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1、
目錄
摘要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………1
Key words……………………………………………………………………………1
1 緒論…………………………………………………………………………………………2
1.1課題的研究背景與意義…………………………………………………………………2
1.2主要內(nèi)容………………………………………………………………………………2
2 PLC的概述…………………
2、………………………………………………………………2
2.1 PLC的定義，分類及特點………………………………………………………………3
2.2 PLC的功能和應(yīng)用………………………………………………………………………3
2.3 PLC的工作原理…………………………………………………………………………3
2.4 PLC的工作過程…………………………………………………………………………3
2.5的編程語言………………………………………………………………………4
2.6 PLC定時器指令介紹………………………………………………………………5
3 PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)…………………………
3、……………………………………………6
3.1方案的比較與選擇………………………………………………………………………7
3.2 I/0分配表…………………………………………………………………………………7
3.3接線圖……………………………………………………………………………………8
3.4工作流程圖………………………………………………………………………………8
3.5工作時序圖………………………………………………………………………………9
3.6梯形圖…………………………………………………………………………………9
3.7仿真過程…………………………………………………………………
4、………………10
4.總結(jié)…………………………………………………………………………………………12
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………13
致謝…………………………………………………………………………………………14
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基于西門子S7-200 PLC的交通燈控制設(shè)計
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 李金輝
指導(dǎo)教師 呂永田
摘要：交通控制系統(tǒng)是近現(xiàn)代社會隨著物流、出行等交通發(fā)展產(chǎn)生的一套獨特的公共管理系統(tǒng)。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。雖然自交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)不斷地被
5、改進(jìn)，設(shè)計方法也多種多樣，但隨著經(jīng)濟(jì)條件的升高，數(shù)字交通電路燈越來越不能滿足日益增加的交通壓力?，F(xiàn)今PLC技術(shù)飛速發(fā)展，可編程控制系統(tǒng)的功能日益完善，加上小型化，可靠性高，價格低等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。
因此，本文的設(shè)計就是運用PLC技術(shù)實現(xiàn)對十字路口的交通燈控制，通過對交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行實地考察，我選擇了一種最優(yōu)方案，運用西門子系列的S7-200 PLC來控制交通燈的變化。
關(guān)鍵詞：交通燈 控制系統(tǒng) PLC
The design of traffic light’s control based on Siemens?S7-200 PLC?
Student
6、 majoring in Mechanical design and manufacturing automation Li Jinhui
Tutor Lv Yongtian
Abstract：The traffic control system is a unique public management system now, producing with logistics, travel and so on. The coordination of the relationship between people, vehicles and roads has become o
7、ne of the important issues which need to be addressed with traffic management. Since the traffic lights produced, the internal circuit control system has been improved and the design methods varied also, but with the increasing of economic conditions, digital traffic lights can not meet the increasi
8、ng traffic pressure. Nowadays?the PLC?technology development quickly, the function of programmable control system become refinement also the characters of miniaturization, high reliability, and low prices make it more prominent in modern industry.
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Therefore used?PLC?technology to cont
9、rol the traffic lights at the intersection, through fielding trips to traffic light control system, selected an optimal programmer, then using Siemens?S7-200 PLC?to control the traffic lights' change.
Key words:?traffic lights;control system;PLC
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1 緒論
1.1課題的研究背景與意義
1.1.1研究背景
隨著社會經(jīng)
10、濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注，交通問題成為制約我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個大問題，我國人口眾多，現(xiàn)在大多數(shù)城市都經(jīng)常會出現(xiàn)交通擁堵現(xiàn)象，人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已經(jīng)成為交通管理部門需要解決的重要問題之一 。目前我國大中小城市都出現(xiàn)了交通擁堵的現(xiàn)象，特別是大城市，隨著城市機(jī)動車量的不斷增加，如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運行的情況。因此20多年來，這些大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，它們也曾有效的改善了交通狀況。但是，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，也決定了城市高速公路的交
11、通狀況必然受高速公路與普通公路耦合處交通狀況的制約。因此，如何采用合適的控制方法來緩解交通擁堵狀況，也越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題，可見改善城市交通燈控制系統(tǒng)是多么的重要。
1.1.2 研究意義
經(jīng)改進(jìn)交通燈的控制系統(tǒng)，在十字路口的交通燈可以對交通通行進(jìn)行有效的疏通，緩解交通堵塞的壓力，并為交通的參與者的安全提供強有力的保障。
1.2主要內(nèi)容
在了解了PLC的各種功能的基礎(chǔ)上，熟悉PLC的結(jié)構(gòu)及工作原理，合理選擇符合要求的硬件和軟件，繪制出程序梯形圖，編出能實現(xiàn)功能的指令，完成對基于西門子S7-200 PLC的交通燈控制的設(shè)計。
2 PLC的概述
2.１P
12、LC的定義、分類及特點
1985年，國際電工委員會(IEC)確定了PLC的定義： “可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/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)外部設(shè)備，都按易于與控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。”
分類：?(1)按結(jié)構(gòu)形式分類：根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。?
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(2)按功能分類：根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中
13、檔、高檔三類。(3)按I/O點數(shù)分類：?根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。
特點：(1)?可靠性高，抗干擾能力強。(2)通用性強，控制程序可變，使用方便。(3)功能強，適應(yīng)面廣。(4)編程簡單，容易掌握。(5)減少了控制系統(tǒng)的設(shè)計及施工的工作量。(6)體積小、重量輕、功耗低、維護(hù)方便。
組成：(1)中央處理器(2) 存儲器(3)輸入輸出接口(4)編程器(5)電源
2.2 PLC的功能和應(yīng)用
功能：(1)邏輯控制 (2)定時控制 (3)計數(shù)控制(4)步進(jìn)(順序)控制 (5)PID控制(6)數(shù)據(jù)控制：plc具有數(shù)據(jù)處理能力 (7)通信和聯(lián)網(wǎng)(8)其它：plc
14、還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，CRT模塊。
應(yīng)用：最初，PLC主要用于開關(guān)量的邏輯控制。隨著PLC技術(shù)的進(jìn)步，它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。具體有：(1) 用于開關(guān)量控制 (2) 用于模擬量控制(3) 用于數(shù)字量控制(4) 用于數(shù)據(jù)采集(5)用于進(jìn)行監(jiān)控(6)用于聯(lián)網(wǎng)、通訊。
2.3 PLC的工作原理
采用循環(huán)掃描方式，在PLC處于運行狀態(tài)時，從內(nèi)部處理、通信操作、程序輸入、程序執(zhí)行、程序輸出，一直循環(huán)掃描工作。
由于PLC是掃描工作過程，在程序執(zhí)行階段即使輸入發(fā)生了變化，輸入狀態(tài)映象寄存器的內(nèi)容也不會變化，要等到下一周期的輸入處理階段時才能改變。
PLC
15、實質(zhì)上是一種專用與工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)相同，在結(jié)構(gòu)上分為固定式和組合式（模塊式）兩種，固定式PLC包括CPU板，I/O板，顯示面板，內(nèi)存塊，電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。組合式（模塊式）PLC包括CPU模塊，I/O模塊，內(nèi)存模塊，電源模塊，底板或機(jī)架，這些模塊可按一定的規(guī)則組合配置。
2.4 PLC的工作過程
為了滿足工業(yè)邏輯控制的要求，同時結(jié)合計算機(jī)控制的特點，PLC的工作方式采用不斷循環(huán)的順序掃描工作方式。每一次掃描所用時間稱為掃描周期或工作周期。CPU從第一條指令執(zhí)行開始，按順序逐條執(zhí)行用戶程序直到用戶程序結(jié)束，然后返回第一條指令開始新一輪掃描。
16、PLC就是這樣周而復(fù)始地重復(fù)上述循環(huán)掃描的。
整個過程可分為以下幾個部分：第一部分是上電處理。PLC上電后對系統(tǒng)進(jìn)行一次
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初始化，包括硬件初始化和軟件初始化，停電保持范圍設(shè)定及其他初始化處理等。第二部分是自診斷處理。PLC掃描一次，就執(zhí)行—次自診斷檢查，確定PLC自身的動作是否正常。第三部分是通訊服務(wù)。PLC自診斷處理完成以后進(jìn)入通訊服務(wù)過程。首先檢查有無通訊任務(wù)，要是有則調(diào)用相應(yīng)進(jìn)程，完成與其他設(shè)備的通訊處理，并對通訊數(shù)據(jù)作相應(yīng)處理；然后進(jìn)行時鐘、特殊寄存器更新處理等工作。第四部分是程序掃描過程。PLC在上電處理、自診斷和通訊服務(wù)完成以后，如果工作選擇開關(guān)在RU
17、N的位置，則進(jìn)人程序掃描工作階段。先完成輸入處理，即把輸入端子的狀態(tài)讀入輸入映像寄存器中，然后再執(zhí)行用戶程序，最后把輸出處理結(jié)果刷新到輸出鎖存器中。
2.5 PLC的編程語言
（1）梯形圖語言（LD）?
梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。
（2）指令表語言（IL）
指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機(jī)的場合進(jìn)行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。
（3）功能模塊圖語言（FBD）?
18、
功能模塊圖編程語言的特點：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達(dá)功能，直觀性強，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員們是很容易掌握的編程；對于規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達(dá)功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間也大大減少。
（4）順序功能流程圖語言（SFC）?
順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免了梯形圖或其他語言不能順序動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機(jī)械互鎖造成的用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大大縮短。
（5）結(jié)構(gòu)化文本語
19、言（ST）
結(jié)構(gòu)化文本編程語言的特點：采用高級語言進(jìn)行編程，可以完成較復(fù)雜的控制運算；需要有一定的計算機(jī)高級語言的知識和編程技巧，對工程設(shè)計人員要求較高。直觀性和操作性較差。
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2.6 定時器指令介紹
該指令為接通延時定時器指令，當(dāng)定時器接通時開始計時，當(dāng)前值大于或等于設(shè)定時間PT時，代表該定時器的觸點接通，達(dá)到設(shè)定值后，定時器將繼續(xù)定時，達(dá)到最大值32767時，停止計時。
該指令為斷電延時定時器指令，常用于停機(jī)后的延時，當(dāng)定時器接通時，定時器清零，當(dāng)定時器斷開接通時，開始計時，當(dāng)前值等于設(shè)定時間PT時，代表該定時器的觸點斷開，達(dá)
20、到設(shè)定值后，當(dāng)前值仍然不變，
直到使能端再次接通時，定時器清零。
該指令為保持型接通延時定時器指令，當(dāng)定時器接通時，開始定時，當(dāng)定時器斷開時，停止計時，當(dāng)前值保持不變，當(dāng)定時器再次接通時，將繼續(xù)定時，當(dāng)累積的當(dāng)前值，大于或等于PT時，代表該指令的觸點接通，達(dá)到預(yù)設(shè)值后仍繼續(xù)計時，當(dāng)達(dá)到最大值32767時，停止計時，該定時器只能通過復(fù)位指令來復(fù)位，定時器的狀態(tài)為復(fù)位，當(dāng)前值被清零。
下面是一個通電延時計時器的梯形圖程序
當(dāng)輸入I0.0接通時，定時器T37開始定時，當(dāng)前值大于或等于預(yù)
21、設(shè)值10時，代表T37的觸點接通，Q0.0輸出。
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3 PLC控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1方案的比較與選擇
方案一：
紅燈變綠燈時：紅燈→綠燈
綠燈變紅燈時：綠燈→綠燈閃爍→黃燈→紅燈
方案二：
紅燈變綠燈時：紅燈→紅燈黃燈一起亮→綠燈
綠燈變紅燈時：綠燈→綠燈閃爍→黃燈→紅燈
經(jīng)比較，在相同的時間限制下，方案二更適合，原因如下：
當(dāng)紅燈變綠燈時，如果紅燈直接變?yōu)榫G燈，駕駛者還沒有反應(yīng)過來，等駕駛者反應(yīng)過來再啟動車子，這樣就浪費了時間，要是在綠燈亮之前黃燈也同時亮起，這樣就可以提醒駕駛者們綠燈快亮了，要準(zhǔn)備啟動車子，這樣就節(jié)省了時間，讓更
22、多的車子順利通過綠燈，同時在某一程度上，緩解了交通壓力。
當(dāng)綠燈變紅燈時，綠燈變黃燈時不明顯且變?yōu)榧t燈過快，不易判斷制動車輛所需時間，有一些機(jī)動車在通過路口時因為行駛速度快，很容易出現(xiàn)闖紅燈交通違法，所以，在綠燈即將結(jié)束時閃爍幾次后變黃燈提示再轉(zhuǎn)為紅燈運行模式，以減少駕駛?cè)艘虮孀R不清而闖紅燈導(dǎo)致交通違法。
3.2 I/O分配表
本文的設(shè)計只對東西綠燈，東西黃燈，東西紅燈和南北綠燈，南北黃燈，南北紅燈6個對象進(jìn)行了控制，具體分配如表3-1所示：
表3-1 PLC的I/O分配表
輸入
輸出
啟動按鈕I0.0
東西綠燈Q0.0
停止按鈕I0.1
東西黃燈Q0.1
東西紅燈
23、Q0.2
南北紅燈Q0.3
南北綠燈Q0.4
南北黃燈Q0.5
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3.3接線圖
接線圖如圖3-1所示：
圖3-1 接線圖
3.4工作流程圖
工作流程圖如圖3-2所示：
圖3-2 工作流程圖
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3.5工作時序圖
工作時序圖如圖3-5所示：
啟動
23S
4S
3S
28S
4S
3S
東西綠燈
東西黃燈
東西紅燈
南北紅燈
南北黃燈
南北綠
24、燈燈
圖3-3 工作時序圖
3.6梯形圖
程序如圖3-4所示：
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圖3-4 梯形圖
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3.7仿真圖
下面是兩張仿真過程中的截圖
當(dāng)接通啟動按鈕I0.0，定時器T37的值在0-27s時，輸出為Q0.0（東西綠燈），Q0.3（南北紅燈）。
此時，東西綠燈先亮23s，再閃亮4s，同時，南北紅燈亮27s，其他燈不亮。如圖3-5：
圖3-5 仿真過程1
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當(dāng)定時器T37的值在27-30s時，輸出為Q0.1（東西黃燈），Q0.3（南北紅燈），Q0.4（南北黃燈）。
此時
25、，東西黃燈，南北紅燈，南北黃燈均亮3s，其他燈不亮。如圖3-6：
圖3-6 仿真過程2
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4 結(jié)論
經(jīng)過兩個月來的學(xué)習(xí)和努力，我對PLC有了一個新的更深入的認(rèn)識，我學(xué)會了怎樣用PLC指令來實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的編程，學(xué)會了怎么把編程軟件和仿真軟件聯(lián)合起來使用，也基本學(xué)會了一些常用指令的使用。
但也有些不足，在學(xué)習(xí)過程中，我著重對有關(guān)交通燈的指令和程序進(jìn)行了學(xué)習(xí)，學(xué)會了比較指令和定時器指令的運用，還有很多其他的指令和復(fù)雜的程序沒有真正學(xué)到，以后會對這方面再做努力，讓畢業(yè)論文最有意義。
整理為wor
26、d格式
參考文獻(xiàn)：
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致謝：
感謝呂永田導(dǎo)師的指導(dǎo)，使本文的撰寫得以順利，從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，費了老師很多的心，祝老師身體健康。
同時感謝各位老師多年以來的教導(dǎo)以及各位同學(xué)對我的幫助。
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