交通灯控制系统毕业设计论文

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1、目录第一章 前言1.1 课题背景1.2 研究目的和意义第二章可编程程序控制器（PLC）2.1 PLC概述2.1.1 PLC的发展历程2.1.2 PLC的发展趋势2.1.3 PLC的应用2.2 PLC的硬件结构2.3 PLC的工作原理2.4 本章小结第三章 系统设计3. 1控制要求3. 2系统设计方案分析3.3硬件设计3.3.1 PLC的选型3.3.2 PLC的地址分配3.3.3 PLC的接线形式3.4 系统程序设计3.4.1系统的梯形图3.4.2语句表3.4.3系统程序分析3.5 本章小结第四章 系统检测与调试4. 1检测与调试4.2本章小结结论致谢 参考文献附录1 S7-200PLC的CPU

2、的I/O规范弄划 2 S7200PLCSCPU3普港尚 弄划 3 S7200PLCSCPU3普圧港尚第一章前言1.1 课题背景1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，绿两色的机械扳手式信 号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳 伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它 由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1 月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。 这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高

3、塔上。红 灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线 红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯； 另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外 线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把 信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，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。 1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各种信号灯的含义作了规定。绿灯 是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，

4、左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种 转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通 行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信 号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以 进入交叉路口。1.2 研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了 强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应 现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为 研究的课题。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经

5、过车辆流量的调查， 运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往 往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、 较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排 着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适 应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制 的交通灯。 目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的 控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定 时间的控制方法，经常造成道路有效

6、利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅 通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个 问题。第2章 可编程程序控制器（PLC）2.1 PLC概述可编程序控制器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基 础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程 序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种.小批量生产的 需要，生产发展起来的一种新型的工业控制装置。PLC从1969年问世以来，虽然至今 还不到40年，但由于其具有通用灵活的控制性能.简单方便的使用性能，可以适应

7、各种 工业环境的可靠性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、 CAD/CAM技术工业机械人技术并称为现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序控制器 在我国的发展与应用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业 生产领域，成为提高传统工业装备水平和技术能力的重要设备和强大支柱。随着全球一 体化经济的发展，努力发展可编程序控制器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产 权的可编程序控制器技术，应该是广大技术人员努力的方向。2.1.1 PLC的发展历程在可编程控制器出现前，在工业电气控制领域中，继电器控制占主导地位，应用广 泛。但是电器控制系统存在体积大、可靠性低

8、、查找和排除故障困难等缺点，特别是其 接线复杂、不易更改，对生产工艺变化的适应性差。1968年美国通用汽车公司（G.M） 为了适应汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化的需要，实现小批量、多品种生产， 希望能有一种新型工业控制器，它能做到尽可能减少重新设计和更换电器控制系统及接 线，以降低成本，缩短周期。于是就设想将计算机功能强大、灵活、通用性好等优点与 电器控制系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，而且这种 装置采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”进行编程，使不熟悉计算机的人也能 很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求， 研制

9、成功了世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得 很好的效果。从此这项技术迅速发展起来。 早期的可编程控制器仅有逻辑运算、定时、 计数等顺序控制功能，只是用来取代传统的继电器控制 ,通常称为可编程逻辑控制器 （Programmable Logic Controller ） 。随着微电子技术和计算机技术的发展， 20世纪 70年代中期微处理器技术应用到PLC中，使PLC不仅具有逻辑控制功能，还增加了算术 运算、数据传送和数据处理等功能。 20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集 成电路等微电子技术的迅速发展，16位和32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅 速发展

10、。PLC不仅控制功能增强，同时可靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程 和故障检测更加灵活方便，而且具有通信和联网、数据处理和图象显示等功能，使PLC 真正成为具有逻辑控制、过程控制、运动控制、数据处理、联网通信等功能的名符其实 的多功能控制器。PLC的发展过程大致可以分为如下几个阶段：19701980年：PLC的结构定型阶 段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各种类型的顺序控制器不断出现（如逻辑电路型、 1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被淘汰。最终以微处理器为核心的现有 PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速发展推广。PLC的原理、结构、软件、硬 件趋向统一与成熟，PLC的应

11、用领域由最初的小范围、有选择使用、逐步向机床、生产 线扩展。19801990年：PLC的普及阶段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大， 价格不断下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格品种开始系列化，并且形 成了固定I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种延续至今的基本结构模 型。PLC的应用范围开始向顺序控制的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的主要产品 有F.F1.F2小型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。19902000年，PLC 的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步，PLC的功能日益增强， PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增

12、加，使得适用于各种特殊控制的功能模块 不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序控制向现场控制拓展。此外，PLC的体积大 幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的主要产品有FX小型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶 段。在本阶段，为了适应信息技术的发展与工厂自动化的需要，PLC的各种功能不断进 步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位数的同时，开发了适用于过程控制，运 动控制的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始涉及工业自动化的全部领域。与此同 时，PLC的网络与通信功能得到迅速发展，PLC不仅可以连接

13、传统的编程与通入/输出设 备，还可以通过各种总线构成网络，为工厂自动化奠定了基础。三菱公司本阶段的主要 产品有FX小型PLC系列产品（包括最新的FX3u系列产品），Qn,QnPH系列中，大型PLC 系列产品等。2.1.2 PLC的发展趋势从当前产品技术性能来看，PLC发展趋势仍然主要体现在体积的缩小与性能的提高 两大方面。 体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术发展的必然结果。现 代PLC无论从内部元件组成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不同， PLC体积被大幅度缩小。 性能的提高。PLC的性能主要包括CPU性能与I/O性能两 大方面。可编程序控制器在我国的发展状况如下：

14、 （1） 我国可编程序控制器的发展与国 际上的发展有所不同，国际上可编程序控制器的发展是从研制、开发、生产到应用，而 我国则是从成套设备引进、可编程序控制器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。 大致可划分为下述三个阶段：可编程序控制器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序控制器的发展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣，所 以我国对可编程序控制器的认识始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套设备引进中， 当时的上海宝钢一期工程中有多项工程引进了十几种机型约 200 多台可编程序控制 器。这些可编程序控制器用于原料码头到高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼以及加工生 产线上

15、，取代了传统的继电器逻辑系统，并部分取代了模拟量控制和小型 DDC 系统。 继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进的设备和生产线大都配备了可编程序控制 器，其应用范围包括电站、石油化工、汽车制造、港口和码头等各领域。正是在成套设 备引进过程中，我们打开了眼界，了解认识了可编程序控制器，这也促进了可编程序控 制器在我国的发展。可编程序控制器的引进应用和消化移植阶段（80年代初期到90年代初期）80年代初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同 时，国外原装的可编程序控制器开始涌入国内市场。许多部门和单位相继引进可编程序 控制器并自己设计组成控制系统，其应用范围也扩大到建材、轻工、煤

16、炭、水处理、食 品、制药、造纸、橡胶和精细化工等工业领域。 可编程序控制器的广泛发展阶段 （90年代初期到现在） 进入90年代，我国的可编程序控制器进入了广泛发展阶段， 主要表现在以下几个方面： （2） 政府重视 可编程序控制器的发展得到了政府的高 度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991年成立了可编程序控制器行业协会。 可编程序控制器行业协会在政府和企事业之间起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决 策提供了依据。同时可编程序控制器的标准化工作也受到了有关部门的重视，于 1993 年成立了可编程序控制器标准化技术委员会，为我国可编程序控制器的进一步发展打下 了基础。2.1.3 PLC的应用1 PLC的应用领域PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置，使得其应用受到限 制