1、PLC交通信号灯毕业论文分类号：TP13 编号：BY 15 5577 11/12/2 33-0801沈阳化工大学本科毕业论文题 目： 交通信号灯PLC操纵设计 院 系： 信息工程学院 专 业： 通信工程 班 级： 0801 *论文提交日期： 2021 年 06 月 21 日论文答辩日期： 2021 年 06 月 26 日毕业设计（论文）任务书通信工程专业0801班学生：刘海立毕业设计（论文）题目：交通信号灯PLC控制设计 毕业设计（论文）内容：设计一个基于PLC的交通信号灯控制系统。毕业设计（论文）专题部分：PLC控制系统硬件线路的设计及软件程序的设计、调试、系统监控。起止时间： 2012年
2、3月- 2012年 6月指导教师： 年 月 日教研主任： 年 月 日学院院长： 年 月 日摘要 随着社会经济的进展，城市交通问题愈来愈引发人们的关注。人、车、路三者关系的和谐，已成为交通治理部门需要解决的重要问题之一。在正常的工作中，为了保证交通灯系统运行的靠得住性，一样选用PLC来操纵交通灯系统。 可编程操纵器（PLC）以微处置器为基础，综合了运算机技术、自动操纵技术和通信技术而进展起来的一种新型工业操纵装置。它普遍采纳依据继电接触器操纵系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易、功能扩展方便、修改灵活,而且结构简单、抗干扰能力强。城市交通灯系统操纵利用的可编程操纵器（PLC）要有
3、靠得住性高、爱惜方便、用法简单、通用性强等特点。西门子可编程操纵器指令丰硕，能够接各类输出、输入扩充设备，有丰硕的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯操纵系统的要求与特点，能够方便地联网通信。 本文选择西门子可编程操纵器S7-200为核心部件，着重进行硬件线路设计、采纳起保停电路的顺序操纵梯形图和语句表进行编程设计和利用MCGS组态软件进行工程组态监控设计这三方面的设计。操纵方式是采纳西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的操纵。给出了一种简单有效的城市交通灯操纵系统的设计方案，最终通过量次调试达到了所
4、需的设计要求，实现了十字路口交通灯操纵系统的自动化。本文介绍S7-200系列PLC交通灯操纵系统的应用设计,关键是系统整体设计,核心那么是操纵程序设计。重点要把握PLC系统设计的大体原那么和设计的一样流程,要有一个整体的概念。在知足操纵要求、环境要求和性价比等条件下，合理选择PLC的机型和硬件配置，正确地进行估算，合理选择输入/输出模块，完成PLC的硬件与软件的设计。关键词： 西门子S7-200；交通灯操纵；PLC；梯形图AbstractAs social and economic development, urban transport problem is getting the atte
5、ntion of the people. The coordination of the relationship of people, vehicles, roads, has become one of the important issues that need to be addressed by the traffic management department. In order to ensure the reliability of the traffic light systems running in normal operation, we use PLC to cont
6、rol the traffic light system generally. Programmable logic controller (PLC), microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology and developed a new type of industrial control devices. It is widely adopted in accordance with the relay conta
7、ctor control system electrical schematic diagram of the preparation of the ladder language program design, easy programming and extensions, modify, flexible, and simple structure, strong anti-interference ability. Urban traffic light system is controlled by a programmable controller (PLC) which must
8、 have high reliability, easy maintenance, are easy to use, versatility and features. Siemens programmable controller instruction, you can access a variety of output, input expansion devices, special extension devices, analog input devices and communications equipment is in line with the requirements
9、 and characteristics of the traffic light control system, can be easily networked communication . This paper Siemens programmable controller S7-200 as the core components, focusing on hardware circuit design, sequential control of the security blackout Road, Ladder Logic and Statement List programmi
10、ng design using the starting and MCGS configuration software engineering monitoring design three aspects of the design. The control method is with Siemens S7-200 series the CPU224 Model PLC red, yellow, green light to a regular cycle of flashes in order to achieve the control of traffic lights on th
11、e East and West. Gives a simple and practical urban traffic light control system design, and ultimately after several debugging to achieve the desired design requirements crossroads traffic lights control system automation. This article describes the S7-200 series PLC traffic light control system ap
12、plication design, the key is the overall system design, the core control program design. General processes that focus to master the basic principles and design of the PLC system design, there must be an overall concept. PLC models and hardware configurations to meet the control requirements, environ
13、mental requirements and cost conditions, a reasonable choice, the correct estimate, a reasonable choice of input / output modules, completion of the PLC hardware and software design.Key words： Siemens S7-200；traffic light control；PLC；ladder-diagram第一章 绪论课题背景1858年，在英国伦敦要紧街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用
14、以指挥马车通行，这是世界上最先的交通信号灯。1868年，英国机械师德哈特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最先的煤气红绿灯，它由以旋转式方形的红绿两种颜色玻璃提灯组成，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，煤气红绿灯遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出此刻美国，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号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又显现了带操纵的红绿灯和红外线红绿灯。带操纵的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变成绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机缘红
15、灯时按一下嗽叭，就使红灯变成绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力灵敏的路面时，它就能够够觉察到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时刻，推延汽车放行，以幸免发生交通事故。信号灯的显现，使交通得以有效管制，关于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显成效。1968年，联合国道路交通和道路标志信号协定对各类信号灯的含义作了规定：绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆能够直行、左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向，左右转弯车辆都必需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，面对红灯的车辆必需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
16、过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能平安停车时能够进入交叉路口。研究目的和意义在十字路口设置交通灯能够对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的平安提供强有力的保障。可是随着社会、经济的快速进展，原先的交通灯操纵系统已经不能适应此刻日趋忙碌的交通状况。如何改善交通灯操纵系统，使其适应此刻的交通状况，成为研究的课题。 随着汽车进入家庭步伐的加速和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得愈来愈重要。马路上常常会看到这种现象：一旦整个路口的交通信号灯显现故障，假设没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，乃至造成严峻的交通事故。原交通信号灯操纵大多采纳继电器或单片机实现，存在着功能少、靠得住性差、爱
17、惜量大等缺点,愈来愈不能适应城市道路交通路口高速进展的要求。另外，依照人车流量的多少，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加倍明显了。为了弥补原交通信号灯操纵系统存在的缺点，咱们引入了基于PLC操纵的交通信号灯操纵系统。本文针对十字路口交通信号灯操纵系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，大体能达到操纵要求。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。假设是进一步结合工业操纵的要求，形成一个较为成型的产品，那么需要作更多、更深切的研究。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求愈来愈高，原有的交通
18、灯装置远远不能知足当前高度自动化的需要。可编程操纵器交通灯操纵系统是集成自动操纵技术、计量技术、新传感器技术、运算机治理技术于一体的机电一体化产品；充分利用运算机技术对生产进程进行集中监视、操纵治理和分散操纵；充分吸收了分散式操纵系统和集中式操纵系统的优势，采纳标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程操纵器交通灯操纵系统的特点：1 脱机手动工作；2 联机自动工作；3 上位机操纵的单周期运行方式；4 由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动操纵；5 自动启动、自动停止的操纵方式。最近几年来PLC的性能价钱比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采纳PLC是基于以下四
19、个缘故1：1 PLC具有很高的靠得住性，通常的平均无端障时刻都在30万小时以上；2 编程能力强，可编程操纵器指令丰硕； 抗干扰能力强，目前空中各类电磁干扰日趋严峻，为了保证交通操纵的靠得住稳固，咱们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。依照交通信号灯操纵系统的要求与特点，咱们采纳了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高级次的超小型程序装置。西门子可编程操纵器指令丰硕，能够连接各类输出、输入扩充设备，有丰硕的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统确实是应用可编程序操纵器（P
20、LC）对十字路口交通信号灯实现操纵。第二章 操纵系统分析操纵要求交通灯操纵系统的操纵要求如下： 信号灯受两个按钮操纵，当启动按钮动作时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当停止按钮动作时，所有信号灯都熄灭。 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，假设是同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。 南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。 东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，熄灭。同时南北黄灯亮，维持2
21、S后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 回到，循环执行。 交通信号灯工作界面 交通信号灯工作界面见图2-1。图2-1 交通信号灯工作界面设计方案分析依照交通灯系统操纵的要求，结合西门子S7-200系列可编程操纵器的特性（见附录），设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作时，系统工作；一样，给一个停止的输入型号，要配合一个SB2的按钮，当SB2停止按钮动作时，系统停止工作。第一，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于许诺通行的状态。南北方向道路亮红灯状态进程中，南北红灯亮25S,需计时器设定延时25S秒，才会转入下一状态南北绿灯亮；同时，东西
22、方向道路的绿灯也一路亮20S,需计时器设定延时20S，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁3S，需脉冲源（秒/次）动作使东西绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3S，才会转下一状态东西黄灯亮；东西黄灯亮2S,需计时器设定延时2S，才会转入下一状态东西红灯亮。第二，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处于许诺通行的状态。东西方向道路亮红灯状态进程中，东西红灯亮30S,需计时器设定延时30S，才会转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路绿灯也一路亮25S,需计时器设定延时25S，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁3S，需脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3S，才
23、会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮2S,需计时器设定延时2S，才会转入下一状态南北红灯亮。如此循环下去。另外，当断开系统时，所有信号灯熄灭，需要按钮SB2动作断开系统，使可编程操纵器停止动作，那么确信无信号输出。假设是显现南北、东西绿灯同时亮的情形，系统报警。可编程操纵器要输出一个信号，驱动一个报警灯。综上所述，可编程操纵器要知足两个信号输入（别离起系统启动、停止作用），七个信号输出，即十字路口有十二个交通信号灯，但南北、东西两个为一组用一个输出信号操纵，也确实是六个输出信号，再加上一个报警信号驱动的报警灯输出。通过将如下的十字路口交通灯状态分析表见表2-1、十字路口交通灯时序图见图2-二、程
24、序流程图见图2-3一一展开，将十字路口交通灯操纵系统设计思路慢慢理清。表2-1 十字路口交通灯状态分析表交通灯方向灯的状态南北方向红灯亮25S绿灯亮25S绿灯闪3S黄灯亮2S东西方向绿灯亮20S绿灯闪3S黄灯亮2S红灯亮30S图2-2 时序图图2-3 流程图第三章 操纵系统硬件设计可编程操纵器 PLC结构从结构上，PLC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、电源模块、底板或机架，这些模块能够依照必然规那么组合配置2。其结构大体上与微型运算机相同，见图3-13
25、。图3-1 PLC的结构图中央处置单元(CPU)是PLC 的操纵中枢，它依照PLC 系统程序给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和警戒按时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC 投入运行时，第一它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并别离存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，通过命令说明后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄放器内，等所有的用户程序执行完毕以后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄放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。 PLC的工作原理PLC的CPU
26、采纳顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即假设是一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)可不能当即动作，必需等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器操纵装置各类触点的动作时刻一样在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时刻一样均小于100ms，因此，PLC采纳了一种不同于一样微型运算机的运行方式扫描技术。如此在关于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器操纵装置的处置结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后，其工作进程一样分为三个时期，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个时期4，完成上述三个时期称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以必然的扫描速度重
27、复执行上述三个时期。1 输入采样时期在输入采样时期，PLC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。输入采样终止后，转入用户程序执行和输出刷新时期。在这两个时期中，即便输入状态和数据发生转变，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也可不能改变。因此，假设是输入是脉冲信号，那么该脉冲信号的宽度必需大于一个扫描周期，才能保证在任何情形下，该输入均能被读入。2 用户程序执行时期在用户程序执行时期，PLC老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，又老是先扫描梯形图左侧的由各触点组成的操纵线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点组成的
28、操纵线路进行逻辑运算，然后依照逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或确信是不是要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3 输出刷新时期当扫描用户程序终止后，PLC就进入输出刷新时期。在此期间，CPU依照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部设备。PLC的扫描工作进程见图3-2，扫描周期见图3-3。 图3-2 PLC的扫描工作进程图图3-3 PLC的扫描周期图硬件选型随着PLC技术的进展，PLC产品的种类也愈来愈多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价钱等也
29、各有不同，适用的场合也各有偏重。因此，合理选用PLC，关于提高PLC操纵系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择要紧应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 PLC机型选择的大体原那么是在知足功能要求及保证靠得住、爱惜方便的前提下，力争最正确的性能价钱比。选择时要紧考虑以下几点： 合理的结构型式5PLC要紧有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价钱比模块式的廉价，且体积相对较小，一样用于系统工艺进程较为固定的小型操纵系统中；而模块式PLC的功能扩展灵活方便在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等
30、方面选择余地大，且维修方便，一样用于较复杂的操纵系统。 安装方式的选择 PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式和多台PLC联网的散布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反映快、本钱低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置散布范围很广，远程I/O能够分散安装在现场装置周围，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的散布式适用于多台设备别离独立操纵，又要彼此联系的场合，能够选用小型PLC，但必需要附加通信模块。 相应的功能要求一样小型（低档）PLC具有逻辑运算、按时、计数等功能，关于只需要开关量操纵的设备都可知足。关于以开关量操纵为主，带少量模拟量操纵的系统，可选用
31、能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。关于操纵较复杂，要求实现PID运算、闭环操纵、通信联网等功能，可视操纵规模大小及复杂程度，选用中档或高级PLC。可是中、高级PLC价钱较贵，一样用于大规模进程操纵和集散操纵系统等场合。 响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用操纵器，不同档次PLC的响应速度一样都能知足其应用范围内的需要。假设是要跨范围利用PLC，或某些功能或信号有特殊的速度要求时，那么应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处置功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。 系统靠得住性的要求关于一样系统PLC的靠得住性均能知足。对靠得住性要求很高的系统，应考虑是不是采纳冗余系统或热备用系统。 机型尽可能统一要紧考虑到以下三方面问题：机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和治理。机型统一，其功能和利用方式类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位运算机后易于形成一个多级散布式操纵系统。从上章的分析能够明白，系总共有开关量输入点2个，开关量输出点7个，假设是选用CPU222 / PLC，也需要扩展单元 PLC，参照西门子S7-200系列特性（见附录），选用主机为CPU224（14 输入/10继电器输出）。其外形
