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交通信號燈plc課程設(shè)計說明 plc課程設(shè)計報告篇一

摘要

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)中的應(yīng)用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護(hù)方便，用法簡單、通用性強(qiáng)等特點來控制交通路況:制作傳感器探測車輛數(shù)量來控制交通燈的時長。具體如下:在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時就會產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用plc計數(shù)，按一定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。

關(guān)鍵詞：plc 傳感器 智能 交通信號燈

abstract function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is low, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong teristics, this text uses the design that the programmable, way and as follows: the at go the into the underground of the each the direction neighborhood the of the street corner the to lay the to respond the coil the according to the trequest, the be the automobile to the pass by the will produce the to flow the to exhaust, the wreath the form insulates the electricity the feeling of the electric the wire to start reduce, can immediately examine pass of an automobile, and convert this signal control importation that is the programmable controller for the standard pulse signal, counteract the plc to count, long by the hour that the certain control regulation regulates the traffic lights ds: plc(programmable logical controller);diagram;intelligence;instruction in proper order function diagram transportation light 2

緒論

1引言

道路通交通系統(tǒng)是一個地區(qū)、一個城市的主要組成部份，這個系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何，直接反映了一個地區(qū)、一個城市的現(xiàn)代化管理水平。在這一系統(tǒng)中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機(jī)性。只有對這一系統(tǒng)的組成及其運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行科學(xué)客觀的分析研究，對能制定出科學(xué)有效的管理和控制對策，從而保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。2 plc控制設(shè)計內(nèi)容及任務(wù)

本設(shè)計采用plc做控制器，完成對十字路口交通燈的自控控制與監(jiān)控，主要實現(xiàn)城市交通路口信號燈自動控制，實現(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及安全。交通燈發(fā)展現(xiàn)狀

隨找社會的發(fā)展和進(jìn)步，上路的車輛越來越多，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。隨著城市機(jī)動車量的不斷增加，許多大城市出現(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澎路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，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藕合處交通狀況的制約。所以，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，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門待解決的主要問題 交通燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計意義

目前，我國城市十字路口的交通燈控制系統(tǒng)基本上都采用定時控制方式，就會車流量大時卻要等待紅燈，車流量相對少的道路卻依然按原定時間亮著綠燈。3 因此智能交通控制系統(tǒng)將具有廣大的應(yīng)用，按照城市交通控制的需要，本文討論了用plc實現(xiàn)正常時序、急車強(qiáng)通2種控制方式，通過傳感器與plc完成對交通異常狀況（滯留或堵車）的判別及處理。

正常時序控制對路面進(jìn)行控制.南北方向紅燈時,東西方向綠燈.綠燈閃3秒緊接著黃燈閃2秒,變紅燈.南北方向紅燈直接變綠燈.東西方向紅燈時同理.急車強(qiáng)通時,發(fā)送信號給交通燈讓其對來急車方向的交通燈進(jìn)行綠燈暢通.急車強(qiáng)通信號受急車強(qiáng)通開關(guān)控制；無急車時，信號燈接正常時序控制；有急車來時，一律強(qiáng)制讓急車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。

交通滯留的異常情況，在路口與路尾設(shè)置兩個傳感器進(jìn)行檢測車流量.交通路段車流量繁忙時，傳感器起到勘測車流量的存在與通過的作用。當(dāng)一方車流量過大的時候,plc要對控制這一路段的信號燈進(jìn)行調(diào)控,讓滯留或堵車的一方綠燈時間加長,直到交通暢通為止這種工作的好處是避免了交通堵塞造成的不必要的麻煩與事故,就、控制進(jìn)行很方便,很便捷。

第一章 系統(tǒng)總體方案比確

1.1 繼電器接觸控制

采用繼電接觸或控制系統(tǒng)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，主要由繼電器、接觸器、按鈕、行程開關(guān)組成其控制方式是斷續(xù)的，雖然這種系統(tǒng)也具有機(jī)構(gòu)簡單，價格低廉，維護(hù)容易，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，但這種系統(tǒng)的缺點是采用固定接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。

1.2單片機(jī)系統(tǒng)控制

1、比較穩(wěn)定，由于i/o口內(nèi)部采用光電隔離驅(qū)動，因此抗干擾能力要強(qiáng)很多。

2、i/o口的驅(qū)動能力比較強(qiáng)，能夠直接驅(qū)動24v的繼電器吸合。

3、做人機(jī)界面等在某些場合，市場上有共用和現(xiàn)在的開發(fā)軟件及界面，因此相對于單片機(jī)，它的開發(fā)周期要短很多。

plc說穿了其實就是單片機(jī)功能的集成化，穩(wěn)定性比起單片機(jī)更好，功能更齊全，對于工程人員的編程也相對簡單。所以plc是目前工業(yè)控制器使用最為普遍的一種。單片機(jī)的優(yōu)點在于，成本低，體積小，但是穩(wěn)定性差。

用單片機(jī)設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)采用msl-51系列單片機(jī)tsc51和可編程并行i/o接口芯片6255a為中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過8051芯片的pl口設(shè)置紅綠燈燃亮?xí)r間。使用單片機(jī)設(shè)計的優(yōu)點在于它們的cpu功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多引角的多功能化，以及低電壓低功耗，但是變成復(fù)雜，對環(huán)境的要求較高，出現(xiàn)故障時進(jìn)行調(diào)試不方便，可靠性不高。

1.3可編程控制器控制

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、計時、計數(shù)等，可編程控制系統(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。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、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過 5 數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出?？刂聘鞣N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)能和應(yīng)用范圍而。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。

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，性能價格也很高。

實現(xiàn)開關(guān)量順序控制和邏輯控制較為繁瑣，程序的結(jié)構(gòu)和編制較為復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy，要有相當(dāng)?shù)难邪l(fā)力量和行業(yè)經(jīng)驗才能使系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行。可編程控制器plc采用了“循環(huán)掃描”工作方式，是一種可編程的控制器，相當(dāng)于一種控制設(shè)備，考慮到有效的緩解交通擁擠、實現(xiàn)交通控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制應(yīng)用，采用plc實現(xiàn)交通燈的控制，其特點是非?？煽?，容易實現(xiàn)開關(guān)量順序控制和邏輯控制，具有很高的工作可靠性和抗干擾能力。單片機(jī)的控制系統(tǒng)在多數(shù)場合下，被控對象主要是開關(guān)量順序控制和邏輯控制，通過對不同時間的控制變量及由被控變量形成的反饋變量經(jīng)一定邏輯組合而完成控制，亦即被控對象的實現(xiàn)是有關(guān)邏輯關(guān)系的實現(xiàn)，并不一定有時間的先后。所以使得系統(tǒng)在交通燈設(shè)計方案中可編程控制器（plc）成為首選。

第二章可編程控制器的簡述

2.1可編程控制器的概述

可編程控制器是在繼電器控制和計算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的以微處理器為核心。集微電子技術(shù)，自動化技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)為一體，以工業(yè)自動化控制為目標(biāo)的新型控制裝置，目前已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。成為各行業(yè)的通用控制核心產(chǎn)品。

可編程控制器是專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的一種數(shù)字運(yùn)算，操作的電子裝置，是帶有存儲器，可以編制程序的控制器，它能夠存儲和執(zhí)行命令，進(jìn)行邏輯運(yùn)算和順序控制，定時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，可編程控制器及其有關(guān)的外圍設(shè)備，都應(yīng)控易于工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則設(shè)計。

plc是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3c技術(shù)(computer control communication)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場合的所有控制領(lǐng)域。plc早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大.可編程控制器(programmable logical controller)簡稱pc或plc，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司(dec)為美國通用公司(gm)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，plc軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時推動了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展。現(xiàn)代plc已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。

2.2可編程控制器的主要的特點及分類

1可編程控制器的主要的特點

1.可靠性高 2.控制功能強(qiáng) 3.組成靈活 4.操作方便 5.網(wǎng)絡(luò)功能

中央處理單元（cpu）是plc控制部件，一般由控制電路，運(yùn)算器，寄存器等組成，通過地址及數(shù)據(jù)總線與存儲器，i/o接口電路連接，它主要完成從存儲器中讀取指令并執(zhí)行，然后再取下一條指令，處理中斷等任務(wù)。

存儲器是具有記憶功能的半導(dǎo)體電路，plc的存儲器包括系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。其中，系統(tǒng)程序是plc制造廠家編寫的控制和完成各種功能的程序，他們一般被固化到只讀存儲器（ram）中，不允許修改，并用戶啟動運(yùn)行。

輸入/輸出接口電路用來連接plc主機(jī)與外部設(shè)備。為了提高抗干擾能力，一般的輸入，輸出接口均有光電隔離裝置，最常用的是由發(fā)光二極管和光電三極管組成的光電耦合器。我們所用的omron cpm1a系列plc的輸入/輸出接口電路圖如下圖所示： 由于輸入及輸出的升年時秒度即可能是數(shù)字能量，又有可能是開關(guān)量或者模擬量，所以，選擇接口部件時要考慮接口處的信號的性質(zhì)。

電源部件用來將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供plc的各部分電子電路工作所需的直流電源，是plc能正常工作。由于plc 的電源部件有很好的穩(wěn)壓措施，因此它對外部電源的要求并不高，直流24v供電的機(jī)型，允許電壓為16-32v。交流供電的機(jī)型，允許電壓為85-264v，頻率為47-53hz，一般情況下，plc 還為用戶提供24v直流電源作為輸入電源或負(fù)載電源。

可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能。用來對各種機(jī)械或生產(chǎn)過程進(jìn)行控制

2可編程控制器的分類

1.按點數(shù)和功能分類：根據(jù)i/o點數(shù)的多少可將plc分成小型、微型、中型和大型。

2按用途分類：根據(jù)可編程控制器的用途plc可分為通用型和專用型兩大類。3按結(jié)構(gòu)形式分類: plc按照硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和組合式。整體式plc外觀上是一個長方形箱體，又稱為箱式plc。組合式plc在硬件構(gòu)成上具有一定的靈活性，其規(guī)?？梢韵衿捶e木一樣的進(jìn)行組合，構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的plc，因此這種plc又稱為積木式plc。整體式plc：整體式plc的cpu、存儲器、輸入輸出安裝在同一機(jī)體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格低；輸入輸出路數(shù)固定，實現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，靈活性較低。組合式plc：組合式plc為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個總線槽，每個總線槽可安裝一個plc模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。plc的cpu、存儲器和電源等做成一個模塊，該模塊在總線版上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成組合式plc所必需的。其他的模塊根據(jù)plc的控制規(guī)模、實現(xiàn)的功能選取，安裝在總線版的其他任一總線槽上。組合式plc安裝完成后，需進(jìn)行登記，使plc對安裝在個總線上的模塊進(jìn)行確認(rèn)。組合式plc的總線板又稱為基版。組合式plc的特點是系統(tǒng)構(gòu)成靈活性高，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的plc；價格較高。

4按控制規(guī)模分類 輸入輸出的總線數(shù)，又稱i/o點數(shù)，是表征plc控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對plc分類時，可根據(jù)i/o點數(shù)的不同大致分為小型、中型和大型plc。小型plc：i/o點數(shù)較少，在256點以下的plc。中型plc：i/o點數(shù)較多，在256點以上、2048以下的plc。大型plc：i/o點數(shù)較多，在2048點以下的plc。

5按實現(xiàn)的功能分類 按照plc所能實現(xiàn)的功能的不同，可以把plc大致的分為低檔、中檔、和高檔機(jī)三類。低檔機(jī)：具有邏輯運(yùn)算、計時、計數(shù)、移位自診斷監(jiān)控等功能，還具有一定的算術(shù)、數(shù)據(jù)傳送和比較、通訊、遠(yuǎn)程和模擬量處理功能。中檔機(jī)：除具有低檔機(jī)的功能外，還具有較強(qiáng)的算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程、通訊、子程序、中斷處理和回路控制功能。高檔機(jī)：除具有中檔機(jī)的功能外，還具有帶符號數(shù)的算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算。函數(shù)、表格、crt顯示、打印機(jī)打印等功能。一般地，低檔機(jī)多為小型plc，采用整體式機(jī)構(gòu)；中檔機(jī)可為大、中、小型plc，其中小型plc多采用整體式結(jié)構(gòu)，中型和大型plc多采用組合式結(jié)構(gòu)；高檔機(jī)多為大型plc，采用組合式結(jié)構(gòu)。目前，在國內(nèi)工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的是中、低檔機(jī)。

2.3 可編程控制器的工作原理

1工作過程

按照可編程控制器系統(tǒng)的構(gòu)成原理，可編程控制器系統(tǒng)由傳感器，可編程控 制器(plc)和執(zhí)行器組成?？删幊炭刂破魍ㄟ^循環(huán)掃描輸入端口的狀態(tài)，執(zhí)行用戶程序來實現(xiàn)控制任務(wù)。其操作過程如下圖所示。

可編程控制系統(tǒng)的操作過程

plc將內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分成若干個寄存器區(qū)域，其中過程映像區(qū)域又稱為i/o映像寄存器區(qū)域。過程映像，區(qū)域的輸入映像寄存器區(qū)域(plc)用來存放輸入端點的狀態(tài)，輸出映像寄存器區(qū)域(piq)用來存放用戶程序(obi)運(yùn)行的結(jié)果。plc輸入模塊的輸出信號狀態(tài)與傳感器信號相對應(yīng)，為傳感器信號經(jīng)過，隔離和濾波后的有效信號，開關(guān)量輸入電路同構(gòu)傳感器的0.1電平變化，識別開關(guān)的通斷狀態(tài)，cpu存每個掃描周期的開始掃描輸入模塊，信號狀態(tài)并將其狀態(tài)送入輸入映像寄存器區(qū)域；cpu根據(jù)用戶程序中的程序指令來處理傳感器信號。并將處理結(jié)果送到輸出映像寄存器區(qū)域。

plc輸出模塊具有一定的負(fù)載驅(qū)動能力，在額定負(fù)載以內(nèi)，直接和負(fù)載相連，可以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器。

cpu連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如下圖所示，cpu的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請求、執(zhí)行cpu自診斷測試及寫輸出等內(nèi)容。

plc可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個組成部分，用戶程序不運(yùn)行時，plc也在掃描，只不過在一個周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的plc在一個周期中可完成以下5個掃描過程。1自診斷測試掃描過程。

為保證設(shè)備的可靠性，及時反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，plc都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時間監(jiān)視器完成。wdt是一個硬件定時器，每一個掃描周期開始前都被復(fù)位。wdt的定時可由用戶修改，一般在100～200ms之間。其它的執(zhí)行 結(jié)果錯誤可由程序設(shè)計者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。2與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。

一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的plc系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于plc之間及plc與上位計算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。3用戶程序掃描過程。

機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長短，會影響過程所用的時間.4讀輸入與寫輸出掃描過程。

機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時間。個掃描周期內(nèi)都包含這個掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。cpu在處理用戶程序時，使用的輸入值不是直接從輸入點讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實際輸出點，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個映像寄存器：一個為輸入映像寄存器，另一個為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，cpu把實際輸入點的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，cpu把輸出映像寄存器的值鎖定到實際輸出點。為了現(xiàn)場調(diào)試方便，plc具有i/o控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放i／o。封鎖i／o就是關(guān)閉i／o掃描過程。

在讀輸入階段，cpu對各個輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會改變—輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點：

(一)掃描過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。

(二)輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動的，在程序執(zhí)行過程中的一個工作 11 周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來控制程序的執(zhí)行。

(三)程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時又可以被程序修改用于存儲中間結(jié)果或下一個掃描周期的輸出結(jié)果。此時的修改不會影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。

(四)對同一個輸出單元的多次使用、修改次序會造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的條件，所以程序的下一個掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個電路和不同的掃描階段會造成輸入和輸出的延遲，這是plc的主要缺點。各plc廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對所使用型號的plc的延遲時間的長短很清楚，它是進(jìn)行plc選型時的重要指標(biāo)。

2可編程控制器的技術(shù)性能指標(biāo)。i/o點數(shù) 2 存儲容量 3 掃描速度 4 指令系統(tǒng) 5 可擴(kuò)展性 6 通信功能

3可編程控制器的組成

如圖所示，plc與通用計算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺增強(qiáng)了i/o功能的可與控制對象方便連接的計算機(jī)。其完成控制的實質(zhì)是按一定算法進(jìn)行i／o變換，并將這個變換物理實現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。。1輸入寄存器

輸入寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對應(yīng)一個開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動，并保持一個掃描周期。cpu可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。

的組成 輸出寄存器

輸出寄存器的每一位都表明了plc在下一個時間段的輸出值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時的輸出寄存器的值,表明的是上一時間段的真實輸出值。在程序執(zhí)行過程中,cpu可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個循環(huán)的尾部時的值才影響下一時間段的輸出，即只有最后的修改才對輸出接點的真實值產(chǎn)生影響。3 存儲器

存儲器分為系統(tǒng)存儲器和用戶存儲器。系統(tǒng)存儲器存儲的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，plc要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，i/o寄存器的值作為條件決定著存儲器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。4 cpu單元

cpu單元控制著i／o寄存器的讀、寫時序，以及對存儲器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是plc的大腦。5 其它接口單元

其它接口單元用于提供plc與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理條件。

4可編程控制器的主要用途

plc編程一般采用易于理解和掌握的梯形圖語言及面向工業(yè)控制的簡單指令編制程序，非常形象直觀，在了解了plc簡單工作原理和它的編程技術(shù)后，就可 以結(jié)合實際需要進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計，進(jìn)而將plc用語實際控制系統(tǒng)中，此外，plc還具有使用和編程方便，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，在實際運(yùn)用中設(shè)施施工周期短等特點，是一種用于工業(yè)自動化控制的理想工具。

plc誕生后，受到工業(yè)界的普遍歡迎，并得到迅速發(fā)展，目前，它的應(yīng)用幾乎覆蓋了所有工業(yè)企業(yè)，而且隨著plc技術(shù)的推廣和應(yīng)用，plc將向著標(biāo)準(zhǔn)化，小型化，模塊化及低成本，高功能的方向發(fā)展。

3-2plc與一般的計算機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，由中央處理單元（cpu），存儲器（memery），輸入/輸出（input/output）接口，電源部件外部設(shè)備接口等，但由于plc專為工業(yè)環(huán)境下設(shè)計，為了便于接線，擴(kuò)充功能，操作及維護(hù)，它的結(jié)構(gòu)與組成又與一般的計算機(jī)系統(tǒng)有所區(qū)別。

2.4 可編程控制器的應(yīng)用與發(fā)展

可編程控制器(plc)是以早期的繼電器邏輯控制系統(tǒng)發(fā)展而來的。自60年代問世以來，plc得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。尤其在數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)通信及與ncs等集散系統(tǒng)融合方面有了很大的進(jìn)展，可編程控制器已經(jīng)成為工業(yè)自動化強(qiáng)有力的工具。得到了廣泛的普及和推廣應(yīng)用，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，plc可編程控制器是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新型工業(yè)控制裝置。

20世紀(jì)80年代至90年代中期是plc發(fā)展最快的時期。plc發(fā)展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有了翻天覆地的變化，plc亦再不斷發(fā)展變化中，plc正朝著新的技術(shù)發(fā)展。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。在實時檢測和自動控制的plc應(yīng)用系統(tǒng)中，plc往往是作為一個核心部件來使用，僅plc方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。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效果。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。

plc是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來的，二十世紀(jì)七十年代plc只有開 關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲器中。運(yùn)行時按存儲程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。plc的cpu內(nèi)有指示程序步存儲地址的程序計數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計數(shù)器自動加1，程序從起始步（步序號為零）起依次執(zhí)行到最終步（通常為end指令），然后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。plc每完成一次循環(huán)操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的plc，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。plc用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點，在微秒量級，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型plc使用另外一個cpu來完成模擬量的運(yùn)算。把計算結(jié)果送給plc的控制器。

相同i/o點數(shù)的系統(tǒng)，用plc比用dcs，其成本要低一些（大約能省40%左右）。plc沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比dcs要低很多。一個plc的控制器，可以接收幾千個i/o點（最多可達(dá)8000多個i/o）。如果被控對象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用plc較為合適。plc由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些

plc在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時，plc的功能也不斷完善。隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，plc在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的plc不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。

(在工業(yè)自動化領(lǐng)域，可編程控制器(plc)作為自動控制的三大技術(shù)支柱（plc、機(jī)器人、cad/cam）之一，成為大多數(shù)自動化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。由于綜合了計算機(jī)和自動化技術(shù)，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是超大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時代的到來，擴(kuò)展了plc的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。

近10年來，隨著plc價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來越多的中小設(shè)備開始采用plc進(jìn)行控制，plc在我國的應(yīng)用增長十分迅速。隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動化水平的不斷提高，今后一段時期內(nèi)plc在我國仍將保持高速增長勢頭。通用plc應(yīng)用于專用設(shè)備時可以認(rèn)為它就是一個嵌入式控制器，但plc相對一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用plc或定制plc取代嵌入式控制器

plc在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時，plc的功能也不斷完善。隨著計算機(jī)技術(shù)、信號處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，plc在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動控制等功能。今天的plc不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用

第三章s7-200系列可編程控制器

s7-200系列plc除了可以用于輸入、輸出點數(shù)較少的小型機(jī)械與設(shè)備的單機(jī)控制外，由于其通信與網(wǎng)絡(luò)功能較強(qiáng)，因此還可以作為復(fù)雜系統(tǒng)的“子站”使用，構(gòu)成plc網(wǎng)絡(luò)，3.1 s7-200可編程控制器的概述

simatics7系列plc可分為s7-200、s7-400和s7-300三個系列，分別為s7系列的大，中。小（微）型plc系統(tǒng)s7-200屬于s7家旋中功能最精簡，i/o點數(shù)最少、擴(kuò)展性最低的plc產(chǎn)品，可以稱為微小型plc系列產(chǎn)品。

3.2 s7-200系列plc的構(gòu)成

s7-200小型plc系統(tǒng)有基本單元（主機(jī)）、擴(kuò)展單元、文本、圖形顯示器，編程器等組成，224xp五種基本規(guī)格。

3.3 s7-200系列plc的常用指令

1基本為操作指令

位操作指令是plc常用的基本指令，梯形圖指令有觸點和線圈兩大類，觸點又分為動合與動斷兩種形式，語句表指令有與或以及輸出等邏輯關(guān)系。

梯形圖的觸點符號代表plc對存儲器的賣操作，cpu運(yùn)行掃描觸點符號時，到觸點位地址指定的存儲器位訪問，該位數(shù)據(jù)（狀態(tài)）為1時，觸點為動態(tài)，（動合觸點閉合，動斷觸點斷開），數(shù)據(jù)（狀態(tài)）為0時，觸點為常態(tài)（動合觸點斷開，動斷觸點閉合）。

梯形圖的線圈符號代表cpu對存儲器的寫操作，線圈左側(cè)觸點組成邏輯關(guān)系，邏輯運(yùn)算結(jié)果為1時，能量流可以到達(dá)線圈，使線圈通電，cpu將線圈位地址指定的存儲器位置1，邏輯運(yùn)算結(jié)果為0時，線圈不通電，存儲器位置(復(fù)位1，梯形圖利用線圈通、斷電描述存儲器位的置位，復(fù)位操作。2 計數(shù)器指令

計數(shù)器利用輸入脈沖上升沿累計脈沖個數(shù)，s7-200系列plc有遞增計數(shù)（ctu）增減計數(shù)（ctu）遞減計數(shù)(ctd)三類技術(shù)指令，計數(shù)器使用方法和基本 結(jié)構(gòu)與定時器基本相同，主要由預(yù)置值寄存器，當(dāng)前值寄存器，狀態(tài)位等組成。

梯形圖指令符號中cu-增1計數(shù)脈沖輸入端：cd-減1計數(shù)脈沖輸入端：r-復(fù)位脈沖輸入端：1d-減計數(shù)器的裝載輸入端，編程范圍c0-c225：pv預(yù)置值最大范圍32767：pv數(shù)據(jù)類型：int（整數(shù)）

s7-200的定時器為增量型定時器，用于實現(xiàn)控制按鈕，工作方式和時間基準(zhǔn)（時準(zhǔn)）分類；定時器共有六種類型，時間基準(zhǔn)又稱為定時精度和分辨率。

按照工作方式；定時器可分為通電延時型（ton），有記憶的通電延時型（保持型）（tonr）。斷電延時型(tof)三種類型。

按照實基標(biāo)準(zhǔn)，定時器可分為1ms.1ons.100ms三種類型，不同的實基標(biāo)準(zhǔn)，定時精度，定時范圍和定時器的書安心方式不同。定時時間t=實基x預(yù)置值。

可編程序控制器采用siemens的s7-200系列cpu-224主機(jī)，i/o點數(shù)為40點(14個輸入點和10個輸出點)，具有2個rs-485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mpi通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是s7-200 plc的一個很有特色的功能，它使s7-200 plc可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中plc可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位a/d模擬量輸入的em231模塊，具有較高的精度。plc編程采用step7-micro/win編程軟件，它提供一個完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實現(xiàn)梯形圖與語句表的互相轉(zhuǎn)換。

第四章傳感器

傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)

4.1磁電式傳感器

磁電式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將輸入運(yùn)動速度變換成感應(yīng)電勢輸出餓傳感器，它不需要輔助電源，就能把被測對象的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成易于測量的電信號，它只適合進(jìn)行動態(tài)測量，由于他具有較大的輸出功率，放機(jī)用電路簡單，零位及性能穩(wěn)定，工作頻帶一般為10-1000hz。

磁電式傳感器由于具有結(jié)構(gòu)簡單，工作穩(wěn)定；輸出電壓靈敏度高等優(yōu)點，在轉(zhuǎn)速測量，振動、速度測量中得到廣泛的應(yīng)用。

及上優(yōu)點，本次系統(tǒng)設(shè)計所使用的是電磁式傳感器。

4.2 電阻應(yīng)變式傳感器

傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點。

4.3壓阻式傳感器

壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。

用作壓阻式傳感器的基片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。4.4電阻式傳感器

電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。

4.5激光傳感器

利用激光技術(shù)進(jìn)行測量的傳感器。它由激光器、激光檢測器和測量電路組成。激光傳感器是新型測量儀表，它的優(yōu)點是能實現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。

激光傳感器工作時，先由激光發(fā)射二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號。

利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點可實現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測量。激光傳感器常用于長度（zls-px）、距離（ldm4x）、振動（zlds10x）、速度（ldm30x）、方位等物理量的測量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測等。

4.6 智能傳感器

智能傳感器的功能是通過模擬人的感官和大腦的協(xié)調(diào)動作，傳感器結(jié)合長期以來測試技術(shù)的研究和實際經(jīng)驗而提出來的。是一個相對獨立的智能單元，它的出現(xiàn)對原來硬件性能苛刻要求有所減輕，而靠軟件幫助可以使傳感器的性能大幅度提高。

1、信息存儲和傳輸——隨著全智能集散控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展，對智能單元要求具備通信功能，用通信網(wǎng)絡(luò)以數(shù)字形式進(jìn)行雙向通信，這也是智能傳感器關(guān)鍵標(biāo)志之一。智能傳感器通過測試數(shù)據(jù)傳輸或接收指令來實現(xiàn)各項功能。如增益的設(shè)置、補(bǔ)償參數(shù)的設(shè)置、內(nèi)檢參數(shù)設(shè)置、測試數(shù)據(jù)輸出等。

2、自補(bǔ)償和計算功能——多年來從事傳感器研制的工程技術(shù)人員一直為傳感器的溫度漂移和輸出非線性作大量的補(bǔ)償工作，但都沒有從根本上解決問題。而智能傳感器的自補(bǔ)償和計算功能為傳感器的溫度漂移和非線性補(bǔ)償開辟了新的道路。這樣，放寬傳感器加工精密度要求，只要能保證傳感器的重復(fù)性好，利 20 用微處理器對測試的信號通過軟件計算，采用多次擬合和差值計算方法對漂移和非線性進(jìn)行補(bǔ)償，從而能獲得較精確的測量結(jié)果壓力傳感器。

3、自檢、自校、自診斷功能——普通傳感器需要定期檢驗和標(biāo)定，以保證它在正常使用時足夠的準(zhǔn)確度，這些工作一般要求將傳感器從使用現(xiàn)場拆卸送到實驗室或檢驗部門進(jìn)行。對于在線測量傳感器出現(xiàn)異常則不能及時診斷。采用智能傳感器情況則大有改觀，首先自診斷功能在電源接通時進(jìn)行自檢，診斷測試以確定組件有無故障。其次根據(jù)使用時間可以在線進(jìn)行校正，微處理器利用存在eprom內(nèi)的計量特性數(shù)據(jù)進(jìn)行對比校對。

4、復(fù)合敏感功能——觀察周圍的自然現(xiàn)象，常見的信號有聲、光、電、熱、力、化學(xué)等。敏感元件測量一般通過兩種方式：直接和間接的測量。而智能傳感器具有復(fù)合功能，能夠同時測量多種物理量和化學(xué)量，給出能夠較全面反映物質(zhì)運(yùn)動規(guī)律的信息。

4.7位移傳感器

位移傳感器又稱為線性傳感器，傳感器把位移轉(zhuǎn)換為電量的傳感器。位移傳感器是一種屬于金屬感應(yīng)的線性器件，傳感器的作用是把各種被測物理量轉(zhuǎn)換為電量它分為電感式位移傳感器，電容式位移傳感器，光電式位移傳感器，超聲波式位移傳感器，霍爾式位移傳感器。

在這種轉(zhuǎn)換過程中有許多物理量（例如壓力、流量、加速度等）常常需要先變換為位移，然后再將位移變換成電量。因此位移傳感器是一類重要的基本傳感器。在生產(chǎn)過程中，位移的測量一般分為測量實物尺寸和機(jī)械位移兩種。機(jī)械位移包括線位移和角位移。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數(shù)字式兩種。模擬式又可分為物性型（如自發(fā)電式）和結(jié)構(gòu)型兩種。常用位移傳感器以模擬式結(jié)構(gòu)型居多，包括電位器式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機(jī)、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍爾式位移傳感器等。數(shù)字式位移傳感器的一個重要優(yōu)點是便于將信號直接送入計算機(jī)系統(tǒng)。這種傳感器發(fā)展迅速，應(yīng)用日益廣泛。

4.8壓力傳感器

壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石 化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，下面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。另有醫(yī)用壓力傳感器。

4.9電感式傳感器

電感式傳感器 inductance type transducer 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。

第五章交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計

5.1 系統(tǒng)控制要求 正常模式

南北方向紅燈亮60s，與此同時東西方向綠燈亮54s，其后東西方向的綠燈以50%的占空比，閃爍3次，然后東西方向的黃綠燈亮3s，其后東西方向的紅燈亮60s。與此同時，南北方向的綠燈亮54s，綠燈以50%的占空比，閃三次，然后南北方向的黃燈亮3s，紅燈亮60s,以交替循環(huán)。

2東西方向車流量多

南北方向紅燈亮120s，同時東西方向綠燈亮114s，之后綠燈以50%的占空比。閃3次之后東西方向紅燈亮60s，此時南北方向綠燈亮54s，之后綠燈以50%的占空比閃3ic。南北方向黃燈亮3s，之后南北方向紅燈亮120s，以此交替。方向紅燈亮120s 3南北方向車流量多

東西方向紅燈亮120s，同時南北方向綠燈發(fā)光114s,之后綠燈以50%的占空比，閃爍3次，然后黃燈亮3s，之后南北方向的紅燈亮60s，同時，東西方向綠燈亮54s，之后東西綠燈以50%的占空比閃3次，之后，東西方向黃燈亮3s，東西方向紅燈亮120s.以此交替。車流量少

南北方向紅燈亮30s，同時東西方向綠燈亮24s，之后東西方向以50%的占空比閃3次，然后東西方向黃燈亮3s，東西方向紅燈亮30s，與此同時，南北方向綠燈亮34s，綠燈以50%的占空比，閃3次，然后南北方向黃燈亮3s，之后方向的紅燈亮30s，以此交替。

5.2 智能交通信號燈系統(tǒng)設(shè)計

1、i/0分配表

2、正常情況下的流程圖

3、正常模式交通燈時序圖

4、車流少時的流程圖

5、車流量少時交通燈時序圖

6、東西方向車流量多時的流程圖

7、東西方向車流量多的交通時序圖

8、南北方向車流量多時的流程圖

9、南北方向車流量多的交通時序圖

10、plc外部接線圖

控制程序

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第六章總結(jié)

由于plc本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，所以將同一條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間，實現(xiàn)科學(xué)化管理。城市交通燈控制采用plc比傳統(tǒng)的采用電子線路和繼電器具有可靠性高、維護(hù)方便、使用簡單、通用性強(qiáng)等特點，plc還可以聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)實測各十字路口之間的距離、車流量和車速等，合理確定各路口信號燈之間的時差，把n臺plc聯(lián)網(wǎng)到一臺控制電腦上，以方便操作、管理和監(jiān)控，從而極大地提高城市道路交通管理能力。用plc控制十字路口的指示燈，維護(hù)方便，可按需要隨意修改指示燈亮的時間，更體現(xiàn)了城市管理工作的現(xiàn)代化

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，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進(jìn)式“信號燈進(jìn)行精確控制，特別對于多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。目前大多數(shù)品牌的plc內(nèi)部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。

參考文獻(xiàn)

交通信號燈plc課程設(shè)計說明 plc課程設(shè)計報告篇二

plc控制十字路口交通信號燈 一、十字路口交通信號燈設(shè)計控制要求

1、系統(tǒng)工作受開關(guān)控制，起動開關(guān)on時則系統(tǒng)開始工作；停止開關(guān)on時則系統(tǒng)停止工作。

2、控制對象有六個：

東西方向紅燈兩個，南北方向紅燈兩個； 東西方向黃燈兩個，南北方向黃燈兩個； 東西方向綠燈兩個，南北方向綠燈兩個。

圖1所示是十字路口交通信號燈示意圖。信號燈的動作受開關(guān)總體控制，按一下起動按鈕，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)動作；按一下停止按鈕，所有信號燈都熄滅。信號燈控制的具體要求如表1所示。

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二、控制思路設(shè)計步驟

1、觀察十字路口交通燈的工作時序

2、設(shè)計i／o口。（輸入／輸出端口接線如圖2所示，只接plc輸入端）

3、用專用軟件編程（用指令，或畫梯形圖）。

4、調(diào)試運(yùn)行。

5、寫出實驗報告

實驗報告中要包括的內(nèi)容：（要交打印版）

①、封面（實驗的題目，班號，學(xué)號，姓名，實驗日期）

②、在工業(yè)控制方面，可以使用傳統(tǒng)的繼電器控制方式，單片機(jī)控制方式和plc控制方式，對它們進(jìn)行比較。（簡述）③、畫出“十字路口交通信號燈”示意圖（圖1）；

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電工電子中心 2 ④、畫出交通燈控制要求表（上面的表格）

⑤、畫出“十字路口交通燈”的工作時序圖（自己分析后畫出來）⑥、設(shè)計i／o口。（輸入／輸出端口接線如圖2所示，實際接線時只接plc輸入端）

⑦、寫出程序（畫梯形圖，或用指令）。⑧、小結(jié)（實驗的體會和收獲）

三、硬件及外圍元器件

根據(jù)信號燈的控制要求，本模塊所用的器件有：起動按鈕sb1，停止按鈕sb2，紅黃綠色信號燈各六只（共12只），輸入／輸出端口接線如圖2所示。

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電工電子中心 由圖可見：起動按鈕sbl接于輸入繼電器xo端，停止按鈕sb2接于輸入繼電器x1端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器y0端，東西方向黃燈接于輸入繼電器y1端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器y2端，南北方向綠燈接于輸出繼電器y3端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器y4，南北方向紅接于輸出繼電器y5。

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交通信號燈plc課程設(shè)計說明 plc課程設(shè)計報告篇三

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 plc概述

可編程序控制器（programmabie logic controller,縮寫plc）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合計算機(jī)、通信、聯(lián)網(wǎng)以及自動控制技術(shù)而開發(fā)的新一代工業(yè)控制裝置?？删幊绦蚩刂破魇请S著技術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn)、發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)控制裝置，在工業(yè)自動化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。

1.1 plc的硬件結(jié)構(gòu)

plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，模塊式包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。中央處理單元(cpu)是plc 的控制中樞，按照系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、存儲器i/o以及警戒定時器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)plc 投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止。

圖1 plc的結(jié)構(gòu)圖

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1.2 plc的工作原理

plc的cpu則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。

當(dāng)plc投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段：

1輸入采樣階段

在輸入采樣階段，plc以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入i/o映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。

2用戶程序執(zhí)行階段

在用戶程序執(zhí)行階段，plc總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。

3輸出刷新階段

當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。

1.3 plc的應(yīng)用領(lǐng)域

目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為以下幾類：（1）開關(guān)量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動化流水線。如電梯控制、高爐上料、注塑機(jī)、印刷機(jī)、組合機(jī)床、磨 2

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床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。

（2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使plc能處理模擬信號，plc廠家生產(chǎn)有配套的a/d、d/a轉(zhuǎn)換模塊，使plc可用于模擬量控制。

（3）運(yùn)動控制 plc可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在可使用專門的運(yùn)動控制模塊。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、機(jī)器人、電器等場合。

（4）過程控制 這是對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。plc能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制。pid控制時一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中常用的控制方法。pid處理一般是運(yùn)行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用

（5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代plc具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。

（6）通信及聯(lián)網(wǎng) plc通信包含plc之間的通信以及plc與其他智能設(shè)備間的通信。在工業(yè)自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展加快前提下，廠家都十分重視plc的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊十分方便。

1.4 plc的發(fā)展趨勢

1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）首先研制出第一臺符合要求的控制器，即可編程邏輯控制器，并在美國ge公司的汽車自動裝配上試用獲得成功。此后，這項技術(shù)迅速發(fā)展，從美國、日本、歐洲普及到全世界。

總的來說發(fā)展趨勢如下：

(1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高plc的處理能力，要求plc具有更好的響應(yīng)速度和更大的儲存容量。

(2)向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。以適應(yīng)不同類型的自動控制系統(tǒng)的需要。(3)plc大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。為了擴(kuò)大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

(4)增強(qiáng)外部故障的檢測與處理能力。外部故障的幾率很大，因此，plc廠家致力 3

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于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性

(5)編程語言多樣化。plc結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時,plc的編程語言也越來越豐富。多種語言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是plc進(jìn)步的一種趨勢。

1.5 s7-200的概述

西門子s7系列可編程控制器分為s7-400、s7-300、s7-200三個系列，分別為s7系列的大、中、小型可編程控制器系統(tǒng)。s7-200系列可編程控制器有cpu21x系列，cpu22x系列，其中cpu22x型可編程控制器提供了4個不同的基本型號，常見的有cpu221，cpu222，cpu224和cpu226四種基本型號：

小型plc中，cpu221價格低廉能滿足多種集成功能的需要。cpu 222是s7-200家族中低成本的單元，通過可連接的擴(kuò)展模塊即可處理模擬量。cpu 224具有更多的輸入輸出點及更大的存儲器。cpu 226和226xm是功能最強(qiáng)的單元，可完全滿足一些中小型復(fù)雜控制系統(tǒng)的要求。四種型號的plc具有下列特點：（1）集成的24v電源

可直接連接到傳感器和變送器執(zhí)行器，cpu 221和cpu222具有180ma輸出。cpu224輸出280ma，cpu 226、cpu 226xm輸出400ma可用作負(fù)載電源。（2）高速脈沖輸出

有2路高速脈沖輸出端，輸出脈沖頻率可達(dá)20khz，用于控制步進(jìn)電機(jī)或伺服電（3）通信口cpu 221、cpu222和cpu224具有1個rs-485通信口。

cpu 226、cpu 226xm具有2個rs-485通信口。支持ppi、mpi通信協(xié)議，有自由口通信能力。

（4）模擬電位器cpu221/222有1個模擬電位器，cpu224/226/226xm有2個模擬電位器。模擬電位器用來改變特殊寄存器（smb28，smb29）中的數(shù)值，以改變程序運(yùn)行時的參數(shù)。如定時器、計數(shù)器的預(yù)置值，過程量的控制參數(shù)。（5）中斷輸入允許以極快的速度對過程信號的上升沿作出響應(yīng)。

（6）eeprom存儲器模塊（選件）可作為修改與拷貝程序的快速工具，無需編程器并可進(jìn)行輔助軟件歸檔工作。

（7）電池模塊用戶數(shù)據(jù)（如標(biāo)志位狀態(tài)、數(shù)據(jù)塊、定時器、計數(shù)器）可通過內(nèi)部的超級電容存儲大約5天。選用電池模塊能延長存儲時間到200天（10年壽命）。電池 4

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模塊插在存儲器模塊的卡槽中。

（8）不同的設(shè)備類型cpu 221～226各有2種類型cpu，具有不同的電源電壓和控制電壓。

（9）數(shù)字量輸入/輸出點cpu 221具有6個輸入點和4個輸出點；cpu 222具有8個輸入點和6個輸出點；cpu 224具有14個輸入點和10個輸出點；cpu226/226xm具有24個輸入點和16個輸出點。cpu22x主機(jī)的輸入點為24v直流雙向光電耦合輸入電路，輸出有繼電器和直流（mos型）兩種類型

（10）高速計數(shù)器cpu 221/222有4個30khz高速計數(shù)器，cpu224/226/226xm有6個30khz的高速計數(shù)器，用于捕捉比cpu掃描頻率更快脈沖信號。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 交通信號燈的作用和意義

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?？渴裁磥韺崿F(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現(xiàn)，也可以用單片機(jī)編程控制來實現(xiàn)。本設(shè)計主要介紹如何利用plc來實現(xiàn)十字路口交通燈的控制。

隨著社會的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多、道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。plc的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用plc根據(jù)不同時刻車流量的不同，將紅綠燈時長按一定的規(guī)律分檔。這樣就可以達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯留，緩解交通擁擠，實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高交通控制系統(tǒng)的效率。

交通信號燈的出現(xiàn)，使得交通得以管制，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。為了實現(xiàn)交通道路的管制，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)，能夠有效的疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制和管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通實際情況闡述了交通控制系統(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?？删幊炭刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極其重要。廣泛應(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、低價格、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 方案設(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)（sb1）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，東西紅燈亮。交通燈按如下順序循環(huán)點亮：紅紅（2s）-->紅綠（3s）-->紅黃（1s）-->紅紅（2s）-->綠紅（3s）-->黃紅（1s）-->紅紅(2s)。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，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。

按照控制要求，將控制過程分為六步，分別是紅紅、紅綠、紅黃、紅紅、綠紅、黃紅，程序控制繼電器按時序一步步的跳轉(zhuǎn)。可采用多種方案實現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，在此，我們采用傳送指令與時間繼電器結(jié)合來控制程序的運(yùn)轉(zhuǎn)。

首先，上電后，按下啟動按鈕sb1，i0.0動作，啟動通電延時時間繼電器t37和t40，q0.0和q0.3接通，南北紅燈和東西紅燈亮，延時2s后，其常閉觸點斷開，q0.3斷開，東西紅燈滅。啟動時間繼電器t38，t37常開觸點閉合，q0.5接通，東西綠燈亮，延時3s后，t38常閉觸點斷開，東西綠燈滅。啟動時間繼電器t39，t38常開觸點閉合，q0.4接通，東西黃燈亮，延時1s后，t39常閉觸點斷開，東西黃燈滅。t39常開觸點閉合,東西紅燈亮，延時2s后，南北紅燈滅，同時啟動時間繼電器t41，q0.1接通，南北綠燈亮，延時3s后，t41常閉觸點開、常開觸點閉合，南北綠燈滅。同時啟動時間繼電器t42，q0.2接通，南北黃燈亮，延時1s后，t42常閉觸點開、常開觸點閉合,南北黃燈滅，同時南北紅燈亮，開始下一輪循環(huán)。

按照控制要求，需要一個信號輸入，六個信號輸出，十字路口有十二個交通信號燈，南北、東西兩個為一組用一個輸出信號控制。通過如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表、主流程圖、十字路口交通燈時序圖一一展開，十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計思路逐漸脈絡(luò)清晰。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

3.3 交通燈狀態(tài)圖

十字路口交通燈如下圖1所示，將12個交通燈進(jìn)行編號

圖2 十字路口交通燈狀態(tài)圖

這12個交通燈共有六個狀態(tài)：

狀態(tài)1：南北紅燈（1、7）亮，東西紅燈（4、10）亮； 狀態(tài)2：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西綠燈（6、12）亮； 狀態(tài)3：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西黃燈（5、11）亮； 狀態(tài)4：南北紅燈（1、7）繼續(xù)亮，東西紅燈（4、10）亮； 狀態(tài)5：南北綠燈（3、9）亮，東西紅燈（4、10）繼續(xù)亮； 狀態(tài)6：南北黃燈（2、8）亮，東西紅燈（4、10）繼續(xù)亮。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

3.4 主程序流程圖

圖3 主程序流程圖

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

圖4 十字路口交通燈時序圖

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 硬件設(shè)計

4.1 硬件選擇

本設(shè)計采用plc來實現(xiàn)對十字路口交通信號燈的控制，其控制方法是選用西門子的s7-200系列cpu222型號plc對東西南北的紅、黃、綠燈實現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達(dá)到對交通信號燈的控制?？刂七^程中采用順序控制法用多個定時器自動實現(xiàn)對六個控制對象的控制。根據(jù)交通信號燈的亮滅規(guī)律，可用plc編程對其實行自動控制。

4.2 plc的i/o分配表

硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計必須了解各個對象的控制要求,分析對象的控制要求,確定輸入/輸出(i/o)接口的數(shù)量,確定所控制參數(shù)的精度及類型。如對開關(guān)量,模擬量的控制,用戶存儲器的存儲容量等。選擇合適的plc機(jī)型及外設(shè),以完成plc的硬件結(jié)構(gòu)配置。

根據(jù)上述選型及控制要求,繪制plc控制交通燈的電路接線原理圖,編制i/o接口功能表, i/o分配及其接線原理圖分別如表1和圖5所示

表1 交通信號燈plc的輸入/輸出點分配表

輸入信號

名稱 工作按鈕

代號 sb1

輸入點編號

i0.0

定時元件

t37:狀態(tài)一2s t38:狀態(tài)二3s t39:狀態(tài)三1s t40狀態(tài)四2s t41:狀態(tài)五3s t42:狀態(tài)六1s

名稱 南北紅燈 南北綠燈 南北黃燈 東西紅燈 東西綠燈 東西黃燈

輸出信號

代號 輸出點編號 l0 l1 l2 l3 l4 l5

q0.0 q0.1 q0.2 q0.3 q0.4 q0.5 11

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

4.3 plc的硬件接線圖

圖5 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接南北紅燈，端口q0.1接南北綠燈，端口q0.2接南北黃燈，端口q0.3接?xùn)|西紅燈，端口q0.4接?xùn)|西綠燈，端口q0.5接?xùn)|西黃燈。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 編制程序

5.1 十字路口交通信號燈順序功能圖

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

5.2 十字路口交通信號燈梯形圖

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

5.3 指令表

network 1 ld i0.0 an t42 ton t37, 20 ton t38, 50 ton t39, 60 ton t40, 80 ton t41, 110 ton t42, 120

network 2 ld i0.0 an t40 o t42 = q0.0

network 3 ld i0.0 an t37 o t39 = q0.3

network 4 ld t37 an t38 = q0.5

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

network 5 ld t38 an t39 = q0.4

network 6 ld t40 an t41 = q0.1

network 7 ld t41 an t42 = q0.2

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計 plc檢查調(diào)試

6.1常規(guī)檢查

在通電之前要耐心細(xì)致地作一系列的常規(guī)檢查(包括接線檢查、絕緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞plc模塊(用step7的診斷程序?qū)λ心K進(jìn)行檢查)。

6.2系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)調(diào)試可按離線調(diào)試與在線調(diào)試兩階段進(jìn)行。其中離線調(diào)試主要是對程序的編制工作進(jìn)行檢查和調(diào)試，采用step7能對用戶編制程序進(jìn)行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關(guān)系判斷編制程序的正誤。而在線調(diào)試是一個綜合調(diào)試過程，包括程序本身、外圍線路、外圍設(shè)備以及所控設(shè)備等的調(diào)試。在線調(diào)試過程中，系統(tǒng)在監(jiān)控狀態(tài)下運(yùn)行，可隨時發(fā)現(xiàn)問題、隨時解決問題，從而使系統(tǒng)逐步完善。因此，一般系統(tǒng)所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

總 結(jié)

經(jīng)過五天的課程設(shè)計，我初步掌握了plc程序設(shè)計的基本方法，了解到順序控制的方法，理解了時序?qū)煌粼O(shè)計的重要性。整個課程設(shè)計最大的難點在于確定交通燈的控制邏輯和時序分析，在程序設(shè)計的最初階段，我們沒有深刻理解交通燈狀態(tài)變化的時序關(guān)系，無法找到狀態(tài)轉(zhuǎn)換的起始點，所以始終寫不出合理的程序。后來，我們采用傳送指令來控制時間繼電器的啟動，也解決了這個問題?？偟母杏X是，這次課程設(shè)計的收獲很大，我學(xué)到了一些實用的plc知識，這些知識也將為我以后的學(xué)習(xí)和工作所用。

通過本次課程設(shè)計，我們將所學(xué)的所有理論知識都很好的運(yùn)用到了實際的設(shè)計當(dāng)中，在具體的設(shè)計過程中，遇到了很多問題，通過查資料問老師，都一一得到解答，通過本次鍛煉主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(一)提高了對知識系統(tǒng)化能力

設(shè)計過程中運(yùn)用了很多的知識，因此如何將知識實用化就成了關(guān)鍵。如本設(shè)計中用到了西門子plc編程理論，因此在設(shè)計過程中側(cè)重了知識轉(zhuǎn)變成能力的培養(yǎng)，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了很好的理論基礎(chǔ)。

(二)提高了計算和微機(jī)應(yīng)用能力得到提高

使自己計算準(zhǔn)確度有了明顯的進(jìn)步，沒有以前那么馬虎大意了。軟件方面，熟練了對photoshop、word、繪圖等軟件的掌握。

(三)自我學(xué)習(xí)的能力提高

此次設(shè)計過程中遇到了很多的困難，為了解決問題，激發(fā)了對獲取 知識的追求，使自學(xué)能力得到了提高。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

致 謝

本課程設(shè)計是段老師的悉心指導(dǎo)下完成的。

課程設(shè)計是檢驗和鍛煉學(xué)生實際工程設(shè)計能力的一項教學(xué)環(huán)節(jié)。在此次設(shè)計中，我綜合運(yùn)用所學(xué)知識，認(rèn)真按照 “s7-200plc編程手冊”等相關(guān)書籍的設(shè)計要求，注重理論聯(lián)系實際。在段老師的耐心指導(dǎo)下，完成了基于s7-200plc的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計，培養(yǎng)了綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識和技能解決實際問題的能力，初步掌握了工程設(shè)計的方法，為將來的工作奠定了基礎(chǔ)。

在此期間段老師為我做了大量的輔導(dǎo)和答疑工作，幫我解決了設(shè)計過程中的一個個難題，并一次又一次的幫我修改設(shè)計說明書，使設(shè)計工作順利完成。在此，謹(jǐn)向段老師致以深深的謝意!同時，在本次設(shè)計及論文的寫作過程中，同學(xué)們?yōu)槲姨峁┝肆λ芗暗膸椭?chuàng)造了濃厚的學(xué)習(xí)氛圍！

再次感謝段老師悉心的指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助。

基于s7-200_plc十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

參考文獻(xiàn)

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交通信號燈plc課程設(shè)計說明 plc課程設(shè)計報告篇四

交通信號燈plc自動控

一、實驗?zāi)康?/p>

1.掌握十字路口交通信號燈的控制原理。2.掌握plc定時器﹑計數(shù)器的使用方法。

二、實驗器材

可編程序控制器實驗臺

1臺 -demo001交通信號燈plc自動控制演示板

1塊 機(jī)或編程器

1臺 4.編程電纜

1根 5.自鎖式連接導(dǎo)線

若干

三、實驗要求

1.本裝置與交通信號燈控制一致，采用le模擬信號燈，信號燈分東西﹑南北二組分別有“紅”“黃”“綠”三種顏色。其工作狀態(tài)由plc程序控制，“啟動”、“停止”按鈕分別控制信號燈的啟動和停止。“白天/黑夜”開關(guān)控制信號燈白天黑夜轉(zhuǎn)換。

2.對“紅”“黃”“綠”燈控制要求如下：

3.假設(shè)東西方向交通比南北方向繁忙一倍，因此東西方向的綠燈通行的時間多一倍。

4.控制時序要求如 所示。

5.按下“啟動”按鈕開始工作，按下“停止”按鈕停止工作，“白天/黑夜”開關(guān)按下閉合時為黑夜工作狀態(tài)，這時只有黃燈閃爍，斷開時按時序控制圖工作。6.根據(jù)具體情況還可增加控制要求，如緊急控制，某一方向綠燈常亮。

plc簡介

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。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。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。1.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公路，在 高速公路建設(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)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了城市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，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)與周邊地區(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，2.根據(jù)交通等工藝控制要求和特點，我們采用了日本三菱公司fx2n_48mr。三菱plc有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴(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)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程控制器（plc）對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用plc是基于以下四個原因：

具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在30萬小時以上；

4.系統(tǒng)設(shè)計周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實用性強(qiáng)； 5.干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的plc；

6.近年來plc的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應(yīng)用成為可能。2 plc及plc簡介

7.可編程控制器簡稱——plc是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，plc、機(jī)器人、cad/cam將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。

8.可編程控制器（plc）是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設(shè)備，它通過檢測輸入端口，并根據(jù)輸入端口的狀態(tài)，按照程序控制輸出口，可編程控制器的程序一般要使用一定的軟件編寫，使用人員通過輸入預(yù)先編寫的程序，使可編程控制器按預(yù)定的控制方案執(zhí)行控制任務(wù)。目前大多數(shù)城市采用的交通信號燈指揮控制系統(tǒng)，采用電子線路加繼電器構(gòu)成，也有少數(shù)采用單片機(jī)構(gòu)成。對信號燈的要求也越來越高，采用電子線路加繼電器的控制方式，則需要加入大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器等器件。而且交通控制智能化需要按實際情況而改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實現(xiàn)。如使用單片機(jī)控制，則需要引入大量i/o接口電路、硬件設(shè)計，而且這兩種控制方式的抗干擾能力十分有限。采用可編程控制器對交通信號燈進(jìn)行管理，技能滿足控制要求，又具有高的抗干擾和穩(wěn)定性。

的一般結(jié)構(gòu) 10.可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類

11.(1)按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計算機(jī)有很大區(qū)別，常見的有箱體式，模塊式，及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。

12.箱體式plc一般用于規(guī)模小，輸入輸出點數(shù)固定，不需要擴(kuò)展的場合。模塊式plc一般用于規(guī)模較大，輸入輸出點數(shù)多，輸入輸出點數(shù)比例靈活的場合。疊裝式plc具有二者的優(yōu)點。

13.按應(yīng)用規(guī)模及功能分類：為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過程的應(yīng)用要求，plc能夠處理的輸入信號數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個店，將輸入輸出點數(shù)的總和稱為機(jī)器的點。按照點數(shù)的多少，可將plc分為超小，小，中，打，14.超小型 小型 上

中型

大型

超大型

512—8192點

8192點以15.64點以下 64—128點 128—512點

二、實驗內(nèi)容

程序指令：

三、實驗記錄

程序測試過程

定時器

在plc內(nèi)的定時器是根據(jù)時鐘脈沖的累積形式，當(dāng)所計時間達(dá)到設(shè)定值時，其輸出觸點動作，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms。定時器可以用用戶程序存儲器內(nèi)的常數(shù)k作為設(shè)定值，也可以用數(shù)據(jù)寄存器（d）的內(nèi)容作為設(shè)定值。在后一種情況下，一般使用有掉電保護(hù)功能的數(shù)據(jù)寄存器。即使如此，若備用電池電壓降低時，定時器或計數(shù)器往往會發(fā)生誤動作。

定時器通道范圍如下：

ms定時器t0～t199，共200點，設(shè)定值：0.1～ 3276.7秒；ms定時器t200～tt245，共46點，設(shè)定值：0.01～327.67秒；ms積算定時器 t245～t249，共4點，設(shè)定值：0.001～32.767秒；

ms積算定時器t250～t255，共6點，設(shè)定值：0.1～3276.7秒；

定時器指令符號及應(yīng)用如圖

繼電器的應(yīng)用

當(dāng)定時器線圈t200的驅(qū)動輸入x000接通時，t200的當(dāng)前值計數(shù)器對10 ms的時鐘脈沖進(jìn)行累積計數(shù)，當(dāng)前值與設(shè)定值k123相等時，定時器的輸出接點動作，即輸出觸點是在驅(qū)動線圈后的1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）時才動作，當(dāng)t200觸點吸合后，y000就有輸出。當(dāng)驅(qū)動輸入x000斷開或發(fā)生停電時，定時器就復(fù)位，輸出觸點也復(fù)位。

每個定時器只有一個輸入，它與常規(guī)定時器一樣，線圈通電時，開始計時；斷電時，自動復(fù)位，不保存中間數(shù)值。定時器有兩個數(shù)據(jù)寄存器，一個為設(shè)定值寄存器，另一個是現(xiàn)時值寄存器，編程時，由用戶設(shè)定累積值

交通燈工作時的程序

1.初始態(tài)，南北東西都是紅燈，其梯形圖如圖所示

2.按下啟動按鈕x0，東西直行綠燈了，南北全是紅燈，東西左轉(zhuǎn)彎紅燈亮，其梯形圖如圖所示：

3.當(dāng)t0時間到9秒時，東西直行綠燈滅，黃燈閃1秒，此時南北仍是紅燈，其梯形圖如圖所示：

4.當(dāng)t1時間到時，東西左轉(zhuǎn)彎綠燈亮，東西直行紅燈亮，南北仍全是紅燈，禁止通行，其梯形圖如圖所示：

5.當(dāng)t2時間5秒一到，東西左轉(zhuǎn)彎黃燈閃1秒，東西直行紅燈亮，南北全是紅燈，其梯形圖如圖所示

6.當(dāng)t3時間到，南北直行綠燈亮9秒，東西全是紅燈。其梯形圖如圖所示

7.當(dāng)t4的時間到，南北直行黃燈閃1秒，東西全是紅燈，禁止通行。其梯形圖如圖所示

8.當(dāng)t11的時間到，南北左轉(zhuǎn)彎的綠燈亮，直行紅燈亮，東西全是紅燈亮。其梯形圖如圖所示

9.當(dāng)t5時間到，南北左轉(zhuǎn)彎的黃燈閃1秒，東西仍全是紅燈。其梯形圖如圖所示

10.當(dāng)t6時間到，東西直行的綠燈亮，又回到了s1狀態(tài)，以后依次執(zhí)行。

系統(tǒng)的調(diào)試過程

（1）將plc與對應(yīng)輸入輸出的設(shè)備連接起來。

（2）用fxgpwin軟件編制圖的梯形圖程序，將編制無誤的程序分別下載到plc中，并將模式選擇開關(guān)撥至run狀態(tài)。

（3）調(diào)試運(yùn)行。

按下啟動開關(guān)，東西方向綠燈亮9ｓ，同時南北方向的紅燈亮16ｓ，換行前東西方向的黃燈閃爍1ｓ，然后東西左轉(zhuǎn)彎方向的綠燈亮5ｓ；接著東西左轉(zhuǎn)彎方向的黃燈亮1ｓ，同時東西方向的紅燈亮6ｓ，然后南北方向的綠燈亮9ｓ，最后南北方向黃燈亮1ｓ，然后南北左轉(zhuǎn)彎方向綠燈亮5秒，東西方向紅燈亮，之后南北左轉(zhuǎn)彎黃燈亮1秒。之后自動開始第二周期的循環(huán)顯示。

（4）監(jiān)控運(yùn)行。

當(dāng)plc運(yùn)行時，可以使用fxgpwin軟件中的監(jiān)視功能監(jiān)控整個程序的運(yùn)行過程，以方便調(diào)試程序。在fxgpwin軟件上，單擊 “plc寫入”—“監(jiān)視”－“監(jiān)視開始”，可以全畫面監(jiān)控plc的運(yùn)行，這時可以觀察到定時器的定時值會隨著程序的運(yùn)行而動態(tài)變化，通電閉合的觸點和線圈會變藍(lán)。借助于fxgpwin軟件的監(jiān)控功能可以檢查哪些線圈和觸點該通電時沒通電，從而為進(jìn)一步修改程序提供幫助。

四、實驗總結(jié)

通過交通燈plc控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握了十字路口交通信號燈的控制原理，以及plc定時器﹑計數(shù)器的使用方法，同時學(xué)會了plc系統(tǒng)設(shè)計的步驟和方法。

五、實驗心得

在近兩星期的日子里，經(jīng)過這次設(shè)計我學(xué)到很多很多的的東西，不僅鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了自己原來知識太理論化了，面對單獨的課題的是感覺很茫然。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。通過這次課程設(shè)計，我才明白學(xué)習(xí)是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。而且通過這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正的學(xué)到知識，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力?？傊?，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。

總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。