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1、 基于PLC S7-200交通信號燈的控制系統(tǒng)設(shè)計 編號 2014180329 研究類型 應(yīng)用研究 分類號 TP29 學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） Bachelor’s Thesis 論文題目 作者姓名 學(xué) 號 曾繁榮 2010118020329 機電與控制工程學(xué)院 自動化 高紅亮 講師 2014年5月11日 所在院系 學(xué)科專業(yè)名稱 導(dǎo)師及職稱 論文答辯時間 學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）誠信承諾書 目錄 1前言 .............................

2、....................................... 1 1.1 研究背景與現(xiàn)狀 .................................................... 1 1.2 本論文研究的內(nèi)容 .................................................. 2 2 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計原理 ............................................ 3 2.1 S7-200PLC的簡介 ........................

3、........................... 3 2.2 交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計的控制方法 .................................. 4 3 交通信號燈控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計 ................................... 5 3.1 方案的選擇與論證 .................................................. 5 3.2 總體方案的確定 .................................................... 5

4、 4 交通燈控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 ........................................... 6 4.1 控制要求分析 ...................................................... 6 4.2 交通信號燈控制系統(tǒng)模型圖 .......................................... 7 4.3 交通信號燈控制系統(tǒng)電氣控制線路 .................................... 8 4.4 I/O分配 ...........

5、................................................ 9 5 交通燈控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計 ............................................... 10 5.1程序流程圖 ........................................................ 10 5.2 主要梯形圖解析 ................................................... 10 6交通信號燈控制系統(tǒng)運行調(diào)試 ............

6、................................. 17 7總結(jié)與展望 ............................................................. 18 7.1 總結(jié) ............................................................. 18 7.2 展望 ............................................................. 18 8參考文獻 .....................

7、.......................................... 20 基于PLC S7-200的交通信號燈的控制系統(tǒng)設(shè)計 曾繁榮（指導(dǎo)教師：高紅亮） （湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院，中國 黃石 435002） 摘 要：本文結(jié)合SIEMENS公司的S7-200系列的PLC的性能和順序控制法的特點 ，在 介紹PLC系統(tǒng)基本硬件組成的基礎(chǔ)上，結(jié)合交通信號燈控制系統(tǒng)的發(fā)展，深入的分析交通信號燈控制系統(tǒng)的工作原理，同時著重分析了S7-200PLC硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。研究并提出了基于PLC S7-200的交通信號燈的控制系統(tǒng)設(shè)計方

8、案，通過合理的選擇和設(shè)計，實現(xiàn)根據(jù)不同的道路實況選擇不同的控制方法，解決不同的交通問題。 關(guān)鍵字：PLC;順序控制法;模式選擇;控制 中圖分類號：TP29 Design of traffic lights control system based on PLC S7-200 Zeng Fanrong(tutor: Gao Hongliang) (College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi, China, 43500

9、2) Abstract :This thesis combines the characteristic properties and sequence control method for SIEMENS company's S7-200 series PLC, based on introducing the basic hardware on the PLC system, combining with the development of control system of traffic lights, analysis of the working princip

10、le of the traffic signal lamp further control system, and analyzes the S7-200PLC hardware design and software design. Study and propose the design scheme of the control system of traffic lights based on PLC S7-200, through the rational selection and design, according to different road situation choo

11、se different control methods, to solve the traffic problems of different. Key words: PLC; sequence control; mode selection; control 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 基于PLC S7-200的交通信號燈的控制系統(tǒng)設(shè)計 曾繁榮（指導(dǎo)教師：高紅亮） （湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院 中國 黃石 435002） 1前言 1.1 研究背景與現(xiàn)狀 1.1.1問

12、題的提出和研究背景 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，車輛急劇增多，城市道路交通堵車現(xiàn)象日益嚴重。因此，許多城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點，也決定了其交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門有待解決的主要問題。鑒于當(dāng)前實際中，一般在主干道是行車道而次道是人行橫道和一些非機動車通

13、行的十字馬路處的交通燈仍然采用固定通行的一般的交通燈系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)，不利于提高道路的利用率，也利于主要車道的通行，在沒有行人需要通過人行橫道的時候，主要車道上的行人也必須在停止線以外停車侯車道綠燈亮。本文提出了一種全新的思路來解決此類問題，來緩解日益嚴重的交通擁堵。文中采用西門子S7-200PLC來實現(xiàn)帶有人行橫道請求的十字馬路交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。 1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 當(dāng)前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行

14、與禁止時間控制顯示中，通常要么東西、南北兩方向各50秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預(yù)先“固化”在單片機中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性 1 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導(dǎo)致交通堵塞。

15、 目前設(shè)計交通燈的方案有很多，有應(yīng)用CPLD設(shè)計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法;有應(yīng)用PLC實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計;有應(yīng)用單片機實現(xiàn)對交通信號燈設(shè)計的方法。目前，國內(nèi)的交通燈一般設(shè)在十字路門，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據(jù)實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點： （1）兩車道的車輛輪流放行時間相同，在十字路口，經(jīng)常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應(yīng)該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應(yīng)該短些。 （2）兩條干道的紅綠時間不能隨時間的改變而修改。

16、 目前較先進的交通信號燈控制系統(tǒng)的功能： （1）收集交通情報。設(shè)在道路上的車輛檢測器隨時把檢測到的車輛數(shù)、車輛行駛速度、車輛阻塞度和空間占有率等情報，通過傳輸系統(tǒng)送到中心處理機處理。 （2）控制終端信號機和可變標(biāo)志。中心處理機根據(jù)交通流量的變化，實時地改變控制模型，隨時發(fā)出控制指令，控制終端信號機和可變標(biāo)志。 （3）誘導(dǎo)車輛。中心處理機根據(jù)收集的交通情報，對于交通阻塞地點，一方面控制有關(guān)的終端信號機和可變標(biāo)志以誘導(dǎo)車輛，另一方面通過通信系統(tǒng)，發(fā)布交通阻塞情報，誘導(dǎo)車輛避開阻塞地點。 （4）集中監(jiān)視。通過各種顯示設(shè)備和電視監(jiān)視系統(tǒng)，工作人員可了解控制區(qū)域內(nèi)

17、的交通狀況，為迅速排除交通阻塞、處理異常情況、采取人工干預(yù)提供直觀依據(jù)。 因有上述功能，所以對疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力，減少交通事故和交通公害有明顯的效果。 1.2 本論文研究的內(nèi)容 通過對西門子S7-200PLC的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，首先建立交通燈控制系統(tǒng)模型，力求用組態(tài)王的相關(guān)軟件對其進行模擬和仿真，然后再在實驗室設(shè)計并搭建硬件電路。在電路搭建成功交通燈控制系統(tǒng)的I/O分配的基礎(chǔ)上，編寫程序，用順序控制法實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的控制。 順序控制就是指系統(tǒng)或生產(chǎn)設(shè)備在各輸入信號的作用下,內(nèi)部元件狀態(tài)按照生產(chǎn)工 2 湖北師范學(xué)院機電與控制

18、工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 藝預(yù)先規(guī)定的時間順序變化,使得各執(zhí)行機構(gòu)在生產(chǎn)過程中自動有序地進行操作。將交通燈控制系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)換成各個步驟，進行順序精準(zhǔn)的控制。 通過西門子S7-2OOPLC的編程方法、原理及編程環(huán)境的研究,實現(xiàn)對交通信號燈的控制，查閱交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)資料，以及了解國內(nèi)外前沿技術(shù)，發(fā)展趨勢,以達到設(shè)計方案更優(yōu)化。將用順序控制方法,實現(xiàn)對交通信號燈控制系統(tǒng)順序控制,并周期循環(huán)運作。用梯形圖將順序控制法語句指令呈現(xiàn)出來，并能按照當(dāng)時不同的道路情況選擇較合適的交通信號燈的控制。 2 交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計原理 2.1 S7-

19、200PLC的簡介 2.1.1 S7-200PLC的發(fā)展和應(yīng)用 德國西門子（SIEMENS）公司生產(chǎn)的可編程序控制器在我國的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，在冶金、化工、印刷生產(chǎn)線等領(lǐng)域都有應(yīng)用。西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西門子S7系列PLC體積小、速度快、標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等[1]。 西門子SIMATIC系列PLC，誕生于195

20、8年，經(jīng)歷了C3,S3,S5,S7系列，已成為應(yīng)用非常廣泛的可編程控制器。西門子公司的產(chǎn)品最早是1975年投放市場的SIMATIC S3，它實際上是帶有簡單操作接口的二進制控制器。1979年，S3系統(tǒng)被SIMATIC S5所取代，該系統(tǒng)廣泛地使用了微處理器。20世紀80年代初，S5系統(tǒng)進一步升級——U系列PLC，較常用機型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。1994年4月，S7系列誕生，它具有更國際化、更高性能等級、安裝空間更小、更良好的WINDOWS用戶界面等優(yōu)勢，其機型為：S7-200、300、400。1996年，在過程控制領(lǐng)域，西門子公司又提出PCS7（過程控

21、制系統(tǒng)7）的概念，將其優(yōu)勢的WINCC（與WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工業(yè)現(xiàn)場總線）、COROS（監(jiān)控系統(tǒng)）、SINEC（西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)）及控調(diào)技術(shù)融為一體。 西門子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自動化系統(tǒng)， 3 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 將PLC技術(shù)溶于全部自動化領(lǐng)域。 由最初發(fā)展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市場，停止生產(chǎn)，而S7系列PLC發(fā)展成為了西門子自動化系統(tǒng)的控制核心，而TDC系統(tǒng)沿用SIMADYN D技術(shù)內(nèi)核

22、，是對S7系列產(chǎn)品的進一步升級，它是西門子自動化系統(tǒng)最尖端，功能最強的可編程控制器。 2.1.2 S7-200PLC的系統(tǒng)組成 PLC主要由CPU模塊、輸入/輸出模塊、電源模塊和編程器組成。PLC的特殊功能模塊用來完成某些特殊任務(wù)[2]。 （1） CPU模塊主要由微處理器和存儲器組成。在PLC控制系統(tǒng)中CPU模塊相當(dāng)于人的大腦和心臟采用周期性循環(huán)掃描、分時操作的工作方式不斷地采集輸入信號，執(zhí)行用戶程序刷新系統(tǒng)的輸出，存儲器用來存儲程序和數(shù)據(jù)[5]。 （2）輸入/輸出I/O模塊是CPU與現(xiàn)場I/O設(shè)備或其他外部設(shè)備之間的連接部件。PLC提供了各種操作電平和

23、輸出驅(qū)動能力的I/O模塊供用戶選用。I/O模塊要求具有抗干擾性能并與外界絕緣因此多數(shù)都采用光電隔離回路、消抖動回路、多級濾波等措施。I/O模塊可以制成各種標(biāo)準(zhǔn)模塊根據(jù)輸入、輸出點數(shù)來增減和組合。I/O模塊還配有各種發(fā)光二極管來指示各種運行狀態(tài)[8]。 （3）電源模塊PLC配有開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電源模塊用來對PLC的內(nèi)部電路供電[9]。 （4）編程器編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過接口與CPU聯(lián)系以便完成人機對話互動。編程器分簡易型和智能型兩種。簡易型編程器只能在線編程它通過一個專用接口與PLCPLC

24、插到現(xiàn)場控制站的相應(yīng)接口進行編程。智能型編程器有許多不同的應(yīng)用程序軟件包功能齊全適應(yīng)的編程語言和方法也較多。 2.2 交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計的控制方法 在交通信號燈控制系統(tǒng)中運用到了順序控制設(shè)計法，順序控制就是指系統(tǒng)或生產(chǎn)設(shè)備在各輸入信號的作用下,內(nèi)部元件狀態(tài)按照生產(chǎn)工藝預(yù)先規(guī)定的時間順序變化,使得各執(zhí)行機構(gòu)在生產(chǎn)過程中自動有序地進行操作[10]。PLC 順序控制設(shè)計法最基本的思路是將控制系統(tǒng)的一個完整的工作周期劃分為若干個順序相連的階段,這些階段稱為步,然后用轉(zhuǎn)換條件控制代表各步的內(nèi)部編程元件(例如輔助繼電器M ,狀態(tài)繼電器S 等) ,使其 4 湖北師

25、范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 狀態(tài)按照一定的時間順序變化,最終輸出控制相應(yīng)執(zhí)行機構(gòu)的動作步是根據(jù)輸入量狀態(tài)的變化來劃分的。在任何一步之內(nèi)各輸出量的狀態(tài)不變,但相鄰兩步輸出量總的狀態(tài)是不同的。步的這種劃分方法代表各步編程元件的狀態(tài)與各輸出量狀態(tài)之間有著極為簡單的邏輯關(guān)系。順序控制設(shè)計法中的轉(zhuǎn)換條件可以是外部的輸入信號,例如:按鈕、指令開關(guān)、行程開關(guān)(包括有觸點或無觸點行程開關(guān)、光電開關(guān)、干簧管開關(guān)、霍爾元件開關(guān)等位置檢測開關(guān)) 、壓力繼電器、時間繼電器之類的信號轉(zhuǎn)換元件等,也可以是PLC 內(nèi)部產(chǎn)生的信號,例如:定時器、計數(shù)器的觸點提供的信號,還可能是若干信號的

26、“與”、“或”、“非”邏輯狀態(tài)。讓他們的狀態(tài)按一定的順序變化,然后用代表各步的編程元件控制PLC 的各輸出位[10]。 3 交通信號燈控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架的設(shè)計 3.1 方案的選擇與論證 成本系統(tǒng)就現(xiàn)在掌握的技術(shù)而言有以下兩種方案： 方案一：使用51或者PIC單片機來設(shè)計一套十字路口交通燈的控制系統(tǒng)單片機雖說PIO PLC 方案二：使用西門子S7-200 PLC可編程控制器，其編程方法簡單易學(xué)且功能強大工業(yè)控制能力較為強大一臺小型的PLC 內(nèi)有成百上千個可以為用戶提供使用的變成元的性能價格比故而本系統(tǒng)選擇西門子 S7-20

27、0 PLC作為本設(shè)計的主控制器。 3.2 總體方案的確定 PLC的最小控制系統(tǒng)是由CPU模塊、I/O模塊、以及編程裝置模塊組成的，一般經(jīng)由相應(yīng)的模擬信號送入輸入模塊中處理再送達CPU模塊中在CPU模塊中根據(jù)客戶提前用編程裝置中所設(shè)定的相應(yīng)程序處理輸入的信號最后經(jīng)由輸出模塊將相應(yīng)的數(shù)字信號PLC PLC系統(tǒng)的運行 從而達到中小型工業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)和運營。 CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、編程裝置組成可編程序控制器 PLC最小控制系統(tǒng)[12]。 5 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 采用S7-200 PL

28、C設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)，要求能實現(xiàn)交通燈的各種控制功能，在常規(guī)交通燈控制功能及基礎(chǔ)上要求能顯示時間以適應(yīng)道路的不同繁忙程度的情況下的交通控制要求。在控制方法上，將改變定周期的系統(tǒng)控制,使系統(tǒng)內(nèi)的周期可隨時改變,增加系統(tǒng)的靈活性，以適應(yīng)瞬時變化的交通流量。 作故系統(tǒng)中設(shè)置一個輸入信號控制系統(tǒng)的啟動。PLC選用西門子S7-200基本單元。 指示燈 圖3.1 PLC控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 4 交通燈控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 4.1 控制要求分析 4.1.1 控制要求分析 對于單交叉路口的信號燈控制主要在于求取最佳信號周期和兩交叉方向的綠信比。當(dāng)交通

29、車流稀少時，信號周期盡量短些，但一般不能少于30秒，以免某一方向的綠燈時間小于15秒使車輛來不及通過路口而影響交通安全。當(dāng)交通車流需求量較大時，信號周期應(yīng)該長些，但一般也不能超過120秒，否則某一相位的紅燈時間超過60秒，司機和行人的心理上不能忍受。系統(tǒng)開始工作時，首先給南北方向固定的15秒的綠燈時間，利用PLC，可使上述描敘的各傳感器以及各道口的信號燈與之直接相連，非常方便可靠。 4.1.2 控制要求 本設(shè)計實現(xiàn)三種交通信號燈系統(tǒng)狀態(tài)。以I0.0為一個啟動并帶有選擇功能的輸入信 6 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）

30、 號： （1）當(dāng)I0.0按一下，此時交通信號燈應(yīng)適應(yīng)的道路狀況為南北方向交通流量多，南北方向道路繁忙，南北路綠燈亮的時間為30S，此后閃爍3S，進入南北路黃燈亮減速的狀態(tài)，南北路黃燈亮2S，在南北路黃燈亮完后南北路紅燈亮25S，與此同時東西路綠燈亮起，亮的時間為20S，此后閃爍3S，進入東西路黃燈亮減速狀態(tài)，東西路黃燈亮2S，在東西路黃燈亮完后，東西路紅燈亮35，與此同時南北路綠燈亮起，實現(xiàn)一個控制周期。 （2）當(dāng)I0.0按兩下，此時交通信號燈應(yīng)適應(yīng)的道路狀況為東西路方向交通流量多，東西方向道路繁忙，東西路綠燈亮的時間為30S，此后閃爍3S，進入東西路黃燈亮減速的狀態(tài)，東西

31、路黃燈亮2S，在東西路黃燈亮完后，東西路紅燈亮25S，與此同時南北路綠燈亮起，亮的時間為20S，此后閃爍3S，進入南北路黃燈亮減速狀態(tài)，南北路黃燈亮2S，在南北路黃燈亮完后南北路紅燈亮35，與此同時東西路綠燈亮起，實現(xiàn)一個控制周期。 （3）當(dāng)I0.0按三下，交通信號燈停止工作。 南北綠燈 南北黃燈 南北紅燈 東西綠燈 東西黃燈 東西紅燈 圖4.1 模式1的時序圖 東西綠燈 東西黃燈 東西紅燈 南北綠燈 南北黃燈 南北紅燈 圖4.2 模式2的時序圖

32、 4.2 交通信號燈控制系統(tǒng)模型圖 7 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 建立交通信號燈控制系統(tǒng)的十字路口應(yīng)用的模型，這個十字路路口分別是南北主干道和東西主干道的交匯處，分別在南北方向和東西方向設(shè)有紅黃綠三種顏色的交通信號燈，在東西方向和南北方向分別設(shè)有甲和乙兩輛汽車燈分別代表東西方向和南北方向的通行情況[15]。 圖4.3 交通信號燈系統(tǒng)模型圖 4.3 交通信號燈控制系統(tǒng)電氣控制線路 在本設(shè)計中南北方向兩個路口上的紅綠黃共有六盞燈，但是在實際操作中只需控制三個支路，每個支路應(yīng)該有兩盞任何時候都是

33、相同狀態(tài)的燈即可。通過一個啟動按鈕I0.0來操作整個系統(tǒng)的啟動和模式選擇。由PLC的8個輸出端口來控制六個交通信號燈和兩個表示路段流通兩個汽車燈。電氣控制線路圖如下： 8 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） CPU 圖4.4電氣控制線路圖 4.4 I/O分配 在本系統(tǒng)的I/O端口分配中，有一個輸入繼電器對應(yīng)的輸入端口I0.0，有八個輸出繼電器對應(yīng)的八個輸出端口分別對應(yīng)的南北紅燈Q0.0，南北綠燈Q0.1，南北黃燈Q0.2，東西紅燈Q0.3，東西綠燈Q0.4，東西黃燈Q0.5，南北方向的車燈Q0.6，東西方向的

34、車燈Q0.7，進行控制。 9 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 5 交通燈控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計 5.1程序流程圖 圖5.1 程序流程圖 5.2 主要梯形圖解析 （1）系統(tǒng)初始化 網(wǎng)絡(luò)1用于系統(tǒng)初始化，SM0.1為常用特殊繼電器，在首次掃描時為ON，常用做初始化脈沖，M0.0作為輔助繼電器，在PLC中沒有外部的輸入端子和輸出端子與之對應(yīng)，因此它不受外部信號的直接控制，其觸電也不能直接驅(qū)動外部負載，用于在程序設(shè)計中處理邏輯控制任務(wù)，下文出現(xiàn)的M也是作為輔助繼電器。 網(wǎng)絡(luò)1SM0.1M

35、0.0 S 1 圖5.2 網(wǎng)絡(luò)1梯形圖 （2）上升沿脈沖觸發(fā)的狀態(tài) 網(wǎng)絡(luò)2是在按動I0.0瞬間，常開觸電I0.0通電，表現(xiàn)為高電平，此時通過上升沿脈沖使得寄存器加法指令執(zhí)行一次相加的操作，在LAD中，IN1+IN2=OUT，數(shù)據(jù)類型為整數(shù)，所以在雙整數(shù)相加時輸出也為整數(shù)，傳遞給VW1，在第二次上升沿脈沖觸發(fā)時繼續(xù)在VW1上累加。在對VW1賦值的同時，在每一次上升沿脈沖產(chǎn)生時，輔助繼電器需要進行處理，將M10.0和M0.0置位，其他輔助觸點均復(fù)位，M10.0在整個梯形圖中只是起個排除干擾的作用。 10 湖北師范學(xué)院機電與控制工

36、程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 網(wǎng)絡(luò)二 I0.0 P +1 M10.0 S 1 M0.1 R 9 M2.0 R 9 M0.0 S 1圖5.3 網(wǎng)絡(luò) 2梯形圖 ADD_IENIN 1IN 2ENOOUT在網(wǎng)絡(luò)4中按動I0.0瞬間，常開觸電I0.0通電，表現(xiàn)為高電平，此時通過上升沿脈沖使得移位寄存器加法指令執(zhí)行一次移位的操作將IN的數(shù)值賦予OUT，而在此處移位寄存器的作用是當(dāng)?shù)谌紊仙孛}沖到來時將0值賦予VW1，使得VW

37、1中的數(shù)值一直在 0、1、2這三個數(shù)中循環(huán)變換。 網(wǎng)絡(luò)4 I0.0VW1 P 3O 圖5.4 網(wǎng)絡(luò)4梯形圖 MOV_WENINENOOUTVW1 （3）比較指令實現(xiàn)模式選擇 在網(wǎng)絡(luò)5和網(wǎng)絡(luò)6中，當(dāng)M0.0為置位高電平，I0.0按下，常開觸電I0.0閉合時，通過VW1中的數(shù)值與“1”和“2”相比，如果當(dāng)VW1等于1，此時輔助繼電器M0.1置位高電平，其他輔助繼電器復(fù)位，定義為模式一；如果當(dāng)VW1等于2，此時輔助繼電器M2.1置位高電平，其他輔助繼電器復(fù)位，定義為模式二；這兩個網(wǎng)絡(luò)運用比較指令實現(xiàn)了模式的選擇。 11

38、 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 網(wǎng)絡(luò) 5 M0.0I0.0VW1 ==I 1 M0.1S1 M0.0 R 1 M0.2 R 7 M10.0 R 1 圖5.5 網(wǎng)絡(luò)5梯形圖（模式 1的選擇） 網(wǎng)絡(luò) 6M0.0I0.0VW1 ==I 2M2.1S1 M0.0 R 1 M2.2 R 7

39、 M10.0 R 1 圖5.6 網(wǎng)絡(luò)6梯形圖（模式2的選擇） （4）置位復(fù)位指令控制輔助繼電器的狀態(tài) 在網(wǎng)絡(luò)2、網(wǎng)絡(luò)3、網(wǎng)絡(luò)5到網(wǎng)絡(luò)22這十五個網(wǎng)絡(luò)中均出現(xiàn)置位和復(fù)位指令。在網(wǎng)絡(luò)2、網(wǎng)絡(luò)3、網(wǎng)絡(luò)5和網(wǎng)絡(luò)6中，置位復(fù)位指令是初始化輔助繼電器的狀態(tài)，而在網(wǎng)絡(luò)7到網(wǎng)絡(luò)22中，通過與定時器的串聯(lián)，使得各個輔助繼電器在以時間軸為順序下，先后置位復(fù)位交替進行。以網(wǎng)絡(luò)7為例，當(dāng)定時器T44計時結(jié)束，M1.0為高電平時， 12 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 又將M0.1置位高電平，同時M1.0復(fù)位低

40、電平，在某個時間段時只允許有一個輔助繼電器為高電平，其余為低電平。這種輔助繼電器的置位和復(fù)位使得順序控制按照時間軸的指向各個環(huán)節(jié)一次進行。 網(wǎng)絡(luò) 7 M1.0T44M0.1 S 1 M1.0 R 1 圖5.7 網(wǎng)絡(luò)7梯形圖 （5）特殊繼電器在閃爍電路中的應(yīng)用 在網(wǎng)絡(luò)24和網(wǎng)絡(luò)27中，為實現(xiàn)南北綠燈和東西綠燈閃爍3S時間的控制，用到了特殊繼電器SM0.5.SM0.5的作用是在1S的時鐘脈沖里，0.5S閉合，0.5S斷開，再串聯(lián)一個T43或T39（定時時間為3S）的常閉觸點，在3S之中閃爍

41、電路作用，3S之后閃爍電路斷開不再工作。 網(wǎng)絡(luò)24 M0.5Q0.1 SM0.5T43M0.7 M0.6 M2.1 M2.2 SM0.5T43M2.3 圖5.8 網(wǎng)絡(luò)24梯形圖 （6）輔助繼電器和定時器的結(jié)合，循環(huán)控制的實現(xiàn) 在梯形圖的網(wǎng)絡(luò)中輔助繼電器觸點與定時器的常閉觸點的串聯(lián)，實現(xiàn)輔助繼電器狀 13 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 態(tài)的控制，同時輔助繼電器的狀態(tài)為高電平是觸發(fā)定時器開始工作。 以網(wǎng)絡(luò)9、網(wǎng)絡(luò)18和網(wǎng)絡(luò)31為

42、例當(dāng)M0.1或M2.5置位高電平觸發(fā)T37計時，T37計時結(jié)束時常開觸點T37閉合，此時網(wǎng)絡(luò)9中M0.2置位，M0.1復(fù)位，通過這網(wǎng)絡(luò)9和網(wǎng)絡(luò)31這兩個網(wǎng)絡(luò)，輔助繼電器M0.1置位高電公平的時間就是T37計時的時間1S。通過這網(wǎng)絡(luò)18和網(wǎng)絡(luò)31這兩個網(wǎng)絡(luò)，輔助繼電器M2.5置位高電公平的時間就是T37計時的時間1S。 網(wǎng)絡(luò)31 圖5.9 網(wǎng)絡(luò) 31梯形圖 網(wǎng)絡(luò)9 M0.1T37M0.2 S 1 M0.1 R 1 圖 5.10 網(wǎng)絡(luò)9 梯形圖 網(wǎng)絡(luò)

43、 18 M2.5T37M2.6 S 1 M2.7 R 1 圖5.11 網(wǎng)絡(luò)18梯形圖 以網(wǎng)絡(luò)11、網(wǎng)絡(luò)20和網(wǎng)絡(luò)32為例當(dāng)M0.2或M2.6置位高電平觸發(fā)T8計時，T38計時結(jié)束時常開觸點T38閉合，此時網(wǎng)絡(luò)11中M0.3置位，M0.2復(fù)位，通過這網(wǎng)絡(luò)11和網(wǎng)絡(luò)32這兩個網(wǎng)絡(luò)，輔助繼電器M0.2置位高電公平的時間就是T38計時的時間19S。通過這網(wǎng)絡(luò)20和網(wǎng)絡(luò)32這兩個網(wǎng)絡(luò)，輔助繼電器M2.6置位高電公平的時間就是T38 14 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）

44、 計時的時間19S。 網(wǎng)絡(luò)32 圖 5.12 網(wǎng)絡(luò)32 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 11 M0.2T38M0.3 S 1 M0.2R 1 圖 5.13 網(wǎng)絡(luò)11 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 20 M2.6T38M2.7 S 1 M2.6 R 1 圖5.14 網(wǎng)絡(luò)20梯形圖 通過上述六個網(wǎng)絡(luò)的可以得到通過輔助繼電器和定時器的配合，可以控制輔助繼電器置位高電平的時間。M0.1（M2.5）

45、置位高電平時間為1S ，M0.2（M2.6）置位高電平時間為19S，M0.3（M2.7）置位高電平時間為3S，M0.4（M3.0）置位高電平時間為2S，M0.5（M2.1）置位高電平時間為1S，M0.6（M2.2）置位高電平時間為29S，M0.7（M2.3）置位高電平時間為3S，M1.0（M2.4）置位高電平時間為2S。 以網(wǎng)絡(luò)7、網(wǎng)絡(luò)38為例當(dāng)M1.0或M2.4置位高電平觸發(fā)T44計時，T44計時結(jié)束時，常開觸點T44閉合，此時網(wǎng)絡(luò)7中M0.1置位，M1.0復(fù)位，通過網(wǎng)絡(luò)7和網(wǎng)絡(luò)38這兩個網(wǎng)絡(luò)，輔助繼電器M1.0置位高電公平的時間就是T44計時的時間2S。 15

46、 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 網(wǎng)絡(luò)38 圖 5.15 網(wǎng)絡(luò)38 梯形圖 網(wǎng)絡(luò) 7 M1.0T44M0.1 S 1 M1.0 R 1 圖5.16 網(wǎng)絡(luò)37梯形圖 通過這兩個網(wǎng)絡(luò)可以看出在M0.1置位高電平，同時M1.0復(fù)位低電平，M0.2置位高電平，同時M0.1復(fù)位低電平，到M0.2置位高電平，同時M0.1復(fù)位低電平，……，M1.0置位高電平，同時M0.7復(fù)位低電平，到M0.1置位高電平，同時M1.0復(fù)位低電平，這八個步驟形

47、成一個循環(huán)。在這個循環(huán)的基礎(chǔ)上可以使得就交通信號燈得到循環(huán)控制。 （7）輔助繼電器對輸出繼電器的邏輯控制 由于輔助繼電器本身的特點，不能直接驅(qū)動外部負載，此時我們需要用輔助繼電器處理的邏輯任務(wù)與輸出繼電器對應(yīng)，通過輸出繼電器控制外部驅(qū)動。在網(wǎng)絡(luò)23到網(wǎng)絡(luò)30中，在梯形圖中輔助繼電器并聯(lián)分別實現(xiàn)對Q0.0到Q0.7 八個輸出繼電器的控制。以網(wǎng)絡(luò)23為例，把Q0.0高電平時（南北紅燈亮）的時間也就是某幾個輔助繼電器置位的時間，對這幾個輔助繼電器進行并聯(lián)，即實現(xiàn)對Q0.0的控制。 由上述說明中我們得到了輔助繼電器的置位高電平的時間，通過對輔助繼電器的并聯(lián)，使得在該時間段

48、內(nèi)輸出線圈所在線路中通電得到高電平，以網(wǎng)絡(luò)23為例，M0.1（M2.5）置位高電平時間為1S ，M0.2（M2.6）置位高電平時間為19S，M0.3（M2.7）置位高電平時間為3S，M0.4（M3.0）置位高電平時間為2S，可以得到南北紅燈Q0.0工作的時間25S。 16 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 網(wǎng)絡(luò)23 M0.1Q0.0 M0.2 M0.3 M0.4 M2.5 M2.6 M2.7 M3.0 圖5.17 網(wǎng)絡(luò)23梯形圖 6交通信

49、號燈控制系統(tǒng)運行調(diào)試 在本系統(tǒng)設(shè)計的框架完成以后就行了一系列的調(diào)試與優(yōu)化，在實驗室做了一天時間的優(yōu)化和調(diào)試。調(diào)試的內(nèi)容包括，各個交通信號燈是否達到了亮，閃爍等狀態(tài)的時間，在按下I0.0切換的時候，切換完成工作的一瞬間是否連貫，能否能夠滿足在切換的同時解決我們想到的交通問題同時也不會影響司機旅客的心情和心理狀態(tài)，減少因為切換而導(dǎo)致交通違章的發(fā)生。 在調(diào)試的過程中，常常會發(fā)生的是，交通信號燈不能達到預(yù)期設(shè)想的效果，這個時候我們更多的是要利用PLC的優(yōu)點通過改變軟件部分來解決問題，不用重新搭建電氣控制電路。反復(fù)的修改程序，反復(fù)的實驗，同時加上計時器旳計時，盡可能地將本次設(shè)計的實際

50、作用加強。在調(diào)試的過程還需要注意的，就是編程計算機跟PLC設(shè)備的通訊問題，合理的選擇通信頻段是保證通信成功和程序下載的關(guān)鍵。 調(diào)試是一個畢業(yè)設(shè)計最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，也是把相關(guān)知識綜合在一起的環(huán)節(jié)，這個 17 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 環(huán)節(jié)的成功與否，不僅僅是關(guān)系設(shè)計是否成功，也是考驗我們能否將書本知識跟實際相結(jié)合的過程。 7總結(jié)與展望 7.1 總結(jié) 在交通信號燈的控制系統(tǒng)研究中，我們仔細得查閱了大量的資料，了解了在歷史的進程中隨著交通工具的改變對交通的管理也顯得十分重要。如何使得交通發(fā)揮出它

51、應(yīng)有的作用，如何能將交通的效率提高，如何將自動化應(yīng)用于交通控制中等等，都是一系列值得長期探討的話題。而在本設(shè)計中，作為自動化方面的學(xué)生，我們著重研究的是交通自動化，利用較為先進的自動化設(shè)備控制交通信號燈的工作，使得交通運輸?shù)男侍岣摺? 在基于S7-200 PLC交通信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計，以西門子PLC作為主要控制器，通過最開始的建立交通信號燈控制系統(tǒng)的模型，根據(jù)模型設(shè)計電氣控制線路，有電氣控制新路作為硬件部分，再根據(jù)電氣控制線路定義I/O端口地址。緊接著完成梯形圖為主要部分的軟件編譯，并通過PC機將程序傳入PLC控制器中。 上述工作完成后我們需要做的是調(diào)試和運行，在調(diào)試和運

52、行的過程中發(fā)現(xiàn)問題解決問題。并根據(jù)運行的結(jié)果，查閱和調(diào)查當(dāng)?shù)亟煌ㄐ盘枱艄ぷ鞯那闆r，查閱道路司機對于等候交通信號燈指示心理情況。通過查閱和調(diào)查再對交通信號燈工作時間進行調(diào)整。在調(diào)整的過程中，根據(jù)PLC控制器本身的優(yōu)勢只需做軟件部分的改動，以使得本設(shè)計更加完善。 當(dāng)然本設(shè)計也有意猶未盡的地方，就是只注重交通信號燈的控制，對整個交通道路的交通流量和流量的統(tǒng)計這部分有所欠缺。 7.2 展望 傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制比較可知，后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低，特別適合繁忙的、未立交的交通路

53、口，更適合于四個以上的路口，也可方便連網(wǎng)。應(yīng)用可編程控制器PLC對十字路口交通信號燈進行模糊控制，其控制效果要比定周期方法的控制效果明顯，尤其適用在車輛信息量比較大的交叉路口。由于使用PLC作為本系統(tǒng)控制器的核心，系統(tǒng)編程簡單，利用工業(yè)以太網(wǎng)可以組成城市交通控制網(wǎng)絡(luò)動態(tài) 18 湖北師范學(xué)院機電與控制工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 監(jiān)控調(diào)度。操作方便，具有較好的應(yīng)用推廣價值，適合目前我國交通控制與管理的現(xiàn)狀 [23]。 同時在自動控制領(lǐng)域中,PLC 順序控制設(shè)計法是順序控制系統(tǒng)中一種先進的設(shè)計方法。他不僅很容易接受,提高設(shè)計的效率,節(jié)省大

54、量的設(shè)計時間,而且程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便,只要正確地畫出描述系統(tǒng)工作過程的順序功能圖,一般都可以做到調(diào)試程序的一次成功。他基本解決了經(jīng)驗設(shè)計法中的記憶和連鎖問題,在保證自動控制得以實現(xiàn)前提下,可以有效縮短設(shè)計周期[28]。 總體來說，交通控制系統(tǒng)是一個值得深入研究的課題，在以后會有越來越多的學(xué)者來研究這方面的問題。目前也是交通迅速發(fā)展的階段，國家在交通運輸這個方向也投入了大量的力氣，不僅僅是自動化專業(yè)還有交通運輸工程，物流工程等等專業(yè)都在做不同方面的研究。我相信在今后交通信號燈控制系統(tǒng)會越來越先進，給人們帶來越來越高效的體驗。 19 湖北師范學(xué)院機電與控制

55、工程學(xué)院2014屆學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計） 8參考文獻 [1] 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2008. [2] 西門子公司.SIMATIC S7-200可編程序控制器系統(tǒng)手冊,2004. [3] 王曉侃.PLC在模糊智能交通控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機電一體化,2012,19(2)51-54. [4] 陳建明.電氣控制與PLC應(yīng)用練習(xí)與實踐與應(yīng)用[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2004. [5] 李輝.S7-200PLC編程原理與工程實訓(xùn)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.

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61、:中國,CN201320251753.0[P].2013-11-27. [29] 陳惠云,章建紅,王劍雨,羅敏,孫志棟,葉朝軍,林旭東.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的嵌入式交通信 號控制誘導(dǎo)系統(tǒng)終端研究與應(yīng)用[Z]寧波工程學(xué)院.2009. [30] 雷友建.基于PLC控制的交通信號燈控制系統(tǒng)[J].華人時刊（下旬刊）,2013,(5): 170-170. [31] 張傳興.簡單易學(xué)的PLC自控交通信號燈的設(shè)計[J].科技信息,2009,(27):80. [32] 盧偉,滕萬慶,張久森等.基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].山東科 學(xué),2009,2

62、2(2):71-72. [33] 陳敘.交通信號燈系統(tǒng)的動態(tài)控制[J].蘇州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2005,21(2):45-48.. [34] 陳吉.基于交通信號燈PLC控制的程序設(shè)計[J].考試周刊,2012,(32):124-125. 21 致謝 大學(xué)四年轉(zhuǎn)眼即過，在論文撰寫完的同時，也標(biāo)志著為期大半年的畢業(yè)設(shè)計將會結(jié)束。雖然畢業(yè)設(shè)計只是我在追求知識，研究學(xué)問的一個旅程，但在此期間收獲頗豐，并不僅僅是知識，更是在做學(xué)問的態(tài)度上，以及作為一名青年人追逐夢想中的認識上都有很大的啟迪。 在畢業(yè)設(shè)計期間全程由高紅亮老師的悉心指導(dǎo)下完成

63、的。高老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無法、平易近人的姿態(tài)本人影響深遠。在畢業(yè)設(shè)計期間對我們的要求不限于學(xué)校本科生學(xué)士學(xué)位論文的要求。更多的是要求我們廣泛的閱讀和學(xué)習(xí)，積累和學(xué)習(xí)做研究的方法、經(jīng)驗，不僅限于當(dāng)前任務(wù)更是培養(yǎng)在今后的學(xué)習(xí)態(tài)度。在此期間，記憶深刻的還有高老師為我講解他自己在學(xué)習(xí)期間所總結(jié)的“彈簧論”，正處于朝氣蓬勃的我們應(yīng)該把自己比做彈簧舍得吃苦舍得用力去拉，讓自己在適當(dāng)?shù)南薅葍?nèi)定好好每一天的規(guī)劃，做好每一天的事情。上述種種本次畢業(yè)設(shè)計不僅使本人樹立了遠大的學(xué)習(xí)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許

64、多為人處事的道理。 本次論文從選題到完成，每一步都是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！在寫論文的過程中，遇到了很多的問題，在老師的耐心指導(dǎo)下，問題都得以解決。 附錄A、完整梯形圖 網(wǎng)絡(luò)1 系統(tǒng)初始化 網(wǎng)絡(luò)1 SM0.1 M0.0S1 網(wǎng)絡(luò)2 啟動按鈕I0.0由上升沿脈沖出發(fā)累加器 I0.0 P +1 M10.0S1M0.1R9M2.0R9M0.0S1 EN IN 1 IN 2 ADD_I

65、 ENOOUT 網(wǎng)絡(luò)3 M10.0 T45 M0.0S1M10.0R1 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)44 按啟動按鈕I0.0 ，上升沿脈沖觸發(fā)移位器 I0.0 VW1 ==I3 MOV_W P O ENIN ENOOUT VW1 網(wǎng)絡(luò)5 通過輔助繼電器置位復(fù)位其他輔助繼電器 網(wǎng)絡(luò) 5 M0.0 I0.0 VW1 ==I 1 M0.1S1M0.0R 1M0.2R7M

66、10.0R 1 網(wǎng)絡(luò) 6 M0.0 I0.0 VW1==I2 M2.1S1M0.0R1M2.2R7 M10.0R 1 網(wǎng)絡(luò)7 輔助繼電器M1.0置位高電平2S后，M0.1置位高電平， M1.0復(fù)位低電平 網(wǎng)絡(luò)7 M1.0 T44 M0.1S1M1.0R1 網(wǎng)絡(luò)8 輔助繼電器M3.0置位高電平2S后，M2.1置位高電平， M3.0復(fù)位低電平 網(wǎng)絡(luò) 8 M3.0T40M2.1 S 1 M3.0 R 1 網(wǎng)絡(luò)9 輔助繼電器M0.1置位高電平1S后，M0.2置位高電平， M0.1復(fù)位低電平 網(wǎng)絡(luò)9 M0.1T37M0.2 S 1 M0.1 R 1 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)1010 輔助繼電器M2.1置位高電平1S后，M2.2置位高電平， M2.1T41M2.2 S