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1、山东科技大学学生毕业设计（论文）摘 要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重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，自80年代后期,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。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，缓解交通拥堵状况，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。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高,较
2、难实现功能的变更。而可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，具有可靠性高，控制功能强，使用灵活方便等优点。特别是由PLC实现的控制系统，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时问，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单。本文就是基于可变成控制通过调试完成对交通信号灯的控制设计。关键词：可编程控制器；交通灯；设计；AbstractAlong with the development of the society economy, the city transporta
3、tion problem causes peoples concern more and more. The coordination of the person, car, and the road threes relation, have become one of the important problems that the transportation management section demand resolve. The city transportation control system is the calculator that used for the city t
4、ransportation data monitor, the transportation signal beacon control and transportation to appease comprehensive management system, it is in the modern city transportation supervision conductor system to constitute part most importantly. Because of the features including visual procedures, good read
5、ability, easy to modify parameters etc .But programmable preface controller PLC is proved that this control system has many advantages such as reliable operation and small maintenance workload after putting into operation. And it also realized the automatic and scientific operations. It has high ref
6、erence value. Therefore, I choose to use PLC to carry out the design of the system function, completion originally time the lesson establish of topic.Key words: Programmable Logic Controller; Transportation light; Design; 目 录1绪 论41.1 交通信号灯的作用与研究意义41.2 PLC的产生及发展51.3 PLC的定义及结构61.3.1 PLC的定义61.3.2 PLC的结
7、构分类71.4 PLC的特点及应用领域111.4.1 PLC的特点：111.4.2 PLC的应用领域：121.5 PLC在我国的应用131.6 PLC的发展趋势：162 十字路口交通控制系统的硬件设计182.1十字交通灯的设计原理及外部界线图182.2 S7-200系统的扩展单元的扩展类型203 软件设计233.1 编程语言的形式233.2 S7-200的程序控制作业253.3 STEP7程序的使用263.4 时序流程图和梯形图274 注意事项295 总结315.1设计中的难点分析315.2 调试错误与修改方法325.3 PLC智能化控制交通灯的方法32参考文献35致 谢361绪 论交通信号灯
8、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。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。1.
9、1 交通信号灯的作用与研究意义城市交通与人民群众生产生活息息相关。目前我市发展迅速，经济收入逐年增长，人民群众生活条件越来越好，私人轿车越来越多，城区道路交通压力与日俱增，许多路段已经超出道路设计负荷，经常发生堵车、交通事故等现象；虽然政府有关部门积极采取相应措施进行缓解，但效果不太明显；特别在节假日、上、下班高峰时间，堵车现象更为严重，而交通路段中十字路口处的车辆畅通与否尤显重要。在加上80年代后期，我国许多大城市如北京上海等地纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，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
10、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与普通道路耦合处交通状况的制约。这些都给市民的正常出行造成了困扰。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。所以，如何采用合适的控制方法，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、城区同周边地区的交通拥堵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。道路交通信号灯是为了加强道路交通管理，减少交通事故的发生，提高道路使用效率，改善交通状况的一种重要工具，指导车辆和行人安全有序地通行。它是现代城市交通监控重要的组成部分。 1.2 PLC的产生及发展可编程控制器（Pr
11、ogrammable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PLC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。在60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产
12、的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至少能扩展到4K。
13、 1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用1.3 PLC的定义及结构1.3.1 PLC的定义可编程控制器，简称PLC（Pr
14、ogrammable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”1.3.2 PLC的结构分类
15、PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机根据硬件结构的不同，可以将PLC分为整体式模块式和混合式。整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小，价格低，小型的PLC一般采用整体式结构它包括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；大中型PLC一般采用模块式结构，它包括CPU模块、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。 如图1.1所示：图1.1 PLC的基本结构1、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映像区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映像区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。为了进一步提高PLC 的可靠性近年来对大型PLC 还采用双CPU 构成冗余系统或采用三CPU 的表决式系统，这样即使某个CPU 出现故障整个系统
