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1、 网络教育学院可编程控制器大作业 题 目： 可编程控制器 学习中心： 层 次： 高中起点专科 专 业： 电力系统自动化技术 年 级： 2014年 秋 季 学 号： 学生姓名： 题目五：十字路口交通灯控制设计起动后，南北红灯亮并维持30s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，东西绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，东西黄灯亮，黄灯亮2s后，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。南北绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，南北黄灯亮，黄灯亮2s后，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。依次循环。十字路口交通灯控制示意图及时序图如下图所示。 设计要求：（1）首先对可编程序控制器（PLC）的产生与发展、主要性
2、能指标、分类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍；（2）设计选用西门子S7200 系列PLC，对其I/O口进行分配，列出PLC控制程序（梯形图进行截图，语句表可直接拷贝）并对程序作出解释；（3）总结：需要说明的问题以及设计的心得体会。目 录1 设计背景11.1 背景概述11.2 可编程逻辑控制器简介12 十字路口交通信号灯PLC控制系统简介12.1 控制对象及要求12.1.1 控制对象12.1.2 控制要求22.2 系统简介22.3 硬件选型33 系统I/O分配44 PLC端子接线图45 软件设计46、总结7附录 源程序-STL语句7参考文献171 设计背景1.1 背景概述随着汽车进入家庭步伐
3、的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象:一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号控制大都采用继电器或单片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点,越来越不能适应城市道路交通高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯系统存在的以上缺点，我们引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，能基本
4、达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求，形成一个较为成型的产品，则需要作更多、更深入的研究。1.2 可编程逻辑控制器简介可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称 PLC) 根据国际电工委员会(IEC)在1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和
5、输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。2 十字路口交通信号灯PLC控制系统简介2.1 控制对象及要求2.1.1 控制对象本系统的控制对象有八个，分别是：东西方向红灯（REW）两个；南北方向红灯 (RSN) 两个；东西方向黄灯（YEW）两个；南北方向黄灯 (YSN) 两个；东西方向绿灯（GEW）两个；南北方向绿灯 (GSN) 两个；东西方向左转弯绿灯(LEW)两个；南北方向左转弯绿
6、灯(LSN)两个。2.1.2 控制要求1、系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作；2、交通信号灯按高峰时段、 正常时段及晚上时段进行控制，这三个时段的的时序分配如图1所示；3、在高峰时段，交通信号灯按图2所示时序控制；4、在正常时段，交通信号灯按图3 所示时序控制；5、晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。2.2 系统简介本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制器对十字路口的交通灯进行控制。本系统具有一定
7、的智能性，即它可以对交通灯按高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。高峰期的控制方案为：（1） 南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2） 南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；（3） 南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4） 东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5） 东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；（6） 东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。正常期的控制方案为：（1） 南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；（2） 南北方向绿灯亮30秒，东西方
8、向红灯继续亮；（3） 南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；（4） 东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；（5） 东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；（6） 东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第（1）步依次循环。晚间的控制方案为：东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的规律反复循环。2.3 硬件选型城市道路交通信号控制是典型的开关量顺序控制，采用PLC能充分利用它的优点。在这里我们采用德国西门子公司的S7-200可编程控制器，它是积木式结构，安装比较方便，中央处理单元和信号模板有多种类型，另
9、外还具有如位控单元、PD调节等特殊功能模块。根据本系统输入点数及控制要求，中央处理单元可选用CPU224，该CPU板上本身具有10个数字量输入点，6个非隔离数字量输出点，最多能够带8个数字量信号模板。电源模块将交流电源转换成供CPU，存储器等所有扩展模块使用的直流电源，是整个PLC系统的能源供给中心，它的好坏直接影响到PLC的稳定性和可靠。S7-200属于小型PLC，电源模块与CPU模块封装在一起，通过连接总线为本机和扩展模块提供+5V（DC）电源。同时，还可通过端子向外输出一个+24V（DC）电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈使用。需注意的是，从资料中我们了解到，外部电源不可与S7-20
10、0的传感器电源并联使用。否则，交会导致两个电源的竟争而影响它们各自的输出，缩短其使用寿命，使得一个或两个电源同时失效，使PLC系统产生不正确的操作。正确的使用方法是S7-200的传感器电源和外部电源应该在不同的点上提供电源，而两者之间只能有一个会共连接点。由于根据控制要求所确定的输入输出点分别人二个和九个，由于我们是以一个路口信号单独控制为例，考虑到够用为准。所以我们选择了CPU224这一具有较强控制功能的控制器。另外，在硬件选型时，不要忘记完成现场测试及软件编程时所需的一些设备。综上，得到系统硬件配置如表1所示：表1 硬件配置表名 称数 量DC24V电源1CPU2241PC/PPI编程电缆1
11、STEP7编程软件1PC机13 系统I/O分配分析PLC的输入和输出信号,在满足控制要求的前提下,要尽量减少占用PLC的I/O点。由系统控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。由PLC的输出信号控制各指示灯的亮、灭。在交通灯布置图中，南北方向的三色灯共六盏，同颜色的灯在同一时间亮、灭；所以，可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。同理，东西方向的三色灯也依次设计。再加上东西方向左转的三色灯共九盏，所以其占9个输出点。由此可得系统I/O分配如表2所示：表2 系统I/O分配表输入/输出设备/器件名称I/O地址符号名数据类型输入校正当前时钟I0.0SB0BOOL程序启停按钮I0.1SB1
12、BOOL输出东西方向绿灯Q0.0Q1DINT东西方向黄灯Q0.1Q2DINT东西方向红灯Q0.2Q3DINT南北方向绿灯Q0.3Q4INT南北方向黄灯Q0.4Q5INT南北方向红灯Q0.5Q6INT东西方向左转弯灯Q0.6Q7INT南北方向左转弯灯Q0.7Q8INT4 PLC端子接线图根据I/O表及PLC的配置图很容易就可以得到PLC端子接线图4如下所示：5 软件设计本控制系统的控制原理是：用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化，用一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制，每一方向有红、黄、绿及转弯四种信号灯，分别对应四位数字量输出，两个方向共有8位数定量输出；在某一
13、方向用两个延时脉冲定时器分别控制该方向黄灯闪烁的亮、灭时间，根据道路人车流量多少，分别设置各信号灯亮灭时间的长短，通过6个定时器依次交替工作，就可实现各方向交通信号灯的顺序工作。本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序（时钟初始化子程序，晚间时段交通灯控制子程序，正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控制子程序）组成。主程序主要任务包括：读取两个开关状态，根据开关的不同状态做出相应的处理，当开关SB0闭合时则对时钟进行初始化，反之则不对时钟进行初始化；当开关SB1闭合时，则读取时钟值，并做处理，根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段，并调用相应的交通灯控制子程序，反之，则停止程
14、序的运行主程序流程图如图5所示。晚间时段的控制规律为：两个方向的四个黄灯均按亮0.4秒灭0.6秒的规律闪烁，其余的交通灯全灭程序中将用到两个定时器T37和T38，各定时器的功能如表3所示。正常时段的控制方案结构图如图6所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表4所示。高峰时段的控制方案结构图如图7所示，程序中将用到8个定时T37-T44，各定时器的功能如表5所示。该程序实现了信号由东西左转、东西直行、南北直行依次循环变化。其优势思路简单，容易理解，对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修改方便。如路口要求在晚上10：00以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能，只需要将实时采集PLC的时钟信号作为一个子程序的跳转条件，再增加一段闪光程序即可。如果需要将几个路口集中到一台PLC控制，根据实际需要的I/O点数，硬件上再增加相应的数字量输出模板即可。需要指出的是，用PLC实现城市道路关通信号控制，最好几个路口共用一套PLC，这样可以大大降低工程成本。表3 晚间时段各定时器一个循环中的功能明细表定时器t0t1T2T37定时0.4秒开始定时，黄灯亮
