摘要

可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987 年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.

关键词：交通灯 PLC 程序 设计

目录

前言.............................(3)

第1章 设计任务与要求..............................(3)

1.1 概述.................................................(3)

1.2 设计任务.............................................(3)

1.3 设计要求.............................................(4)

第2章 方案设计... .................................(4)

第3章 器件选择.....................................(5)

3.1 CPU选择.............................................(5)

3.2 定时器选择...........................................(5)

3.3 闪烁电路.............................................(6)

3.4 电源处理.............................................(6)

第4章 程序流程图..................................(7)

第5章 I/O地址分配.................................(7)

第6章 PLC硬件电路接线图...........................(8)

第7章 程序梯形图...................................(9)

第8章 器件清单及实验设备...........................(9)

第9章 调试过程.....................................(9)

第10章 设计总结....................................(10)

附录 控制程序梯形图

前 言

公路交通要防止交通事故的发生，特别是保证行人的安全。在行人过马路是必要的交通灯指示是很有必要的，这样安全可靠，在出现交通事故时还可以进行事故鉴定。本设计着重于设计人行道按钮交通灯控制，在一条公路与人行横道之间的信号灯顺序控制，没有人横穿公路时，公路绿灯与人行道红灯始终都是亮的，当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设），相应的指示灯亮，指示车辆和行人安全行驶，杜绝交通事故的发生，保证行人的安全。控制使用S7-200系列的PLC指令丰富，一般分基本指令和功能指令。SIMATIC指令有梯形图LAD、语句表STL、功能图3种编程语言。而梯形图LAD和语句表STL是PLC最基本的编程语言。梯形图是在继电器控制系统的基础上发展起来的，其符号和规则充分体现了电气工作人员的思维和习惯，简洁直观。语句表是最基本的编程语言。功能指令实质上是一些功能不同的子程序，其开发和应用是PLC应用系统不可缺少的。因PLC编程形式不同，本设计将采用西门子S7-200系列的PLC来设计人行道按钮控制信号灯。

第1章 设计任务与要求

1.1 概述

公路与人行横道之间的信号灯顺序控制，没有人横穿公路时，公路绿灯与人行道红灯始终都是亮的，当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后又闪烁4s。5s后红灯又亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。人行横道简单交通灯时序图，见图1.1.1。人行横道简单交通灯示意图，见图1.1.2.

图1.1.1 人行横道简单交通灯时序图 图 1.1.2 人行横道简单交通灯示意图

1.2 设计任务

利用S7-200PLC设计人行道按钮控制信号灯，控制过程如下：

1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求无人横穿公路时，公路绿灯

与人行道红灯始终都是亮的。

2、当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮。

3、过5s人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后又闪烁4s。

4、4s后红灯又亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮。

5、在这个过程中按路边的按钮是不起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。

6、控制时序图见图1.2.1.

图1.2.1 考虑公路交通灯的时序图

1.3 设计要求

1、 熟悉题目，收集资料，充分了解课题要求明确目的，为设计工作做准备。

2、 总体设计，正确选设计方案，完成设计要求，硬件设计和软件设计

3、 画出ＰＬＣ硬件接线图，梯形图和语句表并作简要说明。

4、 写出系统调试结果并整理设计方案。

第二章 方案设计

由于设计要求及任务中灯亮有时间限制，故采用定时器进行时间控制，闪烁可用闪烁电路来完成，在程序中使用顺序控制继电器MXX(0.0~31.7)来控制灯的亮灭，利用自锁、互锁来实现顺序控制。设计成触发机制，不按按钮人行道交通灯红灯一直亮，当有人需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后又闪烁4s。5s后红灯又亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作用的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与人行道红灯同时亮时再按按钮才起作用。

第三章 器件控制

3.1 CPU选择

由于路左有一个按钮，路右有一个按钮，故有两个输入点。CPU要控制公路红灯、黄灯、绿灯，及人行道红灯，绿灯，故有五个输出点，参看工具书知CPU 222为8输入/6输出，满足要求故选用CPU 222.

3.1.1 CPU 222介绍

CPU 222集成有8路输入6路输出，共计14点I/O，可用连接两个扩展模块，最大扩展至78路数字量I/O或10路模拟量I/O点，因此是更广泛的全功能控制器。CPU外形图，见图3.1.1。

图3.1.1 CPU外形及结构图

3.2 定时器选择

本设计采用通电延时定时器TON，工作原理：使能端（IN）输入有效时，定时器开始计时，当前值从0开始递增，大于或小于预置值（PV）时，定时器输出状态位置1（输出触点有效），当前值的最大值为32767，使能端无效（断开）时，定时器复位（当前值清0，输出状态位置0）。设计中使用了T37,T38,T39,T40,T41。定时器指令表及功能，定时器指令格式，见图3.2.1 。

图3.2.1 定时器指令格式

梯形图指令符号中IN为使能输入端，编程范围T0~T255;PT是预置输入端，最大与设置是32767，PT数据类型：INT。

3.3 闪烁电路

闪烁电路也称为振荡电路，闪烁实际是一个时钟电路，它可以是等间隔的通断，也可以是不等间隔的通断。本设计采用的是等间隔的通断，按下启动按钮I0.0，定时器T40开始计时，0.5秒后T40常开触点闭合，绿灯亮，此时定时器T41开始计时，计时0.5秒后，T41常闭触点断开，绿灯灭，完成0.5秒亮0.5秒灭的循环功能，再用一个计数器来计数5次可完成5次闪烁电路。闪烁电路时序图见图3.3.1和闪烁电路梯形图程序图见图3.3.2，如下：

图3.3.1 闪烁电路时序图

图3.3.2 闪烁电路梯形图程序

3.4 电源处理

电源是干扰进入可编程控制器的主要途径之一，电源干扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产生的，各种大功率用电器设备是最主要的干扰源。

在对交通灯控制的场合，要求要有很高的可靠性，故在可编程序控制器的交流电源输入端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器（见图3.4.1），隔离变压器可以抑制从电源窜入的外来干扰，提高抗高频共模干扰能力，屏蔽层可靠接地。如果有条件可以选用直流电源（蓄电池）给PLC供电，可以显著减少来自交流电源的干扰。由于蓄电池寿命低和频繁更换比较麻烦，故选用交流220V供电。

图3.4.1 低通滤波器与隔离开关

第4章 程序流程图

根据控制要求及设计分析画出程序流程图见图4.1.1。

图 4.1.1 程序流程图

第五章 I/O地址分配

根据控制要求及设计分析画出I/O地址分配图见图5.1.1。

图5.1.1 I/O地址分配表

第6章 PLC硬件电路接线图

根据控制要求及设计分析和画出的I/O地址分配表，连接硬件电路接线图。见图6.1.1.。

图 6.1.1 交通信号灯控制接线图

第七章 程序梯形图

见附录。

第八章 器件清单与实验设备

计算机一台、S7--200系列的PLC一台

PC/PPI电缆一根、实训演示板一块

第九章 调试过程

电路接通后，红灯一直亮，当按下I0.0或I0.1按钮，15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s人行道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后又闪烁4s。5s后红灯又亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，通过调试，可知调试结果完全符合实训要求，关闭电源，拆除线路，整理实训器材，放回原处，完成实训。

9.1 、硬件调试：检查外接线接线头是否良好，检查完毕把PLC连上电源线并用PC/PPI电缆接和电脑相连。接通电源，检查可编程逻辑控制器是否能正常工作，观察PLC是否有报警等现象，并设置正确的PG/PC接口参数。

9.2、 软件调试：编写小程序验证PLC基本功能是否正常。若正常将编好的程序下载到PLC中以便进行下一步的调试。

9.3 、运行调试：在硬件调试和软件调试的基础上，打开可编程逻辑控制器“RUN”开关，开始调试，并点击V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件的图标（程序状态监控），观察运行情况。

9.4 、 结果：经过反复的调试修改人行道信号灯控制按钮控制的PLC控制系统设计符合要求。

第10章 设计总结

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。经过两个多月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

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