基于交通灯的PLC控制系统.doc

学 号： 8课 程 设 计题 目交通灯的PLC控制系统设计学 院物流工程学院专 业物流工程班 级物流zy1001姓 名宋金龙指引教师刘有源专家年7月5日课程设计任务书学生姓名： 宋金龙 专业班级：物流卓越1001班 指引教师： 刘有源专家 工作单位：物流工程学院 题目: 交通灯的PLC控制系统设计 初始条件： 1)PLC型号：西门子公司S7系列，S7-300 2)编程环境：SIMATIC Manager /Step7 V5.4或更高版本 3)根据控制规定分派PLC I/O地址，画出PLC与控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，既可以采用LAD编程，也可以采用STL编程，还可以采用组合方式编程 4)编写的需要输入PLC，调试通过规定完毕的重要任务: 1) 十字路口交通信号灯，共有两组信号灯，其中一组控制直行，一组控制转弯当轮到一种方向开始直行时，控制该方向直行的绿灯亮，批示该方向可以直行，并维持20s，当通行时间即将结束时，绿灯闪烁3s以作提示。

2) 随后，该方向的黄灯亮2s，熄灭，通行时间结束，该方向的红灯亮，严禁该方向通行同步控制该方向转弯的绿灯亮，批示该方向转弯，转弯时，绿灯维持15s，当转弯时间即将结束时，绿灯闪烁3s以作提示3) 紧接着，该方向的黄灯亮2s，熄灭，转弯时间结束 4)接下来，该方向的红灯亮，严禁该方向转弯同步另一方向直行的绿灯亮，轮到另一方向直行了如此周而复始指引教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日摘要都市规模不断扩大，都市的交通问题也变的日益突出，如堵车问题，都市交通问题也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为理解决交叉口混合交通流中的互相影响或彼此的互相影响，我们可以合理的设立交叉路口的红绿灯系统，协助疏导交通流，从而有效的减少交通阻塞等问题，并为行人的安全提供强有力地保障 目前，都市的红绿灯基本上都是程序控制，在实际使用中采用可编程序控制器（PLC）控制占很大比例，其重要因素是由于PLC具有简朴易懂、操作以便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的长处。

本设计简介了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制通过对交通信号灯的控制规定分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过仿真实验证明该系统的实用性，运用PLC对十字路口交通灯进行模拟控制，从而可以对真正的十字路口交通灯控制系统有更进一步的理解核心词：十字路口，交通灯， PLC控制目录摘要 I第一章 绪论 11.1 PLC的基本知识 11.1.1 PLC的概念 11.1.2 PLC的基本构成 11.1.3 PLC基本工作原理 31.2研究目的和意义 4第二章 十字路口交通灯设计 62.1 设计任务 62.2 设计规定 7第三章 系统硬件设计 83.1 I/O分派表 83.2 交通信号灯PLC控制硬件接线图 8第四章 系统软件设计 104.1 十字路口交通灯的控制时序表及时序图 104.2 交通灯正常循环运营流程图 114.3 交通灯PLC控制系统的LAD图 124.4 交通灯的控制过程分析 18第五章 系统调试与仿真 195.1 硬件组态调试 195.2 系统仿真 20总结 25参照文献： 26第一章 绪论1.1 PLC的基本知识1.1.1 PLC的概念 国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：“可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。

它可以存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制多种类型的机械或生产过程可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一种整体、易于扩展其功能的原则设计1.1.2 PLC的基本构成在种类繁多的PLC中，其构成构造和工作原理都基本相似用PLC实行控制，其实质是按一定算法进行输入/输出转换，并将这个转换予以物理实现，并应用于工业现场PLC专为工业现场而设计，采用了典型的计算机构造，它重要是由CPU、电源、存储器和专门设计的输入/输出接口电路等构成1.中央解决器(CPU)中央解决器(CPU)一般由控制器运算器和寄存器构成它们都集成在一种芯片内，CPU通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元输入/输出接口电路相连接与一般计算机同样，CPU是PLC的核心，它是按照PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC有条不序地进行工作顾客程序和数据事先存入存储器中，当PLC处在运营方式时，CPU按循环扫描方式执行顾客程序CPU的重要任务如下：(1)按PLC系统程序赋予的功能接受并存储从编程器输入顾客程序和数据2)用扫描方式接受现场输入装置的状态与数据，并存入输入映像寄存器或数据寄存器。

3)诊断电源或PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误4)在PLC进入运营状态后，从存储器中逐条读取顾客，程序通过命令解释后，按指令规定的任务产生相应的控制信号，去启、闭有关控制电路，分时地去执行数据的存取、传送、组合、比较、变换等动作完毕顾客程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务根据运算成果更换有关标志位的状态和输入映像寄存器的内容，实现输出、制表、打印或数据通信等控制2.存储器PLC的存储器涉及系统存储器和顾客存储器两个部分1)系统存储器 系统存储器是指用来寄存PLC的系统程序的存储器它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，顾客不能直接更改它使PLC具有基本的功能，可以完毕PLC设计者规定的各项工作其重要内容涉及3个部分：系统管理程序、 顾客指令解释程序和原则程序模块与系统调试2)顾客存储器顾客存储器由顾客程序存储器和数据存储器两部分构成，其重要任务作用是用来寄存顾客针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的多种顾客程序PLC使用的存储器有3种类型：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和可擦除可编程只读存储器(EEPRO)3.输入/输出接口单元PLC的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。

输入/输出接口单元从广义上可分为2个部分：一部分是与被控制设备相连的接口电路，另一部分是输入和输出的映像寄存器4.扩展接口和通信接口PLC具有扩展接口和通信接口的能力，其作用如下：(1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是PLC的配备更加灵活以满足不同控制的系统需求2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其她的，PLC或计算机相连从而实现“人-机”或“机-机”之间的对话5.电源部分PLC一般使用220交流电源，内部的开关电源位PLC的中央解决器、存储器等电路提供5V、+-12V、24V等直流电源使PLC能正常工作6.编程设备编程设备的作用是供顾客进行程序的编制、编辑、调试和监视7.其她部件有些PLC还可以有ERROM写入器、存储器卡等其她外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展功能PLC的硬件构造构成如下图1.1所示：编程器输出电路输入电路中央解决器（CPU）系统程序存储器顾客程序存储器电源 图1.1 PLC硬件构造构成框图1.1.3 PLC基本工作原理PLC是一种存储程序的控制器顾客根据某一对象的具体控制规定，编好程序后，编程器将程序键入PLC的顾客存储器中存储。

PLC的控制功能就是运用顾客程序来实现的PLC运营程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运营程序时，一旦执行到END指令，程序运营结束而PLC从0000存储地址所寄存的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的状况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束然后再从头开始，并周而复始的反复，直至到停机或运营（RUN）切换到停止（STOP）工作状态我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式每扫描完一次程序就构成一种扫描周期此外，PLC对输出，输出信号的解决与微型机算机不同微型机算机对输出、输出信号实时解决而PLC对输出、输出信号是集中批解决PLC扫描工作方式分为三个阶段：输出采样、程序执行、输出刷新1)输入采样阶段PLC：在输入采样阶段，先扫描因此输入端子并将各输入端子状态存入相应的输入元件映像寄存器此时，输入元件映像寄存器被刷新，接着进入顾客程序执行阶段在顾客程序执行阶段或输出阶段，输入元件映像寄存器与外界隔离，无论输入端子信号如何变化，输入元件映像积存器始终保持不变，直到下个扫描周期的输入采样阶段才将输入端子的新内容重新写入2)顾客程序执行阶段：根据PLC梯形图程序扫描规则，PLC以先左后右，先上后下的步序逐句扫描。

当指令中波及输入/输出时，PLC从输入映像寄存器中读入上一阶段采入的相应输入端子状态，从输出映像寄存器读入相应输出映像寄存器的目前状态然后，进行相应的运算，运算成果在存入元件映像寄存器中对元件映像来说，每一种元件的状态会随程序的执行过程而变化3)输出刷新阶段：在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有继电器的状态在（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载对于小型PLC，I/O点数较少，顾客程序较短，用集中采样集中输出的工作方式，虽然在一定限度上减少了系统的响应速度，但从主线上提高了系统的抗干扰能力，增强了系统的可靠性1.2研究目的和意义在十字路口设立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、经济的迅速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应目前日益繁忙的交通状况如何改善交通灯控制系统，使其适应目前的交通状况，成为研究的课题 老式的十字路口交通控制灯，一般的做法是：事先通过车辆流量的调查，运用记录的措施将两个方向红绿灯的延时预先设立好然而，事实上车辆流量的变化往往是不拟定的，有的路口在不同的时段甚至也许产生很大的差别。

虽然是通过长期运营、较合用的方案，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待通过这种流量变化的偶尔性是无法建立精确模型的，记录的措施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可以根据流量变化状况自适应控制的交通灯目前，大部分都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措施由于十字路口不同步刻车辆的流量是复杂的、随机的和不拟定的，采用固定期间的控制措施，常常导致道路有效运用时间的挥霍，浮现空等现象，影响了道路的畅通为此，采用不依赖数学模型的模糊控制措施设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题此外随着众多高科技技术在平常生活的普遍应用，都市空中多种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了可以在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的随着科学技术的日新月异，自动化限度规定越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足目前高度自动化的需要。