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1、1山西工程职业技术学院毕业论文系 别： 电气工程系 专 业： 自动化生产设备与应用 班 级： 设备 03 班 姓 名： 高格格 学 号： 10803100305 指导教师： 杨国生 2013 年 6 月 1 日2摘 要随着社会经济和城市交通的快速发展，城市规模的不断扩大，交通日益繁忙，红绿灯已经成为疏导交通最常见和最有效的手段。红绿灯采用红、黄、绿_三种颜色组成。绿灯是通行信号，面对绿灯车辆可以直行，左右转弯;红灯是禁止通行信号，面对红灯所有车辆必须停止前进;黄灯是等待信号，面对黄灯所有车辆不能越过停车线，等待信号指示。城市的红绿灯一般采用可编程控制器，其中采用 PLC 程序控制的在实际使用中
2、占有很大的比例。用 plc 实现交通灯的控制系统，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。关键词：交通灯 PLC 程序 设计3目 录摘 要 -1.PLC 的概况 -11.1 概述 -11.2 PLC 的特点 -21.3 PLC 的工作原理 -21.4 PLC 的结构 -32.硬件系统的设计 -42.1 本设计的控制要求 -42.2 控制原理 -42.3 控制电路的设计 -52.4 外部
3、电路接线图 -53.软件系统的设计 -63.1 十字路口交通灯示意图 -63.2 I/O 的分配 -63.3 时序图 -73.4 梯形图说明 -84.系统检测与调试 -114.1 硬件调试 -114.2 软件调试 -125.心得体会 -124参考文献 -13- 1 -PLC 的概述1.1 概述可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。1.2 PLC 的特点可编程逻辑控制器具有以下鲜明的
4、特点。 一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID 回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。 三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。1.3 PLC 的工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期
5、间，可编程逻辑控制器的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 一、输入采样阶段 在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转- 2 -入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二、用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总
6、是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据
7、只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 三、输出刷新阶段 当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。1.4 PLC 的结构可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基
8、本构成为： - 3 -一、电源 可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器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。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入
9、装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，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 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象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。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双 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，整个系统仍能正常运行。 三、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 四、输
10、入输出接口电路 1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。 2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控- 4 -制信号。 五、功能模块 如计数、定位等功能模块。 六、通信模块2.硬件系统的设计2.1 本设计的控制要求当系统启动时，马路东西红灯亮 30s，同时马路南北绿灯亮 25s，之后由 3s的闪烁，紧接着为黄灯亮 2s。马路东西红灯 30s 结束后绿灯接上，绿灯亮 25s后变为黄灯亮 2s 之后变为红灯，如此循环。系统启动同时，人行道南北红
11、灯亮30s，东西绿灯亮 25s 之后闪烁 3s 在变为黄灯亮 2s 。人行道东西绿灯亮 25s后闪烁 3s 变为黄灯亮 2s 在变为红灯亮 30s 又变为绿灯如此循环。2.2 控制原理本设计为简单的红绿交通灯系统设计，根据原理图进行红绿交通灯控制循环系统的硬件、软件系统设置。- 5 -2.3 控制电路的设计根据设计要求得出，只需要一个启动按钮 SB1 和一个停止按钮 SB2 两个输入信号，而 马路上有六组信号灯，人行道上有四组信号灯，共十组输出信号。为避免大材小用，秉承经济节约方针，我们应尽量选择最经济的方案。这次设计我们选用了 S7-200 CPU224 型号 PLC，外加 CPU221 作
12、为外加的模块。2.4 外部电路接线图- 6 -3.软件系统的设计3.1 十字路口交通灯示意图- 7 -3.2 I/O 的分配3.3 时序图- 8 -3.4 梯形图说明当按下启动按钮 I0.3，中间继电器 M0.1 得电其常开触点闭合代替了 I0.3达到自锁使得 MO.1 在一直通电的状态。中间串上 M0.0 常闭触点是为了当需要切断电源时，按下 I0.2，继电器 M0.0 得电，其常闭触点断开，而此断开 M0.1的自锁程序达到切断电源的效果。 1）当按下启动开关后，以下接触器得电： aQ0.0 通过中间继电器 M0.1 的常开触点闭合接通电源，马路南北红灯亮。而计时器也接通，它是为 Q0.0
13、计时作用的。当 T37 计时 30s 后，它的常闭触点断开，断开 Q0.0 的电源。T42 常闭触点在这里起循环作用，就是在此程序运转一个周期时，控制最后一个接触器的计时器计时完成，断开 T37 使得 T37 重新计时，以达到循环效果。bQ0.4 得电，马路东西绿灯亮。与之串连的是计数器 C21（计数 3 次，作用是 Q0.4闪烁 3 次时断开其电源），T43、T44 在这里起控制 Q0.4 闪烁并计时作用。cQ0.7 接通人行道东西方向红灯亮，Q0.7 与 Q0.0 公用一个计时器，所以- 9 -Q0.7 的显示时间与 Q0.0 一样。 d Q1.0 得电人行道南北方向绿灯亮，它的显示与 Q0.4 相同。C22、T48、T49 的功
