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《单片机原理及开发》大作业设计题目：交通灯控制设计系别：信息工程系专业：物联网专业年级：2014级学号：1403150119学生姓名：韩刚评阅人：苏丽娟提交时间：2016年月日评阅时间：2016年月日-1-1摘要十字路口的红绿灯指挥着行人和车辆的安全运行，实现红绿灯的自动指挥能使交通管理工作得到改善，也是交通管理工作自动化的重要标志之一。解决好公路交通灯控制问题是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。PLC是一种新型的通用的自动控制装置。PLC它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，是专门为工业控制而设计的，具有功能强、运用灵活、可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、编程简单，使用方便以及体积小、重量轻、功耗低等一系列有点。本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的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。控制程序包括梯形图(LAD)和指令表(STL)。仿真测试用的是S7-200汉化版的仿真软件进行仿真，最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。关键词：PLC控制系统、梯形图、交通灯-2-2目录第一章PLC概述..............................................11.1PLC的硬件结构........................................11.2PLC的工作原理.........................................11.3S7-200的概述.........................................1第二章交通信号灯............................................3第三章方案设计..............................................43.1控制要求...............................................43.2系统设计方案分析.......................................43.3交通灯状态图...........................................53.4主程序流程图：.........................................6第四章硬件设计.............................................74.1硬件选择..............................................74.2PLC的I/O分配表......................................74.3PLC的硬件接线图：....................................8第五章软件设计.............................................85.1十字路口交通信号灯梯形图...............................9-2-25.2指令表...............................................11第六章程序仿真.............................................1第七章设计总结.............................................4参考文献.....................................................4-1-1第一章PLC概述可编程序控制器（ProgrammabieLogicController,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。1.1PLC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1PLC的结构图-1-11.2PLC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。1.3s7-200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。CPU222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。CPU224具有更多的-2-2输入输出点及更大的存储器。CPU226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，CPU221和CPU222具有180mA输出。CPU224输出280mA，CPU226、CPU226XM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CPU221、CPU222和CPU224具有1个RS-485通信口。CPU226、CPU226XM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）。电池模块插在存储器模块的卡槽中。（8）不同的设备类型CPU221～226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CPU221具有6个输入点和4个输出点；CPU222具有8个输入点和6个输出点；CPU224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CPU221/222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。-3-3第二章交通信号灯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。本文主要介绍如何利用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。-4-4第三章方案设计3.1控制要求交通灯控制系统的控制要求如下：1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。2交通灯按如下顺序循环点亮：红红（2s）--红绿（2s）--红黄（1s）--红红（2s）--绿红（3s）--黄红（1s）--红红(2s)。3周而复始。3.2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，I0.0动作，启动通电延时时间继电器T37和T40，Q0.0和Q0.3接通，南北红灯和东西红灯亮，延时2s后，其常闭触