基于S7-200 PLC 十字路口交通灯的控制系统设计.doc

1、基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：编程序控制器（PLC ）于 20 世纪 60 年代在美国诞生，在我国的发展与应用已有 30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高工业装备电气自动化水平的重要设备和强大支柱。因此，PLC 技术已成为电气自动化专业技能型人才必不可少的重要技能，通过实践，可以帮助学生加深对理论知识消化吸收，提高PLC 编程技能。1.2 基本要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持 2

2、5 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。要求完成以下项目：1、画出交通信号灯时序状态示意图2、画出交通灯的控制流程图3、完成可编程控制器 I/O 端口分配和外部接线图4、完成十字路口交通信号灯 PLC 控制梯形图编程1.3 发挥部分自由发挥2 设计过程及论文的基本要求

3、：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选；（2）符合设计要求的报告一份，其中包括总体设计框图、电路原理图各一份；（3）报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，包括附录中的图纸。项目齐全、不许涂改，不少于4000 字。图纸为 A4，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及相应的详细的功能分析和重要的参数计算、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍） 、小结、参考文献、附录（总体设计框图与电路原理图） 。3 时间

4、进度安排顺序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注1 2014.9.1 讲解主要设计内容，安排学生查阅资料 打分2 2014.9.2 检查整个设计总体设计概况 打分3 2014.9.3 指导学生进行传感器的选择和 plc 应用的注意事项 打分4 2014.9.4 检查学生核心内容的设计情况 打分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -II5 2014.9.5 答辩、写报告 打分2014-9-1沈 阳 工 程 学 院基于s7-200 plc的十字路口交通信号灯控制系统设计 课程设计成绩评定表系（部）： 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体

5、 要 求 权重 评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。 0.1 5 4 3 2工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.2 5 4 3 2工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。 0.2 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.5 5 4 3 2指导教师评审成绩（加权分合计乘以 12） 分 加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容 具 体 要 求 权重 评 分加

6、权分查阅文献 查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力 0.2 5 4 3 2工作量 工作量饱满，难度适中。 0.5 5 4 3 2说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.3 5 4 3 2评阅教师评审成绩（加权分合计乘以 8） 分 加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩 分基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -III摘要可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计。它采用可以编制程序的存储器，用来在执行存储逻辑运算和顺

7、序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字或模拟的输入(I)和输出(O)接口，控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器(PLC)作为一种以微电脑技术为核心的自动控制装置，它将传统的继电器-接触器控制技术与计算机和通信技术融为一体，在工业自动化，机电一体化以及传统的工业控制方面，得到了广泛的应用， 发挥着越来越大的作用。已被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源等各种行业。它可靠性高、功能完善、抗干扰性好，具有结构简单、重量轻等优点。是一种专门用于工业环境及过程控制的数字运算操作的电子系统。城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率

8、。采用 PLC 控制交通信号灯，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。目前，PLC 已广泛应用于工业控制中，但是在交通控制方面应用方面还不是很广泛。PLC 应用于交通控制还有很大的潜能，PLC 以其可方便操作、可方便编程调试等特点，使得其有逐步取代以往的单片机在交通灯中的地位的趋势。利用德国西门子公司的 S7200 PLC 来实现交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求的分析，结合西门子 S7-200 的控制性能，通过系统时序图的分析，对交通灯系统进行了软、硬件设计，实现了十字路口交通灯的合理控制的功能，通过实验证明该方法设计的系统简单、经济实用、远行

9、可靠，具有很高的实用价值。关键字：PLC 交通灯控制 设计 调试基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -4目录基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计 .I摘要 .III目录 .41 设计任务描述 .51.2 设计要求. .51.2.2 基本要求 .51.2.3 发挥部分 .52 设计思路 .63 设计与分析 .73.1 设计框图 .73.2 设计分析 .74 硬件部分 .94.1 PLC I/O 分配 .94.2 系统的硬件结构图 .104.3 PLC 的接线形式 .115 软件设计部分 .125.1 梯形图 .135.2 语句表 .166 PL

10、C 概述 .196.1PLC 硬件结构 .196.2 中央处理单元(CPU) .196.3 存储器 .206.4 输入/输出模块 .21图 6.4.1 .23图 6.4.2 .237 元件清单 .24小结 .25致 谢 .26参考文献 .27基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -51 设计任务描述1.1 设计题目：基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计1.2 设计要求.1.2.1 设计目的可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、记数和算术运算等功能。用来对各种机械或生产过程进行控制。自 1

11、969 年第一台可控编程控制器问世以来，目前可编程控制器已经成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制器。编程序控制器（PLC）于 20 世纪60 年代在美国诞生，在我国的发展与应用已有 30 多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高工业装备电气自动化水平的重要设备和强大支柱。因此，PLC 技术已成为电气自动化专业技能型人才必不可少的重要技能，通过实践，可以帮助学生加深对理论知识消化吸收，提高PLC 编程技能。1.2.2 基本要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红

12、灯亮维持 25 秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持 20 秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，闪亮 3 秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持 2 秒。到 2 秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持 30 秒。南北绿灯亮维持 25 秒，然后闪亮 3 秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持 2 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。要求完成以下项目：1、画出交通信号灯时序状态示意图2、画出交通灯的控制流程图3、完成可编程控制器 I/O 端口分配和外部接线图4、完成十字路口交通信号灯 PLC 控制梯形图编程1.2.3 发挥部分基于 s7-200

13、plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -62 设计思路按照交通灯系统控制要求下，结合西门子 S7-200 系列可编程控制器的特性（见附录），选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1 的按钮，当 SB1 启动按钮动作，系统工作。首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于允许通行的状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮 25S,需计时器设定延时 25 秒，才会转入下一状态南北绿灯亮；同时，东西方向道路也一起亮绿灯 20S,需计时器设定延时 20 秒，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁 3S，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使东西绿灯闪烁

14、，还需要计时器设定延时 3 秒，才会转下一状态东西黄灯亮；东西黄灯亮 2S,需计时器设定延时 2 秒，才会转入下一状态东西红灯亮。其次，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮 30S,需计时器设定延时 30 秒，才会转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯 25S,需计时器设定延时 25 秒，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁 3S，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时 3 秒，才会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮 2S,需计时器设定延时 2 秒，才会转入下一状态南北红灯亮。如此

15、循环下去。 基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -73 设计与分析3.1 设计框图3.2 设计分析 开始南北红灯亮，东西绿灯亮南北红灯亮，东西绿灯闪南北红灯亮，东西绿灯亮东西红灯亮，南北绿灯亮东西红灯亮，南北绿灯闪东西红灯亮，南北绿灯亮开始基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -8图 1 十字路口交通示意图这 12 个交通灯共有 6 个状态：南北红灯（1 7）亮 东西绿灯（6 12）亮南北红灯（1 7）继续亮 东西绿灯（6 12）闪南北红灯（1 7）继续亮 东西绿灯（5 11）亮东西红灯（4 10）亮 南北绿灯（3 9）亮东西红灯（4 10

16、）继续亮 南北绿灯（3 9）闪东西红灯（1 7） 继续亮 南北绿灯（2 8）亮基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -94 硬件部分4.1 PLC I/O 分配交通灯控制系统共有一个输入点：启动按钮。输出信号有东西方向、南北方向两组指示灯驱动信号以及东西方向、南北方向的车辆运行指示灯驱动信号甲、乙。由于每一方向的指示灯中，同种颜色的指示灯运行情况相同，为节省输出点数，采用并联输出法。由此确定，系统所需的输入点数为 1，输出点数为 8，全部为开关量。PLC IO 点分配如表一所示。表一 PLC I/O 口分配输入元件 输入地址 输出元件 输出地址启动按钮 I0.0 南北红灯 Q0.0南北黄灯 Q0.1南北绿灯 Q0.2东西红灯 Q0.3东西黄灯 Q0.4东西绿灯 Q0.5南北车灯（乙） Q0.6东西车灯（甲） Q0.7基于 s7-200 plc 的十字路口交通信号灯控制系统设计- -104.2 系统的硬件结构图根据系统对 IO 口量的需求，选用 s7200 来完成设计，系统的硬件结构如图 2 所示。PLC图 2 系统的硬件结构检测装置交通灯计数器CPU定时器