1、桂林航天工业 学院 毕业设计（论文） I 摘要 交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故 有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化 ,用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。 本设计用PLC 来实现对十字路口交通灯的控制，其控制方法是采用西门子的 S7-200 系列 CPU224型号 PLC 对东西南北的红、黄、绿灯实现由规律的循环闪亮，以达到对交通信 号灯的控制。 该系统选用 PLC 来实现交通信号灯控制有利于实现整个系统的
2、自动化和现代化，有利于用简单而实用的程序来完成比较完善的功能，有利于缓解交通压力和减少交通事故。对 PLC 控制 系统进行软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、 具有较高的实用价值。 关键词 ： PLC S7-200， 交通信号灯， PLC 控制系统 桂林航天工业 学院 毕业设计（论文） II Abstract The appearance of the traffic signal lamp, so that traffic can be effective control, for ease traffic flow, increase road capacity, the eff
3、ect of significantly reducing traffic accidents. In order to realize the traffic management, traffic management, to advanced science, with the programmable controller to control traffic lights control system, and the system hardware and software design method, experiment proves that this system is s
4、imple, economic, and can effectively improve the flow of traffic, traffic capacity. This design using PLC to achieve the control of traffic lights at crossroads, its control method adopts Siemens S7-200series CPU224type PLC on the four corners of the world red, yellow, green achieved by regular cycl
5、es of shiny, in order to achieve the control of traffic signal light. This system uses PLC to realize the traffic signal lamp control is conducive to the realization of the whole system of the automation and modernization, it is beneficial to use simple and practical procedure to complete the perfec
6、t function, can alleviate the traffic pressure and reduce traffic accidents. The PLC control system software and hardware design, and the experiment proved that the system is simple, economic,and has high practical value. KEY WORDS: PLC S7-200, traffic signal lamp, PLC control system 桂林航天工业 学院 毕业设计（
7、论文） III 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 可编程控制器的简介 . 2 1.2.1 PLC 的 应用 . 2 1.2.2 PLC 的特点 . 4 1.2.3 PLC 的结构和工作方式 . 5 1.2.4 PLC 编程语言 . 5 1.3 设计的主要内容 . 7 2 PLC 控制系统设计概要 . 8 2.1 设计的基本原则和内容 . 8 2.2 设计的步骤和实现过程 . 9 3 交通信号灯控制系统的硬件设计 . 12 3.1 交通信号灯的控制要求 . 12 3.2 交通信号灯的控制时序 . 13 3.3 PLC 硬件控制电路的设计 . 14 3.3.1 PLC 的选
8、型 . 14 3.3.2 I/O 配置表 . 15 3.3.3 PLC 控制电路接线图 . 17 4 交通信号灯控制系统的程序设计 . 19 4.1 STEP7 编程软件的概述 . 19 4.2 交通信号灯程序设计过程 . 19 4.2.1 PLC 的状态转移 . 19 4.2.2 交通信号灯程序设计步骤 . 21 4.3 交通信号灯的 PLC 程序 . 22 桂林航天工业 学院 毕业设计（论文） IV 结 论 . 24 致 谢 . 1 参考文献 . 2 桂林航天工业学院毕业设计（论文） 1 1 绪 论 1.1 概述 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人，车，路三者关系的
9、协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测，交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海，南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在 高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市 高速道路的 交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所以，如何采用合
10、适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题， 根据交通等工艺控制要求和特点， 我们采用 了西门子公司 S7-200PLC/CPU224， 它有小型化，高速度，高性能等特点，可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是 应用可编程控制器（ PLC）对十字路口交通控制等实现控制。 本系统采用 PLC 是基于以下四个原因： （ 1） PLC 具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无
11、障碍时间都在 30 万小时以上； （ 2） 系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强； （ 3） 干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的 PLC； （ 4） 近年来 PLC 的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。 桂林航天工业学院毕业设计（论文） 2 1.2 可编程控制器 的简介 1.2.1 PLC 的应用 目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为 以下几个方
12、面： 1、 开关量的逻辑控制 这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2、 模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模 拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（ Analog）和数字量（ Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。 PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 3、 运动控制 PLC 可以用于
13、圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 4、 过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机， PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。 PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。 PID处理一般是运行专用的 PID 子程序
14、。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。 5、 数据处理 现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与桂林航天工业学院毕业设计（论文） 3 存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。 6、 通信及联网 PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机
15、控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便 。 桂林航天工业学院毕业设计（论文） 4 1.2.2 PLC 的特点 1、 抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障， PLC 用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接
16、线可减少互继电器控制系统的 1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。 而 PLC 采用微电子技术，大量的开 关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。 2、 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展
17、，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 3、 易学易用 ，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 4、 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重 要的是使同一设备经
18、过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 5、 体积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 桂林航天工业学院毕业设计（论文） 5 1.2.3 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相似。PLC 按其结构形式可分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、 I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆 卸的整体。模块式 PLC 包括 CPU 模块、
19、 I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。 PLC 的基本结构框图如图 2-1 所示。 接受 驱动 现场信号 受控元件 图 2-1 PLC 基本结构框图 1.2.4 PLC 编程语言 采用面向控制过程、面向问题、简单直观的 PLC 进行编程，其编程语言常用的有：梯形图、语句表、功能图等。 1、梯形图 梯形图是使用最多的 PLC 图形 编程语言。梯形图与继电器电路图很相似，具有直观易懂的优点，特别适合于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点电表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的
20、指示灯、交流接触器和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到 PLC。 2、语句表 语句表又叫指令表，它是一种类似于微机的汇编语言中的文本语言，用指令的助记符编程，由多条语句组成一个程序段，可以实现某些不能用 梯形图或功能块图表示的功能。 3、功能块图 输入接口部件 中央处理单元 CPU 板 接口部件输出 电 源 部 件 桂林航天工业学院毕业设计（论文） 6 功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。即用类似于与门、或门的方框来表示逻辑运算关系，方框的左侧为逻辑运算的输入变量，右侧为输出变量，输入、输出端的小圆圈表示“非”运算，方框被“导线”连接在一起，信号自左向右流动。
