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1、 网络教育学院网络教育学院 可编程控制器可编程控制器大作业大作业题题 目目： 可编程控制器可编程控制器 学习中心：学习中心： 层层 次：次： 高中起点专科 专专 业：业： 电力系统自动化技术 年年 级：级： 2014 年 秋 季 学学 号：号： 学生姓名：学生姓名： 题目五：十字路口交通灯控制设计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
2、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：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。目目 录录1 1 设计背景设计背景.11.1 背景概述.1 1.2 可编程逻辑控制器简介.12 2 十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯 PLCPLC 控制系统简介控制系统简介.12.1 控制对象及要求
3、.1 2.1.1 控制对象.1 2.1.2 控制要求.2 2.2 系统简介.2 2.3 硬件选型.33 3 系统系统 I/OI/O 分配分配.44 4 PLCPLC 端子接线图端子接线图.45 5 软件设计软件设计.46 6、总结、总结.7附录 源程序-STL 语句.7参考文献参考文献.171 1 设计背景设计背景1.1 背景概述随着汽车进入家庭步伐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
4、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(
5、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
6、域发挥着愈来愈大的作用。2 2 十字路口交通信号灯十字路口交通信号灯 PLCPLC 控制系统简介控制系统简介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
7、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；（
8、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
9、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 C
10、PU 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 S7-200 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
11、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 1CPU224 1PC/PPI 编程电缆1STEP7 编程软件1PC 机13 3 系统系统 I/OI/O 分配分配分析 PLC 的输入
