交通灯控制系统

1、交通灯控制系统 内容摘要：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。 可编程控制器(plc)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制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。 西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的 模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯控制系统的要求与特点，能够方便地联网通信。 本文选择西门子可编程控制器 s7-200 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语 句表进行编程，实现了十字路

2、口交通灯控制系统的自动化。 关键词：plc 交通控制 自动化 thethe traffictraffic lightlight controlcontrol systemsystem abstract:abstract: since the birth of the traffic lights, which has internal circuit control system has been improved continuously. design method also began varied, so that the traffic lights appear more inte

3、lligent. programmable controller (plc) to a microprocessor as the core, widely adopted based on relay contactor control system electrical principle planning of ladder diagram language program design, programming easy, function expansion convenient, modify the agile, and simple structure, strong anti

4、-jamming ability. siemens plc (programmable logic controller) instruction is rich, can meet all kinds of output and input expansion equipment, has the rich special extended equipment, one of the analog input equipment and communication equipment is consistent with the traffic light control system re

5、quirements and characteristics, can be easily networking communication. this article chooses the siemens plc s7-200 as the core components, mainly for hardware interface design, the use of ladder diagram and statements table programming, realize the intersection traffic light control system of autom

6、ation. keywords:keywords: plc traffic control automation 前 言 前言前言 .1 1 1 1 交通灯介绍交通灯介绍 .1 1 1.11.1 交通灯的发展史交通灯的发展史 .1 1 1.21.2 我国城市交通的发展现状我国城市交通的发展现状 .2 2 2 2 plcplc 介绍介绍.3 3 2.12.1 plcplc 的由来的由来.3 3 2.22.2 plcplc 的结构的结构.3 3 2.32.3 plcplc 的特点和功能的特点和功能.4 4 2.3.1 plc 的特点 .4 2.3.2 plc 的功能 .5 2.42.4 可编程控制

7、器的分类可编程控制器的分类 .5 5 2.52.5 plcplc 的工作原理的工作原理.6 6 2.5.1 工作原理.6 2.5.2 plc 的工作过程 .7 2.62.6 plcplc 系统设计的一般步骤系统设计的一般步骤.8 8 2.72.7 plcplc 硬件系统设计方法硬件系统设计方法.9 9 2.7.1 应用系统总体方案设计 .9 2.7.2 系统硬件设计根据.10 2.7.3 可编程序控制器的机型选择.10 2.7.4 输入/输出模板的选择.10 2.7.5 系统硬件设计文件.10 2.7.6 系统供电设计.10 3 3 系统设计系统设计 .1111 3.13.1 控制要求控制要求

8、 .1111 3.23.2 系统设计方案分析系统设计方案分析 .1111 3.33.3 硬件设计硬件设计 .1515 3.3.1 plc 的选型 .15 3.3.2 plc 的地址分配 .16 3.3.3 plc 的接线形式 .17 3.43.4 系统程序设计系统程序设计 .1818 3.4.1 系统的梯形图.18 3.4.2 系统程序分析.20 4 4 系统调试系统调试 .2121 5 5 结束语结束语 .2222 附录附录 .2323 附录附录 .2525 参考文献参考文献 .2626 交通灯控制系统 前言 交通信号灯的出现，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

9、通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科 学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法， 实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制 系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 plc 设计方案。可编 程序控制器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。 1 交通灯介绍 1.1 交通灯的发展史 当今，红绿灯安

10、装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。 但这一技术在19世纪就已出现了。 1858年，在英国伦敦主要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。 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， 1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”

11、，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，左转弯和右转 弯，除非

12、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。 随着中国加入 wto，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交 通控制方面也应与国际接轨。俗话说“要想富，先修路” ，但路修好了如果在交通控制 方面做不好道路还是无法保障畅通安全。作为交通控制的重要组成部份的交通信号灯 也应具有可靠性。 1.2 我国城市交通的发展现状 随着我国社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人

13、们的关注，交通问题成为 制约我国社会经济发展的一个大问题，我国的人口众多，现在大多数城市都经常会出 现交通拥堵现象，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。随着社会的发展，一个城市的交通是否便捷是衡量其是否具有发展潜力的 重要指标，目前，我国大中小城市都出现了交通拥堵的现象，特别是那些大城市，随 着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运 行的情况，因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设 完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏 对高速道路的系统研究和控制，高速道路没

14、有充分发挥出预期的作用。而城市高速道 路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦 合处交通状况的制约。 如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解 主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规 划部门亟待解决的主要问题。因此选择一个最优的放行时间是解决交通拥堵问题的根 本，现在也有很多城市开始考虑用 gps 定位系统来检测路口的车流量从而实现交通灯 的智能控制即根据路口的车流量来控制交通，这种方法虽说能很大程度上缓解交通压 力，但以目前的经济条件还不能完全实现。 那么，我觉得最经济最实用的做法就是根据现今

15、路口的实际车流量来确定好放行 时间，本论文就是通过对路口车流量的实际考察然后确定最优循环时间，运用 plc 原 理来完成多交通灯的最优控制。而且，近年来随着科技的飞速发展，plc 的应用正在不 断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在工业控制和自动控制的 plc 应用系统中，plc 具有很强的抗干扰性， plc 往往是作为一个核心部件来使用。 2 plc 介绍 2.1 plc 的由来 可编程控制器（programmable controller）是计算机家族中的一员，是为工业控 制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（programmable logic cont

16、roller） ，简称 plc，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发 展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编 程控制器，简称 pc。但是为了避免与个人计算机（personal computer）的简称混淆， 所以将可编程控制器简称 plc1。 在 19 世纪 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装 置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设计和安装。随 着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地 重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这

17、一现状，美国通用汽车公司在 1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制 装置，并提出了十项招标指标，即： 编程方便，现场可修改程序； 维修方便，采用模块化结构； 可靠性高于继电器控制装置； 体积小于继电器控制装置； 数据可直接送入管理计算机； 成本可与继电器控制装置竞争； 输入可以是交流 115v； 输出为交流 115v，2a 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 在扩展时，原系统只要很小变更； 用户程序存储器容量至少能扩展到 4k。 2.2 plc 的结构 plc 实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构 上分，plc 分为固定式和组合式（模块式）两种。固

18、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，这些模块可以按照一定规则组合配置。 如图 2.2-1 所示： 图 2.2-1 plc 模块图 2.3 plc 的特点和功能 2.3.1 plc 的特点 a 高可靠性 plc 的高可靠性主要表现在以下几个方面： 所有的 i/o 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 plc 内部电路之 间电气上隔离； 各输入端均采用 r-c 滤波器，其滤波时间常数一般为 10-20ms； 各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰

19、； 采用性能优良的开关电源，对采用的器件进行严格的筛选； 良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，cpu 立即采用有 效措施，以防止故障扩大； 大型 plc 还可以采用由双 cpu 构成冗余系统或有三 cpu 构成表决系统,使可靠 性更进一步提高。 b 丰富的 i/o 接口模块 plc 针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流； 脉冲或电位； 强电或弱电等。有相应的 i/o 模块与工业现场的器件或设备，如：按钮； 行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提 高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块，为了组成工业局部网络，

20、它还有多种 通讯联网的接口模块，等等。 c 采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要，大多数 plc 均采用模块化结构。plc 的各个部件，包 括 cpu，电源，i/o 等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规 模和功能可根据用户的需要自行组合。 d 编程简单易学 plc 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要 具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。 e 安装简单，维修方便 plc 不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各 种设备与 plc 相应的 i/o 端相连接，即可投入运行。各种模块上均

21、有运行和故障指示 装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发 生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行2。 2.3.2 plc 的功能 逻辑控制 定时控制 计数控制 步进(顺序)控制 pid 控制 数据控制：plc 具有数据处理能力。 通信和联网 其它：plc 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控 制模块，crt 模块。 2.4 可编程控制器的分类 可编程控制器的分类 a 小型 plc 小型 plc 的 i/o 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件 融为一体，除了开关量 i/o 以外，还可以连接模拟量

22、 i/o 以及其他各种特殊功能模块。 它能执行包括逻辑运算、计时、计数、算术运算、数据处理和传送、通讯联网以及各 种应用指令。 b 中型 plc 中型 plc 采用模块化结构，其 i/o 点数一般在 2561024 点之间。i/o 的处理方式 除了采用一般 plc 通用的扫描处理方式外，还能采用直接处理方式，即在扫描用户程 序的过程中，直接读输入，刷新输出。它能联接各种特殊功能模块，通讯联网功能更 强，指令系统更丰富，内存容量更大，扫描速度更快。 c 大型 plc 一般 i/o 点数在 1024 点以上的称为大型 plc。大型 plc 的软、硬件功能极强。具 有极强的自诊断功能。通讯联网功能强

23、，有各种通讯联网的模块，可以构成三级通讯 网，实现工厂生产管理自动化。大型 plc 还可以采用三 cpu 构成表决式系统，使机器 的可靠性更高3。 2.5 plc 的工作原理 2.5.1 工作原理 图 2.5.1-1 plc 原理图 plc 是一种微机控制系统，其工作原理也与微机相同，但在应用时，可不必用计算 机的概念去做深入的了解，只需将它看成是由普通的继电器、定时器、计数器、移位 器等组成的装置，从而把 plc 等效成输入、输出和内部控制电路三部分，如图 2.3.1-1 所示。 a 输入部分 这部分的作用是接受被控设备的信息或操作命令等外部输入信息。输入接线端是 plc 与外部的开关、按钮

24、、传感器转换信号等连接的端口。每个端子可等效为一个内部 继电器线圈，线圈号即输入接点号，这个线圈由接收到的输入端的外部信号来驱动， 其驱动电源可由 plc 的电源部件提供(如直流 24v)，也可由独立的交流电源(如交流 110v)供给。每个输入继电器可以有无穷多个内部触点，供设计 plc 控制程序时使用。 b 内部控制电路 这部分的作用是运算和处理由输入部分得到的信息，并判断应产生哪些输出。内 部控制电路实际上也就是用户根据控制要求编制的程序。plc 程序一般用梯形图形式表 示。梯形图是从继电器控制的电气原理图演变而来的，pic 程序中的动合、动断触点、 线圈等概念均与继电器控制电路相同。在

25、plc 内部还设有定时器、计数器、移位器、 保持器、内部辅助继电器等，继电器控制系统没有的器件，它们的线圈及动合、动断 触点只能在 plc 内部控制电路中使用，而不能与外部电路相连。 c 输出部分 这部分的作用是驱动外部负载。在 plc 内部，有若干能与外部设备直接相连的输 出继电器(有继电器、双向硅、晶体管三种形式)，它也有无限多软件实现的动合、动 com x000x000 x000x001 y000 y000 com1 y000m 程序示例 可编程控制器 输入信号 输入端子 输出端子 外部电源 电机负载 y000 x000 常开触点 常闭触点 断触点，可在 plc 内部控制电路中使用；但对

26、应每一个输出端只有一个硬件的动合触 点与之相连，用以驱动需要操作的外部负载；如图 3-1 所示。外部负载的驱动电源接 在输出公共端(com)上。 2.5.2 plc 的工作过程 plc 一般采用循环扫描方式工作。当 plc 加电后，首先进行初始化处理，包括清除 io 及内部辅助继电器、复位所有定时器、检查 i/o 单元的连接等。开始运行之后， 串行地执行存贮器中的程序，这个过程可以分为如下四个阶段。 a 公共处理阶段 这部分在每次循环开始都要被执行，包括复位系统定时器、检查程序存贮器、检 查 io 总线、检查扫描时间等。如出现异常情况，则通过自诊断给出故障信号，或自 行进行相应的处理，这将有助

27、于及时发现或提前预报系统的故障，提高系统的可靠性。 b 执行外围设备命令阶段 当有简易编程器、图形编程器、打印机等外部设备与 plc 相连时，则 plc 在每次 循环时，都将执行来自外部设备的命令。 c 程序执行阶段 在这个阶段，cpu 将指令逐条调出并执行，即按程序对所有的数据(输入和输出 的状态)进行处理，包括逻辑、算术运算，再将结果送到输出状态寄存器。 d 输入、输出更新阶段 plc 的 cpu 在每个扫描周期进行一次输入来进行输出更新。cpu 对各个输入端进行 扫描，并将输入端的状态送到输入状态寄存器中；同时，把输出状态寄存器的状态通 过输出部件转换成外部设备能接受的电压或电流信号，以

28、驱动被控设备。这种对输入、 输出状态的集中处理过程，称为批处理，这是 plc 工作的重要特点。 2.6 plc 系统设计的一般步骤 如图 2.6-1 流程所示，plc 控制系统设计的一般步骤可以分为4： 根据生产过程分析控制要求，对于复杂的控制系统，需要绘制系统控制流程图， 用以清楚的表明动作的顺序和条件，对于简单的系统可以省去这步；根据控制要求确 定所需要的输入、输出设备。据此确定 plc 的 i/o 点数； 选择 plc 的机型及其容量。选型十规模要适当，功能相当，结构紧凑，考虑负 载能力及其环境因数； 定义输入、输出点名称，分配 plc 的 i/o 点，设计 i/o 连接图； 根据 pl

29、c 所要完成的任务及其应该具备的功能，进行 plc 程序设计，同时进行 控制台的设计和现场施工。 no 联机调试 满足要求？ 编制技术文件 交付使用 控制台设计 及现场施工 yes 分配i/o点、设计i/o连接图 工艺过程 确定用户i/o设备 选择plc 分析控制要求 绘制流程图 设计梯形图 编制程序清单 输入程序并检查 yes 满足要求？ 调试 no plc程序设计 设计控制台（柜） 现场连线 修改 no 图 2.6-1 plc 系统设计步骤 2.7 plc 硬件系统设计方法 2.7.1 应用系统总体方案设计 a plc 控制系统类型7 由 plc 构成的单机控制系统。 由 plc 构成的集

30、中控制系统。 由 plc 构成的分布式控制系统。 用 plc 构成远程 i0 控制系统。 b 系统的运行方式 手动运行方式。 半自动运行方式。 自动运行方式。 2.7.2 系统硬件设计根据 工艺要求 设备状况 控制功能 i0 点数和种类 系统的先进性 2.7.3 可编程序控制器的机型选择 cpu 的功能 i/0 点数 响应速度 指令系统 机型选择的其他考虑 2.7.4 输入/输出模板的选择 数字量输入模块的选择 数字量输出模块的选择 模拟量模块的选择 智能 i0 模块的应用选择 2.7.5 系统硬件设计文件 系统硬件配置图 模块统计表 i0 硬件接口图及 i0 地址表 2.7.6 系统供电设计

31、 供电系统的保护措施 电源模块的选择 i0 模块供电电源设计 系统接地设计 可编程序控制器供电系统设计 电缆设计和敷设 3 系统设计 3.1 控制要求 交通灯控制系统的控制要求如下： 信号灯受一个起动开关控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南 北红灯亮，东西绿灯亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果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

32、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 2s 后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。 周而复始。 3.2 系统设计方案分析 按照交通灯系统控制要求下，结合西门子 s7-200 系列可编程控制器的特性（见附 录），选择适合的型号。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，系统工作。 首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于允许通行的状态。 南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮 25s,需计时器设定延时 25 秒，才会 转入下一状态南北绿灯亮；同时，东西方

33、向道路也一起亮绿灯 20s,需计时器设定延时 20 秒，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁 3s，需振荡器或脉冲源（秒/次） 动作使东西绿灯闪烁，还要需计时器设定延时 3 秒，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 2 秒，才会转入下一状态东西红灯亮。 其次，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。 东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮 30s,需计时器设定延时 30 秒，才会 转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯 25s,需计时器设定延时 25 秒，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁 3s，需振荡器或脉冲源（秒

34、/次） 动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时 3 秒，才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 2 秒，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，所有信号灯熄灭；需要按钮 sb1 动作断开系统，停此输入信 号入可编程控制器，而最快的方法，是使可编程控制器不动作，那么肯定无信号输出。 而且，南北、东西绿灯同时亮，报警。可编程控制器要输出一个信号，驱动一个报警 灯。 综上所述，可编程控制器要满足一个信号输入（作系统接通、断开作用），七个 信号输出，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 控制，再加上一个报警信号驱动的报警灯。通

35、过如下的十字路口交通灯状态分析表、 主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，将十字路口交通灯控制系统设计思路逐 渐脉络清晰。 表 3.2-1 十字路口交通灯状态分析表 十字路口交通灯状态的分析： 十字路口交通灯如下图 3.2-1 所示，将 12 个交通灯进行编号 南北方向 交通灯状态 红灯亮 25s绿灯亮 25s绿灯闪 3s黄灯亮 2s 东西方向 交通灯状态 绿灯亮 20s绿灯闪 3s黄灯亮 2s红灯亮 30s 图 3.2-1 十字路口交通灯状态图 这 12 个交通灯共有四个状态： 状态 1：南北红灯（1、7）亮，东西绿灯（6、12）亮。 状态 2：南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12

36、）闪。 状态 3：南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮。 状态 4：东西红灯（4、10）亮，南北绿灯（3、9）亮。 状态 5：东西红灯（4、10）继续亮，南北绿灯（3、9）闪。 状态 6：东西红灯（1、7）继续亮，南北黄灯（2、8）亮。 主程序流程图： 图 3.2-2 主程序流程图 启 动 东 西 绿 东西黄东西红南北绿 南 北 黄 20s 3s2s25s3s2s 30s 20s 3s2s on off 25s 南北红 图 3.2-3 十字路口交通灯时序图 3.3 硬件设计 3.3.1 plc 的选型 从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点 1 个，开关量输出点 7 个，如果

37、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）5。 其外形图 3.3.1-1 如下： 图 3.3.1-1 cpu224 外形图 输入电路采用了双向光电耦合器，24v dc 极性可任意选择， 1m、2m 为输入端子 的公共端。1l、2l 为输出公共端。 cpu224 另有 24v、280ma 电源供 plc 输入点使用。 3.3.2 plc 的地址分配 列出交通信号灯 plc 的输入/输出点分配表，见表 3.3.2-1。 定时器 t=pts; 定时实际时间=设定值精度 1ms: t3

38、2,t96 10ms: t33t36, t97t100 100ms: t37t63, t101t255 表 3.3.2-1 交通信号灯 plc 的输入/输出点分配表 输入信号定时元件输出信号 名称代号输入点编号t33:南北红灯工作 25s名称代号输出点编号 工作按钮 sb1i0.0 t97: 东西红灯工作 30s报警灯 l0q0.0 t98:东西绿灯工作 20s南北红灯 l1q0.1 t99:东西绿灯闪烁 3s东西绿灯 l2q0.2 t100:东西黄灯工作 2s东西黄灯 l3q0.3 t34:南北绿灯工作 25s东西红灯 l4q0.4 t35:南北绿灯闪烁 3s南北绿灯 l5q0.5 t36:

39、南北黄灯工作 2s南北黄灯 l6q0.6 3.3.3 plc 的接线形式 如图 3.3.3-1 所示 图 3.3.3-1 plc 控制接线图 端口 i0.0 为接入系统开关的传送信号，端口 q0.0 接起报警作用的信号灯，端口 q0.1 接南北红灯，端口 q0.2 接东西绿灯，端口 q0.3 接东西黄灯，端口 q0.4 接东西黄 灯，端口 q0.5 接南北绿灯，端口 q0.6 接南北黄灯。 3.4 系统程序设计 3.4.1 系统的梯形图 图 3.4.1-1 梯形图 3.4.2 系统程序分析 当开关 sb1 合上时，i0.0 触点接通，t33 通电待 25 秒后动作（南北红灯熄灭）， t98 通

40、电待 20 秒后动作（东西绿灯闪烁），q0.1 得电，南北红灯亮；同时 q0.1 的动 合触点闭合，q0.2 线圈得电，东西绿灯亮。 维持到 20 秒，t98 的动合触点接通，t99 通电待 3 秒后动作（东西黄灯亮），与 t98 触点串联的 t32 动合触点每隔 0.5 秒导通 0.5 秒，从而使东西绿灯闪烁。 又过 3 秒，t100 通电待 2 秒后动作（东西黄灯灭），t99 的动断触点断开，q0.2 线圈失电，东西绿灯灭；此时 t99 的动合触点闭合，q0.3 线圈得电，东西黄灯亮。 再过 2 秒后，t100 的动断触点断开，q0.3 线圈失电，东西黄灯灭。 此时自开关闭合南北红灯亮起累

41、计时间达 25 秒，t33 的动断触点断开，q0.1 线圈 失电，南北红灯灭；t33 的动合触点闭合，t97 通电待 30 秒后动作（东西红灯熄灭）， t34 通电待 25 秒后动作（南北绿灯闪烁），q0.4 线圈得电，东西红灯亮，q0.4 的动合 触点闭合，q0.5 线圈得电，南北绿灯亮。 又经过 25 秒，t34 动合触点闭合，t35 通电待 3 秒后动作（南北黄灯亮），与 t34 触点串联的 t32 的触点每隔 0.5 秒导通 0.5 秒，从而使南北绿灯闪烁。 闪烁 3 秒，t34 动断触点断开，q0.5 线圈失电，南北绿灯灭；此时 t35 的动合触 点闭合，q0.6 线圈得电，南北黄灯

42、亮。 维持 2 秒后，t36 动断触点断开，q0.6 线圈失电，南北黄灯灭。 自南北红灯灭及东西红灯亮累计时间达 30 秒钟，t97 的动断触点断开，t33 动断 触点复位，q0.2 线圈失电，即维持了 30 秒的东西红灯灭。t33 动断触点复位断开时， t97 定时器失电，t97 的动断触点复位闭合，只要不断开按钮 sb1，系统继续循环下去。 4 系统调试 大体思路流程如下： a 硬件调试：硬件调试是利用开发系统、基本测试仪器（万用表、示波器等）， 检查用户系统硬件中存在的故障。硬件调试可分为静态调试与动态调试两步进行。 静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测6。 第一步：目测

43、。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电 源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求 的值 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的 调试。 动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部 故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分 到合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时， 与该元件无关的 器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障

44、范围限定在某个局部的 电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电 路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远 的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会 定位故障元件了。 b 软件调试： 软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在 的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑 的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试， 如此反复直到调试成功。 5 结束语 交通信号灯控

45、制系统的设计,我们以前学过，我想这个题目是很容易的。当真正做 起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西以前学了，但现在用起来可能又有点疑 问。就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。而你要画出来的 话，你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是怎样，以及怎么划分区域 等。遇到这些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。我认为这是一 种最好的学习方法通过实践去检验自己的知识。这个只有你自己投入进去你才能 发现自己知识点的欠缺。做为一名机电专业的学生对电器原理图的了解更应该有深刻 的认识，知道它的重要性。要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。 查找资料

46、也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也 不是一件容易的事，需要耐心查找。 在程序设计过程中，我对以前的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程 序，遇到难点的时候习惯翻书，对照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、 电气原理图设计法、顺序控制设计法。特别多顺序控制设计有了一定的了解。这里面 最经典我认为是单序列的编程方法、选择序列的编程方法和并行序列的编程方法这个 三个是很值得研究的，也是一种格式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程 对你来说将变的非常容易。一个流程图无论多么复杂，都可以拆分上面的形式，然后 就可以利用上面的方法编程了。当然对于简单的流程也可

47、以用顺序设计。这种方法也 是一种固定的格式，只要按照它的格式就可以写出正确的程序，它的优点可以说易懂， 条理清晰。但结构多。对于活动步多的设计我想用这个设计比较烦琐。 更加体会到 plc 的可靠性高，抗干扰能力强，.通用性强，控制程序可变，使用方 便等优点。更加熟悉了西门子编程软件使用方法与各种基本指令。 这次的课程设计使我把可编程控制器的理论知识用在实践中，实现了理论和实践 相结合，从中更懂得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正确性，让我受益非浅， 对我以后工作中遇到问题或者继续学习将会产生巨大的帮助和影响。 附录 s7-200plc 的 cpu 的 i/o 规范 cpu221 cpu222cpu224cpu226cpu226xm 本机数字 i/o6 输入/4 输 出 8 输入/6 输