東西方向道路也一起

33、亮綠燈 20s,需計時器設(shè)定延時 20 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍 3s，需振蕩器或脈沖源（秒/次） 動作使東西綠燈閃爍，還要需計時器設(shè)定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東 西黃燈亮 2s,需計時器設(shè)定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。 其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。 東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮 30s,需計時器設(shè)定延時 30 秒，才會 轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時，南北方向道路也一起亮綠燈 25s,需計時器設(shè)定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 3s，需振蕩器或脈沖源（秒/次） 動作

34、使南北綠燈閃爍，還要需計時器設(shè)定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南 北黃燈亮 2s,需計時器設(shè)定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。如此循環(huán)下去。 另外，當(dāng)斷開系統(tǒng)，所有信號燈熄滅；需要按鈕 sb1 動作斷開系統(tǒng)，停此輸入信 號入可編程控制器，而最快的方法，是使可編程控制器不動作，那么肯定無信號輸出。 而且，南北、東西綠燈同時亮，報警。可編程控制器要輸出一個信號，驅(qū)動一個報警 燈。 綜上所述，可編程控制器要滿足一個信號輸入（作系統(tǒng)接通、斷開作用），七個 信號輸出，十字路口有十二個交通信號燈，但南北、東西兩個為一組用一個輸出信號 控制，再加上一個報警信號驅(qū)動的報警燈。通過如下的十字

35、路口交通燈狀態(tài)分析表、 主流程圖、十字路口交通燈時序圖一一展開，將十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計思路逐 漸脈絡(luò)清晰。 表 3.2-1 十字路口交通燈狀態(tài)分析表 十字路口交通燈狀態(tài)的分析： 十字路口交通燈如下圖 3.2-1 所示，將 12 個交通燈進(jìn)行編號 南北方向 交通燈狀態(tài) 紅燈亮 25s綠燈亮 25s綠燈閃 3s黃燈亮 2s 東西方向 交通燈狀態(tài) 綠燈亮 20s綠燈閃 3s黃燈亮 2s紅燈亮 30s 圖 3.2-1 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個交通燈共有四個狀態(tài)： 狀態(tài) 1：南北紅燈（1、7）亮，東西綠燈（6、12）亮。 狀態(tài) 2：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西綠燈（6、12）閃。 狀態(tài)

36、 3：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西黃燈（5、11）亮。 狀態(tài) 4：東西紅燈（4、10）亮，南北綠燈（3、9）亮。 狀態(tài) 5：東西紅燈（4、10）繼續(xù)亮，南北綠燈（3、9）閃。 狀態(tài) 6：東西紅燈（1、7）繼續(xù)亮，南北黃燈（2、8）亮。 主程序流程圖： 圖 3.2-2 主程序流程圖 啟 動 東 西 綠 東西黃東西紅南北綠 南 北 黃 20s 3s2s25s3s2s 30s 20s 3s2s on off 25s 南北紅 圖 3.2-3 十字路口交通燈時序圖 3.3 硬件設(shè)計 3.3.1 plc 的選型 從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 1 個，開關(guān)量輸出點(diǎn) 7 個，如果 選用 cpu

37、222 / plc，也需要擴(kuò)展單元 plc，參照西門子 s7-200 系列特性（見附錄）， 選用主機(jī)為 cpu224（14 輸入/10 繼電器輸出）5。 其外形圖 3.3.1-1 如下： 圖 3.3.1-1 cpu224 外形圖 輸入電路采用了雙向光電耦合器，24v dc 極性可任意選擇， 1m、2m 為輸入端子 的公共端。1l、2l 為輸出公共端。 cpu224 另有 24v、280ma 電源供 plc 輸入點(diǎn)使用。 3.3.2 plc 的地址分配 列出交通信號燈 plc 的輸入/輸出點(diǎn)分配表，見表 3.3.2-1。 定時器 t=pts; 定時實際時間=設(shè)定值精度 1ms: t32,t96

38、10ms: t33t36, t97t100 100ms: t37t63, t101t255 表 3.3.2-1 交通信號燈 plc 的輸入/輸出點(diǎn)分配表 輸入信號定時元件輸出信號 名稱代號輸入點(diǎn)編號t33:南北紅燈工作 25s名稱代號輸出點(diǎn)編號 工作按鈕 sb1i0.0 t97: 東西紅燈工作 30s報警燈 l0q0.0 t98:東西綠燈工作 20s南北紅燈 l1q0.1 t99:東西綠燈閃爍 3s東西綠燈 l2q0.2 t100:東西黃燈工作 2s東西黃燈 l3q0.3 t34:南北綠燈工作 25s東西紅燈 l4q0.4 t35:南北綠燈閃爍 3s南北綠燈 l5q0.5 t36:南北黃燈工作

39、 2s南北黃燈 l6q0.6 3.3.3 plc 的接線形式 如圖 3.3.3-1 所示 圖 3.3.3-1 plc 控制接線圖 端口 i0.0 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號，端口 q0.0 接起報警作用的信號燈，端口 q0.1 接南北紅燈，端口 q0.2 接?xùn)|西綠燈，端口 q0.3 接?xùn)|西黃燈，端口 q0.4 接?xùn)|西黃 燈，端口 q0.5 接南北綠燈，端口 q0.6 接南北黃燈。 3.4 系統(tǒng)程序設(shè)計 3.4.1 系統(tǒng)的梯形圖 圖 3.4.1-1 梯形圖 3.4.2 系統(tǒng)程序分析 當(dāng)開關(guān) sb1 合上時，i0.0 觸點(diǎn)接通，t33 通電待 25 秒后動作（南北紅燈熄滅）， t98 通電待 20

40、秒后動作（東西綠燈閃爍），q0.1 得電，南北紅燈亮；同時 q0.1 的動 合觸點(diǎn)閉合，q0.2 線圈得電，東西綠燈亮。 維持到 20 秒，t98 的動合觸點(diǎn)接通，t99 通電待 3 秒后動作（東西黃燈亮），與 t98 觸點(diǎn)串聯(lián)的 t32 動合觸點(diǎn)每隔 0.5 秒導(dǎo)通 0.5 秒，從而使東西綠燈閃爍。 又過 3 秒，t100 通電待 2 秒后動作（東西黃燈滅），t99 的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.2 線圈失電，東西綠燈滅；此時 t99 的動合觸點(diǎn)閉合，q0.3 線圈得電，東西黃燈亮。 再過 2 秒后，t100 的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.3 線圈失電，東西黃燈滅。 此時自開關(guān)閉合南北紅燈亮起累計時間達(dá) 2

41、5 秒，t33 的動斷觸點(diǎn)斷開，q0.1 線圈 失電，南北紅燈滅；t33 的動合觸點(diǎn)閉合，t97 通電待 30 秒后動作（東西紅燈熄滅）， t34 通電待 25 秒后動作（南北綠燈閃爍），q0.4 線圈得電，東西紅燈亮，q0.4 的動合 觸點(diǎn)閉合，q0.5 線圈得電，南北綠燈亮。 又經(jīng)過 25 秒，t34 動合觸點(diǎn)閉合，t35 通電待 3 秒后動作（南北黃燈亮），與 t34 觸點(diǎn)串聯(lián)的 t32 的觸點(diǎn)每隔 0.5 秒導(dǎo)通 0.5 秒，從而使南北綠燈閃爍。 閃爍 3 秒，t34 動斷觸點(diǎn)斷開，q0.5 線圈失電，南北綠燈滅；此時 t35 的動合觸 點(diǎn)閉合，q0.6 線圈得電，南北黃燈亮。 維持

42、2 秒后，t36 動斷觸點(diǎn)斷開，q0.6 線圈失電，南北黃燈滅。 自南北紅燈滅及東西紅燈亮累計時間達(dá) 30 秒鐘，t97 的動斷觸點(diǎn)斷開，t33 動斷 觸點(diǎn)復(fù)位，q0.2 線圈失電，即維持了 30 秒的東西紅燈滅。t33 動斷觸點(diǎn)復(fù)位斷開時， t97 定時器失電，t97 的動斷觸點(diǎn)復(fù)位閉合，只要不斷開按鈕 sb1，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)下去。 4 系統(tǒng)調(diào)試 大體思路流程如下： a 硬件調(diào)試：硬件調(diào)試是利用開發(fā)系統(tǒng)、基本測試儀器（萬用表、示波器等）， 檢查用戶系統(tǒng)硬件中存在的故障。硬件調(diào)試可分為靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試兩步進(jìn)行。 靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測6。 第一步：目測。檢查外部的

43、各種元件或者是電路是否有斷點(diǎn)。 第二步：用萬用表測試。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點(diǎn)，再檢測各種電 源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 第三步：加電檢測。給板加電，檢測所有的插座或是器件的電源端是否符合要求 的值 第四步：是聯(lián)機(jī)檢查。因為只有用可編程控制器開發(fā)系統(tǒng)才能完成對用戶系統(tǒng)的 調(diào)試。 動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部 故障、器件連接邏輯錯誤等的一種硬件檢查。動態(tài)調(diào)試的一般方法是由近及遠(yuǎn)、由分 到合。 由分到合是指首先按邏輯功能將用戶系統(tǒng)硬件電路分為若干塊，當(dāng)調(diào)試電路時， 與該元件無關(guān)的 器件全部從用戶系統(tǒng)中去掉，這樣可以將故障范圍限定在某

44、個局部的 電路上。當(dāng)各塊電路無故障后，將各電路逐塊加入系統(tǒng)中，在對各塊電路功能及各電 路間可能存在的相互聯(lián)系進(jìn)行調(diào)試。由分到合的調(diào)試既告完成。 由近及遠(yuǎn)是將信號流經(jīng)的各器件按照距離可編程控制器的邏輯距離進(jìn)行由近及遠(yuǎn) 的分層，然后分層調(diào)試。調(diào)試時，仍采用去掉無關(guān)元件的方法，逐層調(diào)試下去，就會 定位故障元件了。 b 軟件調(diào)試： 軟件調(diào)試是通過對擁護(hù)程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在 的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除糾正的過程。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯 的錯誤。如果出現(xiàn)故障，應(yīng)返回編程環(huán)境，檢查梯形圖的錯誤并修改程序再進(jìn)行調(diào)試， 如此反復(fù)直到調(diào)試成功。 5 結(jié)束語 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計

45、,我們以前學(xué)過，我想這個題目是很容易的。當(dāng)真正做 起來的時候，還是覺得有點(diǎn)困難的，有些東西以前學(xué)了，但現(xiàn)在用起來可能又有點(diǎn)疑 問。就如畫電氣原理圖吧，整體的構(gòu)造腦海里都有一個整體的概念。而你要畫出來的 話，你可能會遇到細(xì)節(jié)上的問題，比如說按鈕開關(guān)的方向是怎樣，以及怎么劃分區(qū)域 等。遇到這些問題的時候都能讓你主動去翻書，復(fù)習(xí)這些陌生的知識。我認(rèn)為這是一 種最好的學(xué)習(xí)方法通過實踐去檢驗自己的知識。這個只有你自己投入進(jìn)去你才能 發(fā)現(xiàn)自己知識點(diǎn)的欠缺。做為一名機(jī)電專業(yè)的學(xué)生對電器原理圖的了解更應(yīng)該有深刻 的認(rèn)識，知道它的重要性。要能看的懂，給你一張電氣原理圖，你要能夠?qū)懗鎏菪螆D。 查找資料也是一件繁瑣

46、的事情，雖說網(wǎng)上有資料但要找到一些真正有用的資料也 不是一件容易的事，需要耐心查找。 在程序設(shè)計過程中，我對以前的編程方法做了歸納，之前我習(xí)慣用功能流程寫程 序，遇到難點(diǎn)的時候習(xí)慣翻書，對照例子提取點(diǎn)精華?，F(xiàn)在能靈活運(yùn)用經(jīng)驗設(shè)計法、 電氣原理圖設(shè)計法、順序控制設(shè)計法。特別多順序控制設(shè)計有了一定的了解。這里面 最經(jīng)典我認(rèn)為是單序列的編程方法、選擇序列的編程方法和并行序列的編程方法這個 三個是很值得研究的，也是一種格式。只要你能熟悉掌握，靈活應(yīng)用的話，那么編程 對你來說將變的非常容易。一個流程圖無論多么復(fù)雜，都可以拆分上面的形式，然后 就可以利用上面的方法編程了。當(dāng)然對于簡單的流程也可以用順序設(shè)計

47、。這種方法也 是一種固定的格式，只要按照它的格式就可以寫出正確的程序，它的優(yōu)點(diǎn)可以說易懂， 條理清晰。但結(jié)構(gòu)多。對于活動步多的設(shè)計我想用這個設(shè)計比較煩瑣。 更加體會到 plc 的可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，.通用性強(qiáng)，控制程序可變，使用方 便等優(yōu)點(diǎn)。更加熟悉了西門子編程軟件使用方法與各種基本指令。 這次的課程設(shè)計使我把可編程控制器的理論知識用在實踐中，實現(xiàn)了理論和實踐 相結(jié)合，從中更懂得理論是實踐的基礎(chǔ)，實踐又能檢驗理論的正確性，讓我受益非淺， 對我以后工作中遇到問題或者繼續(xù)學(xué)習(xí)將會產(chǎn)生巨大的幫助和影響。 附錄 s7-200plc 的 cpu 的 i/o 規(guī)范 cpu221 cpu222cpu224cpu226cpu226xm 本機(jī)數(shù)字 i/o6 輸入/4 輸 出 8 輸入/6 輸