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1、基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计河河南南工工业业职职业业技技术术学学院院Henan Polytechnic Institute毕毕 业设业设 计（论文）计（论文）题 目 PLC 控制交通灯设计 班 级 机电工程系 机 0803 班姓 名 李晓帅 指导教师 刘娇月 Plc 控制交通灯控制设计基于西门子基于西门子 S7-200S7-200 的交通灯控制设计的交通灯控制设计摘摘 要要自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也
2、已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，而现今 PLC 技术飞快发展，应用越来越广，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。同时交通控制更是趋向智能化方向发展，LED 交通信号灯在持续发光、雨淋、灰尘等恶劣的气候条件下，仍然能保持较好的工作性能，而且价格更低廉。本文主要通过西门子 PLC 控制交通红绿灯。关键词关键词：西门子 S7-200，交通灯，PLC，梯形图。Plc 控制交通灯控制设计Based on the design of Siemens S7-200 traffic
3、 control ABSTRACTSince the birth of traffic lights, the circuit in its internal control system have continually been improved, also began to design methods varied, so that traffic lights become more intelligent. In particular, in recent years, with electronics and the rapid development of computer t
4、echnology, electronic circuit analysis and design methods have greatly improved, electronic design automation has become a modern electronic system in an indispensable tool and means now, PLC todays rapid technological development, has become an increasingly widespread applications in industrial aut
5、omation position is extremely important, widely used in various industries. With the development of science and technology, programmable controllers improvement of the function, together with the small, low-price, high reliability in the modern industry of a more prominent role, And more traffic con
6、trol Trend is the development of intelligent, LED traffic lights in the continuing luminescence, rain, dust and other adverse weather conditions, can still maintain good work performance and lower prices. In this paper, Siemens Programmable Logic Controller control traffic through the traffic lights
7、. Plc 控制交通灯- 3 -Key words: Siemens S7-200, traffic lights, PLC, ladder-diagram. 第第 1 章：章：plc 的基础知识的基础知识1.1 概念PLC 是 Programmable Logic Controller 的缩写，即可编程逻辑控制器。它经历了可编程序矩阵控制器 PMC、可编程序顺序控制器 PSC、可编程序逻辑控制器 PLC 和可编程序控制器 PC 几个不同时期。为与个人计算机（ PC）相区别， 所以现在仍然将可编程逻辑控制器 简称 plc。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程
8、序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。1.2 plc 的由来与发展1.21 由来1968 年美国汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP14 ，在美国通用汽车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台 PLC。1969 年，美国研制出世界第一台 PDP-14;1971 年，日本研制出第一台 DCS-8;Plc 控制交通灯- 4 -19
9、73 年，德国研制出第一台 PLC;1974 年，中国研制出第一台 PLC;1.22 发展发展(一)早期的 PLC(60 年代末70 年代中期)早期的 PLC 一般称为可编程逻辑控制器。这时的 PLC 多少有点继电器控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。(二)中期的 PLC(70 年代中期80 年代中，后期)在 70 年代，微处理器的出现使 PLC 发生了巨大的变化。美国，日本，德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元(CPU)。这样，使 PLC 得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、计时、Plc 控制交通灯控制设计
10、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程 I/O 模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 得应用范围得以扩大。(三)近期的 PLC(80 年代中、后期至今)进入 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC 软、硬件功能发生了巨大变
11、化。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、交通，轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。1.3 plc 的功能1.31 PLC 的功能主要包含以下几个方面：1：控制功能逻辑控制，包括（定时，计数，顺序，逻辑）控制。2：数据采集、存储与处理功能数学运算功能3：输入/输出接口调理功能具有 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O模块完成对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测量接口，直接连接各种电阻或电偶。 4：通信、联网功能现代 PLC 大多数都采用了通信、网络技术，有 RS232 或 RS485 接口，可进行远程 I/O 控制，多台 PLC 可彼此间联网
12、、通信，外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单Plc 控制交通灯- 6 -元之间，实现程序和数据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子 S7-200 的 Profibus 现场总线口，其通信速率可以达到 12Mbps。 在系统构成时，可由一台计算机与多台 PLC 构成“集中管理、分散控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的 SCADA 系统，现场端和远程端也可以采用 PLC 作现场机。5：人机界面功能提供操作者以监视机器/过程工作必需的信息。允许操作者和 PC 系统与其应用程序
13、相互作用，以便作决策和调整。Plc 控制交通灯控制设计6：编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。1.4 plc 的工作原理和结构1.41 PLC 的工作原理：采用循环扫描方式。在 PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。注意：由于 PLC 是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段才能改变。1.42 结构：plc 实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计
14、算机再结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式 plc 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。模块式 plc 包括 CPU 模块，I/O 模块，内存模块，电源模块，底板或机架。这些模块可以按照一定的规则组合配置。Plc 控制交通灯- 8 -PLCPLC 的基本结构框图如下的基本结构框图如下：1.5 PLC 的硬件介绍及选型1.51 硬件介绍（一）PLC 的类型 PLC 按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和控制室安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。 （二）输入输出模块的
15、选择 输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。 （三）CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存接
16、 口 部 件 输 出输 入 接 口 部 件 件中央处理单元CPU 板 电源部件Plc 控制交通灯- 9 -入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。 CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。 在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PL
