畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于plc智能交通燈的控制

1、電子與信息工程學(xué)院本 科 畢 業(yè) 論 文論文題目 基于plc智能交通燈的控制 學(xué)生姓名 學(xué) 號 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 指導(dǎo)教師 2011年5月摘 要摘 要目前，我國許多大中城市的交通壓力都非常大。部分交通路口的信號燈工作時(shí)間不合理，交通違章或肇事記錄不確切。所以，改善與提高現(xiàn)有的交通系統(tǒng)的工作效率，加強(qiáng)交通路口的信號燈控制和安全狀況的監(jiān)控是非常重要的。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)利用plc來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的控制與監(jiān)控。通過交通中心的主機(jī)根據(jù)具體城市各路口的需要控制各個十字路口的plc，從而控制十字路口交通燈的變化，以及對各個路口的安全狀況進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控機(jī)動車是否違章、是否肇事，并把記錄的結(jié)

2、果存儲、上傳和處理。 本設(shè)計(jì)的上位機(jī)采用pc機(jī)，通過安裝在十字路口的監(jiān)控設(shè)備以及移動電子監(jiān)控設(shè)備，對各個十字路口的安全狀況進(jìn)行監(jiān)控。下位機(jī)采用德國西門子的s7-200系列的cpu226做主機(jī)，配以擴(kuò)展模塊em222。設(shè)計(jì)中采用s7-200編程軟件step 7 - micro/win3.2進(jìn)行編程。采用順序功能圖與梯形圖相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)程序。實(shí)現(xiàn)對城市十字路口的合理控制與監(jiān)控。關(guān) 鍵 詞：plc控制系統(tǒng)；梯形圖；交通燈35abstractabstractat present, traffic pressure in many large and medium-sized cities in ch

3、ina is very great. some traffic lightss working hours is unreasonable, violation and records of the incident is inaccurate too. therefore, to improve and enhance the existing transport system's efficiency and strengthen the control of traffic lights and monitoring the security situation is very

4、important. the main idea of design is to achieve the control of traffic lights at crossroads and monitoring by plc. through the host at control centre to control the various crossroads plc according to the specific needs of the junction of the city,to control the change of traffic lights at the cros

5、sroads,and to monitor the security situation at crossroads, whether the vehicle violate regulations,whether cause incident， and to record the results. then, storage, upload and processing. this design's superior machine uses pc. through installs in the intersection monitoring equipment as well a

6、s the mobile electron monitoring equipment, carries on the monitoring to each intersection's safe condition. the lower position machine uses german simens's s7-200 series cpu226 to make the main engine, matches expands module em222. in the design uses s7-200 programming software step 7 - mic

7、ro/win3.2 to carry on the programming. uses methods design procedure which the smooth functional diagram and the trapezoidal chart unify. realizes to the city intersection reasonable control and the monitoring.key words: plc controlling system；trapezoidal diagram；traffic light目 錄緒論目 錄1 緒論11.1 交通燈發(fā)展現(xiàn)

8、狀11.2 交通燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義11.3 plc控制設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)22 交通燈系統(tǒng)總體方案論證32.1 單片機(jī)系統(tǒng)控制32.2 繼電器接觸控制32.3 可編程序控制器控制32.4 控制方案的確定43系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)63.1 系統(tǒng)的組成框圖63.2 交通燈的控制過程63.3plc的選型73.4擴(kuò)展模塊的選擇103.5監(jiān)控系統(tǒng)143.6通信系統(tǒng)144系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)164.1系統(tǒng)控制過程164.2流程圖164.3交通燈工作時(shí)序圖194.4梯形圖204.5監(jiān)控界面設(shè)計(jì)282.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成282.4.2 操作流程及通訊原理295結(jié)論與展望32致 謝33參考文獻(xiàn)34即可）：05結(jié)論與展望1 緒論1.1

9、交通燈發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的發(fā)展和進(jìn)步，上路的車輛越來越多，而道路建設(shè)卻往往跟不上城市發(fā)展的速度，因此城市交通的問題日益突出，經(jīng)常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，在這個時(shí)候，道路交通燈的正常運(yùn)行以及合理的功能就是交通暢通的重要保證。交通十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊?？渴裁磥韺?shí)現(xiàn)這井然秩序呢？靠的是交通信號燈的自動指揮系統(tǒng)。那么控制系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃三種顏色信號燈有條不紊工作的呢？交通信號燈控制方式很多，可以用電子電路來實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)編程控制來實(shí)現(xiàn)。交通燈的控制問題是個老難題，近年來，隨著車輛社會擁有量的增加，這難題日顯突出，特別是在上下班的高峰期。有

10、很多學(xué)者多年來一直探討舒緩這個難題(談不上解決)的方法。其中包括近來提出的在車道（紅綠燈前）安裝車流量傳感器，統(tǒng)計(jì)車流量再控制綠燈的放行時(shí)間；設(shè)定定時(shí)器在上、下班高峰期增加綠燈的放行時(shí)間以及對各個路口違章、肇事的監(jiān)控與記錄等等問題。所以，出于這些問題本文采用合理的方案設(shè)計(jì)對十字路口交通燈進(jìn)行控制以及對路口的安全狀況的監(jiān)控。1.2 交通燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義目前，我國城市十字路口的交通燈控制系統(tǒng)基本上都采用定時(shí)控制方式。這樣必然產(chǎn)生如下弊端：當(dāng)某條道路的車流量很大卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條空道或車流量相對少得多的道路卻依然按原定時(shí)間亮著綠燈，這種現(xiàn)象是未對道路的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的。這樣的

11、交通控制系統(tǒng)效率低，容易造成交通擁擠，而且也浪費(fèi)人力、物力。因此，我們有必要尋求一種具有智能的交通控制系統(tǒng)。這種智能交通控制系統(tǒng)能夠根據(jù)車流量的變化自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)間長度，最大限度地減少十字路口的車輛滯流現(xiàn)象，有效的緩解交通擁擠、實(shí)現(xiàn)交通控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制，大大的提高了交通控制系統(tǒng)的效率。隨著我國人民生活水平的不斷提高，城市化的推進(jìn)與私家車數(shù)量的猛增，道路交通擁擠的問題日益突出，可以預(yù)見，智能交通控制系統(tǒng)將具有廣大的應(yīng)用前景。1.3 plc控制設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù)本設(shè)計(jì)采用plc做控制器，完成對十字路口交通燈的自動控制與監(jiān)控，主要實(shí)現(xiàn)城市交通路口信號燈自動控制，機(jī)動車是否違章、肇事記錄的上傳、存儲

12、和處理；實(shí)現(xiàn)顯示、通信等功能。從而保證了車輛在城市道路各路口順暢通行以及安全。2 交通燈系統(tǒng)總體方案論證標(biāo)題2目前普遍使用的電氣控制方式主要有：繼電器接觸器控制、可編程序控制器控制、單片機(jī)系統(tǒng)控制等。2.1 單片機(jī)系統(tǒng)控制單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個重要分支，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個單片機(jī)控制系統(tǒng)。使用單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)采用msc-51系列單片機(jī)atsc5

13、1和可編程并行i/o接口芯片8255a為中心器件來設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車流量通過8051芯片的p1口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間。使用單片機(jī)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。但是編程復(fù)雜，對環(huán)境的要求較高，出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行調(diào)試不方便，可靠性不高。2.2 繼電器接觸控制采用繼電接觸式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。雖然這種系統(tǒng)也具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、維護(hù)容易、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但這種控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易

14、損壞，可靠性差。2.3 可編程序控制器控制可編程控制器簡稱pc（programmable controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器pmc、可編程序順序控制器psc、可編程序邏輯控制器plc（programmable logic controller）和可編程序控制器pc幾個不同時(shí)期。為與個人計(jì)算機(jī)（pc）相區(qū)別，現(xiàn)在把可編程邏輯控制器簡稱為plc。它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等。可編程序控制器控制系統(tǒng)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操

15、作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于其他一般微型控制系統(tǒng)的一個重要特征。如果采用plc作為十字路口交通燈控制系統(tǒng)作為控制核心，只需將程序下載到plc內(nèi)即可。并可通過通信隨時(shí)對控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。plc適應(yīng)環(huán)境的能力非常強(qiáng)，抗干擾等方面能力都非常強(qiáng)大。性能價(jià)格也很高。2.4 控制方案的確定可編程控制器控制技術(shù)與繼電-接觸器控制技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)的異同點(diǎn)：1、 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高在實(shí)時(shí)檢測和自動控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往作為一個核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)軟

16、硬件結(jié)合，加以完善。繼電器是用于邏輯控制，起到過渡作用的，亦可控制小負(fù)載。plc是可編程邏輯控制器，是用軟件來進(jìn)行邏輯控制的，而繼電器是用硬件結(jié)構(gòu)來控制的。一臺小型plc內(nèi)有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。2、 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線

17、。plc有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動一般的電磁閥和交流接觸器。3、 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。而plc的編程更比單片機(jī)通俗易懂。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障，plc用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/10-1/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。plc采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力

18、，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，plc已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。4、 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少plc用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。plc的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。plc的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號用小開關(guān)來模擬，通過plc上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般

19、通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。5、 編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖和單片機(jī)的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺胺g”成匯編語言后再去執(zhí)行。6、 維修工作量少，維修方便plc的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。plc或外部的輸入裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù)plc上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原

20、因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。這些都是繼電器和單片機(jī)無法比擬的。7、 體積小，能耗低對于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用plc后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型plc的體積相當(dāng)于幾個繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/2-1/10。plc的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。將plc用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實(shí)現(xiàn)。目前大多品牌的plc內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過

21、編程控制可對信號燈實(shí)施全天候無人化管理。由于plc本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，所以，本設(shè)計(jì)采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)的組成框圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示圖3.1 交通燈控制系統(tǒng)3.2 交通燈的控制過程信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當(dāng)按下啟動按鈕時(shí)，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。交通燈示意圖如圖3.2所示，在東西南北兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各6個燈，分為三個方向紅、黃、綠三種顏色。控制要求：南

22、北主干道 左轉(zhuǎn)綠 10s 直行綠 30s 綠閃3s 黃2s 紅 45s 右行紅10s 綠 78s東西人行道 綠 27s 綠閃3s 紅60s東西主干道 紅 45s右行紅10s 綠 78s左轉(zhuǎn)綠 10s 直行綠 30s 綠閃3s 黃2s南北人行道 紅60s 綠27s 綠閃3s正常循環(huán)控制方式交通燈變化順序表（單循環(huán)周期90秒）（1）南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有左行綠燈10s，直行綠燈30s，綠燈閃亮3s，黃燈2s和紅燈45s。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈，綠燈閃亮和黃燈；反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈，綠燈閃亮和黃燈。

23、（2）南北向和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北向主干道直行綠燈點(diǎn)亮3s后才允許點(diǎn)亮，然后接3s綠閃，其他時(shí)間為紅燈；同樣，東西人行道通行綠燈于東西向主干道直行綠燈點(diǎn)亮3s后才允許點(diǎn)亮，然后接3s綠閃，其它時(shí)間為紅燈。急車強(qiáng)通控制方式（1）急車強(qiáng)通信號受急車強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時(shí)，按正常循環(huán)時(shí)序控制，有急車來時(shí)，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，信號的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃亮3次。隨后按正常時(shí)序控制。（2）急車強(qiáng)通信號只能響應(yīng)一路方向的來車，若兩個方向先后來急車，則響應(yīng)先來的一

24、方，隨后再響應(yīng)另一方。圖3.2 交通燈示意圖3.3 plc的選型根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)共需要i/o點(diǎn)數(shù)為4輸入/22輸出。具體需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)如表3.1和表3.2所示。表3.1 輸入點(diǎn)數(shù)分配序號輸入信號名稱電氣符號1啟動按鈕sb12停止按鈕sb23急車強(qiáng)通按鈕1sb34急車強(qiáng)通按鈕2sb4表3.2 輸出點(diǎn)數(shù)分配 序號輸出信號名稱電氣符號1南北左轉(zhuǎn)綠hl22南北左轉(zhuǎn)黃hl113南北左轉(zhuǎn)紅hl134東西左轉(zhuǎn)綠hl165東西左轉(zhuǎn)黃hl196東西左轉(zhuǎn)紅hl67南北直行綠hl98南北直行黃hl149南北直行紅hl310東西直行綠hl1811東西直行黃hl2212東西直行紅hl713南北右行綠hl1014

25、南北右行黃hl2115南北右行紅hl416東西右行綠hl817東西右行黃hl1518東西右行紅hl1719南北人行綠hl1220南北人行紅hl521東西人行綠hl122東西人行紅hl20根據(jù)表3.1和表3.2可以確定plc以及擴(kuò)展模塊的選型。對于這種中小型自動控制中，應(yīng)用德國西門子公司生產(chǎn)的s7-200系列plc無疑是十分明智的選擇。在主機(jī)模塊中，常用的主機(jī)有cpu222，cpu224，cpu226三種。方案一：若選擇cpu222作為主機(jī)，由于cpu222有8輸入/6輸出，與此設(shè)計(jì)的4輸入/22輸出相差16點(diǎn)數(shù)字量輸出。還需要擴(kuò)展16點(diǎn)數(shù)字量輸出。方案二：若選擇cpu224作為主機(jī)，仍然缺少8

26、點(diǎn)數(shù)字量輸出，和前者相比，cpu224的存儲容量增大了一倍，它可以有7個擴(kuò)展模塊，并且有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)處理能力。是使用的相對較多的s7-200產(chǎn)品。方案三：如果選用cpu226作為主機(jī)，cpu226主機(jī)為24輸入/16輸出，與4輸入/22輸出較為接近，只需擴(kuò)展一片8點(diǎn)數(shù)字量輸出的擴(kuò)展模塊即可。和cpu224相比，cpu226增加了通訊口的數(shù)量，使得它的通信能力大大增強(qiáng)，可以用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或者中型控制系統(tǒng)。經(jīng)過價(jià)格、性能、擴(kuò)展模塊的數(shù)量的比較，以及設(shè)計(jì)的要求等多方面的考慮，選擇cpu226作為主機(jī)是最合理的。如圖3.3所示為cpu226的端子連接圖。l+接24v

27、dc，m接地。上部分0.0到1.7為16點(diǎn)輸出端子，下部分0.0到2.7為24點(diǎn)輸入端子。圖3.3 cpu226端子連接圖3.4擴(kuò)展模塊的選擇1、 擴(kuò)展模塊的選擇s7-200系列cpu提供一定數(shù)量的主機(jī)數(shù)字量i/o點(diǎn)，但在主機(jī)i/o點(diǎn)數(shù)不夠的情況下，就必須使用擴(kuò)展模塊的i/o點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)的輸入點(diǎn)很少，只plc主圖3.4 em222數(shù)字輸出8x24 vdc端子連接圖機(jī)的輸入點(diǎn)足以滿足要求。需要擴(kuò)展6點(diǎn)輸出，em222是8dc輸出，這樣擴(kuò)展一個em222就滿足系統(tǒng)要求，且比較經(jīng)濟(jì)合理，所以，選擇em222作為輸出擴(kuò)展模塊。2、 em222的端子連線圖如圖3.4所示， l+接24vdc，m接地。上

28、下兩部分其他8個端子均為數(shù)字量輸出端子。3、 擴(kuò)展模塊與主機(jī)的連接形式主機(jī)和擴(kuò)展模塊上均有一個連接口，用專用的連線將兩個接線口連通即可。如圖3.5所示。圖3.5 cpu226與em222的連接圖4、 i/o分配如表3.3、表3.4所示，優(yōu)先分配主機(jī)cpu226的地址，后分配擴(kuò)展模塊em222（8輸出數(shù)字量模塊）的地址。表3.3 輸入點(diǎn)分配序號輸入信號名稱按扭電氣符號1啟動按鈕sb1i0.02停止按鈕sb2i0.13急車強(qiáng)通按鈕1sb3i1.04急車強(qiáng)通按鈕2sb4i1.1 3.4 輸出點(diǎn)分配序號輸出信號名稱按扭電氣符號1南北左轉(zhuǎn)綠hl2q0.12南北左轉(zhuǎn)黃hl11q1.23南北左轉(zhuǎn)紅hl13q

29、1.44東西左轉(zhuǎn)綠hl16q1.75東西左轉(zhuǎn)黃hl19q2.26東西左轉(zhuǎn)紅hl6q0.57南北直行綠hl9q1.08南北直行黃hl14q1.59南北直行紅hl3q0.210東西直行綠hl18q2.111東西直行黃hl22q2.512東西直行紅hl7q0.613南北右行綠hl10q1.114南北右行黃hl21q2.415南北右行紅hl4q0.316東西右行綠hl8q0.717東西右行黃hl15q1.618東西右行紅hl17q2.019南北人行綠hl12q1.320南北人行紅hl5q0.421東西人行綠hl1q0.022東西人行紅hl20q2.35、 plc主機(jī)與擴(kuò)展模塊以及交通燈的硬件連接圖如圖

30、3.6所示，主機(jī)和擴(kuò)展模塊的輸入/輸出都分別接在一起。圖3.6 硬件電路圖3.5監(jiān)控系統(tǒng)本節(jié)簡單介紹了對道路十字路口的監(jiān)控，主要采用直接的攝像與錄象方式進(jìn)行監(jiān)控，之后將數(shù)據(jù)通過光纜傳回監(jiān)控中心進(jìn)行人工截取保存，以便對違章肇事事件進(jìn)行見證和查詢。3.6通信系統(tǒng)西門子s7-200 plc的通信功能較強(qiáng)，自由端口模式是計(jì)算機(jī)或其它帶有串行通信接口的設(shè)備與s7-200 cpu之間通信的一種廉價(jià)和靈活的方法。它以用戶定義的通信協(xié)議為基礎(chǔ)，通過使用相關(guān)的中斷指令和專用的通信指令控制s7-200 cpu通信口的操作模式，實(shí)現(xiàn)與多種智能設(shè)備的連接。利用plc的通信功能，plc與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。plc采集

31、的數(shù)據(jù)及plc的狀態(tài)可傳送給上位機(jī)，也可以接受上位機(jī)的指令進(jìn)行重新組態(tài)，修改控制參數(shù)及直接控制現(xiàn)場執(zhí)行設(shè)備。在s7-200系統(tǒng)中，ppi、mpi、profibus-dp協(xié)議都可以在rs-485網(wǎng)絡(luò)上通信。rs-485是s7-200最常用的電氣通信基礎(chǔ)。cpu通信口的最高速率為187.5k波特，保證的通信距離為50m。要獲得更長的通信距離，需要增加rs-485中繼器；在一個總線型網(wǎng)絡(luò)上最多加9個中繼器，但通信距離不能超過9600m。pc機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)串口為rs232。s7 - 200系列cpu226提供2個串口，其中一個端口(port1)作為dp口，另一個端口(port 0)為自由口，自由口為標(biāo)準(zhǔn)rs

32、-485口.西門子公司提供的pc/ppi電纜帶有rs232/rs485電平轉(zhuǎn)換器，因此在不增加任何硬件的情況下，可以很方便地將plc和pc機(jī)互聯(lián)，如圖3.9所示。pc機(jī)rs232接口rs232/rs485轉(zhuǎn)換器plcrs485接口圖3.9 plcpc連接圖在上述通信方式下，由于只有用了二根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，所以無法實(shí)現(xiàn)硬件握手信號。因此，plc和pc的通信必須協(xié)調(diào)進(jìn)行，在本系統(tǒng)中考慮到plc長期連續(xù)工作在采集信號、控制狀態(tài)下，而pc機(jī)僅作為監(jiān)控，所以pc機(jī)與plc之間的通信采用主從方式，pc機(jī)始終處于主導(dǎo)地位。數(shù)據(jù)的傳送都由pc機(jī)定時(shí)發(fā)出命令，該命令也作為握手信號。plc一旦收到命令，在對命令進(jìn)

33、行確認(rèn)無誤后，返回該命令作為應(yīng)答。然后根據(jù)命令組織數(shù)據(jù)并存入指定的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，上傳給pc機(jī)；或準(zhǔn)備接受pc機(jī)下傳的給定壓力，存入指定存儲區(qū)。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性，把所有發(fā)送的數(shù)據(jù)作累加，并把結(jié)果與發(fā)送過來的累加和進(jìn)行比較，若相等則發(fā)送成功；反之則放棄這批數(shù)據(jù)，并發(fā)出錯誤信息給對方，要求對方重發(fā)，以確保修改后的壓力值實(shí)時(shí)傳給下位機(jī)。目前，普遍使用的傳送介質(zhì)有：同軸電纜、雙絞線、光纜，其他介質(zhì)如無線電、紅外微波等在plc網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用很少。其中雙絞線（帶屏蔽）成本低、安裝簡單；光纜尺寸小、質(zhì)量輕、傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高、安裝維修需專用儀器。具體性能如表3.6所示。表3.6 傳送介質(zhì)性能比較性能傳送介質(zhì)雙

34、絞線同軸電纜光纜傳送速率9.6kb/s2mb/s1450mb/s10500mb/s連接方法點(diǎn)到點(diǎn)多點(diǎn)1.5km不用中繼器點(diǎn)到點(diǎn)多點(diǎn)1.5km不用中繼器13km不用中繼器點(diǎn)到點(diǎn)1.5km不用中繼器傳送信號數(shù)字、調(diào)制信號、純模擬信號（基帶）調(diào)制信號，數(shù)字（基帶）數(shù)字、聲音、圖象（基帶）調(diào)制信號（基帶）、數(shù)字、聲音、圖象（基帶）支持網(wǎng)絡(luò)星形、環(huán)行、小型交換機(jī)總線型、環(huán)行總線型、環(huán)行抗干擾好（需外屏蔽）很好極好抗惡劣環(huán)境好好，但必須將電纜與腐蝕物隔開極好，耐高溫和其他惡劣環(huán)境本設(shè)計(jì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的通信傳輸介質(zhì)選擇光纖電纜，與其他介質(zhì)相比，具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1） 光纖用各種玻璃外加保護(hù)層組成在折射率較高的單根關(guān)

35、前外面用折射率較低的包層圍裹起來，就構(gòu)成一條光前通道，由多條光纖組成光纖電纜；（2） 光纖普遍用于點(diǎn)到點(diǎn)的連接，可以在6-8km的距離內(nèi)不使用中繼器進(jìn)行傳輸；（3） 光纖不易受電磁干擾和噪聲的影響，所以抗干擾性極強(qiáng)，在價(jià)格方面，光纖的價(jià)格比同軸電纜和雙絞線高。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)控制過程系統(tǒng)由傳感器、輸入接口電路、plc、信號燈、電源等組成。以下面一個十字路口為例 (傳感器及紅綠燈控制端口設(shè)置見表一) , 該路口控制為普通采用的方式，依次放行順序南、東、西、北。按綠燈指示方向行駛(向左、直行和向右) , 人行道在南面車輛放行時(shí)，東面人行道放行，依此類推,順序?yàn)闁|、北、南、西,綠燈的放行時(shí)間

36、初始設(shè)定值為 30秒，時(shí)間結(jié)束后綠燈閃三次（1秒一次），黃燈亮2秒，黃燈滅，紅燈亮,三秒后黃燈滅,紅燈亮。每個方向循環(huán)一次90秒 。人行道只有綠燈和紅燈，由放行車道的綠、紅燈并聯(lián)控制,綠燈結(jié)束后，綠燈閃爍三秒后常亮。4.2流程圖1、交通燈正常循環(huán)運(yùn)行邏輯流程圖交通燈正常循環(huán)運(yùn)行邏輯流程圖如圖4.1所示。圖4.1 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行流程圖續(xù)圖4.1 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行流程圖續(xù)圖4.1 交通燈正常循環(huán)運(yùn)行流程圖2、急車強(qiáng)通控制的邏輯流程圖急車強(qiáng)通控制的邏輯流程圖如圖4.2所示。圖4.2 急車強(qiáng)通控制流程圖續(xù)圖4.2 急車強(qiáng)通控制流程圖4.3交通燈工作時(shí)序圖交通燈工作時(shí)序圖如圖4.3所示。圖4.3

37、交通燈工作時(shí)序圖續(xù)圖4.3 交通燈工作時(shí)序圖4.4梯形圖本設(shè)計(jì)采用s7-200系列專用編程軟件step-mirco/win32編程軟件進(jìn)行編程。step-mirco/win32編程軟件是基于windows的應(yīng)用軟件，由西門子公司專門為s7-200系列可編程控制器設(shè)計(jì)開發(fā)。它功能強(qiáng)大，主要為用戶開發(fā)控制程序使用，同時(shí)也可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序執(zhí)行狀態(tài)。它是西門子s7-200用戶不可缺少的開發(fā)工具。現(xiàn)在加上漢化程序后，可在全漢化的界面下進(jìn)行操作，使中國的用戶使用起來更加方便與實(shí)用。本設(shè)計(jì)采用順序控制指令進(jìn)行編程，具體程序如下：網(wǎng)絡(luò)一：置位初始狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)二：狀態(tài)s0.0開始網(wǎng)絡(luò)三：在狀態(tài)s0.0中，實(shí)現(xiàn)東

38、西、南北方向交通燈以及人行道交通燈的復(fù)位和置位。網(wǎng)絡(luò)四：若啟動按鈕有效，分支開始，順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移到狀態(tài)s0.1網(wǎng)絡(luò)五：復(fù)位狀態(tài)s0.0網(wǎng)絡(luò)六：狀態(tài)s0.1開始 網(wǎng)絡(luò)七：狀態(tài)執(zhí)行，南北同時(shí)左轉(zhuǎn)綠、直行紅、右轉(zhuǎn)紅10s南北左轉(zhuǎn)綠燈閃3秒南北黃燈亮2秒南北人行道綠燈亮27秒南北左轉(zhuǎn)紅30秒東西右轉(zhuǎn)、南北直行、南北人行同時(shí)綠燈閃3秒程序執(zhí)行43秒時(shí)對南北直行綠、南北人行綠、東西右行綠進(jìn)行復(fù)位南北直行黃、東西右行黃2秒程序執(zhí)行45秒時(shí)對南北直行黃、東西右行黃、東西左轉(zhuǎn)紅進(jìn)行復(fù)位東西左轉(zhuǎn)綠、東西右行紅10秒程序執(zhí)行45秒時(shí)對南北直行紅進(jìn)行置位東西左轉(zhuǎn)綠燈閃3秒程序執(zhí)行55秒時(shí)對東西直行綠、東西右行綠進(jìn)行置位

39、，對東西直行紅進(jìn)行復(fù)位定時(shí)器t37設(shè)定植58秒t37有效，順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移s0.2順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移結(jié)束狀態(tài)s0.2東西左轉(zhuǎn)黃燈亮2秒東西人行道綠燈復(fù)位東西人行紅道紅燈復(fù)位東西左轉(zhuǎn)紅置位東西人行綠、南北右行綠、東西直行綠閃2秒計(jì)時(shí)器t38設(shè)定值30秒t38有效，順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移s0.3順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移結(jié)束狀態(tài)s0.3南北直行黃置位東西人行紅、南北右行黃置位東西人行綠復(fù)位南北直行綠、南北右行綠復(fù)位定時(shí)器t39設(shè)定值2秒t39有效，順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移s0.0順序狀態(tài)轉(zhuǎn)移結(jié)束有急車來時(shí)，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，信號的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行

40、方向的綠燈閃亮3次。隨后按正常時(shí)序控制。急車強(qiáng)通控制梯形圖如下。圖4.5 東西方向急車強(qiáng)通控制梯形圖圖4.6 南北方向急車強(qiáng)通控制梯形圖4.5監(jiān)控界面設(shè)計(jì)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，汽車數(shù)量急劇增加，城市道路日漸擁擠，交通擁塞已成為一個國際性的問題。因此，設(shè)計(jì)可靠、安全、便捷的多功能交通燈控制系統(tǒng)有極大的現(xiàn)實(shí)必要性。通常情況下，交通信號燈控制的主要缺陷是交通信號燈控制系統(tǒng)缺乏有效的應(yīng)急措施，導(dǎo)致十字路口交通受阻，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為此，我們考慮設(shè)計(jì)十字路口的監(jiān)控系統(tǒng)。以便方便、快速的對交通燈控制。siemens公司生產(chǎn)的plc由于價(jià)格低、適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場以及強(qiáng)大聯(lián)網(wǎng)功能特點(diǎn)被廣泛使用?？紤]到這些因素，本系統(tǒng)

41、以plc作為下位機(jī)。上位機(jī)采用vb高級語言，由于本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能相對簡單，涉及的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理要求不是太高，因此考慮用價(jià)格便宜，通訊容易實(shí)現(xiàn)的vb作為上位機(jī)的語言界面。本節(jié)介紹了vb和plc通訊的實(shí)現(xiàn)過程。該系統(tǒng)以裝有vb的pc機(jī)作為上位機(jī)，plc作為下位機(jī)。利用vb中的mscomm控件, plc的自由口模式創(chuàng)建用戶定義的協(xié)議，通過pc/ppi電纜連接pc機(jī)和plc,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的串口通訊。并給出了該方法在十字路口交通燈實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中的具體應(yīng)用。2.4.1 系統(tǒng)構(gòu)成圖3.9 pc機(jī)與plc連接示意圖 監(jiān)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)和plc構(gòu)成。用pc/ppi電纜連接計(jì)算機(jī)的

42、rs-232口和plc的rs-485口，作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（使用pc/ppi電纜上的dip開關(guān)來為電纜配置正確的波特率）。  本系統(tǒng)選用的計(jì)算機(jī)處理器型號是pentium （r） 4 cpu; 有40g的硬盤空間；選用microsoft windows xp 操作系統(tǒng)；有一個com口。 siemens 公司提供多種型號的cpu以適應(yīng)各種應(yīng)用。本系統(tǒng)選用的是siemens 公司生產(chǎn)的cpu224型號的s7-200plc, 它有一個rs-485口， 14個輸入口，10個輸出

43、口，完全可以滿足該系統(tǒng)的要求（該系統(tǒng)需要8個輸出口）。2.4.2 操作流程及通訊原理 操作流程1、在setp7-micro/win軟件的操作欄中點(diǎn)擊system block 圖標(biāo)，出現(xiàn)圖3.10所示的界面。圖3.10 配置s7-200cpu2、 為plc選擇站地址、波特率。3.、在操作欄中點(diǎn)擊communications 圖標(biāo)，出現(xiàn)圖3.11所示的界面。圖3.11 配置s7-200cpu4、在所示的界面8上點(diǎn)擊右邊欄的“雙擊刷新”按鈕，以便搜尋正確的波特率。5、將程序下載至plc。6、將 plc處于run模式。7、 打開vb

44、界面，點(diǎn)擊菜單的“運(yùn)行”選項(xiàng)，出現(xiàn)圖9的所示的監(jiān)控界面，在監(jiān)控界面中輸入需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。8、 單擊圖3.12的監(jiān)控界面上的開始按鈕，通訊開始。 通訊原理當(dāng)程序開始時(shí)，初始化vb界面，打開通信端口，當(dāng)按下vb界面上的開始按鈕時(shí)，啟動定時(shí)器，用于采集通信數(shù)據(jù)，該定時(shí)器每隔0.1s采集一次通信數(shù)據(jù)；同時(shí)接收和發(fā)送函數(shù)也已經(jīng)打開，這時(shí)可以在vb界面中輸入南北、東西交通燈的運(yùn)行時(shí)間。即在vb中輸入數(shù)據(jù)傳送給plc。  圖3.12 監(jiān)控界面plc程序開始時(shí)，初始化plc的通訊端口，接收vb發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，plc判斷是否接收到結(jié)束字符，如果沒有接收到結(jié)束字符，plc將

45、處于接收狀態(tài)，如果接收到結(jié)束字符，plc延時(shí)0.01s后開始向vb發(fā)送數(shù)據(jù)。如果由于任何其它原因接收完成，啟動一個新的接收。  vb接收plc發(fā)送過來的數(shù)據(jù)“1”或“0”來控制交通燈的“亮”或“滅”，同時(shí)控制對應(yīng)車的“運(yùn)行”或“停止”。  當(dāng)沒有按下停止或結(jié)束按鈕時(shí)，vb每隔0.1s發(fā)送一次數(shù)據(jù)給plc, plc接收到數(shù)據(jù)后，如果滿足發(fā)送條件，就把數(shù)據(jù)發(fā)送給vb。這樣就達(dá)到了計(jì)算機(jī)上的模擬界面來監(jiān)控實(shí)際路面交通的運(yùn)行狀況，如果遇到緊急事件，需要調(diào)整車輛的運(yùn)行時(shí)間，只需要在計(jì)算機(jī)中輸入需要的時(shí)間即可。5結(jié)論與展望實(shí)現(xiàn)交通燈的控制方法很多，傳統(tǒng)的方

46、法實(shí)現(xiàn)都存在一個共同的問題，就是工作的可靠性、穩(wěn)定性和抗干擾能力有限，而交通燈又安裝在嘈雜的交通路口，外界因素的干擾可想而知，這為plc在工業(yè)控制中的使用提供了廣闊的空間。plc是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，其工作的可靠性非常高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，能在很惡劣的環(huán)境下（如溫度高、濕度大、金屬粉塵多，距離高壓設(shè)備近、有較強(qiáng)的高頻電磁干擾等）長期連續(xù)可靠地工作，平均無故障時(shí)間長，故障修復(fù)時(shí)間短。因?yàn)樗谠O(shè)計(jì)和制造過程中采用了精選元器件及多層次抗干擾等措施，使可編程控制器的平均無故障時(shí)間mtbf通常在50 000h以上，有些可編程控制器的平均無故障時(shí)間可以達(dá)到幾十萬小時(shí)以上?？梢哉f，至今沒有任何

47、一種工業(yè)控制設(shè)備能夠達(dá)到plc的可靠性。plc控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，通用性強(qiáng)。plc外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。plc編程方便，體積小，易于使用和方便操作，并且功能完善。所以本設(shè)計(jì)會采用plc進(jìn)行控制。具有很強(qiáng)的優(yōu)越性。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我以前的那種被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)變成主動學(xué)習(xí)，將書本上的理論知識應(yīng)用到變化的生產(chǎn)和實(shí)踐中，使我對學(xué)習(xí)再次產(chǎn)生了很大的興趣，同時(shí)培養(yǎng)了我自己的獨(dú)立思維能力和實(shí)踐能力。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使自己對plc以及交通燈的控制有了進(jìn)一步的了解，能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)智能交通燈監(jiān)控系統(tǒng)。將所學(xué)到的有關(guān)plc系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、控制算法以及軟件設(shè)計(jì)應(yīng)用到設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制中，尤其是通過自學(xué)的通信部分，更是提高了我的能力，提高了我增加綜合設(shè)計(jì)的能力，這對我以后走向工