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1、封面作者： PanHongliang仅供个人学习传统的交通灯掌握系统大多是由数字电路来实现的，交通灯掌握系统稳固性牢靠性与抗干扰才能较差，随着社会经济的进展，数字电路交通灯越来越不能满意日益增长的交通压力，因此必需寻求一种新的方法来取代这种复杂而工作不稳固的掌握系统；随着科技的进展，可编程掌握器 PLC 的功能日益完善，可编程掌握器已作为一种以微电脑技术为核心的自动掌握装置，已被广泛应用于机械制造、冶 金、化工、能源等各种行业；它牢靠性高、功能完善、抗干扰才能强，具有结 构简洁、重量轻等优点，是一种用于工业环境及过程掌握的数字运算操作的电 子系统；采纳 PLC 掌握交通信号灯，主要是考虑其具有
2、对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源特别丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确掌握，特殊是便利地实现多岔路口的掌握；由于PLC 本身具有通信联网功能，可将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度治理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化治理；在实际应用中，采纳 PLC 掌握城市交通信号灯，能依据不同的路况要求， 随时修改掌握程序，以转变各信号灯的工作时间和工作状况；与继电器或规律 电路掌握系统相比， PLC 掌握系统具有更高的牢靠性、敏捷性和经济有用性；本论文就是运用 PLC 原理来实现对十字路口的交通灯的掌握，介绍了基于PLC在交通系统的运用，系统介绍了PLC 的基本原
3、理；关键词： 交通灯可编程掌握器（ PLC）十字路口稳固性牢靠性AbstractThe traditional traffic control system is mostly by digital circuit, traffic control system stability reliability and anti-interference ability is bad, With the development of society and economy, and digital circuit traffic lightsto meet the growing traffic p
4、ressure, therefore, must seek a new method to replace the complex and working stability of the control system.Withthe development ofscience and technology, the programmable logic controllerPLCfunction,theprogrammablecontrollerhas,asakindof microcomputer technology as the core in automatic control eq
5、uipment, has been widely used in mechanical manufacturing, metallurgy, chemical, energy, etc. It has high reliability,complete functions, strong anti-jammingcapability, withsimple structure, light weight, it is a kind of process control for industrial environment and the number of operating system.
6、PLC control traffic lights, mainly is for use with the consideration of the characteristics of strong adaptability to environment, and itsinternal timer resources are very rich, but for now the widespread use of progressive light accurately control, particularly easily realize more control of the cr
7、oss-roads. Because ofPLCnetwork communication function,has the same path can be composed of a LAN for signal unified dispatching management, can shorten the time of waiting vehicles, scientific management.In actual application of PLC control, urban traffic lights, can according to different conditio
8、ns, modified at any time to change control procedures, the signal of working time and working conditions. And relay or logic circuit control system, PLC control system has higher reliability and flexibility and economic and practical. This paper is the application of the principle of PLC to control
9、the traffic intersection, introduced in traffic system based on PLC is introduced, and the application of PLC system of basic principle.Keywords ： Traffic ； Programmable logiccontrollerPLC ； Crossroads；Stabilization；reliability目录第一章绪论 1其次章 PLC 介绍 2第一节 PLC 的定义 2其次节 PLC 的工作原理2第三节 PLC 的应用领域3第四节 PLC 的进展
10、趋势4第三章掌握要求 4第一节交通灯掌握系统的设计要求和工作过程4其次节交通灯的时序波形图 5第四章硬件介绍和选取 5第四章硬件介绍和选取 5第五章交通灯系统的设计与掌握8第一节次序图 8其次节 I/O 安排及接线图 8第三节编制程序 9第四节调试程序 9终止语 10谢辞 10参考文献 10第一章绪论我国是一个人口大国，很多城市都存在交通拥堵现象；特殊是近十几年， 随着我国经济的进展，城市人口与机动车辆的增多，城市交通问题越来越受到人们的关注；特殊是那些大城市，情形尤为严峻，如上海、北京、南京、武汉等显现了交通超负荷运行的情形；因此，如何改善与人们亲密相关的交通问题也成为政府交通部门工作中的一
11、个重要部分；交通拥堵问题的缘由在道路的交叉口，堵车先堵交叉口，如何能够掌握好十字路口车辆的通行，可以有效地解决交通拥堵问题；所以交通灯设计的合理与否，就显得尤为重要，对解决交通拥堵问题具有重要意义；能完成交叉路口交通信号灯系统的掌握方法有很多，可以用标准规律器 件、可编过程掌握器PLC、单片机等方法来实现；其中用标准规律器件来实现，电路在很大程度上要受到规律器件门电路等的影响，调试工作极为不易； 单片机虽然成本低廉、专用性强，但其牢靠性差、抗干扰才能弱、通用性差、扩展才能也不强； PLC 虽然成本高，但其组成敏捷、牢靠性好、通用性强、掌握功能强、操作便利、抗干扰才能强；因此，考虑到实际现场工作
12、环境，我最终挑选了牢靠性好、抗干扰才能强、通用性好等诸多优点的PLC 来实现对十字路口交通灯的掌握，完成本次课程设计的任务；其次章 PLC介绍第一节 PLC 的定义早期的可编程掌握器是为了取代继电器掌握线路，采纳储备器程序指令完成次序掌握而设计的；它仅有规律运算、定时、计数等功能，采纳开关量控制， 实 际只 能进 行逻 辑 运算 ， 所 以称 为可编 程规律 掌握 器， 简称 PLC（ Programmable Logic Controller）；进入 20 世纪 80 岁月后，采纳了 16 位和少数 32 位微处理器构成 PLC，使得可编程规律掌握器在概念、设计、性能上都有了新的突破；采纳微
13、处理器之后，这种掌握器的功能不再局限于起初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量的处理、通信等功能，成为真正意义上的可编程掌握器（ Programmable Controller），简称为PC；但是为了与个人运算机 PC（ Personal Computer ）相区分，长将可编程掌握器仍成为PLC；随着可编程掌握器的不断进展，其定义也在不断变化；国际电工委员会（ IEC）曾于 1982 年 11 月颁布了可编程掌握器标准草案第一稿，1985 年 1 月发表了其次稿， 1987 年 2 月又颁布了第三稿； 1987 年颁布的可编程掌握器的定义如下：“可编程规律掌握器是专为在工业环境下应用而设计的一种
14、数字运算操作的电子装置，是带有储备器、可以编制程序的掌握器；它能够储备和执行命 令，进行规律运算、次序掌握、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入、输出，掌握各种类型的机械或生产过程；可编程掌握器及其相关的外围设备，都应按易于工业掌握系统形成一个整体、易于扩展其功能的原就设计；”其次节 PLC 的工作原理PLC 实质上是一种专用与工业掌握的运算机，其硬件结构基本上与微型计算机相近，在结构上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行拆卸的整体；模块式 PLC包括 CPU模块， I/O 模块，内存模块
15、，电源模块，底板或机架；这些模块可以依据肯定的规章组合配置；接收现场信号图 2.1 PLC 操输入接口部件中心处理单元CPU 板作过程电源部件按 照 可理 ， 可 编 程编程控制 器 系掌握器系统由传感器，可编程掌握器接口部件输出驱动受控原件成，可编程掌握器通过循环扫描输入端口的状态，执行用统的构成原和执行器组户程序来实现掌握任务，其操作过程如上图2.1 所示；PLC 输入模块的输入信号状态与传感器信号相对应，为传感器信号经过隔离和滤波后的有效信号；开关量输入电路通过识别传感器0、1 电平，识别开关的通断； CPU在每个扫描周期的开头扫描输入模块的信号状态，并将其状态送入到输入映像寄存器区域；
16、CPU 依据用户程序中的程序指令来处理传感器信号，并将其处理的结果送到输出映像寄存器；现代的PLC 已经具备了处理模拟量的功能，但是相对于开关量的处理较复杂一些；PLC 输出模块具有肯定的负载驱动才能，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器；在 PLC 处于运行状态时，从内部处理、通信操作、程序输入、程序执行、程序输出，始终循环扫描工作；第三节 PLC 的应用领域目前， PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、保及文化消遣等各个行业，使用情形大致可归纳为以下几类：（1） 开关量的规律掌握这是 PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它
17、取代传统的继电器掌握电路，实现规律掌握、次序掌握，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群掌握及自动化流水线；如电梯掌握、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等；（2） 模拟量掌握在工业生产过程中，有很多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量；为了使PLC 能处理模拟信号， PLC 厂家生产有配套的 A/D、D/A 转换模块，使 PLC可用于模拟量掌握；（3） 运动掌握 PLC可以用于圆周运动或直线运动的掌握；从掌握机构配置来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用特地的运动掌握模块；广泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器
18、等场合；（4） 过程掌握这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环掌握；PLC 能编制各种掌握算法程序，完成闭环掌握； PID 掌握时一般闭环掌握系统中常用的掌握方法； PID 处理一般是运行专用的 PID 子程序；过程掌握在冶金、化工、热处理、锅炉掌握等场合有特别广泛的应用（5） 数据处理现代 PLC 具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据采集、分析及处理；这些数据可以与储备在 储备器中的参考值比较；一般用于大型系统，如无人掌握的柔性制造业；（6） 通信及联网 PLC 通信包含 PLC之间的通信以及 PLC与其它智能设备间的通信；在工业自动化网络进展加快前提下，厂
19、家都特别重视 PLC 的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统，通讯特别便利；第四节 PLC 的进展趋势1969 年，美国数字设备公司（DEC）第一研制出第一台符合要求的掌握器，即可编程规律掌握器，并在美国GE公司的汽车自动装配上试用获得胜利；此后，这项技术快速进展，从美国、日本、欧洲普及到全世界；总的来说进展趋势如下：(1) 向高速度、大容量方向进展为了提高PLC的处理才能，要求 PLC具有更好的响应速度和更大的储存容量；(2) 向超大型、超小型两个方向进展；以适应不同类型的自动掌握系统的需要；(3) PLC 大力开发智能模块，加强联网通信功能；为了扩大适用范畴，厂家仍制定了通用的通信彼岸准，已构
20、成更大的网络系统；(4) 增强外部故障的检测与处理才能；外部故障的几率很大，因此，PLC 厂家致力于研制、进展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性(5) 编程语言多样化； PLC结构不断进展的同时 ,PLC 的编程语言也越来越丰富；多种语言并存、互补与进展是PLC进步的一种趋势；第三章掌握要求第一节交通灯掌握系统的设计要求和工作过程主要程序要求如下：信号灯受启动开关掌握；当启动开关接同时，信号灯系统开头工作，先南北绿灯亮，后东西绿灯亮；当启动开关断开时，全部信号灯都熄灭；（1） 东西方向红灯亮维护 30s 期间，南北方向绿灯亮维护25s，然后绿灯闪亮 3s 后熄灭，同时南北方
21、向黄灯亮，维护2s 后熄灭，这时南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮；（2） 南北方向红灯亮维护 30s 期间，东西方向绿灯亮维护25s，然后绿灯闪亮 3s 后熄灭，同时东西方向黄灯亮，维护2s 后熄灭，这时南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮；（3） 上述动作循环进行；十字路口交通灯的简洁示意图如图3.1 所示：北西东南图 3.1 十字路口示意图其次节交通灯的时序波形图依据以上描述可简洁绘制交通灯的时序波形图，如图3.2所示，南北方向绿灯和东西方向红灯先亮；启动（1）PLC的类型第四章硬件介绍和选取3S下一周期略去南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯PLC 按结构分25为S 整体型和模块型两类，按应
22、用环境分为现场安装和掌握室安装两类；按 CPU字长分为 1 位、24S位、8 位、16 位、32 位、64 位等；（2） 输入输出模块的挑选输入输出模块的挑选应考虑与应用要求的统一；例如对输入模块，应考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等30应S 用要求；对输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低3S、使用电压25S2S范畴广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载才能较差；输出模块仍有直流输出、沟通输出和模拟量输出等，与应用要求应一样；（3） CPU的构成CPU是 PLC 的核心，起神经中枢的
23、作用，每套PLC至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序给予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等；进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的掌握信 号，去指挥有关的掌握电路；CPU主要由运算器、掌握器、寄存器及实现它们之间联系的数据、掌握及状态总线构成， CPU单元仍包括外围芯片、总线接口及有关电路；内存主要用于储备程序及数据，是PLC不行缺少的组成单元；在使用者看来，不必要具体分析 CPU的内部电路，但对各部分的工作机制
24、仍是应有足够的懂得； CPU的掌握器掌握 CPU工作，由它读取指令、说明指令及执行指令；但工作节奏由震荡信号掌握；运算器用于进行数字或规律运算，在掌握器指挥下工作；寄存器参加运算，并储备运算的中间结果，它也是在掌握器指挥下工作；CPU速度和内存容量是 PLC的重要参数，它们打算着PLC的工作速度， IO数量及软件容量等，因此限制着掌握规模；（4） I/O 的安排PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O ）完成的； I/O 模块集成了 PLC的 I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态；输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反；I/O
25、分为开关量输入（ DI），开关量输出（ DO），模拟量输入（ AI），模拟量输出（ AO）等模块；常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离；模拟量：按信号类型分，有电流型（ 4-20mA,0-20mA）、电压型（ 0-10V,0- 5V,-10-10V ）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等； 除了上述通用IO 外，仍有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块；按 I/O点数确定模块规格及数量， I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能治理的基本配置的才能，即受最大的底板或机架槽数限
26、制；（5） 电源的挑选依据 PLC 输出端所带的负载是直流型仍是沟通型，是大电流仍是小电流， 以及 PLC 输出点动作的频率等，从而确定输出端采纳继电器输出，仍是晶体管输出，或品闸管输出；不同的负载选用不同的输出方式，对系统的稳固运行是 很重要的；电源模块的挑选主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压. 电源模块的输出额定电流必需大于CPU模块、 I/O模块和其它特殊模块等消耗电流的总和, 同时仍应考虑今后 I/O 模块的扩展等因素；电源输入电压一般依据现场的实际需要而定；直流输入电源对于输入电压一般都是宽范畴: 如 5V 为 4.5-9V,12V为 9- 18V,24V 为 18-36V,48
27、V 为 36-72V,110V 为 60-160V；沟通输入电源一般为 220VAC176-264V和三相三线 四线, 并带有 PFC功率因数校正功能；（6） 储备器的挑选由于运算机集成芯片技术的进展，储备器的价格已下降，因此，为保证应用工程的正常投运，一般要求 PLC的储备器容量，按 256 个 I/O 点至少选 8K储备器挑选；需要复杂掌握功能时，应挑选容量更大，档次更高的储备器；经济性的考虑，挑选 PLC 时，应考虑性能价格比；考虑经济性时，应同时考虑应用的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出较中意的 产品；输入输出点数对价格有直接影响；每增加一块输入输出卡件就
28、需增加肯定 的费用；当点数增加到某一数值后，相应的储备器容量、机架、母板等也要相 应增加，因此，点数的增加对CPU选用、储备器容量、掌握功能范畴等挑选都有影响；在估算和选用时应充分考虑，使整个掌握系统有较合理的性能价格比；（7） PLC 接地良好的接地是 PLC 安全牢靠运行的重要条件；为了抑制干扰，PLC 一般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，PLC 的接地线应尽量短， 使接地点尽量靠近 PLC；同时，接地电阻要小于 100，接地线的截面应大于 mm；另外， PLC的 CPU单元必需接地，如使用了 I/O扩展单元等，就 CPU单元应与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的爱护接
29、地端到地的电阻都不能大于 100 ；（8） 底板或机架大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU能拜访底板上的全部模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体；本设计打算选用 S7-200 系列 PLC；第五章交通灯系统的设计与掌握第一节次序图分析系统掌握要求，可绘制系统功能次序图如下图5.1 所示：原始状态图 5.1 交通灯的功能次序图I0.0状态 1S0.0其次节 I/O 安排及接线图南北绿灯 亮， 东西红 灯亮，硬件结构设计必需明白各个对象的掌握要求, 分析对象的掌握要求 , 确定输入/ 输出 I/O 接口的数量 , 确25定秒所时控
30、间到制参数的精度及类型；如对开关量, 模拟量的掌握, 用户储备状器态的存2 硬件结构配置；储S容0.1量等；挑选合适的PLC机型及外设 , 以完成 PLC的南北绿灯闪亮，定时 3 秒依据上述选型及掌握要求, 绘制 PLC 掌握交通灯的电路接线原理图 , 编制3 秒时间到I/O 接口功能表 , I/O安排及其接线原理图分别如下表 1 和图 5.2 所示；状态 3S0.2表 5.1 PLC I/O端口安排表 南北黄灯亮，定时 2 秒输入功能输出功能I0.0启动2 秒时间到Q0.0南北红灯I0.1状态 4 停S止0.3Q0.1东西绿灯 亮， 南北红 灯亮，南北黄灯25 秒时间到状态 5S0.43 秒
31、时间到Q0.2南北绿灯Q0.4东西红灯东西绿灯闪亮，定时 3 秒Q0.5东西黄灯Q0.6东西绿灯状态 6S0.5图 5.2 电路原理图东西黄灯亮，定时 2 秒2 秒时间到第三节编制程序依据掌握要求和 I/O口安排，用 STEP 7-Micro/WIN软件编制程序如下图5.3 所示：图 5.3 程序梯形图第四节调试程序（1） 按图 5 将 PLC与对应输入输出的设备连接起来；（2） 用 STEP 7-Micro/WIN 软件编制系统的梯形图程序，将编制无误的程 序下载到 PLC中，并将模式挑选开关拨至 RUN状态； STEP 7-Micro/WIN 编程软件运行开头界面如下图5.4 所示；图 5
32、.4STEP 7-Micro/WIN编程软件运行界面（3） 调试运行；按下启动开关，南北方向绿灯亮25，同时东西方向的红灯亮 30，换行前南北方向的绿灯闪耀 3，然后南北方向的黄灯亮 2；接着东西方向的绿灯亮 25，同时南北方向的红灯亮30，换行前东西方向的绿灯闪耀3，最终东西方向黄灯亮 2；之后自动开头其次周期的循环显示；（4） 监控运行；当 PLC运行时，可以使用 STEP 7-Micro/WIN 软件中的监视功能监控整个程序的运 行过 程， 以方 便调 试程 序 ； 在 STEP 7-Micro/WIN软件 上， 单击“ Debug”“ Start Program Status”，可以全
33、画面监控 PLC的运行，这时可以观看到定时器的定时值会随着程序的运行而动态变化，通电闭合的触点和线圈会变蓝；借助于 STEP 7-Micro/WIN 软件的监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序供应帮忙；终止语本论文通过对 PLC交通灯设计中需要明白的相关名词及需要把握的PLC设计的参数和 PLC 设计中显现的程序纷乱和掌握不和谐问题的解决方法以及在设计中显现应留意的问题做出了系统介绍和总结；谢 辞参考文献1 孙平. 可编程掌握器原理及应用 M. 北京：高等训练出版社， 2002.2 陈建明. 电气掌握与 PLC应用M. 北京：电子工业出版社， 2006.3 廖常初
34、.PLC 梯形图程序的设计方法与技巧M. 重庆: 重庆高校出版社 ,2001.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理；版权为潘宏亮个人全部This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is Pan Hongliangs personal ownership.用户可将本文的内容或服务用于个人学习、讨论或观赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵害本网站及相关权益人的合法权益；除此以 外，将本文任何内容或服务用于其
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