交通信号灯plc课程设计说明4篇

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交通信号灯plc课程设计说明篇1

交通信号灯plc自动控

一、实验目的

1.掌握十字路口交通信号灯的控制原理。2.掌握plc定时器﹑计数器的使用方法。

二、实验器材

可编程序控制器实验台

1台 -demo001交通信号灯plc自动控制演示板

1块 机或编程器

1台 4.编程电缆

1根 5.自锁式连接导线

若干

三、实验要求

1.本装置与交通信号灯控制一致，采用le模拟信号灯，信号灯分东西﹑南北二组分别有“红”“黄”“绿”三种颜色。其工作状态由plc程序控制，“启动”、“停止”按钮分别控制信号灯的启动和停止。“白天/黑夜”开关控制信号灯白天黑夜转换。

2.对“红”“黄”“绿”灯控制要求如下：

3.假设东西方向交通比南北方向繁忙一倍，因此东西方向的绿灯通行的时间多一倍。

4.控制时序要求如 所示。

5.按下“启动”按钮开始工作，按下“停止”按钮停止工作，“白天/黑夜”开关按下闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯闪烁，断开时按时序控制图工作。6.根据具体情况还可增加控制要求，如紧急控制，某一方向绿灯常亮。

plc简介

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。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中最重要的组成部分。1.随着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，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在 高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的 交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道，城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题，2.根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司fx2n_48mr。三菱plc有小型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，输出扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程控制器（plc）对十字路口交通控制等实现控制。本系统采用plc是基于以下四个原因：

具有很高的可靠性，抗干扰能力。通常的平均无障碍时间都在30万小时以上；

4.系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强； 5.干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的plc；

6.近年来plc的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。2 plc及plc简介

7.可编程控制器简称——plc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。

8.可编程控制器（plc）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端口，并根据输入端口的状态，按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的软件编写，使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控制器按预定的控制方案执行控制任务。目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有少数采用单片机构成。对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则需要加入大量的中间继电器，时间继电器，计数器等器件。而且交通控制智能化需要按实际情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。如使用单片机控制，则需要引入大量i/o接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。采用可编程控制器对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又具有高的抗干扰和稳定性。

的一般结构 10.可编程控制器的结构分类

11.(1)按硬件的结构类型分类：编程控制器是专门为工业生产环境设计的。为了便于在工业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别，常见的有箱体式，模块式，及叠装式三种结构。

12.箱体式plc一般用于规模小，输入输出点数固定，不需要扩展的场合。模块式plc一般用于规模较大，输入输出点数多，输入输出点数比例灵活的场合。叠装式plc具有二者的优点。

13.按应用规模及功能分类：为了适应不同工业生产过程的应用要求，plc能够处理的输入信号数量是不一样的。一般将一路信号称作一个店，将输入输出点数的总和称为机器的点。按照点数的多少，可将plc分为超小，小，中，打，14.超小型 小型 上

中型

大型

超大型

512—8192点

8192点以点以下 64—128点 128—512点

二、实验内容

程序指令：

三、实验记录

程序测试过程

定时器

在plc内的定时器是根据时钟脉冲的累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定时器可以用用户程序存储器内的常数k作为设定值，也可以用数据寄存器（d）的内容作为设定值。在后一种情况下，一般使用有掉电保护功能的数据寄存器。即使如此，若备用电池电压降低时，定时器或计数器往往会发生误动作。

定时器通道范围如下：

ms定时器t0～t199，共200点，设定值：～ 秒；ms定时器t200～tt245，共46点，设定值：～秒；ms积算定时器 t245～t249，共4点，设定值：～秒；

ms积算定时器t250～t255，共6点，设定值：～秒；

定时器指令符号及应用如图

继电器的应用

当定时器线圈t200的驱动输入x000接通时，t200的当前值计数器对10 ms的时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值k123相等时，定时器的输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后的秒（10 * 123ms = ）时才动作，当t200触点吸合后，y000就有输出。当驱动输入x000断开或发生停电时，定时器就复位，输出触点也复位。

每个定时器只有一个输入，它与常规定时器一样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定时器有两个数据寄存器，一个为设定值寄存器，另一个是现时值寄存器，编程时，由用户设定累积值

交通灯工作时的程序

1.初始态，南北东西都是红灯，其梯形图如图所示

2.按下启动按钮x0，东西直行绿灯了，南北全是红灯，东西左转弯红灯亮，其梯形图如图所示：

3.当t0时间到9秒时，东西直行绿灯灭，黄灯闪1秒，此时南北仍是红灯，其梯形图如图所示：

4.当t1时间到时，东西左转弯绿灯亮，东西直行红灯亮，南北仍全是红灯，禁止通行，其梯形图如图所示：

5.当t2时间5秒一到，东西左转弯黄灯闪1秒，东西直行红灯亮，南北全是红灯，其梯形图如图所示

6.当t3时间到，南北直行绿灯亮9秒，东西全是红灯。其梯形图如图所示

7.当t4的时间到，南北直行黄灯闪1秒，东西全是红灯，禁止通行。其梯形图如图所示

8.当t11的时间到，南北左转弯的绿灯亮，直行红灯亮，东西全是红灯亮。其梯形图如图所示

9.当t5时间到，南北左转弯的黄灯闪1秒，东西仍全是红灯。其梯形图如图所示

10.当t6时间到，东西直行的绿灯亮，又回到了s1状态，以后依次执行。

系统的调试过程

（1）将plc与对应输入输出的设备连接起来。

（2）用fxgpwin软件编制图的梯形图程序，将编制无误的程序分别下载到plc中，并将模式选择开关拨至run状态。

（3）调试运行。

按下启动开关，东西方向绿灯亮9ｓ，同时南北方向的红灯亮16ｓ，换行前东西方向的黄灯闪烁1ｓ，然后东西左转弯方向的绿灯亮5ｓ；接着东西左转弯方向的黄灯亮1ｓ，同时东西方向的红灯亮6ｓ，然后南北方向的绿灯亮9ｓ，最后南北方向黄灯亮1ｓ，然后南北左转弯方向绿灯亮5秒，东西方向红灯亮，之后南北左转弯黄灯亮1秒。之后自动开始第二周期的循环显示。

（4）监控运行。

当plc运行时，可以使用fxgpwin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fxgpwin软件上，单击 “plc写入”—“监视”－“监视开始”，可以全画面监控plc的运行，这时可以观察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fxgpwin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提供帮助。

四、实验总结

通过交通灯plc控制系统的设计，掌握了十字路口交通信号灯的控制原理，以及plc定时器﹑计数器的使用方法，同时学会了plc系统设计的步骤和方法。

五、实验心得

在近两星期的日子里，经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。而且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，才能真正的学到知识，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

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交通信号灯plc课程设计说明篇2

plc控制十字路口交通信号灯 一、十字路口交通信号灯设计控制要求

1、系统工作受开关控制，起动开关on时则系统开始工作；停止开关on时则系统停止工作。

2、控制对象有六个：

东西方向红灯两个，南北方向红灯两个； 东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个； 东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个。

图1所示是十字路口交通信号灯示意图。信号灯的动作受开关总体控制，按一下起动按钮，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环动作；按一下停止按钮，所有信号灯都熄灭。信号灯控制的具体要求如表1所示。

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二、控制思路设计步骤

1、观察十字路口交通灯的工作时序

2、设计i／o口。（输入／输出端口接线如图2所示，只接plc输入端）

3、用专用软件编程（用指令，或画梯形图）。

4、调试运行。

5、写出实验报告

实验报告中要包括的内容：（要交打印版）

①、封面（实验的题目，班号，学号，姓名，实验日期）

②、在工业控制方面，可以使用传统的继电器控制方式，单片机控制方式和plc控制方式，对它们进行比较。（简述）③、画出“十字路口交通信号灯”示意图（图1）；

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电工电子中心 2 ④、画出交通灯控制要求表（上面的表格）

⑤、画出“十字路口交通灯”的工作时序图（自己分析后画出来）⑥、设计i／o口。（输入／输出端口接线如图2所示，实际接线时只接plc输入端）

⑦、写出程序（画梯形图，或用指令）。⑧、小结（实验的体会和收获）

三、硬件及外围元器件

根据信号灯的控制要求，本模块所用的器件有：起动按钮sb1，停止按钮sb2，红黄绿色信号灯各六只（共12只），输入／输出端口接线如图2所示。

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电工电子中心 由图可见：起动按钮sbl接于输入继电器xo端，停止按钮sb2接于输入继电器x1端，东西方向的绿灯接于输出继电器y0端，东西方向黄灯接于输入继电器y1端，东西方向的红灯接于输出继电器y2端，南北方向绿灯接于输出继电器y3端，南北方向的黄灯接于输出继电器y4，南北方向红接于输出继电器y5。

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交通信号灯plc课程设计说明篇3

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 plc概述

可编程序控制器（programmabie logic controller,缩写plc）是以微处理器为基础，综合计算机、通信、联网以及自动控制技术而开发的新一代工业控制装置。可编程序控制器是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为适应多品种、小批量生产的需要，生产、发展起来的一种新型的工业控制装置，在工业自动化各领域取得了广泛的应用。

plc的硬件结构

plc分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式包括cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，模块式包括cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架。其结构如图1所示。中央处理单元(cpu)是plc 的控制中枢，按照系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、存储器i/o以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。当plc 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入i/o 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入i/o 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将i/o 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止。

图1 plc的结构图

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

plc的工作原理

plc的cpu则采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。

当plc投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，plc的cpu以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段：

1输入采样阶段

在输入采样阶段，plc以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入i/o映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，i/o映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。

2用户程序执行阶段

在用户程序执行阶段，plc总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统ram存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在i/o映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。

3输出刷新阶段

当扫描用户程序结束后，plc就进入输出刷新阶段。在此期间，cpu按照i/o映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。

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、保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类：（1）开关量的逻辑控制 这是plc最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继电器控制电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制及自动化流水线。如电梯控制、高炉上料、注塑机、印刷机、组合机床、磨 2

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床、包装生产线、电镀流水线等。

（2）模拟量控制 在工业生产过程中，有许多连续变化的量，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可用于模拟量控制。

（3）运动控制 plc可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用开关量i/o模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专门的运动控制模块。广泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器等场合。

（4）过程控制 这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。plc能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。pid控制时一般闭环控制系统中常用的控制方法。pid处理一般是运行专用的pid子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用

（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。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较。一般用于大型系统，如无人控制的柔性制造业。

（6）通信及联网 plc通信包含plc之间的通信以及plc与其他智能设备间的通信。在工业自动化网络发展加快前提下，厂家都十分重视plc的通讯功能，纷纷推出各自的网络系统，通讯十分方便。

plc的发展趋势

1969年，美国数字设备公司（dec）首先研制出第一台符合要求的控制器，即可编程逻辑控制器，并在美国ge公司的汽车自动装配上试用获得成功。此后，这项技术迅速发展，从美国、日本、欧洲普及到全世界。

总的来说发展趋势如下：

(1)向高速度、大容量方向发展为了提高plc的处理能力，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、超小型两个方向发展。以适应不同类型的自动控制系统的需要。(3)plc大力开发智能模块，加强联网通信功能。为了扩大适用范围，厂家还制定了通用的通信彼岸准，已构成更大的网络系统。

(4)增强外部故障的检测与处理能力。外部故障的几率很大，因此，plc厂家致力 3

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于研制、发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结构不断发展的同时,plc的编程语言也越来越丰富。多种语言并存、互补与发展是plc进步的一种趋势。

s7-200的概述

西门子s7系列可编程控制器分为s7-400、s7-300、s7-200三个系列，分别为s7系列的大、中、小型可编程控制器系统。s7-200系列可编程控制器有cpu21x系列，cpu22x系列，其中cpu22x型可编程控制器提供了4个不同的基本型号，常见的有cpu221，cpu222，cpu224和cpu226四种基本型号：

小型plc中，cpu221价格低廉能满足多种集成功能的需要。cpu 222是s7-200家族中低成本的单元，通过可连接的扩展模块即可处理模拟量。cpu 224具有更多的输入输出点及更大的存储器。cpu 226和226xm是功能最强的单元，可完全满足一些中小型复杂控制系统的要求。四种型号的plc具有下列特点：（1）集成的24v电源

可直接连接到传感器和变送器执行器，cpu 221和cpu222具有180ma输出。cpu224输出280ma，cpu 226、cpu 226xm输出400ma可用作负载电源。（2）高速脉冲输出

有2路高速脉冲输出端，输出脉冲频率可达20khz，用于控制步进电机或伺服电（3）通信口cpu 221、cpu222和cpu224具有1个rs-485通信口。

cpu 226、cpu 226xm具有2个rs-485通信口。支持ppi、mpi通信协议，有自由口通信能力。

（4）模拟电位器cpu221/222有1个模拟电位器，cpu224/226/226xm有2个模拟电位器。模拟电位器用来改变特殊寄存器（smb28，smb29）中的数值，以改变程序运行时的参数。如定时器、计数器的预置值，过程量的控制参数。（5）中断输入允许以极快的速度对过程信号的上升沿作出响应。

（6）eeprom存储器模块（选件）可作为修改与拷贝程序的快速工具，无需编程器并可进行辅助软件归档工作。

（7）电池模块用户数据（如标志位状态、数据块、定时器、计数器）可通过内部的超级电容存储大约5天。选用电池模块能延长存储时间到200天（10年寿命）。电池 4

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模块插在存储器模块的卡槽中。

（8）不同的设备类型cpu 221～226各有2种类型cpu，具有不同的电源电压和控制电压。

（9）数字量输入/输出点cpu 221具有6个输入点和4个输出点；cpu 222具有8个输入点和6个输出点；cpu 224具有14个输入点和10个输出点；cpu226/226xm具有24个输入点和16个输出点。cpu22x主机的输入点为24v直流双向光电耦合输入电路，输出有继电器和直流（mos型）两种类型

（10）高速计数器cpu 221/222有4个30khz高速计数器，cpu224/226/226xm有6个30khz的高速计数器，用于捕捉比cpu扫描频率更快脉冲信号。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 交通信号灯的作用和意义

交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢?靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢?交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。本设计主要介绍如何利用plc来实现十字路口交通灯的控制。

随着社会的发展，人们的消费水平不断提高，私人车辆不断的增加。人多、车多、道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。plc的智能控制原则是控制系统的核心，采用plc根据不同时刻车流量的不同，将红绿灯时长按一定的规律分档。这样就可以达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞留，缓解交通拥挤，实现最优控制，从而提高交通控制系统的效率。

交通信号灯的出现，使得交通得以管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管制，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法。实验证明该系统实现简单、经济，能够有效的疏导交通，提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制和管理问题的现状，结合交通实际情况阐述了交通控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的plc设计方案。可编程控制器在工业自动化中的地位极其重要。广泛应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、低价格、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 方案设计

控制要求

交通灯控制系统的控制要求如下： 信号灯受一个起动开关（sb1）控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西红灯亮。交通灯按如下顺序循环点亮：红红（2s）-->红绿（3s）-->红黄（1s）-->红红（2s）-->绿红（3s）-->黄红（1s）-->红红(2s)。周而复始。

系统设计方案分析

按照交通灯系统控制要求下，结合西门子s7-200系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个sb1的按钮，当sb1启动按钮动作，系统工作。

按照控制要求，将控制过程分为六步，分别是红红、红绿、红黄、红红、绿红、黄红，程序控制继电器按时序一步步的跳转。可采用多种方案实现跳转，在此，我们采用传送指令与时间继电器结合来控制程序的运转。

首先，上电后，按下启动按钮sb1，动作，启动通电延时时间继电器t37和t40，和接通，南北红灯和东西红灯亮，延时2s后，其常闭触点断开，断开，东西红灯灭。启动时间继电器t38，t37常开触点闭合，接通，东西绿灯亮，延时3s后，t38常闭触点断开，东西绿灯灭。启动时间继电器t39，t38常开触点闭合，接通，东西黄灯亮，延时1s后，t39常闭触点断开，东西黄灯灭。t39常开触点闭合,东西红灯亮，延时2s后，南北红灯灭，同时启动时间继电器t41，接通，南北绿灯亮，延时3s后，t41常闭触点开、常开触点闭合，南北绿灯灭。同时启动时间继电器t42，接通，南北黄灯亮，延时1s后，t42常闭触点开、常开触点闭合,南北黄灯灭，同时南北红灯亮，开始下一轮循环。

按照控制要求，需要一个信号输入，六个信号输出，十字路口有十二个交通信号灯，南北、东西两个为一组用一个输出信号控制。通过如下的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

交通灯状态图

十字路口交通灯如下图1所示，将12个交通灯进行编号

图2 十字路口交通灯状态图

这12个交通灯共有六个状态：

状态1：南北红灯（1、7）亮，东西红灯（4、10）亮； 状态2：南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12）亮； 状态3：南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮； 状态4：南北红灯（1、7）继续亮，东西红灯（4、10）亮； 状态5：南北绿灯（3、9）亮，东西红灯（4、10）继续亮； 状态6：南北黄灯（2、8）亮，东西红灯（4、10）继续亮。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

主程序流程图

图3 主程序流程图

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

图4 十字路口交通灯时序图

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 硬件设计

硬件选择

本设计采用plc来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是选用西门子的s7-200系列cpu222型号plc对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用顺序控制法用多个定时器自动实现对六个控制对象的控制。根据交通信号灯的亮灭规律，可用plc编程对其实行自动控制。

plc的i/o分配表

硬件结构设计必须了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定输入/输出(i/o)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型。如对开关量,模拟量的控制,用户存储器的存储容量等。选择合适的plc机型及外设,以完成plc的硬件结构配置。

根据上述选型及控制要求,绘制plc控制交通灯的电路接线原理图,编制i/o接口功能表, i/o分配及其接线原理图分别如表1和图5所示

表1 交通信号灯plc的输入/输出点分配表

输入信号

名称 工作按钮

代号 sb1

输入点编号

定时元件

t37:状态一2s t38:状态二3s t39:状态三1s t40状态四2s t41:状态五3s t42:状态六1s

名称 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯 东西红灯 东西绿灯 东西黄灯

输出信号

代号 输出点编号 l0 l1 l2 l3 l4 l5

11

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

plc的硬件接线图

图5 plc 控制接线图

端口为接入系统开关的传送信号，端口接南北红灯，端口接南北绿灯，端口接南北黄灯，端口接东西红灯，端口接东西绿灯，端口接东西黄灯。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 编制程序

十字路口交通信号灯顺序功能图

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

十字路口交通信号灯梯形图

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

指令表

network 1 ld an t42 ton t37, 20 ton t38, 50 ton t39, 60 ton t40, 80 ton t41, 110 ton t42, 120

network 2 ld an t40 o t42 =

network 3 ld an t37 o t39 =

network 4 ld t37 an t38 =

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

network 5 ld t38 an t39 =

network 6 ld t40 an t41 =

network 7 ld t41 an t42 =

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计 plc检查调试

常规检查

在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等)，避免损坏plc模块(用step7的诊断程序对所有模块进行检查)。

系统调试

系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用step7能对用户编制程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

总 结

经过五天的课程设计，我初步掌握了plc程序设计的基本方法，了解到顺序控制的方法，理解了时序对交通灯设计的重要性。整个课程设计最大的难点在于确定交通灯的控制逻辑和时序分析，在程序设计的最初阶段，我们没有深刻理解交通灯状态变化的时序关系，无法找到状态转换的起始点，所以始终写不出合理的程序。后来，我们采用传送指令来控制时间继电器的启动，也解决了这个问题。总的感觉是，这次课程设计的收获很大，我学到了一些实用的plc知识，这些知识也将为我以后的学习和工作所用。

通过本次课程设计，我们将所学的所有理论知识都很好的运用到了实际的设计当中，在具体的设计过程中，遇到了很多问题，通过查资料问老师，都一一得到解答，通过本次锻炼主要体现在以下几个方面：

(一)提高了对知识系统化能力

设计过程中运用了很多的知识，因此如何将知识实用化就成了关键。如本设计中用到了西门子plc编程理论，因此在设计过程中侧重了知识转变成能力的培养，为今后的工作和学习打下了很好的理论基础。

(二)提高了计算和微机应用能力得到提高

使自己计算准确度有了明显的进步，没有以前那么马虎大意了。软件方面，熟练了对photoshop、word、绘图等软件的掌握。

(三)自我学习的能力提高

此次设计过程中遇到了很多的困难，为了解决问题，激发了对获取 知识的追求，使自学能力得到了提高。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

致 谢

本课程设计是段老师的悉心指导下完成的。

课程设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节。在此次设计中，我综合运用所学知识，认真按照 “s7-200plc编程手册”等相关书籍的设计要求，注重理论联系实际。在段老师的耐心指导下，完成了基于s7-200plc的十字路口交通灯控制系统设计，培养了综合运用基础知识和技能解决实际问题的能力，初步掌握了工程设计的方法，为将来的工作奠定了基础。

在此期间段老师为我做了大量的辅导和答疑工作，帮我解决了设计过程中的一个个难题，并一次又一次的帮我修改设计说明书，使设计工作顺利完成。在此，谨向段老师致以深深的谢意!同时，在本次设计及论文的写作过程中，同学们为我提供了力所能及的帮助，并创造了浓厚的学习氛围！

再次感谢段老师悉心的指导和同学们的热心帮助。

基于s7-200_plc十字路口交通灯控制系统设计

参考文献

[1]编程及应用（第三版）[m].北京：机械工业出版社，2008 [2]田淑珍.s7-200 plc原理及应用 [m].北京：机械工业出版社，2009 [3]技术与应用 [m].北京：人民邮电出版社，2007 [4]应用技术 [m].北京：机械工业出版社，2007 [5]廖常初.s7-200plc基础教程(第二版)[m].北京：机械工业出版社，2009 [6]廖常初.可编程序控制器应用技术（第四版）[m].重庆: 重庆大学出版社,2002

交通信号灯plc课程设计说明篇4

摘要

可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用plc计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。

关键词：plc 传感器 智能 交通信号灯

abstract function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is low, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong teristics, this text uses the design that the programmable, way and as follows: the at go the into the underground of the each the direction neighborhood the of the street corner the to lay the to respond the coil the according to the trequest, the be the automobile to the pass by the will produce the to flow the to exhaust, the wreath the form insulates the electricity the feeling of the electric the wire to start reduce, can immediately examine pass of an automobile, and convert this signal control importation that is the programmable controller for the standard pulse signal, counteract the plc to count, long by the hour that the certain control regulation regulates the traffic lights ds: plc(programmable logical controller);diagram;intelligence;instruction in proper order function diagram transportation light 2

绪论

1引言

道路通交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。2 plc控制设计内容及任务

本设计采用plc做控制器，完成对十字路口交通灯的自控控制与监控，主要实现城市交通路口信号灯自动控制，实现显示，通信等功能，从而保证了车辆在 城市道路各路口顺畅通行及安全。交通灯发展现状

随找社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出。经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题 交通灯监控系统的设计意义

目前，我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式，就会车流量大时却要等待红灯，车流量相对少的道路却依然按原定时间亮着绿灯。3 因此智能交通控制系统将具有广大的应用，按照城市交通控制的需要，本文讨论了用plc实现正常时序、急车强通2种控制方式，通过传感器与plc完成对交通异常状况（滞留或堵车）的判别及处理。

正常时序控制对路面进行控制.南北方向红灯时,东西方向绿灯.绿灯闪3秒紧接着黄灯闪2秒,变红灯.南北方向红灯直接变绿灯.东西方向红灯时同理.急车强通时,发送信号给交通灯让其对来急车方向的交通灯进行绿灯畅通.急车强通信号受急车强通开关控制；无急车时，信号灯接正常时序控制；有急车来时，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。

交通滞留的异常情况，在路口与路尾设置两个传感器进行检测车流量.交通路段车流量繁忙时，传感器起到勘测车流量的存在与通过的作用。当一方车流量过大的时候,plc要对控制这一路段的信号灯进行调控,让滞留或堵车的一方绿灯时间加长,直到交通畅通为止这种工作的好处是避免了交通堵塞造成的不必要的麻烦与事故,就、控制进行很方便,很便捷。

第一章 系统总体方案比确

继电器接触控制

采用继电接触或控制系统设计交通灯控制系统，主要由继电器、接触器、按钮、行程开关组成其控制方式是断续的，虽然这种系统也具有机构简单，价格低廉，维护容易，抗干扰能力强等优点，但这种系统的缺点是采用固定接线方式，接线多，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。

单片机系统控制

1、比较稳定，由于i/o口内部采用光电隔离驱动，因此抗干扰能力要强很多。

2、i/o口的驱动能力比较强，能够直接驱动24v的继电器吸合。

3、做人机界面等在某些场合，市场上有共用和现在的开发软件及界面，因此相对于单片机，它的开发周期要短很多。

plc说穿了其实就是单片机功能的集成化，稳定性比起单片机更好，功能更齐全，对于工程人员的编程也相对简单。所以plc是目前工业控制器使用最为普遍的一种。单片机的优点在于，成本低，体积小，但是稳定性差。

用单片机设计交通灯控制系统采用msl-51系列单片机tsc51和可编程并行i/o接口芯片6255a为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的pl口设置红绿灯燃亮时间。使用单片机设计的优点在于它们的cpu功能在增强，内部资源在增多引角的多功能化，以及低电压低功耗，但是变成复杂，对环境的要求较高，出现故障时进行调试不方便，可靠性不高。

可编程控制器控制

可编程逻辑控制器简称为plc，它主要用来取代继电接触器逻辑控制。系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等，可编程控制系统是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过 5 数字式和模拟式的输入和输出。控制各种类型机械的生产过程，它具有很强的抗干扰能力。广泛的适应能和应用范围而。这也是区别于其他一般微型控制系统的一个重要特征。

采用plc作为十字路口交通灯控制系统作为控制核心，只需将程序下载到plc内即可，并可通过通信随时对控制系统进行调试，plc适应环境的能力非常强，抗干扰等方面能力都非常强大，性能价格也很高。

实现开关量顺序控制和逻辑控制较为繁琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠的运行。可编程控制器plc采用了“循环扫描”工作方式，是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，考虑到有效的缓解交通拥挤、实现交通控制系统的最优控制应用，采用plc实现交通灯的控制，其特点是非常可靠，容易实现开关量顺序控制和逻辑控制，具有很高的工作可靠性和抗干扰能力。单片机的控制系统在多数场合下，被控对象主要是开关量顺序控制和逻辑控制，通过对不同时间的控制变量及由被控变量形成的反馈变量经一定逻辑组合而完成控制，亦即被控对象的实现是有关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。所以使得系统在交通灯设计方案中可编程控制器（plc）成为首选。

第二章可编程控制器的简述

可编程控制器的概述

可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心。集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用。成为各行业的通用控制核心产品。

可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算，操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算和顺序控制，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，控制各种类型的机械或生产过程，可编程控制器及其有关的外围设备，都应控易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。

plc是在继电器控制逻辑基础上，与3c技术(computer control communication)相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。plc早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大.可编程控制器(programmable logical controller)简称pc或plc，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(dec)为美国通用公司(gm)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，plc软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代plc已经成为真正的工业控制设备。

可编程控制器的主要的特点及分类

1可编程控制器的主要的特点

1.可靠性高 2.控制功能强 3.组成灵活 4.操作方便 5.网络功能

中央处理单元（cpu）是plc控制部件，一般由控制电路，运算器，寄存器等组成，通过地址及数据总线与存储器，i/o接口电路连接，它主要完成从存储器中读取指令并执行，然后再取下一条指令，处理中断等任务。

存储器是具有记忆功能的半导体电路，plc的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。其中，系统程序是plc制造厂家编写的控制和完成各种功能的程序，他们一般被固化到只读存储器（ram）中，不允许修改，并用户启动运行。

输入/输出接口电路用来连接plc主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入，输出接口均有光电隔离装置，最常用的是由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。我们所用的omron cpm1a系列plc的输入/输出接口电路图如下图所示： 由于输入及输出的升年时秒度即可能是数字能量，又有可能是开关量或者模拟量，所以，选择接口部件时要考虑接口处的信号的性质。

电源部件用来将外部供电电源转换成供plc的各部分电子电路工作所需的直流电源，是plc能正常工作。由于plc 的电源部件有很好的稳压措施，因此它对外部电源的要求并不高，直流24v供电的机型，允许电压为16-32v。交流供电的机型，允许电压为85-264v，频率为47-53hz，一般情况下，plc 还为用户提供24v直流电源作为输入电源或负载电源。

可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、记数和算术运算等功能。用来对各种机械或生产过程进行控制

2可编程控制器的分类

1.按点数和功能分类：根据i/o点数的多少可将plc分成小型、微型、中型和大型。

2按用途分类：根据可编程控制器的用途plc可分为通用型和专用型两大类。3按结构形式分类: plc按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式plc外观上是一个长方形箱体，又称为箱式plc。组合式plc在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的plc，因此这种plc又称为积木式plc。整体式plc：整体式plc的cpu、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。组合式plc：组合式plc为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个plc模块，不同的模块实现不同的功能。plc的cpu、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式plc所必需的。其他的模块根据plc的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式plc安装完成后，需进行登记，使plc对安装在个总线上的模块进行确认。组合式plc的总线板又称为基版。组合式plc的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的plc；价格较高。

4按控制规模分类 输入输出的总线数，又称i/o点数，是表征plc控制规模的重要参数。因此，按控制规模对plc分类时，可根据i/o点数的不同大致分为小型、中型和大型plc。小型plc：i/o点数较少，在256点以下的plc。中型plc：i/o点数较多，在256点以上、2048以下的plc。大型plc：i/o点数较多，在2048点以下的plc。

5按实现的功能分类 按照plc所能实现的功能的不同，可以把plc大致的分为低档、中档、和高档机三类。低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能，还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、crt显示、打印机打印等功能。一般地，低档机多为小型plc，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型plc，其中小型plc多采用整体式结构，中型和大型plc多采用组合式结构；高档机多为大型plc，采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。

可编程控制器的工作原理

1工作过程

按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控 制器(plc)和执行器组成。可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务。其操作过程如下图所示。

可编程控制系统的操作过程

plc将内部数据存储器分成若干个寄存器区域，其中过程映像区域又称为i/o映像寄存器区域。过程映像，区域的输入映像寄存器区域(plc)用来存放输入端点的状态，输出映像寄存器区域(piq)用来存放用户程序(obi)运行的结果。plc输入模块的输出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，开关量输入电路同构传感器的电平变化，识别开关的通断状态，cpu存每个扫描周期的开始扫描输入模块，信号状态并将其状态送入输入映像寄存器区域；cpu根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号。并将处理结果送到输出映像寄存器区域。

plc输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。

cpu连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。如下图所示，cpu的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行cpu自诊断测试及写输出等内容。

plc可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，plc也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的plc在一个周期中可完成以下5个扫描过程。1自诊断测试扫描过程。

为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，plc都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。wdt是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。wdt的定时可由用户修改，一般在100～200ms之间。其它的执行 结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。2与网络进行通信的扫描过程。

一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的plc系统才有通信扫描过程，这一过程用于plc之间及plc与上位计算机或终端设备之间的通信。3用户程序扫描过程。

机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间.4读输入与写输出扫描过程。

机器在正常运行状态下，每一时间。个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。cpu在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，cpu把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，cpu把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，plc具有i/o控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放i／o。封锁i／o就是关闭i／o扫描过程。

在读输入阶段，cpu对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，cpu按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变—输入端子状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。在写输出阶段，将输出映像寄存器的状态集中锁定到输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。由上述分析得出循环扫描有如下特点：

(一)扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。

(二)输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作 11 周期内输入映像寄存器的值保持不变，cpu采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。

(三)程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。

(四)对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是plc的主要缺点。各plc厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的plc的延迟时间的长短很清楚，它是进行plc选型时的重要指标。

2可编程控制器的技术性能指标。i/o点数 2 存储容量 3 扫描速度 4 指令系统 5 可扩展性 6 通信功能

3可编程控制器的组成

如图所示，plc与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了i/o功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行i／o变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。。1输入寄存器

输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。cpu可以读其值，但不可以写或进行修改。

的组成 输出寄存器

输出寄存器的每一位都表明了plc在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,cpu可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3 存储器

存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，plc要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，i/o寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4 cpu单元

cpu单元控制着i／o寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是plc的大脑。5 其它接口单元

其它接口单元用于提供plc与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。

4可编程控制器的主要用途

plc编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观，在了解了plc简单工作原理和它的编程技术后，就可 以结合实际需要进行应用设计，进而将plc用语实际控制系统中，此外，plc还具有使用和编程方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，在实际运用中设施施工周期短等特点，是一种用于工业自动化控制的理想工具。

plc诞生后，受到工业界的普遍欢迎，并得到迅速发展，目前，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，而且随着plc技术的推广和应用，plc将向着标准化，小型化，模块化及低成本，高功能的方向发展。

3-2plc与一般的计算机的结构相似，由中央处理单元（cpu），存储器（memery），输入/输出（input/output）接口，电源部件外部设备接口等，但由于plc专为工业环境下设计，为了便于接线，扩充功能，操作及维护，它的结构与组成又与一般的计算机系统有所区别。

可编程控制器的应用与发展

可编程控制器(plc)是以早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，plc得到了突飞猛进的发展。尤其在数据处理，网络通信及与ncs等集散系统融合方面有了很大的进展，可编程控制器已经成为工业自动化强有力的工具。得到了广泛的普及和推广应用，可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业，随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化，价格低、可靠性高。在现代工业中的作用更加突出，plc可编程控制器是以微处理机为基础发展起来的新型工业控制装置。

20世纪80年代至90年代中期是plc发展最快的时期。plc发展至今，已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展，工业控制领域已有了翻天覆地的变化，plc亦再不断发展变化中，plc正朝着新的技术发展。近年来随着科技的飞速发展，plc的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的plc应用系统中，plc往往是作为一个核心部件来使用，仅plc方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。随着中国加入wto，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。

plc是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代plc只有开 关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入plc的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。plc的cpu内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为end指令），然后再返回起始步循环运算。plc每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的plc，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。plc用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1k逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型plc使用另外一个cpu来完成模拟量的运算。把计算结果送给plc的控制器。

相同i/o点数的系统，用plc比用dcs，其成本要低一些（大约能省40%左右）。plc没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比dcs要低很多。一个plc的控制器，可以接收几千个i/o点（最多可达8000多个i/o）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用plc较为合适。plc由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些

plc在世界各地得到了广泛应用，同时，plc的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，plc在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的plc不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。

(在工业自动化领域，可编程控制器(plc)作为自动控制的三大技术支柱（plc、机器人、cad/cam）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了plc的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。

近10年来，随着plc价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用plc进行控制，plc在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内plc在我国仍将保持高速增长势头。通用plc应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但plc相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用plc或定制plc取代嵌入式控制器

plc在世界各地得到了广泛应用，同时，plc的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，plc在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的plc不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用

第三章s7-200系列可编程控制器

s7-200系列plc除了可以用于输入、输出点数较少的小型机械与设备的单机控制外，由于其通信与网络功能较强，因此还可以作为复杂系统的“子站”使用，构成plc网络， s7-200可编程控制器的概述

simatics7系列plc可分为s7-200、s7-400和s7-300三个系列，分别为s7系列的大，中。小（微）型plc系统s7-200属于s7家旋中功能最精简，i/o点数最少、扩展性最低的plc产品，可以称为微小型plc系列产品。

s7-200系列plc的构成

s7-200小型plc系统有基本单元（主机）、扩展单元、文本、图形显示器，编程器等组成，224xp五种基本规格。

s7-200系列plc的常用指令

1基本为操作指令

位操作指令是plc常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分为动合与动断两种形式，语句表指令有与或以及输出等逻辑关系。

梯形图的触点符号代表plc对存储器的卖操作，cpu运行扫描触点符号时，到触点位地址指定的存储器位访问，该位数据（状态）为1时，触点为动态，（动合触点闭合，动断触点断开），数据（状态）为0时，触点为常态（动合触点断开，动断触点闭合）。

梯形图的线圈符号代表cpu对存储器的写操作，线圈左侧触点组成逻辑关系，逻辑运算结果为1时，能量流可以到达线圈，使线圈通电，cpu将线圈位地址指定的存储器位置1，逻辑运算结果为0时，线圈不通电，存储器位置(复位1，梯形图利用线圈通、断电描述存储器位的置位，复位操作。2 计数器指令

计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数，s7-200系列plc有递增计数（ctu）增减计数（ctu）递减计数(ctd)三类技术指令，计数器使用方法和基本 结构与定时器基本相同，主要由预置值寄存器，当前值寄存器，状态位等组成。

梯形图指令符号中cu-增1计数脉冲输入端：cd-减1计数脉冲输入端：r-复位脉冲输入端：1d-减计数器的装载输入端，编程范围c0-c225：pv预置值最大范围32767：pv数据类型：int（整数）

s7-200的定时器为增量型定时器，用于实现控制按钮，工作方式和时间基准（时准）分类；定时器共有六种类型，时间基准又称为定时精度和分辨率。

按照工作方式；定时器可分为通电延时型（ton），有记忆的通电延时型（保持型）（tonr）。断电延时型(tof)三种类型。

按照实基标准，定时器可分为三种类型，不同的实基标准，定时精度，定时范围和定时器的书安心方式不同。定时时间t=实基x预置值。

可编程序控制器采用siemens的s7-200系列cpu-224主机，i/o点数为40点(14个输入点和10个输出点)，具有2个rs-485通讯/编程口，具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。自由通讯口方式是s7-200 plc的一个很有特色的功能，它使s7-200 plc可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中plc可以与变频器和触摸屏方便连接。模拟量输入采用4路12位a/d模拟量输入的em231模块，具有较高的精度。plc编程采用step7-micro/win编程软件，它提供一个完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换。

第四章传感器

传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节

磁电式传感器

磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出饿传感器，它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，它只适合进行动态测量，由于他具有较大的输出功率，放机用电路简单，零位及性能稳定，工作频带一般为10-1000hz。

磁电式传感器由于具有结构简单，工作稳定；输出电压灵敏度高等优点，在转速测量，振动、速度测量中得到广泛的应用。

及上优点，本次系统设计所使用的是电磁式传感器。

电阻应变式传感器

传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。

压阻式传感器

压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。

用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。电阻式传感器

电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。

激光传感器

利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。

利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度（zls-px）、距离（ldm4x）、振动（zlds10x）、速度（ldm30x）、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。

智能传感器

智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作，传感器结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。

1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。

2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利 20 用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿，从而能获得较精确的测量结果压力传感器。

3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在eprom内的计量特性数据进行对比校对。

4、复合敏感功能——观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。

位移传感器

位移传感器又称为线性传感器，传感器把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。

在这种转换过程中有许多物理量（例如压力、流量、加速度等）常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。

压力传感器

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石 化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。

电感式传感器

电感式传感器 inductance type transducer 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。

第五章交通信号灯系统设计

系统控制要求 正常模式

南北方向红灯亮60s，与此同时东西方向绿灯亮54s，其后东西方向的绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后东西方向的黄绿灯亮3s，其后东西方向的红灯亮60s。与此同时，南北方向的绿灯亮54s，绿灯以50%的占空比，闪三次，然后南北方向的黄灯亮3s，红灯亮60s,以交替循环。

2东西方向车流量多

南北方向红灯亮120s，同时东西方向绿灯亮114s，之后绿灯以50%的占空比。闪3次之后东西方向红灯亮60s，此时南北方向绿灯亮54s，之后绿灯以50%的占空比闪3ic。南北方向黄灯亮3s，之后南北方向红灯亮120s，以此交替。方向红灯亮120s 3南北方向车流量多

东西方向红灯亮120s，同时南北方向绿灯发光114s,之后绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后黄灯亮3s，之后南北方向的红灯亮60s，同时，东西方向绿灯亮54s，之后东西绿灯以50%的占空比闪3次，之后，东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮120s.以此交替。车流量少

南北方向红灯亮30s，同时东西方向绿灯亮24s，之后东西方向以50%的占空比闪3次，然后东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮30s，与此同时，南北方向绿灯亮34s，绿灯以50%的占空比，闪3次，然后南北方向黄灯亮3s，之后方向的红灯亮30s，以此交替。

智能交通信号灯系统设计

1、i/0分配表

2、正常情况下的流程图

3、正常模式交通灯时序图

4、车流少时的流程图

5、车流量少时交通灯时序图

6、东西方向车流量多时的流程图

7、东西方向车流量多的交通时序图

8、南北方向车流量多时的流程图

9、南北方向车流量多的交通时序图

10、plc外部接线图

控制程序

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第六章总结

由于plc本身具有通讯联网功能，所以将同一条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。城市交通灯控制采用plc比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，plc还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把n台plc联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。用plc控制十字路口的指示灯，维护方便，可按需要随意修改指示灯亮的时间，更体现了城市管理工作的现代化

plc用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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，特别对于多岔路口的控制可方便地实现。目前大多数品牌的plc内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。

参考文献