全国PLC程序设计师交通灯毕业论文(张勇策)资料

1、全国PLC程序设计师毕业论文全国PLC程序设计师毕业论文设计题目：交通信号灯的PLC控制指导老师：张同庄 职称：副教授学生：张勇策项目负责人：王玉芝 职称：副教授培训地点：徐州师范大学现代人教育培训中心目录摘要绪论0.1课题研究背景第1章 可编程序控制器概述1.1 PLC的发展历史1.2 PLC的结构和特点1.3 PLC的通讯1.4 PLC的分类和应用领域第二章 西门子S7200的编程2.1 STEP7程序的使用2.2 STEP7的使用小技巧第3章 S7200的控制系统设计3.1 控制系统的软件设计3.2 硬件系统的设计方法第四章 交通灯的控制要求4.1 路况示意图4.2 工作要求和过程第5章

2、 交通灯控制的设计5.1顺序图5.2 I/O分配及接线图5.3 交通灯时序波形图5.4 初步编制程序第六章 PLC程序上机调试修改及程序的最终确定第七章 总结 致谢 参考文献摘要随着社会经济的发展，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，城市交通问题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。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 实现路口交通灯系统的控制方法很多，可以用标准逻辑器件、可编程序控制器PLC、单片机

3、等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易，而笔者对单片机运用来进行系统的设计开发也不是很熟悉，因此，最终笔者选择了用西门子PLC来实现系统功能的设计，完成本次设计的题目。关键字：西门子S7-200，交通灯，PLC，梯形图。ABSTRACT With the development of social economy, the city rising amount of vehicles, many big cities such as Beijing, Shanghai, nanjing and other traffic over

4、load operation, the urban transportation problem more and more aroused people's concern. People, cars, the road three relations coordination, has become a traffic management department needs to solve one of the important issues. Urban traffic control system is used in city traffic data monitorin

5、g, traffic signal control and traffic persuation computer integrated management system, it is the modern urban traffic control command system the most important part of. Realize the control of crossroads traffic lights system method are many, can use the standard logic devices, programmable controll

6、er PLC, SCM, etc. Among them using standard logic devices to implement circuit in large part to influenced by logic devices such as gate, debugging is very not easy, and the author of single-chip microcomputer used for system design and development is not very familiar with, so finally I chose to us

7、e Siemens PLC to realize the system function design, complete the topic of this design. Key words: Siemens S7-200, traffic lights, PLC, ladder diagram.绪论0.1课题研究背景随着社会经济的发展，城市交通问题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。我国机动车辆保有量增长迅速，特别是2009年中国汽车市场在政策刺激和刚性需求等多重作用下产销两旺，取代美国成为世界第一。而城镇道路建设和交通管理相对滞后，

8、人车争路、道路拥挤、阻塞现象、交通事故等时常发生。目前，我国许多大中城市及东部沿海较发达地区的交通压力都非常大。部分交通路口的信号灯工作时间不合理，交通违章或肇事记录不确切。所以改善与提高现有的交通系统的工作效率，加强交通路口的信号灯控制和安全状况的监控是非常重要的。第1章 可编程序控制器概述1.1 PLC的发展历史起源：1968年美国通用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P

9、LC。969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。 1973年，德国研制出第一台PLC。 1974年，中国研制出第一台PLC。发展：20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面

10、引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编 程控制器已步入成熟阶段。20世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。20世纪末期，可编程控制器的发展

11、特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。1.2 PLC的结构和特点1.2.1 PLC的基本结构PLC的基本结构图（1）主机 ：CPU（中央处理器），运算器和控制器集成在一片或几片大规模集成电路中； 存贮器 系统程序存贮器（EPROM）和用户程序存贮器（RAM）；   （2）存储器： 系统程序：决定PLC的基本智能，由厂家设计，并存入ROM、EEPROM。用户不能修改。 用户程序：用PLC的编程语言，编制的程序，用户用编程器写入RAM或EEPROM。

12、  （3）I/O单元 I/O接口电路，PLC与外部输入信号、被控设备连接的转换电路，通过外部接线端子可直接与现场设备相连。 （4） 编程器：可以输入程序，并可以对用户程序进行检查、修改、调试和监视，还可以调用和显示PLC的一些状态和系统参数。1.2.2 PLC的特点(1) 抗干扰能力强，可靠性高(2) 控制系统结构简单，通用性强(3) 编程方便，易于使用(4) 功能强大，成本低(5) 设计、施工、调试的周期短(6) 维护方便1.3 PLC的通讯（1） PPI通信（2） 自由口模式通信（3） MPI通信（4） PROFIBUS总线（5） AS-i总线（6）工业以太网（7）Modbus网

13、络（8）电话线通信（9）USS协议（10）OPC（11）SINAUT MICRO无线通信1.4 PLC的分类和应用领域1.4.1 按I/O点数容量分类（1） 小型机：I/O点数一般在256点一下。（2） 中型机：I/O点数在2562048点之间。（3） 大型机：I/O点数在2048点以上。1.4.2 按结构形式分类（1） 整体式结构（2） 模块式结构第2章 西门子S7200的编程2.1 STEP7程序的使用（1）创建一个项目结构，项目就象一个文件夹，所有数据都以分层的结构存在于其中，任何时候你都可以使用。在创建一个项目之后，所有其他任务都在这个项目下执行。（2）组态一个站，组态一个站就是指定你

14、要使用的可编程控制器，例如S7300、S7400等。（3）组态硬件，组态硬件就是在组态表中指定你的控制方案所要使用的模板以及在用户程序中以什么样的地址来访问这些模板，地址一般不用修改由程序自动生成。模板的特性也可以用参数进行赋值。（4）组态网络和通讯连接，通讯的基础是预先组态网络，也就是要创建一个满足你的控制方案的子网，设置网络特性、设置网络连接特性以及任何联网的站所需要的连接。网络地址也是程序自动生成如果没有更改经验一定不要修改。（5）定义符号，可以在符号表中定义局部或共享符号，在你的用户程序中用这些更具描述性的符号名替代绝对地址。符号的命名一般用字母编写不超过8个字节，最好不要使用很长的汉

15、字进行描述，否则对程序的执行有很大的影响。（6）创建程序，用梯形图编程语言创建一个与模板相连结或与模板无关的程序并存储。创建程序是我们控制工程的重要工作之一，一般可以采用线形编程（基于一个块内，OB1）、分布编程（编写功能块FB,OB1组织调用）、结构化编程（编写通用块）。我们最常采用的是结构化编程和分布编程配合使用，很少采用线形编程。（7）下载程序到可编程控制器，完成所有的组态、参数赋值和编程任务之后，可以下载整个用户程序到可编程控制器。在下载程序时可编程控制器必须在允许下载的工作模式下（STOP或RUN-P）, RUN-P模式表示，这个程序将一次下载一个块，如果重写一个旧的CPU程序就可能

16、出现冲突，所以一般在下载前将CPU切换到STOP模式。2.2 STEP7的使用小技巧2.2.1工作环境1、温度 PLC要求环境温度在055oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。2、湿度为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无露）。3、震动 应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等4、空气避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。5、电源PLC对于电源线带来的干扰具有一定的

17、抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。2.2.2 控制系统中干扰及其来源现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。干扰源及一般分类影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流

18、，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。第三章 S7200的控制系统设计3.1 控制系统的软件设计1. 图解法编程 图解法是靠画图进行 PL

19、C 程序设计。常见的主要有梯形图法、逻辑流程图法、时序流程图法和步进顺控法。 (1) 梯形图法：梯形图法是用梯形图语言去编制 PLC 程序。这是一种模仿继电器控制系统的编程方法。其图形甚至元件名称都与继电器控制电路十分相近。这种方法很容易地就可以把原继电器控制电路移植成 PLC 的梯形图语言。这对于熟悉继电器控制的人来说，是最方便的一种编程方法。 (2) 逻辑流程图法：逻辑流程图法是用逻辑框图表示 PLC 程序的执行过程，反应输入与输出的关系。逻辑流程图法是把系统的工艺流程，用逻辑框图表示出来形成系统的逻辑流程图。这种方法编制的 PLC 控制程序逻辑思路清晰、输入与输出的因果关系及联锁条件明确

20、。逻辑流程图会使整个程序脉络清楚，便于分析控制程序，便于查找故障点，便于调试程序和维修程序。有时对一个复杂的程序，直接用语句表和用梯形图编程可能觉得难以下手，则可以先画出逻辑流程图，再为逻辑流程图的各个部分用语句表和梯形图编制 PLC 应用程序。 (3) 时序流程图法：时序流程图法使首先画出控制系统的时序图（即到某一个时间应该进行哪项控制的控制时序图），再根据时序关系画出对应的控制任务的程序框图，最后把程序框图写成 PLC 程序。时序流程图法很适合于以时间为基准的控制系统的编程方法。 (4) 步进顺控法：步进顺控法是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能

21、比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从整个角度去看，一个复杂系统的控制过程是由这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在不同时刻或者在不同进程中去完成对各个步的控制。为此，不少 PLC 生产厂家在自己的 PLC 中增加了步进顺控指令。在画完各个步进的状态流程图之后，可以利用步进顺控指令方便地编写控制程序。 2. 经验法编程 经验法是运用自己的或别人的经验进行设计。多数是设计前先选择与自己工艺要求相近的程序，把这些程序看成是自己的“试验程序”。结合自己工程的情况，对这些“试验程序”逐一修改，使之适合自己的工程要求。这里所说的经验，有的是来自自己的经验总结，有的可能是

22、别人的设计经验，就需要日积月累，善于总结。 3. 计算机辅助设计编程 计算机辅助设计是通过 PLC 编程软件在计算机上进行程序设计、离线或在线编程、离线仿真和在线调试等等。使用编程软件可以十分方便地在计算机上离线或在线编程、在线调试，使用编程软件可以十分方便地在计算机上进行程序的存取、加密以及形成 EXE 运行文件。 3.2 硬件系统的设计方法1 PLC 型号的选择 在作出系统控制方案的决策之前，要详细了解被控对象的控制要求，从而决定是否选用 PLC 进行控制。 在控制系统逻辑关系较复杂（需要大量中间继电器、时间继电器、计数器等）、工艺流程和产品改型较频繁、需要进行数据处理和信息管理（有数据运

23、算、模拟量的控制、 PID 调节等）、系统要求有较高的可靠性和稳定性、准备实现工厂自动化联网等情况下，使用 PLC 控制是很必要的。 目前，国内外众多的生产厂家提供了多种系列功能各异的 PLC 产品，使用户眼花缭乱、无所适从。所以全面权衡利弊、合理地选择机型才能达到经济实用的目的。一般选择机型要以满足系统功能需要为宗旨，不要盲目贪大求全，以免造成投资和设备资源的浪费。机型的选择可从以下几个方面来考虑。 （ 1 ）对输入 / 输出点的选择 盲目选择点数多的机型会造成一定浪费。 要先弄清除控制系统的 I/O 总点数，再按实际所需总点数的 15 20 留出备用量（为系统的改造等留有余地）后确定所需

24、PLC 的点数。 另外要注意，一些高密度输入点的模块对同时接通的输入点数有限制，一般同时接通的输入点不得超过总输入点的 60 ； PLC 每个输出点的驱动能力（ A/ 点）也是有限的，有的 PLC 其每点输出电流的大小还随所加负载电压的不同而异；一般 PLC 的允许输出电流随环境温度的升高而有所降低等。在选型时要考虑这些问题。 PLC 的输出点可分为共点式、分组式和隔离式几种接法。隔离式的各组输出点之间可以采用不同的电压种类和电压等级，但这种 PLC 平均每点的价格较高。如果输出信号之间不需要隔离，则应选择前两种输出方式的 PLC 。 （ 2 ）对存储容量的选择 对用户存储容量只能作粗略的估算

25、。在仅对开关量进行控制的系统中，可以用输入总点数乘 10 字 / 点输出总点数乘 5 字 / 点来估算；计数器 / 定时器按（ 3 5 ）字 / 个估算；有运算处理时按（ 5 10 ）字 / 量估算；在有模拟量输入 / 输出的系统中，可以按每输入 / （或输出）一路模拟量约需（ 80 100 ）字左右的存储容量来估算；有通信处理时按每个接口 200 字以上的数量粗略估算。最后，一般按估算容量的 50 100 留有裕量。对缺乏经验的设计者，选择容量时留有裕量要大些。 （ 3 ）对 I/O 响应时间的选择 PLC 的 I/O 响应时间包括输入电路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般

26、在 2 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， PLC 和 I/O 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 I/O 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。 （ 4 ）根据输出负载的特点选型 不同的负载对 PLC 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 PLC 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以选择继电器输出型的 PLC 。 （ 5 ）对在线

27、和离线编程的选择 离线编程示指主机和编程器共用一个 CPU ，通过编程器的方式选择开关来选择 PLC 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时， CPU 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 CPU ，主机的 CPU 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。（ 6 ）据是否联网通信选型 若 PLC 控制的系统需要联入工厂自动化网络，

28、则 PLC 需要有通信联网功能，即要求 PLC 应具有连接其他 PLC 、上位计算机及 CRT 等的接口。大、中型机都有通信功能，目前大部分小型机也具有通信功能。 （ 7 ）对 PLC 结构形式的选择 在相同功能和相同 I/O 点数据的情况下，整体式比模块式价格低。但模块式具有功能扩展灵活，维修方便（换模块），容易判断故障等优点，要按实际需要选择 PLC 的结构形式。 2 分配输入 / 输出点 一般输入点和输入信号、输出点和输出控制是一一对应的。 分配好后，按系统配置的通道与接点号，分配给每一个输入信号和输出信号，即进行编号。 在个别情况下，也有两个信号用一个输入点的，那样就应在接入输入点前，

29、按逻辑关系接好线（如两个触点先串联或并联），然后再接到输入点。 （ 1 ）确定 I/O 通道范围 不同型号的 PLC ，其输入 / 输出通道的范围是不一样的，应根据所选 PLC 型号，查阅相应的编程手册，决不可“张冠李戴”。必须参阅有关操作手册。 （ 2 ）部辅助继电器 内部辅助继电器不对外输出，不能直接连接外部器件，而是在控制其他继电器、定时器 / 计数器时作数据存储或数据处理用。 从功能上讲，内部辅助继电器相当于传统电控柜中的中间继电器。 未分配模块的输入 / 输出继电器区以及未使用 1 ： 1 链接时的链接继电器区等均可作为内部辅助继电器使用。根据程序设计的需要，应合理安排 PLC 的内

30、部辅助继电器，在设计说明书中应详细列出各内部辅助继电器在程序中的用途，避免重复使用。参阅有关操作手册。 （ 3 ）分配定时器 / 计数器 PLC 的定时器 / 计数器数量分别见有关操作手册。 第4章 交通灯的控制要求4.1 路况示意图 北 西 东 南4.1路况示意图4.2 工作要求和过程主要程序要求如下：信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南、北红灯亮，在东、西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。（2）南、北红灯亮维持36s，在南、北红灯亮的同时东、西绿灯也亮，并维持30s，到3

31、0s时，东、西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在东、西绿灯熄灭时，东、西黄灯亮，并维持3s。到3s时，东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮。同时，南、北红灯熄灭，绿灯亮。（3）东、西红灯亮维持36s，南、北绿灯亮维持30s，然后闪亮3s后熄灭，同时南、北黄灯亮，维持3s后熄灭，这时南、北红灯亮，东、西绿灯亮。（4）上述动作循环进行。注意：要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。第5章 交通灯控制的设计5.1顺序图设启动按钮用I0.0表示, 6个工作状态分别用顺序控制继电器位S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分别用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定时器

32、.当I0.0启动按钮得电时,将激活S0.0,进入第一步状态,在该状态南北红灯亮,东西绿灯亮,同时启动定时器T1, T1定时时间到时,转换条件满足,结束S0.0激活S0.1进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西绿灯闪.同时启动定时器T2, T2定时时间到时,转换条件满足,结束S0.1激活S0.2进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活S0.3,S0.4.S0.5,当定时器T6时间到时再次激活S0.0,不断循环执行。顺序功能图如图5.1所示。5.1 交通灯顺序功能图5.2 I/O分配及接线图下面先跟据输入/输出接口的数量编制出输入输出分配表：I/O分配表:输入输出机内

33、器件报警灯 Q0.0T37 南北红灯 36S南北红灯Q0.1T38 东西红灯 36S启动开关I0.0南北绿灯Q0.2T39 东西绿灯 30S南北黄灯Q0.3T40 东西绿灯闪 3S停止开关I0.1东西红灯Q0.4T41 东西黄灯 3S东西绿灯Q0.5T42 南北绿灯 30S东西黄灯Q0.6T43 南北绿灯闪 3ST44 南北黄灯 3S5.3 交通灯时序波形图启动开关南北红灯南北绿灯南北黄灯东西红灯东西绿灯东西黄灯5.2 交通灯控制时序图5.4 初步编制程序根据上述I/O分配表编制出程序如下：T37T38I0.0Q0.0IN TONPT 100ms360ssT38T37IN TONPT 100m

34、s360T39T37I0.0Q0.0IN TONPT 100ms300T40T39IN TONPT 100ms30T41T40IN TONPT 100ms30T42T37IN TONPT 100ms300 T42 T433030T44T43IN TONPT 100msIN TONPT 100msQ0.1I0.0Q0.0T37 Q0.4T37 Q0.2T39Q0.1 T40T40 <=I10>=I1T40T40<=I30>=I20T41Q0.3T40T42Q0.5T42Q0.4 T43T43<=I10>=I1T43T43<=I30>=I20Q0.6

35、T44T43 Q0.0Q0.5Q0.2 LDI0.0TONT38, 360ANQ0.0LDNQ0.0ANT38AI0.0TONT37, 360AT37LDT37TONT39, 300LDT39LDT40TONT40, 30ANT41LDT40=Q0.3TONT41, 30LDQ0.4LDT37ANT42TONT42, 300=Q0.5LDT42LDT43 >=I,I=1TONT43, 30AT43 <=I,I=10LDT43=Q0.5TONT44, 30LDT43 >=I,I=20LDNT37AT43 <=I,I=30ANQ0.0=Q0.5AI0.0LDT43=Q0.1ANT44LDT37=Q0.6=Q0.4LDQ0.2LDQ0.1AQ0.5ANT39=Q0.0=Q0.2LDT40 >=I,I=1AT40 <=I,I=10=Q0.2LDT40 >=I,I=20AT40 <=I,I=30=Q0.2第6章 PLC程序上机调试修改及程序的最终确定1) 绘制系统流程图。2) 设计梯形图。3) 将程序输入到PLC的用户存储器，并查找程序是否正确。4) 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。将第五章