大工15春《可編程控制器》大作業(yè),可提交

1、 網(wǎng)絡教育學院可編程控制器大作業(yè) 題 目： 十字路口交通燈控制設計 學習中心：陜西榆林奧鵬教育學習中心層 次： 高中起點專科 專 業(yè)： 電力系統(tǒng)自動化技術 年 級： 2014年 春 季 學 號： 學生姓名： 題目五：十字路口交通燈控制設計起動后，南北紅燈亮并維持30s。在南北紅燈亮的同時，東西綠燈也亮，東西綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，東西黃燈亮，黃燈亮2s后，東西紅燈亮，與此同時，南北紅燈滅，南北綠燈亮。南北綠燈亮25s后閃亮，3s后熄滅，南北黃燈亮，黃燈亮2s后，南北紅燈亮，東西紅燈滅，東西綠燈亮。依次循環(huán)。十字路口交通燈控制示意圖及時序圖如下圖所示。 設計要求：（1）首先對可編程序控制

2、器（PLC）的產(chǎn)生與發(fā)展、主要性能指標、分類、特點、功能與應用領域等進行簡要介紹；（2）設計選用西門子S7200 系列PLC，對其I/O口進行分配，列出PLC控制程序（梯形圖進行截圖，語句表可直接拷貝）并對程序作出解釋；（3）總結(jié)：需要說明的問題以及設計的心得體會。摘 要隨著汽車進入家庭步伐的加快和城市汽車數(shù)量的增多，城市道路交通問題顯得越來越重要。解決好十字路口交通信號燈控制問題是保障交通有序、安全、快速運行的重要環(huán)節(jié)。但現(xiàn)有的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)大都采用繼電器或單片機實現(xiàn)，且都是單一的固有時序控制，不能夠根據(jù)實際路面車流量情況進行調(diào)節(jié)控制，存在著功能少、可靠性差、維護量大等缺點。為了

3、彌補原交通信號燈系統(tǒng)存在的種種缺點，本文設計了基于PLC控制的交通信號燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用的可編程邏輯控制器是德國西門子公司的S7-200，具有一定的智能性，即可以根據(jù)路面車流量大小對十字路口的交通信號燈按高峰期、正常期和晚間幾個時段進行分時控制。關鍵詞：十字路口 交通信號燈控制系統(tǒng) 可編程邏輯控制器（PLC） 分時控制目 錄1 設計背景11.1 背景概述11.2 可編程邏輯控制器簡介12 十字路口交通信號燈PLC控制系統(tǒng)簡介12.1 控制對象及要求12.1.1 控制對象12.1.2 控制要求22.2 系統(tǒng)簡介22.3 硬件選型33 系統(tǒng)I/O分配44 PLC端子接線圖45 軟件設計46、總

4、結(jié)7附錄 源程序-STL語句7參考文獻171 設計背景1.1 背景概述隨著汽車進入家庭步伐的加快和城市汽車數(shù)量的增多，城市道路交通問題顯得越來越重要。馬路上經(jīng)常會看到這種現(xiàn)象:一旦整個路口的交通信號燈出現(xiàn)故障，若沒有交警的及時疏導，該路口就會塞得一塌糊涂，甚至造成嚴重的交通事故。原交通信號控制大都采用繼電器或單片機實現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、維護量大等缺點,越來越不能適應城市道路交通高速發(fā)展的要求。另外，根據(jù)人車流量的多少，可能隨時增加路口的交通信號，比如增加轉(zhuǎn)彎或人行道交通信號，原有系統(tǒng)的制約性就更加明顯了。為了彌補原交通信號燈系統(tǒng)存在的以上缺點，我們引入了基于PLC控制的交通信號燈控制系

5、統(tǒng)。本文對十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)，運用可編程邏輯器件PLC做了軟件與硬件的設計，能基本達到控制要求。系統(tǒng)僅實現(xiàn)了小型PLC系統(tǒng)的一個雛形，在完善各項功能方面都還需要進一步的分析、研究和調(diào)試工作。如果進一步結(jié)合工業(yè)控制的要求，形成一個較為成型的產(chǎn)品，則需要作更多、更深入的研究。1.2 可編程邏輯控制器簡介可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱 PLC) 根據(jù)國際電工委員會(IEC)在1987年的可編程控制器國際標準第三稿中，對其作了如下定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部

6、存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，都應按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計?！笨删幊炭刂破髯鳛槟壳肮I(yè)自動化的重要基礎設備，被稱為“工業(yè)自動化三大支柱性產(chǎn)業(yè)之一”，在各工業(yè)生產(chǎn)領域發(fā)揮著愈來愈大的作用。2 十字路口交通信號燈PLC控制系統(tǒng)簡介2.1 控制對象及要求2.1.1 控制對象本系統(tǒng)的控制對象有八個，分別是：東西方向紅燈（REW）兩個；南北方向紅燈 (RSN) 兩個；東西方向黃燈（YEW）兩個；南北方向黃燈 (YSN) 兩個；東西方向綠燈（GEW

7、）兩個；南北方向綠燈 (GSN) 兩個；東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(LEW)兩個；南北方向左轉(zhuǎn)彎綠燈(LSN)兩個。2.1.2 控制要求1、系統(tǒng)工作受開關控制，起動開關 ON 則系統(tǒng)工作；起動開關 OFF 則系統(tǒng)停止工作；2、交通信號燈按高峰時段、 正常時段及晚上時段進行控制，這三個時段的的時序分配如圖1所示；3、在高峰時段，交通信號燈按圖2所示時序控制；4、在正常時段，交通信號燈按圖3 所示時序控制；5、晚上時段按提示警告方式運行，規(guī)律為： 東、南、西、北四個黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復循環(huán)。2.2 系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)是一個十字路口交通燈的PLC控制系

8、統(tǒng)，利用西門子公司的S7-200可編程邏輯控制器對十字路口的交通燈進行控制。本系統(tǒng)具有一定的智能性，即它可以對交通燈按高峰期、正常期及晚間幾個時段進行分段控制。高峰期的控制方案為：（1） 南北方向左轉(zhuǎn)彎燈和南北南北方向紅燈同時亮10秒，同時東西方向紅燈亮；（2） 南北方向綠燈亮35秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；（3） 南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續(xù)亮；（4） 東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈和南北方向紅燈同時亮10秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；（5） 東西方向綠燈亮25秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮；（6） 東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮，然后跳至第（1）步依次循環(huán)。正常期的控制方案為：（1） 南北方向左轉(zhuǎn)彎

9、燈和南北南北方向紅燈同時亮10秒，同時東西方向紅燈亮；（2） 南北方向綠燈亮30秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；（3） 南北方向黃燈閃爍5秒；東西方向紅燈繼續(xù)亮；（4） 東西方向左轉(zhuǎn)彎綠燈和南北方向紅燈同時亮10秒，東西方向紅燈繼續(xù)亮；（5） 東西方向綠燈亮30秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮；（6） 東西方向黃燈閃爍5秒，南北方向紅燈繼續(xù)亮，然后跳至第（1）步依次循環(huán)。晚間的控制方案為：東、南、西、北四個黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復循環(huán)。2.3 硬件選型城市道路交通信號控制是典型的開關量順序控制，采用PLC能充分利用它的優(yōu)點。在這里我們采用德國西門子公司的S

10、7-200可編程控制器，它是積木式結(jié)構(gòu)，安裝比較方便，中央處理單元和信號模板有多種類型，另外還具有如位控單元、PD調(diào)節(jié)等特殊功能模塊。根據(jù)本系統(tǒng)輸入點數(shù)及控制要求，中央處理單元可選用CPU224，該CPU板上本身具有10個數(shù)字量輸入點，6個非隔離數(shù)字量輸出點，最多能夠帶8個數(shù)字量信號模板。電源模塊將交流電源轉(zhuǎn)換成供CPU，存儲器等所有擴展模塊使用的直流電源，是整個PLC系統(tǒng)的能源供給中心，它的好壞直接影響到PLC的穩(wěn)定性和可靠。S7-200屬于小型PLC，電源模塊與CPU模塊封裝在一起，通過連接總線為本機和擴展模塊提供+5V（DC）電源。同時，還可通過端子向外輸出一個+24V（DC）電源，供本

11、機輸入點和擴展模塊繼電器線圈使用。需注意的是，從資料中我們了解到，外部電源不可與S7-200的傳感器電源并聯(lián)使用。否則，交會導致兩個電源的竟爭而影響它們各自的輸出，縮短其使用壽命，使得一個或兩個電源同時失效，使PLC系統(tǒng)產(chǎn)生不正確的操作。正確的使用方法是S7-200的傳感器電源和外部電源應該在不同的點上提供電源，而兩者之間只能有一個會共連接點。由于根據(jù)控制要求所確定的輸入輸出點分別人二個和九個，由于我們是以一個路口信號單獨控制為例，考慮到夠用為準。所以我們選擇了CPU224這一具有較強控制功能的控制器。另外，在硬件選型時，不要忘記完成現(xiàn)場測試及軟件編程時所需的一些設備。綜上，得到系統(tǒng)硬件配置如

12、表1所示：表1 硬件配置表名 稱數(shù) 量DC24V電源1CPU2241PC/PPI編程電纜1STEP7編程軟件1PC機13 系統(tǒng)I/O分配分析PLC的輸入和輸出信號,在滿足控制要求的前提下,要盡量減少占用PLC的I/O點。由系統(tǒng)控制要求可見，由控制開關輸入的啟、停信號是輸入信號。由PLC的輸出信號控制各指示燈的亮、滅。在交通燈布置圖中，南北方向的三色燈共六盞，同顏色的燈在同一時間亮、滅；所以，可將同色燈兩兩并聯(lián)，用一個輸出信號控制。同理，東西方向的三色燈也依次設計。再加上東西方向左轉(zhuǎn)的三色燈共九盞，所以其占9個輸出點。由此可得系統(tǒng)I/O分配如表2所示：表2 系統(tǒng)I/O分配表輸入/輸出設備/器件名

13、稱I/O地址符號名數(shù)據(jù)類型輸入校正當前時鐘I0.0SB0BOOL程序啟停按鈕I0.1SB1BOOL輸出東西方向綠燈Q0.0Q1DINT東西方向黃燈Q0.1Q2DINT東西方向紅燈Q0.2Q3DINT南北方向綠燈Q0.3Q4INT南北方向黃燈Q0.4Q5INT南北方向紅燈Q0.5Q6INT東西方向左轉(zhuǎn)彎燈Q0.6Q7INT南北方向左轉(zhuǎn)彎燈Q0.7Q8INT4 PLC端子接線圖根據(jù)I/O表及PLC的配置圖很容易就可以得到PLC端子接線圖4如下所示：5 軟件設計本控制系統(tǒng)的控制原理是：用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)來判定是否對時鐘進行初始化，用一路數(shù)字量的不同輸入狀態(tài)分別用作程序的啟動和停止控制，每一方

14、向有紅、黃、綠及轉(zhuǎn)彎四種信號燈，分別對應四位數(shù)字量輸出，兩個方向共有8位數(shù)定量輸出；在某一方向用兩個延時脈沖定時器分別控制該方向黃燈閃爍的亮、滅時間，根據(jù)道路人車流量多少，分別設置各信號燈亮滅時間的長短，通過6個定時器依次交替工作，就可實現(xiàn)各方向交通信號燈的順序工作。本文所設計的軟件由一個主程序和四個子程序（時鐘初始化子程序，晚間時段交通燈控制子程序，正常時段交通燈控制子程序和高峰時段交通燈控制子程序）組成。主程序主要任務包括：讀取兩個開關狀態(tài)，根據(jù)開關的不同狀態(tài)做出相應的處理，當開關SB0閉合時則對時鐘進行初始化，反之則不對時鐘進行初始化；當開關SB1閉合時，則讀取時鐘值，并做處理，根據(jù)處理

15、后的時鐘值的大小判定當前時間是屬于哪個時間段，并調(diào)用相應的交通燈控制子程序，反之，則停止程序的運行主程序流程圖如圖5所示。晚間時段的控制規(guī)律為：兩個方向的四個黃燈均按亮0.4秒滅0.6秒的規(guī)律閃爍，其余的交通燈全滅程序中將用到兩個定時器T37和T38，各定時器的功能如表3所示。正常時段的控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖6所示，程序中將用到8個定時T37-T44，各定時器的功能如表4所示。高峰時段的控制方案結(jié)構(gòu)圖如圖7所示，程序中將用到8個定時T37-T44，各定時器的功能如表5所示。該程序?qū)崿F(xiàn)了信號由東西左轉(zhuǎn)、東西直行、南北直行依次循環(huán)變化。其優(yōu)勢思路簡單，容易理解，對時鐘的校正以及各時段的起始時間和終止時

16、間的修改方便。如路口要求在晚上10：00以后實行各方向黃色信號燈閃爍功能，只需要將實時采集PLC的時鐘信號作為一個子程序的跳轉(zhuǎn)條件，再增加一段閃光程序即可。如果需要將幾個路口集中到一臺PLC控制，根據(jù)實際需要的I/O點數(shù)，硬件上再增加相應的數(shù)字量輸出模板即可。需要指出的是，用PLC實現(xiàn)城市道路關通信號控制，最好幾個路口共用一套PLC，這樣可以大大降低工程成本。表3 晚間時段各定時器一個循環(huán)中的功能明細表定時器t0t1T2T37定時0.4秒開始定時，黃燈亮定時到，輸出ON且保持；黃燈滅開始下一次循環(huán)的定時T38定時1秒開始定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON，隨即復位開始下一次循環(huán)的定時，黃燈亮。表4

17、正常時段各定時器一個循環(huán)中的功能明細表 定時器t0t1t2t3t4t5t6T37定時10秒開始定時,南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。定時到，輸出ON且保持；南北轉(zhuǎn)彎燈滅，南北綠燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。ONONONON開始下一個循環(huán)定時T38定時40秒開始定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；南北綠燈滅，南北黃燈閃爍，東西紅燈繼續(xù)亮。ONONON開始下一個循環(huán)定時T39定時45秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；南北黃燈滅，東西轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。ONON開始下一個循環(huán)定時T40定時55秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；東西轉(zhuǎn)彎、東西紅燈滅，東

18、西綠燈亮，南北紅燈繼續(xù)亮。ON開始下一個循環(huán)定時T41定時85秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；東西綠燈滅，東西黃燈閃爍，南北紅燈繼續(xù)亮。開始下一個循環(huán)定時T42定時90秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON，隨即復位開始下一次循環(huán)定時；東西黃燈、南北紅燈滅，南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。表5 高峰時段各定時器一個循環(huán)中的功能明細表 定時器t0t1t2t3t4t5t6T37定時10秒開始定時,南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。定時到，輸出ON且保持；南北轉(zhuǎn)彎燈滅，南北綠燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。ONONONON開始下一個循環(huán)定時T38

19、定時45秒開始定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；南北綠燈滅，南北黃燈閃爍，東西紅燈繼續(xù)亮。ONONON開始下一個循環(huán)定時T39定時50秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；南北黃燈滅，東西轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈亮，東西紅燈繼續(xù)亮。ONON開始下一個循環(huán)定時T40定時60秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；東西轉(zhuǎn)彎、東西紅燈滅，東西綠燈亮，南北紅燈繼續(xù)亮。ON開始下一個循環(huán)定時T41定時85秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON且保持；東西綠燈滅，東西黃燈閃爍，南北紅燈繼續(xù)亮。開始下一個循環(huán)定時T42定時90秒開始定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)定時繼續(xù)

20、定時繼續(xù)定時定時到，輸出ON，隨即復位開始下一次循環(huán)定時；東西黃燈、南北紅燈滅，南北轉(zhuǎn)彎燈、南北紅燈、東西紅燈亮。6、總結(jié)附錄 源程序-STL語句ORGANIZATION_BLOCK 主:OB1TITLE=程序注解VART:BYTE; /時鐘值緩沖區(qū)H:INT; /小時數(shù)存儲單元M:INT; /分鐘數(shù)存儲單元SEC:INT; /秒鐘數(shù)存儲單元Tim:WORD; /小時數(shù)乘100加分鐘數(shù)乘10加秒鐘數(shù)所得結(jié)果存儲單元 END_VARBEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD I0.0CALL SBR0 /開關SB0閉合,調(diào)用SBR0(INIT)對時鐘進行初始化 Network 2

21、LDN I0.1 /起動/停止開關SB1斷開,則停止程序STOPNetwork 3LD I0.1TODR LB0 /起動/停止開關SB1閉合,則起動程序,讀取時鐘 Network 4LD I0.1INCB LB0Network 5LD I0.1INCB LB0Network6LDI0.1INCBLB0/T加3指向小時存儲單元；Network7LDI0.1；BTILB0,LW1/將小時由字節(jié)型轉(zhuǎn)換為整型；Network8LDI0.1MOVWLW1,VW16*I+100,VW16/將小時的數(shù)值乘以100；Network9LDI0.1；INCBLB0/將T指向分鐘存儲單元；Network10LD I

22、0.1BTI LB0,LW3 /將分鐘由字節(jié)型轉(zhuǎn)換為整型Network 11LD I0.1MOVW LW3, VW18*I +10, VW18 /將分鐘的數(shù)值乘以10Network 12LD I0.1MOVW VW16, VW20+I VW18, VW20 /將小時數(shù)乘100與分鐘數(shù)乘10相加Network 13LD I0.1INCB LB0 /將T指向秒鐘存儲單元Network 14LD I0.1BTI LB0, LW5 /將秒鐘由字節(jié)型轉(zhuǎn)換為整型Network 15LD I0.1MOVW VW14, LW7+I LW5, LW7 /將小時數(shù)乘100與分鐘數(shù)乘10相加所得的結(jié)果與秒鐘數(shù)相/加

23、得TimNetwork 16LDW<= LW7, 630序CALL SBR1 /Tim小于630時,則調(diào)用SBR1(SUBE)子程Network 17LDW< LW7, 700CALL SBR2 /Tim大于630小于700時,則調(diào)用SBR2(SUBN)子程序 Network 18LDW<= LW7, 830CALL SBR3 /Tim大于700小于830時,則調(diào)用SBR3(SUBF)子程序 Network 19LDW< LW7, 1630CALL SBR2 /Tim大于830小于1630時,則調(diào)用SBR2(SUBN)子程序 Network 20LDW<= LW7

24、, 1900CALL SBR3 /Tim大于1630小于1900時,則調(diào)用SBR3(SUBF)子程序 Network 21LDW< LW7, 2100CALL SBR2 /Tim大于1900小于2100時,則調(diào)用SBR2(SUBN)子程序 Network 22LDW<= LW7, 2359CALL SBR1 /Tim大于2100小于2100時,則調(diào)用SBR1(SUBE)子程序 END_ORGANIZATION_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK INIT:SBR0TITLE=子例行程序注解BEGINNetwork 1 /時鐘初始化子程序LD I0.1INCB VB0Netw

25、ork 2LD I0.1INCB VB0Network 3LD I0.1INCB VB0Network 4LD I0.1MOVB 0, VB0 /設定時鐘小時數(shù)Network 5LD I0.1INCB VB0Network 6LD I0.1MOVB 0, VB0 /設定時鐘分鐘數(shù)Network 7LD I0.1INCB VB0Network 8LD I0.1MOVB 0, VB0 /設定時鐘秒鐘數(shù)Network 9 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD I0.1TODW VB0END_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SUBE:SBR1 /晚間時段交通燈控制子程序 TI

26、TLE=子例行程序注解BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD I0.1S S0.1, 1Network 2LSCR S0.1 /順序控制Network 3LDN T38TON T37, 4TON T38, 10Network 4LDN T37= Q0.1= Q0.4 /黃燈按亮0.4秒滅0.6的規(guī)律閃爍,其余的交通燈全滅 Network 5LD T38R T37, 1R T38, 1Network 6SCREEND_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SUBN:SBR2 /正常時段交通燈控制子程序 TITLE=子例行程序注解BEGINNetwo

27、rk 1 / 網(wǎng)絡標題 / 網(wǎng)絡注解LD I0.1S S0.1, 1 Network 2LSCR S0.1Network 3LDN T42TON T37, 100 /T37 定時10秒TON T38, 400 /T38 定時40秒TON T39, 450 /T39 定時45秒TON T40, 550 /T40 定時550秒TON T41, 850 /T41 定時85秒TON T42, 900 /T42 定時90秒Network 4LDN T37= Q0.2= Q0.5= Q0.7Network 5LD T37AN T38= Q0.2= Q0.3Network 6LD T38AN T39S S0

28、.2, 1 Network 7 LSCR S0.2Network 8 LDN T44TON T43, 4TON T44, 10Network 9 LDN T43= Q0.2= Q0.4Network 10 LD T43AN T44= Q0.2Network 11 LDN T39S S0.2, 1Network 12 LD T39AN T40= Q0.2= Q0.5= Q0.6Network 13 LD T40AN T41= Q0.3= Q0.5Network 14 LD T41AN T42= Q0.1= Q0.5Network 15 LD T42R T37, 1R T38, 1R T39, 1R T40, 1R T41, 1R T42, 1R T43, 1R T44, 1Network 16 SCREEND_SUBROUTINE_BLOCKSUBROUTINE_BLOCK SUBF:SBR3 /高峰時段交通燈控制子程序TITLE=子例行程序注解BEGINNetwork 1 / 網(wǎng)絡標題/ 網(wǎng)絡注解LD I0.1S S0.1, 1Network 2 LSCR S0.1Net