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1、江苏农林职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 基于SIEMENS/S7-300PLC的交通灯设计及其仿真 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 摘 要 可编程逻辑控制器（英文缩写PLC）是一种可靠和便捷的自动控制元件。通过计算机对微型逻辑处理器进行编程，便可以轻松和可靠地实现自动通信和自动控制。在工控应用领域，PLC因为在结构上简单、编程上便利可行，且控制精度高，所以在工业自动控制领域被得很大面积的使用。本设计论文想要介绍的一种利用Siemens-S7-300PLC做和核心控制单元，来实行十字道口交通红绿灯的有效控制的系统。设计所要实现的主要目标是通
2、过PLC的控制来实现东南西北四个红、黄、绿灯的逻辑化闪亮，以得以控制交通红绿灯。本文采用自顶向下的设计原则通过6个控制计算器在不同时段不同频率下自动控制用于控制8个红绿灯的8个控制器。然后控制程序采用的是功能图表（SFC）、梯形图(LAD)以及指令表(STL)。在最后采用WinCC仿真软件对设计的系统和程序进行了虚拟实验室仿真和调整，试验结果验证了设计和控制程序的可行性。关键字：可编程逻辑器、S7-300PLC、交通红绿灯、WinCC2ABSTRACTProgrammable Logic Controller（PLC）is one kind of durable and easy-use au
3、tomatic control unit. The PLC is applied in large range in industrial control field due to its can be easily design program and with good precision. This paperwork implements the SIMENS-S7-300PLC into controlling the traffic signal lights system. The design specification is to use the S7-300PLC as t
4、he ECU for controlling the 8 traffic lighters in four directions. The paperwork conducts the up-down principle and design 6 counters for controlling the 8 lighters in different frequency and different period via the SFC/LAD/STL language. Finally it uses the WINCC for lab-view simulation and validate
5、d the whole system and program code is ok for launch.Keyword：PLC、S7-300PLC、traffic lighters、WINCC 目 录 摘 要2ABSTRACT31 绪论12 PLC技术介绍22.1 PLC的硬件结构22.2 PLC的工作原理23 系统方案论证43.1 设计要求43.2系统设计方案分析43.3 PLC选型54 系统硬件设计74.1 设计原则74.2 PLC外部连接设计74.3 设计要点及注意事项85 系统程序设计105.1系统程序分析105.2 梯形图软件设计105.3 梯形图所对应的语句表166 系统检测与调
6、试176.WinCC软件的介绍176.2 组态画面的建立176.3 变量的定义186.4仿真并调试19第7章 结束语22参考文献23答谢辞241 绪论可编程逻辑控制器Programmable Logical Controller（PLC）的前身是传统的继电器控制器，和传统继电器控制器相比，其二者都具有逻辑控制功能，但PLC具备了可编程功能。PLC的存储器为可编程式存储器，PLC的内部存储器的作用为主要是进行控制器内部控制和外部输出控制。对于内部控制主要功能为：1、存储用户写入的控制程序；2，执行在程序的控制下相关逻辑计算；3.进行时钟顺序、计算器计算、算数和定时等面向客户的操作指令；对于外部输
7、出控制，指的是PLC系统作为控制系统，中间需ADC/DAC等模块介入，然后通过中间数字/模拟输入或输出控制器来实行对其他电、气、机械等外部执行部件的控制和调配。十字路口交通信号灯控制的设计意义重大。十字交通灯处于重要的交通地带，人流量车流量大，若不进行逻辑化系统化的控制容易导致行人和车辆不遵守相应的交通规则，进而引发交通事故。而对于交通灯本身而言，其需要严谨的时序逻辑控制系统作为支撑。在规定的时间内，和正确的时序逻辑下控制交通红黄绿灯依次有条不紊地发生变化，才能够保障十字路口的交通运行的安全性。本设计将会以西门子S7-300型PLC作为总控制器，然后在接下来的章节中详细论述十字路口交通灯的控制
8、原理，控制逻辑、交通信号灯的自动控制系统软硬件设计及其仿真验证系统软硬件的设计可行性。12 PLC技术介绍 2.1 PLC的硬件结构 PLC 从电子零部件的功能属性上分可以说PLC是专业用于工控的小型计算机。在硬件的层次结构上，整体和与微型的计算机没有特别大的区别。从封装和控制器升级方面上区分PLC我们可以将PLC整体式和配选式两种。整体式的PLC指的就是PLC内部的关键部件不能进行拆装，是一体的。整体式PLC内装部件有供电电源、中央处理器板（CPU）、输入输出板（I/O）、显示面板、存储器等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。而配选式的PLC就是指的是其内部的关键内部件（电源、CPU、ROM
9、、I/O、底板、机架）是可以选择性配用的。配选型的主要优点是可以灵活根据实际工控要求进行相关零部件的更新，适用范围会被扩展。 中央处理器(CPU)是PLC的“中枢神经”，在PLC 系统程序控制下，CPU会进行数据、程序的接受和存储，同时会时刻检查电源、存储器的输入输出端口以及预警定时器触发器的实时状态；但发现程序发送过程中出现语法错误时，能进行诊断。PLC进入工作状态后会采用动态扫描的方式对各输入输出装置的状态和实时数据进行读取并分别按照程序要求配送到相关的输入输出口(I/O)。在揭发用户程序的过程中，CPU会读取用户存储器上相应的客户指令，然后CPU自行解码后将计算结果按照程序要求送至输入输
10、出口的数据寄存器中，但CPU检测所有状态在程序预设方位内是，CPU会根据程序要求将I/O数据寄存器中的数据推送至输出装置，以驱动外部执行器械。具体的PLC结构图见图2-1。 图2-1 PLC的硬件结构图 2.2 PLC的工作原理 PLC的狠心部分就是中央微处理器CPU，CPU承载了数字信号运算和操作的职能。PLC的应用领域为工控现场应用。其关键而灵活的模块就是内部的可编程存储器，存储器类似于人类的大脑，需要存储程序代码控制下的各种逻辑运算、算数运算。时序控制、以及计数器和定时类的指令。对外输出是通过ADC或DAC装置进行数模/模数转换后进行输入输出口发送/接受指令进行外围各种执行装置的控制。P
11、LC相比传统的继电器类逻辑控制器，在能耗、效率、编译控制性能、可靠性和耐久性方面有自身突出的优势。PLC系统采用的阶梯图控制语句，逻辑关系强，不需要类似于计算机代码样式的代码符，可读性强，在后期维护和升级方面有非常强的便利性。市面上存在的PLC器械种类繁多，各自可以实现的控制功能和代码系统也会存在差异。总体硬件结构基本相同。主要包括CPU、I/O输入输出端口、电源、外围输出控制和编译器接插口。PLC的硬件原理框图见图2-2。图2-2 PLC的硬件原理框图 PLC的执行秩序总体可以概括为“端口逻辑扫描，操作循环执行”。PLC更具程序代码的要求，会按照程序代码写入的先后顺序逐条进行执行，并采用周期
12、性动态循环扫描的方式。具体过程为程序指令中未设定条用其他程序的指令，无需跳转时，CPU会从开始的第一条指令进行读取，然后依次执行其他的控制指令，一直到程序结束。PLC的程序存在跳转或者等待程序反馈（采样、数据运算、结果转化、输入输出等） PLC都会严格按照程序指令的逻辑要求执行。PLC程序执行：程序执行过程也是遵循上述原则。执行程序对应的各寄存器数据寄存状态会根据逻辑要求，进行相应的输入输出或更新。PLC输出刷新：输出刷新的逻辑要求在于输出寄存器上的数据要求输出刷新阶段送到输出锁存寄存器，以便存储下执行指令，否则会导致数据丢失，不能通过外设设备输出到外围设备。 3 系统方案论证3.1 设计要求
13、 交通灯控制系统的控制要求如表1所示：表1十字路口4路交通灯控制系统设计要求11.1启动/关闭开关控制信号灯工作；1.2开关接通,系统开始工作,先点亮南北红灯与东西绿灯1.3开关断开,所有信号灯都熄灭；22.1南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，2.2如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警；33.1南/北红灯持续亮25秒。（南北红灯亮同时）东西绿灯持续亮20S3.2东西绿灯达20秒时,东西绿灯启动闪烁3秒后熄灭3.3东西绿灯熄灭时,东西黄灯亮且维持2秒3.4东西黄灯2秒后熄灭,东西红灯亮3.5东西红灯亮/南北红灯熄+南北绿灯亮44.1东西红灯亮维持30秒、南北绿灯亮维持25秒4.2南北绿灯亮25秒后闪
14、烁3秒熄灭+南北黄灯亮4.3,南北黄灯亮2秒后熄+南北红灯亮+东西绿灯亮。5周而复始。 图3-1 交通等布置示意图 3.2系统设计方案分析对如图3-1所示的十字路口交通灯的4路共12个交通灯进行方位编号，一边设计中调取数字代码。 结合图3-2和表1，得出相关信号灯的位置和开启状态结果如下： 步骤1：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮步骤2：南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12）闪步骤3：南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮 步骤4：东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮步骤5：东西红灯（4、10）继续亮，南北绿灯（3、9）闪 步骤6：东西红灯（1、7）继续亮，南北黄灯（2、8）亮 图3-2 交通红绿灯分布图 将上述步骤结果翻译为时序图，则得到图3-3。启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯图3-3 交通信号灯时序图3.3 PLC选型S7-300 PLC的选型原则是据生产工艺所需的功能和容量进行选型，并考虑维护的方便性、备件的通用性，以及是否易于扩展和有无特殊
