基于S7-200的雙交通燈聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前 言隨著經(jīng)濟(jì)一步一步的發(fā)展，人們已經(jīng)開(kāi)始慢慢關(guān)注交通問(wèn)題，例如行人、道路、車(chē)輛。道路交通控制管理系統(tǒng)是用于道路交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈的控制與計(jì)算機(jī)的綜合管理系統(tǒng)，交通運(yùn)輸管理部門(mén)已開(kāi)始嚴(yán)重監(jiān)控道路交通。PLC可編程邏輯控制器是在微處理器的基礎(chǔ)上，集成自動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，通過(guò)一步一個(gè)新的控制器發(fā)展而成的，它具有很多優(yōu)點(diǎn)譬如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，易于編程等，所以PLC越來(lái)越多的出現(xiàn)在交通燈管理控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)介紹了運(yùn)用PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路口雙交通聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)我選擇的方案分析，我需要對(duì)本設(shè)計(jì)做軟硬件的設(shè)計(jì)，并通過(guò)系統(tǒng)

2、仿真解決一些不穩(wěn)定的因素來(lái)保證交通燈運(yùn)行的穩(wěn)定性。第1章 概述1.1 交通燈的由來(lái)如今，信號(hào)燈已出現(xiàn)在了各個(gè)路口，使用交通燈已經(jīng)成為疏散車(chē)輛最有效和最常見(jiàn)的手段。其實(shí)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了紅綠燈。英國(guó)在1858年的時(shí)候就已經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)紅綠燈，那時(shí)英國(guó)的主要的人員密集區(qū)都安裝了這種系統(tǒng)裝置，但是那時(shí)的技術(shù)沒(méi)有現(xiàn)在先進(jìn)，那時(shí)只有兩個(gè)顏色紅和藍(lán)，他們的發(fā)光是來(lái)自煤氣的燃燒，而且也不是自動(dòng)式的，需要手動(dòng)操控的，雖然技術(shù)上沒(méi)有達(dá)到頂峰，但在那個(gè)時(shí)候也起到了一定作用，而且對(duì)以后紅綠燈的發(fā)展做了引導(dǎo)15。英國(guó)科學(xué)家經(jīng)過(guò)十多年的研究，后來(lái)的交通信號(hào)燈，把原來(lái)的藍(lán)色變?yōu)楦俗⒁獾木G色，可是發(fā)光源依然要靠煤氣燃燒，

3、那時(shí)候的紅燈跟現(xiàn)在意義一樣表示停止，那時(shí)的綠燈相當(dāng)于現(xiàn)在的黃燈代表注意，在運(yùn)行了剛剛一年的時(shí)間這種紅綠燈就被取消了，主要是因?yàn)榭济簹馊紵臒舭l(fā)生了爆炸，并有人員受傷，這種技術(shù)存在一定的安全隱患16。隨著英國(guó)紅綠燈的發(fā)明，各國(guó)也都開(kāi)始致力于研究這個(gè)裝置以及技術(shù)。十九世紀(jì)的時(shí)候美國(guó)又研發(fā)出一種紅綠燈，技術(shù)上先進(jìn)于十八世紀(jì)英國(guó)研究的，美國(guó)研發(fā)出來(lái)的紅綠燈不再像英國(guó)那樣需要靠燃?xì)獍l(fā)光，而是利用投光器原理發(fā)光的，顏色上也多了一個(gè)黃色，之后就被應(yīng)用到實(shí)際中，其中的紅燈亮跟現(xiàn)在一樣是停止，綠燈時(shí)通行。后來(lái)紅綠燈技術(shù)不斷更新，之后又出現(xiàn)了可控和紅外線(xiàn)交通信號(hào)燈。可控信號(hào)燈主要依據(jù)傳感器來(lái)完成，把這種裝置放在路

4、面下，當(dāng)有來(lái)車(chē)時(shí)，壓力傳感器會(huì)發(fā)出信號(hào)，繼而紅燈就變?yōu)榫G燈；第二種主要依據(jù)擴(kuò)音器來(lái)完成的，當(dāng)有車(chē)輛靠近，駕駛員只要把喇叭摁一下，聽(tīng)到聲音就開(kāi)始啟動(dòng)綠燈亮。而紅外線(xiàn)交通信號(hào)燈，當(dāng)有行人經(jīng)過(guò)紅外線(xiàn)區(qū)域內(nèi)，就會(huì)被察覺(jué)到，緊接著紅燈亮的時(shí)間就會(huì)被延長(zhǎng)，這樣可以保證行人的安全通行17。交通道路發(fā)展成熟與否主要看控制裝置的技術(shù)好與壞，穩(wěn)定不穩(wěn)定。二十世紀(jì)八十年代后期，各行各業(yè)發(fā)展迅速，汽車(chē)業(yè)尤其明顯，人們購(gòu)買(mǎi)力也變強(qiáng)，汽車(chē)的不斷購(gòu)入導(dǎo)致路面上的車(chē)量越來(lái)越多，進(jìn)而道路交通狀況出現(xiàn)惡化，現(xiàn)有的道路已經(jīng)無(wú)法承載這么多車(chē)輛的運(yùn)行。所以全世界都開(kāi)始關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，并對(duì)這一復(fù)雜多變的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，通過(guò)多方面研究及觀(guān)

5、察發(fā)現(xiàn)要想解決這個(gè)難題，首先要解決道路的交叉口通行問(wèn)題，研究者發(fā)現(xiàn)如果十字路口能有一個(gè)裝置來(lái)引導(dǎo)不同方向的車(chē)輛按照一定規(guī)律有序通行的話(huà)就能緩解道路擁堵的問(wèn)題。接下來(lái)，人們便開(kāi)始研究能夠智能管控交通的裝置，經(jīng)過(guò)多方面努力研究，這項(xiàng)技術(shù)有所突破，并很快被運(yùn)用到實(shí)際中，發(fā)展速度很快。對(duì)改善城市道路交通環(huán)境有重要意義?，F(xiàn)在道路的發(fā)展方向都是以交通網(wǎng)絡(luò)的布局為前提的。比如說(shuō)：交通信號(hào)燈安置的是否合理；交通信號(hào)燈在十字路口、主干道、單行路或者匝道等不同區(qū)域需要有不同的控制方法。通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)再加上交通信號(hào)燈布局合理性，現(xiàn)在城市道路運(yùn)行狀況得到很大改善，這說(shuō)明紅綠燈裝置發(fā)揮了重要作用。1.2研究的背景及意義

6、隨著微處理器的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在各種工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)做出快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，產(chǎn)生許多種小批量，多規(guī)格，低成本和高品質(zhì)的產(chǎn)品。為了迎合這一要求，控制系統(tǒng)和自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)設(shè)備必須具有很高的可靠性和靈活性。可編程序邏輯控制(PLC)微處理器為核心,有許多優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的抗干擾能力強(qiáng),操作穩(wěn)定,您可以快速設(shè)置時(shí)間,編程簡(jiǎn)單、靈活、易于擴(kuò)展。由于PLC內(nèi)部的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，整天通過(guò)PLC控制無(wú)人管理的燈。此外,由于PLC還可以與網(wǎng)絡(luò)通信,因此可以在同一個(gè)局域網(wǎng)組成的統(tǒng)一管理是交通信號(hào)燈在路上,它可以縮短等待時(shí)間,管理科學(xué)。當(dāng)今之際就是找一個(gè)好的控制方法，最優(yōu)化的把道路交通利用

7、好，把交通中的關(guān)系處理好，緩解交通擁堵?tīng)顩r，已經(jīng)越來(lái)越需要解決，現(xiàn)在也有很多城市開(kāi)始考慮用車(chē)流量來(lái)檢測(cè)路口的車(chē)輛多少?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)交通燈的智能控制，這一種想法雖說(shuō)在理論上能夠緩解道路的交通壓力,但以國(guó)家目前的基礎(chǔ)還不能完全完成。交通是城市經(jīng)濟(jì)生活的命脈，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)、人民生活水平的提高起著十分重要的作用。道路交通問(wèn)題一直是制約城市發(fā)展、困擾城市經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的重要因素。而交通燈的恰當(dāng)利用可以合理的規(guī)劃城市交通，從而為城市的快速運(yùn)輸和發(fā)展提供最優(yōu)化的交通解決方案。目前我國(guó)城市道路控制系統(tǒng)大都采用控制，根據(jù)模糊的測(cè)各個(gè)方向的候車(chē)量多少來(lái)確定優(yōu)先通過(guò)，此控制能分析十字路口的堵車(chē)情況，盡快的把車(chē)、人、路處理到更好的

8、狀態(tài)來(lái)控制運(yùn)行，能節(jié)約更多的時(shí)間。為了能讓人們快速便捷的通過(guò)十字路口以減少時(shí)間成本達(dá)到交通最優(yōu)控制，從而提高社會(huì)的生活效率。同時(shí)又根據(jù)我國(guó)目前的經(jīng)濟(jì)狀況，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的工作原理我設(shè)計(jì)了一種PLC設(shè)計(jì)方案來(lái)控制控制交通路口的擁堵現(xiàn)象。1.3論文主要工作以開(kāi)元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路口的兩組交通燈為例，利用西門(mén)子PLC協(xié)調(diào)控制兩組交通燈，保證通行順暢。本文主要研究基于PLC的雙交通燈的控制系統(tǒng)，首先對(duì)交通燈的發(fā)展史、背景及意義進(jìn)行了研究；第二章，確定方案設(shè)計(jì)，PLC的選型、性能指標(biāo)及其他需要選擇的設(shè)備，然后分析控制原理和控制要求；第三章，程序硬件設(shè)計(jì)部分，做出了信號(hào)燈的工作流

9、程圖。第四章，主要是程序分析，；第五章，對(duì)程序加以仿真，得出程序可以運(yùn)行。論文的最后部分是總結(jié)，參考文獻(xiàn)以及致謝部分。3第2章 方案設(shè)計(jì)2.1 控制原理分析1交通燈的運(yùn)行受到開(kāi)關(guān)控制：開(kāi)關(guān) ON 則系統(tǒng)運(yùn)行；開(kāi)關(guān) OFF 則系統(tǒng)停止。2如圖2.1是開(kāi)元大道和王城大道十字路口交通燈示意圖, 本系統(tǒng)的控制對(duì)象有16個(gè)，王城大道直行燈兩個(gè)，開(kāi)元大道、太康路直行燈各一個(gè)；王城大道人行橫道燈兩個(gè)，開(kāi)元大道、太康路人行橫道燈各一個(gè)；王城大道右轉(zhuǎn)燈兩個(gè)，開(kāi)元大道、太康路右轉(zhuǎn)燈各一個(gè)；王城大道左轉(zhuǎn)燈兩個(gè)，開(kāi)元大道、太康路左轉(zhuǎn)燈各一個(gè)；圖2.1開(kāi)元大道和王城大道十字路口交通燈示意圖2.2 控制規(guī)律（1）控制要求

10、1、南北方向直行時(shí)，南北人行橫道燈亮，南北左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)燈滅。2、南北方向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)時(shí)，人行橫道燈滅。3、東西方向直行時(shí)，東西人行橫道燈亮，東西左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)燈滅。4、東西方向左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)時(shí)，人行橫道燈滅。如此周而復(fù)始。（直行時(shí)人行橫道通行，左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)時(shí)人行橫道禁止通行）（2）正常循環(huán)控制方式：本論文設(shè)計(jì)雙交通燈聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)旨在緩解交通擁堵現(xiàn)象，根據(jù)實(shí)地觀(guān)察開(kāi)元大道和王城大道十字路口、王城大道和太康路十字路口相距大概一公里，所以為了讓車(chē)輛能順利通過(guò)南北主干道兩路口綠燈需要延遲50S相互點(diǎn)亮（城市道路車(chē)速一般為50km/h，所以一公里大約需要50S）交通燈正常循環(huán)順序表（循環(huán)周期85秒）（1）左邊東西主干

11、道直行35S，右邊南北方向直行35S，同時(shí)對(duì)應(yīng)的人行橫道通行35S，然后左邊東西方向車(chē)輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)15S，右邊南北方向車(chē)輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)15S。（2）右邊東西主干道直行20S，左邊南北方向直行20S，同時(shí)對(duì)應(yīng)的人行橫道通行20S，然后右邊東西方向車(chē)輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)15S，左邊南北方向車(chē)輛左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)15S。如此周而復(fù)始。（3）急車(chē)通行方式：1）東西方向有急車(chē)時(shí)，急車(chē)信號(hào)受強(qiáng)通開(kāi)關(guān)控制。沒(méi)有急車(chē)時(shí)，按照正常方式控制，當(dāng)東西方向有急車(chē)時(shí)，東西急車(chē)搶通開(kāi)關(guān)會(huì)工作在ON狀態(tài)，讓急車(chē)先通過(guò)，直到急車(chē)通過(guò)為止，然后再將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，信號(hào)再轉(zhuǎn)為原來(lái)的控制方式。2）南北方向有急車(chē)時(shí)，急車(chē)信號(hào)受強(qiáng)通開(kāi)關(guān)控制。沒(méi)有急車(chē)時(shí)，按照

12、正常方式控制，當(dāng)南北方向有急車(chē)時(shí)，南北急車(chē)搶通開(kāi)關(guān)會(huì)工作在ON狀態(tài)，讓急車(chē)先通過(guò)，直到急車(chē)通過(guò)為止，然后再將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，信號(hào)再轉(zhuǎn)為原來(lái)的控制方式。3）急車(chē)強(qiáng)通條件下只能允許一個(gè)方向的來(lái)車(chē)，兩個(gè)方向如果是前后來(lái)車(chē)，則這個(gè)方式下會(huì)讓先來(lái)的一方通車(chē)，而后再通車(chē)另一方。2.3 設(shè)備選型及性能指標(biāo)根據(jù)的結(jié)構(gòu)形式，主要可分為整體式和模塊式兩種：1、整體式結(jié)構(gòu)整體式結(jié)構(gòu)大概為微型和小型的控制器，如。2、模塊式結(jié)構(gòu)目前大中型的控制器都是這種方式。如和系列。按I/O點(diǎn)數(shù)容量分類(lèi)1、小型機(jī)（點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)）典型的小型機(jī)有公司的S7-200系列。2、中型機(jī)（I/O點(diǎn)數(shù)在2561024之間）典型的中型機(jī)有公司的S7-

13、300系列、歐姆龍公司的C200H系列。3、大型機(jī)（I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上）典型的大型控制器有西門(mén)子公司的S7-400、歐姆龍公司的和CS1系列。PLC的性能指標(biāo)1、I/O點(diǎn)數(shù)I/O點(diǎn)數(shù)，就是PLC面板上的I/O端子的數(shù)。點(diǎn)數(shù)越多，外部可以銜接的I/O器件就越多，因而它的控制規(guī)模就會(huì)大。2、存儲(chǔ)容量這里專(zhuān)門(mén)有專(zhuān)門(mén)的記憶存儲(chǔ)能力，用戶(hù)的程序的長(zhǎng)度由他決定，大、中、小型PLC存儲(chǔ)容量范圍是2 KB 2 MB。3、掃描速度掃描速度指的是速度，PLC執(zhí)行的程序是一個(gè)重要的性能指標(biāo)，反映了計(jì)算機(jī)控制來(lái)代替繼電器控制穩(wěn)定程度，它采用掃描方式。4、指令系統(tǒng)表明PLC測(cè)量能力的強(qiáng)弱,限制了計(jì)算機(jī)操作功能,

14、能充分發(fā)揮完成復(fù)雜的控制能力。5、通信功能PLC與PLC之間的通信和計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備之間的通信。它包含了接口、模塊、協(xié)議等。6、擴(kuò)展能力擴(kuò)展能力包括延伸和擴(kuò)展PLC的I / O點(diǎn)。7、特殊功能單元特殊性能單元品種多，也可以說(shuō)PLC的功能多。有模擬量、INTERNET連網(wǎng)功能。從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)4個(gè)，開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)16個(gè)，對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)而言，輸入和輸出都較為簡(jiǎn)單，并且不需要什么擴(kuò)展模塊，然后參照西門(mén)子S7-200系列特性（見(jiàn)附錄），選用主機(jī)為CPU226（24輸入/16繼電器輸出）。2.4 I/O端口地址的分配表2-1 系統(tǒng)I/O點(diǎn)分配表輸入輸出設(shè)備/器件名稱(chēng)PLC軟元件功能

15、輸入開(kāi)關(guān)SB1I0.1總開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)SB2I0.2正常方式開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)SB3I0.3東西急車(chē)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)SB4I0.4南北急車(chē)開(kāi)關(guān)輸出L1Q0.0東西方向直行(左)L2Q0.1東西方向左拐(左)L3Q0.2東西方向右拐(左)L4Q0.3東西方向人行橫道(左)L5Q0.4東西方向直行（右）L6Q0.5東西方向左拐（右）L7Q0.6東西方向右拐（右）L8Q0.7東西方向人行橫道（右）L9Q1.0南北方向直行(左)L10Q1.1南北方向左拐(左)L11Q1.2南北方向右拐(左)L12Q1.3南北方向人行橫道(左)L13Q1.4南北方向直行（右）L14Q1.5南北方向左拐（右）L15Q1.6南北方向右拐（右）L1

16、6Q1.7南北方向人行橫道（右）2.5 其他設(shè)備的選擇繼電器繼電器按輸入信號(hào)的不同可以分為：電流繼電器、時(shí)間繼電器、中間繼電器、電壓繼電器、速度繼電器等。本設(shè)計(jì)采用中間繼電器，其主要由電磁機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)兩大部分組成，它的實(shí)質(zhì)是一種電壓繼電器，特點(diǎn)是觸點(diǎn)數(shù)目較多，觸電容量較大，可以起到中間增加觸點(diǎn)數(shù)或觸點(diǎn)容量的作用。符號(hào)為線(xiàn)圈 常開(kāi)觸點(diǎn) 常閉觸點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)便于攜帶，反應(yīng)性強(qiáng)，并在小電流以下的電路中可替換接觸器km起控制作用。線(xiàn)圈電壓，一般都有12V、24V、48V幾種，根據(jù)本設(shè)計(jì)的分析，選擇直流24V中間繼電器。所以采用施耐德公司出產(chǎn)的RXM型小型中間繼電器RXM2LB2BD，其具體參數(shù)指標(biāo)見(jiàn)下表2

17、-2。表2-2 RXM2LB2BD技術(shù)指標(biāo)品牌/型號(hào)施耐德/RXM2LB2BD觸點(diǎn)形式2常開(kāi)觸點(diǎn)、2常閉觸點(diǎn)額定電壓DC24（V）電流形式直流觸點(diǎn)負(fù)載中功率線(xiàn)圈功率3（W）吸合電流2（A）釋放電流2（A）直流電阻500（）熔斷器 作用熔斷器是一種保護(hù)電器，在電路中串聯(lián)，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，熔體的熔斷器會(huì)自動(dòng)把電路斷開(kāi)，接觸線(xiàn)路運(yùn)行，保護(hù)其他設(shè)備。 型號(hào) 8A 符號(hào) FU 工作要求熔斷器的額定電流要熔體的額定電流被保護(hù)的工作電壓熔斷器的電壓本論文中選擇正泰RT18-32型號(hào)的熔斷器。電源部分根據(jù)處理器芯片的每個(gè)型號(hào)，西門(mén)子廠(chǎng)家會(huì)對(duì)應(yīng)型號(hào)提供120V、240V兩種電源類(lèi)型，輸入接口電路有AC和DC兩

18、種。而輸出接口電路是交流繼電器輸出、直流晶體管輸出，S7-200系列的CPU PLC能夠提供出五個(gè)各種類(lèi)型的10種基本單元供人們選用，它的參數(shù)在下面的表2-3所示:表2-3 S7-200系列CPU的電源型號(hào)電源輸入輸出類(lèi)型主機(jī) I/O 點(diǎn)數(shù)CPU221DC/DC/DC6輸入4輸出AC/DC/繼電器CPU222DC/DC/DC8輸入6輸出AC/DC/繼電器CPU224DC/DC/DC14輸入/10輸出AC/DC/繼電器AC/DC/繼電器CPU226DC/DC/DC24輸入/16輸出AC/DC/繼電器CPU22XMDC/DC/DC24輸入/16輸出AC/DC/繼電器根據(jù)本控制的要求，我選用的是西門(mén)

19、子S7-200系列的PLC，其主機(jī)型號(hào)為CPU226，而我根據(jù)CPU型號(hào)會(huì)選擇與其相匹配的開(kāi)關(guān)電源，在上面的表中，24VDC表示電源大小和輸入類(lèi)型晶體管型。24VDC繼電器表示電源類(lèi)型為24V輸出類(lèi)型為繼電器型，S7-200 CPU226DC的控制器一共需要四個(gè)24V電源，PLC的供電電源、2個(gè)輸入電源、1個(gè)輸出電源。交通燈的選型當(dāng)今社會(huì)各種類(lèi)型的路燈出現(xiàn)在市場(chǎng)上，因考慮到各種類(lèi)似斷電可能會(huì)引發(fā)城市交通的突發(fā)情況，選擇一個(gè)有備用電源的交通燈是有必要的，經(jīng)過(guò)多方面考察和比較，我選擇了如下的交通燈。產(chǎn)品名稱(chēng)：300型WM-JD300-4-RYG（四面移動(dòng)紅綠燈型號(hào)）這是一款可靠性非常高的紅綠燈，就

20、算是在氣候潮濕的南方，也能夠可靠的正常工作，碰到停電或者線(xiàn)路故障，更是能依靠備用電源繼續(xù)工作，不用擔(dān)心交通會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。定時(shí)器定時(shí)器是PLC中最常用和最基本的元器件，PLC共用的定時(shí)器就約等于用繼電器控制系統(tǒng)中的時(shí)間中間繼電器，是用來(lái)積累時(shí)間增量元器件，定時(shí)值由plc系統(tǒng)控制。由于我設(shè)計(jì)的交通燈需要定時(shí)器有很高的精度，因此我會(huì)選用精度為100ms的定時(shí)器。了解定時(shí)器的工作原理對(duì)以后的程序設(shè)計(jì)至關(guān)重要。S7-200系列的PLC為我們提供了多種類(lèi)型的定時(shí)器：通電延時(shí)型（TON）、有記憶的通電延時(shí)型、斷電延時(shí)型（TOF），一共是256個(gè)定時(shí)器（T0T255）。在本系統(tǒng)中要用到接通延時(shí)定時(shí)器，定時(shí)

21、器的定時(shí)精度即分辨率（S）可分為1ms、10ms、100ms三個(gè)等級(jí)，其定時(shí)時(shí)間T=PT×S，即定時(shí)時(shí)間=設(shè)定值×精度。詳細(xì)分類(lèi)方法和定時(shí)范圍見(jiàn)下表2-4所示。表2-4 定時(shí)器的分類(lèi)和型號(hào)定時(shí)器類(lèi)型用秒MS表示分表率用秒S表示最大當(dāng)前值定時(shí)器型號(hào)TONR1ms32.767sT0，T6410ms327.67sT1-T4，T65-T68100ms3276.7sT5-T31，T69-T95TON,TOF1ms32.767sT32，T9610ms327.67sT33-T36,T97-T100100ms3276.7sT37-T63，T101-T2552.6設(shè)計(jì)方案主要設(shè)計(jì)目標(biāo)：以開(kāi)元

22、大道和王城大道交叉口的兩組交通燈為例，利用西門(mén)子PLC協(xié)調(diào)控制兩組交通燈，保證通行順暢，具有手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，參數(shù)修改方便，并實(shí)現(xiàn)各種保護(hù)功能?？刂瓶驁D如下圖2.2所示。方案一，根據(jù)十字路口的車(chē)輛多少來(lái)設(shè)置路口交通燈的時(shí)間長(zhǎng)短，此方案能簡(jiǎn)單有效的讓各個(gè)路口的車(chē)輛依次排隊(duì)通過(guò)，尤其是在城市的工作高峰期，能快速的分析和判斷各個(gè)路口的交通流量，此方案設(shè)計(jì)容易，系統(tǒng)要求性高；但是也存在有一定的缺點(diǎn)，受外界因素的影響，因?yàn)橐笥?jì)算機(jī)分析交換數(shù)據(jù)，需要對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)能力高，但是目前國(guó)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)狀況和環(huán)境因素，還不能滿(mǎn)足要求。方案二，根據(jù)時(shí)間模糊的測(cè)出各個(gè)路口的候車(chē)量來(lái)確定各個(gè)路口的優(yōu)先通行，這個(gè)方案能能模糊

23、的分析出交通路口的堵車(chē)流量，把車(chē)、人、路這三個(gè)關(guān)系調(diào)整到更好的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)上面兩個(gè)方案和我的實(shí)地觀(guān)察，道路交通的穩(wěn)定性才是應(yīng)該需要考慮的，畢竟安全性占第一要素。另外要有技術(shù)，因?yàn)橐紤]到維修和改造，因此我選擇第二個(gè)方案。第二個(gè)方案有較好的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)投入性不高而且執(zhí)行條件又非常的簡(jiǎn)單，此方案能滿(mǎn)足現(xiàn)在的要求，具有較高的實(shí)用價(jià)值。圖2.2控制框圖12洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 硬件設(shè)計(jì)3.1 可編程控制器概述3.1.1 PLC的定義PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它可以使用存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)器中用于執(zhí)行的邏輯運(yùn)算，算術(shù)指令序列，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)和諸如操作的

24、算術(shù)運(yùn)算，可以是數(shù)字或模擬輸入和輸出，控制所有類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行編程。PLC及相關(guān)外圍設(shè)備應(yīng)易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能和設(shè)計(jì)原則。3.1.2 PLC的特點(diǎn)PLC具有繼電接觸器控制的優(yōu)點(diǎn)以及結(jié)合計(jì)算機(jī)靈巧、方便的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)發(fā)展而來(lái)的,就這點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是其他的控制器所無(wú)法比擬的。1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)2）通用性高，易使用3) 采用大小模塊化，組合快捷4) 編程語(yǔ)言容易學(xué)習(xí)和掌握5) 各個(gè)設(shè)計(jì)的循環(huán)周期短6) 對(duì)生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性要求不高7) 安裝方便、調(diào)試簡(jiǎn)單、維護(hù)容易8) 小體積、重量小、低功耗3.1.3 PLC基本組成PLC由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出單元、電源和編

25、程器等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)如下圖3-1。圖3-1PLC系統(tǒng)的基本組成3.1.4 PLC的結(jié)構(gòu)及基本工作原理PLC的結(jié)構(gòu)圖如下圖3-2所示圖3-2PLC的結(jié)構(gòu)圖PLC是一種存儲(chǔ)程序的控制器。人們會(huì)先把程序編程好然后將程序錄入到可編程控制器的程序運(yùn)行中心來(lái)存儲(chǔ)。PLC就是將人們的程序來(lái)運(yùn)用在生活中的。PLC與微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行程序方式是截然不同的，微型計(jì)算機(jī)在程序中如果發(fā)現(xiàn)END指令，這個(gè)程序會(huì)終止。但是PLC卻不是的，PLC是從程序的地址碼中尋址的首先會(huì)從剛開(kāi)始的0000H地址所存放的指令開(kāi)始尋址的。如果中斷程序或跳轉(zhuǎn)指令在程序運(yùn)行中間沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，這個(gè)程序就會(huì)一步一步的往下運(yùn)行呈遞增時(shí)間，一直到指令

26、的結(jié)束。如果在程序的結(jié)尾有循環(huán)指令出現(xiàn)程序會(huì)循環(huán)重復(fù)，直到系統(tǒng)停機(jī)。3.2 PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程如圖3-3所示，PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟可以分為：（1）根據(jù)分析要求控制，對(duì)于一些復(fù)雜的系統(tǒng)，有的時(shí)候需要繪制流程圖，流程圖能夠清晰的說(shuō)明每一個(gè)動(dòng)作的先后次序，而對(duì)于一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)可以不要這一步；（2）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)；（3）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)；（4）定義輸入、輸出點(diǎn)名稱(chēng)，分配PLC的輸入、輸出點(diǎn)，設(shè)計(jì)輸入、輸出接線(xiàn)圖；（5）根據(jù)所發(fā)的任務(wù)書(shū)要完成的要

27、求以及應(yīng)具備的任務(wù)，需要對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)計(jì)軟硬件，然后看是否滿(mǎn)足要求，等到現(xiàn)場(chǎng)施工完成后再調(diào)試運(yùn)行，直到此控制能穩(wěn)定運(yùn)行。圖3-3PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟流程圖3.3 系統(tǒng)接線(xiàn)圖設(shè)計(jì)圖3-4 系統(tǒng)接線(xiàn)圖17第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 主程序流程圖圖4-1 系統(tǒng)流程圖4.2 PLC的編程語(yǔ)言S7-200 PLC有兩種指令集：IEC指令集合和SIMAT指令集。SIMATIC指令集是西門(mén)子公司為S7-200的PLC設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言，使用指令集可以用梯形圖（LAD）、功能塊圖（FBD)和語(yǔ)句表（STL)等編程語(yǔ)言，通常SIMATIC指令集的指令執(zhí)行時(shí)間非常的短。梯形圖（LAD）和功能塊圖（FBD）是一種圖形語(yǔ)言。語(yǔ)

28、句表（STL）是一種類(lèi)似于匯編語(yǔ)言的文本型語(yǔ)言。梯形圖語(yǔ)言是一種編程語(yǔ)言，PLC是目前使用最廣泛，最受歡迎的可控產(chǎn)品。這是因?yàn)?，梯形圖與傳統(tǒng)的繼電器控制電路圖相似，梯形圖和繼電器控制的設(shè)計(jì)思想基本上是相同的；電氣控制線(xiàn)很容易轉(zhuǎn)換成梯形圖。梯形圖是進(jìn)行所有PLC編程時(shí)都要用到的，雖然每個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家的PLC產(chǎn)品應(yīng)用的指令符號(hào)都不完全相同，可是在對(duì)梯形圖的設(shè)計(jì)編程遵循的原則是一致的。4.3 程序梯形圖見(jiàn)附錄19第5章 系統(tǒng)仿真5.1 STEP7程序的使用1、首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新建文件夾,項(xiàng)目就像是一個(gè)文件夾,所有的數(shù)據(jù)都存在你建的文件夾中,你可以任何時(shí)間使用。2、一個(gè)站點(diǎn)配置，就是組態(tài)一個(gè)你需要用到的控制

29、器。3、組態(tài)硬件，組態(tài)硬件就是在你控制方案使用模板和以什么樣的地址在用戶(hù)程序中訪(fǎng)問(wèn)這些模板被指定在配置表硬件的配置，地址不能讓修改后的程序自動(dòng)生成，因?yàn)槌绦蛐薷暮笥械呐渲脹](méi)有修改會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行失敗造成交通紊亂的特征。4、組態(tài)網(wǎng)絡(luò)和通訊連接，通信網(wǎng)絡(luò)是先前的配置，這是創(chuàng)建一個(gè)子網(wǎng)，滿(mǎn)足您的控制方案，建立網(wǎng)絡(luò)，建立網(wǎng)絡(luò)連接和車(chē)站需要連接任何網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)地址也是自動(dòng)生成的程序，如果沒(méi)有變化經(jīng)驗(yàn)不得修改。5、符號(hào)定義，可以在符號(hào)表中定義為本地或共享符號(hào)，在使用這些更具描述性的符號(hào)，而不是一個(gè)絕對(duì)地址的用戶(hù)程序，寫(xiě)的信件通常不超過(guò)8個(gè)字節(jié)的符號(hào)名，最好不要用很長(zhǎng)的描述，字符或?qū)Ψ桨傅膶?shí)施有很大影響

30、。6、建立一個(gè)程序，就是使用PLC自己的語(yǔ)言梯形圖來(lái)解析和建設(shè)一個(gè)中介這個(gè)介質(zhì)能連接模板和他沒(méi)有一點(diǎn)聯(lián)系的模板程序，然后并存儲(chǔ)。建立一個(gè)程序，是我們需要做的一個(gè)重要步驟，程序包含很多編程，系統(tǒng)中通常會(huì)選用單一的或者一塊一塊的，有的一些還是結(jié)構(gòu)化編程（此編程用來(lái)編寫(xiě)通用塊），在PLC系統(tǒng)中程序通常會(huì)選擇結(jié)構(gòu)化和模塊化編程，單一編程在里面是很少用到的。7、我們把手動(dòng)編輯好的程序DOWNLOAD到PLC，并且把程序里面的錯(cuò)誤修改完成后，用戶(hù)才可以把程序下載到控制器。在下載程序時(shí)一定要注意PLC的工作模式是STOP，因?yàn)樵赗UN形式下CPU程序會(huì)識(shí)別不到錄入信號(hào)會(huì)表現(xiàn)出抵觸，所以一般在下載前將CPU切

31、換到STOP模式。（PLC與計(jì)算機(jī)連接示意圖如圖5.1）5.2 如何控制程序作業(yè)S7-200型號(hào)的程序在系統(tǒng)的控制下，PLC會(huì)存取系統(tǒng)通過(guò)的數(shù)據(jù)。程序在正常方式下下載到機(jī)器后然后把工作模式調(diào)到RUN下，PLC中央處理單元（CPU）執(zhí)行順序如下步驟：·S7-200識(shí)別程序是否已經(jīng)輸入。·已經(jīng)錄入在S7-200的程序會(huì)根據(jù)輸入來(lái)執(zhí)行以后的控制邏輯，進(jìn)行評(píng)估輸入。·在評(píng)估運(yùn)行的這一個(gè)過(guò)程，S7-200稱(chēng)為程序邏輯結(jié)果存儲(chǔ)在圖像輸出寄存器輸出存儲(chǔ)區(qū)的過(guò)程。·程序在運(yùn)行結(jié)束后，會(huì)有一個(gè)數(shù)據(jù)圖像從S7-200輸出寄存器至域的通用過(guò)程。·任務(wù)一直不同的往返運(yùn)

32、行。S7-200會(huì)把這個(gè)任務(wù)一直不停的運(yùn)行下去并且循環(huán)往返，這就是循環(huán)掃描的工作方式，如下所示，S7-200在掃描循環(huán)過(guò)程中會(huì)把下列的大多數(shù)步驟執(zhí)行出來(lái)：1、識(shí)別輸入：可編程控制器將圖像的實(shí)際情況存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。2、程序在可編程控制邏輯中執(zhí)行：指令可以在程序中執(zhí)行，然后把值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的不同位置。3、運(yùn)行中處理所有的程序：S7-200可以執(zhí)行塊與塊或其他程序的所有任務(wù)。4、用CPU的特殊功能來(lái)判斷程序?qū)﹀e(cuò)：此判斷的作用是用來(lái)保證程序存儲(chǔ)器、擴(kuò)展模塊固件是否能有效運(yùn)行。5、把輸出程序存儲(chǔ)在文件中：把實(shí)際輸出的圖像存儲(chǔ)在寄存器的過(guò)程內(nèi)。此程序工作的方式還要看S7-200的模式是撥在停止模式檔還是

33、運(yùn)行模式檔。如果程序要運(yùn)行是要在運(yùn)行模式的，而如果在停止模式時(shí)，程序時(shí)不允許運(yùn)行的。在程序運(yùn)行的階段中，一定要?jiǎng)e忘了用過(guò)程映像寄存器，他是用共同的出發(fā)掃描圖像注冊(cè)所有輸入采樣可以使輸入值的掃描周期同步程序執(zhí)行階段，會(huì)進(jìn)一步把這些值停用。5.3 Step 7 MicroWin V3.2文件的新建1、在 中新建一個(gè)項(xiàng)目。（軟件界面如圖5.2）2、輸入自己編輯的程序，編譯正確后在文件菜單中導(dǎo)出生成的文件。3、打開(kāi)仿真軟件，點(diǎn)“配置”-“CPU型號(hào)”(或在已有的CPU圖案上雙擊)。4、在窗口上彈出的對(duì)話(huà)框中選擇CPU型號(hào)，一定要選擇與你項(xiàng)目中選用的型號(hào)一樣。5、在里面找到程序然后點(diǎn)擊“載入程序”(或工

34、具條中的第2個(gè)按鈕)。6、會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)對(duì)話(huà)框，只選擇“邏輯塊”并選擇Step 7 MicroWin V3.2 的版本，點(diǎn)擊“確定”。7、將先前導(dǎo)出的.AWL文件打開(kāi)。若第6步選擇全部，則此時(shí)會(huì)提醒無(wú)法打開(kāi)文件，這里錯(cuò)誤的原因是不能播放的數(shù)據(jù)塊和CPU的配置文件，應(yīng)直接確定。8、點(diǎn)擊“查看（E）”“內(nèi)存監(jiān)視（M）”(或工具條中的第12個(gè)按鈕)輸入想要監(jiān)視的地址。9、找到“運(yùn)行”按鈕(或工具欄上的綠色三角按鈕)，會(huì)發(fā)現(xiàn)程序已經(jīng)開(kāi)始模擬運(yùn)行5.4 PLC程序的下載如果您已經(jīng)把個(gè)人計(jì)算機(jī)的STEP 7-Micro/WIN和實(shí)驗(yàn)用的PLC之間建立協(xié)議后，可以將程序下載至該P(yáng)LC。然后請(qǐng)注意下面的步驟。1、

35、編輯好的程序一定要是在在下載之前，把模式調(diào)到“停止”狀態(tài)。這個(gè)問(wèn)題可以在機(jī)器的指示燈上顯示出來(lái)。如果PLC的模式不是在“停止”狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候一定不能忘了手動(dòng)的調(diào)整“停止”按鈕，讓模式其達(dá)到停止?fàn)顟B(tài)。2、在第一步設(shè)置好后就可以把工具條中的“下載”按鈕按到工作狀態(tài)，讓系統(tǒng)選擇程序文件下載，這個(gè)時(shí)候系統(tǒng)的對(duì)話(huà)框中會(huì)呈現(xiàn)出是否“下載”對(duì)話(huà)框。3、根據(jù)之前系統(tǒng)設(shè)置的默認(rèn)值，指令程序的第一次下載時(shí)，程序中的“代碼”，“塊”和“CPU配置”（片）會(huì)被系統(tǒng)復(fù)選框選中，如果你不想要下載這些可以用鼠標(biāo)選擇清除掉。4、手動(dòng)選擇“確定”，程序會(huì)在你確定之后慢慢的下載到控制器中。5、如果程序下載成功，電腦界面會(huì)出現(xiàn)一個(gè)確認(rèn)框里面有很多信息，顯示：下載成功。6、但是也有一些特殊的情況，比如你選的PLC類(lèi)型與電腦中匹配的數(shù)值不一樣，你就會(huì)收到警告信號(hào)如下：“對(duì)于PLC