基于PLC-S7-200交通信号灯的控制系统设计

学士学位论文（设计）Bachelor’sThesis论文题目基于PLCS7-200交通信号灯的控制系统设计作者姓名曾繁荣学号2010118020329所在院系机电与控制工程学院学科专业名称自动化导师及职称高红亮讲师论文答辩时间2014年5月11日编号2014180329研究类型应用研究分类号TP29学士学位论文（设计）诚信承诺书中文题目：基于PLCS7-200交通信号灯的控制系统设计外文题目：DesignoftrafficlightscontrolsystembasedonPLCS7-200学生姓名曾繁荣学生学号2010118020329院系专业机电与控制工程学院学生班级1003班学生承诺我承诺在学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。学生（签名）：年月日指导教师承诺我承诺在指导学生学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术道德规范，经过本人核查，该生学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。指导教师（签名）：年月日目录1前言....................................................................11.1研究背景与现状....................................................11.2本论文研究的内容..................................................22交通信号灯控制系统的设计原理............................................32.1S7-200PLC的简介...................................................32.2交通信号灯控制系统设计的控制方法..................................43交通信号灯控制系统总体结构框架的设计...................................53.1方案的选择与论证..................................................53.2总体方案的确定....................................................54交通灯控制系统硬件电路的设计...........................................64.1控制要求分析......................................................64.2交通信号灯控制系统模型图..........................................74.3交通信号灯控制系统电气控制线路....................................84.4I/O分配...........................................................95交通灯控制系统软件的设计...............................................105.1程序流程图........................................................105.2主要梯形图解析...................................................106交通信号灯控制系统运行调试.............................................177总结与展望.............................................................187.1总结.............................................................187.2展望.............................................................188参考文献...............................................................20基于PLCS7-200的交通信号灯的控制系统设计曾繁荣（指导教师：高红亮）（湖北师范学院机电与控制工程学院，中国黄石435002）摘要：本文结合SIEMENS公司的S7-200系列的PLC的性能和顺序控制法的特点，在介绍PLC系统基本硬件组成的基础上，结合交通信号灯控制系统的发展，深入的分析交通信号灯控制系统的工作原理，同时着重分析了S7-200PLC硬件设计和软件设计。研究并提出了基于PLCS7-200的交通信号灯的控制系统设计方案，通过合理的选择和设计，实现根据不同的道路实况选择不同的控制方法，解决不同的交通问题。关键字：PLC;顺序控制法;模式选择;控制中图分类号：TP29DesignoftrafficlightscontrolsystembasedonPLCS7-200ZengFanrong(tutor:GaoHongliang)(CollegeofMechatronicsandControlEngineering,HubeiNormalUniversity,Huangshi,China,435002)Abstract:ThisthesiscombinesthecharacteristicpropertiesandsequencecontrolmethodforSIEMENScompany'sS7-200seriesPLC,basedonintroducingthebasichardwareonthePLCsystem,combiningwiththedevelopmentofcontrolsystemoftrafficlights,analysisoftheworkingprincipleofthetrafficsignallampfurthercontrolsystem,andanalyzestheS7-200PLChardwaredesignandsoftwaredesign.StudyandproposethedesignschemeofthecontrolsystemoftrafficlightsbasedonPLCS7-200,throughtherationalselectionanddesign,accordingtodifferentroadsituationchoosedifferentcontrolmethods,tosolvethetrafficproblemsofdifferent.Keywords:PLC;sequencecontrol;modeselection;control湖北师范学院机电与控制工程学院2014届学士学位论文（设计）1基于PLCS7-200的交通信号灯的控制系统设计曾繁荣（指导教师：高红亮）（湖北师范学院机电与控制工程学院中国黄石435002）1前言1.1研究背景与现状1.1.1问题的提出和研究背景随着经济的发展，车辆急剧增多，城市道路交通堵车现象日益严重。因此，许多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速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，也决定了其交通状况必然受高速道路与普通道路耦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有待解决的主要问题。鉴于当前实际中，一般在主干道是行车道而次道是人行横道和一些非机动车通行的十字马路处的交通灯仍然采用固定通行的一般的交通灯系统。这样的系统，不利于提高道路的利用率，也利于主要车道的通行，在没有行人需要通过人行横道的时候，主要车道上的行人也必须在停止线以外停车侯车道绿灯亮。本文提出了一种全新的思路来解决此类问题，来缓解日益严重的交通拥堵。文中采用西门子S7-200PLC来实现带有人行横道请求的十字马路交通灯控制系统的设计。1.1.2国内外研究现状及发展趋势当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性湖北师范学院机电与控制工程学院2014届学士学位论文（设计）2的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：（1）两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。（2）两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。目前较先进的交通信号灯控制系统的功能：（1）收集交通情报。设在道路上的车辆检测器随时把检测到的车辆数、车辆行驶速度、车辆阻塞度和空间占有率等情报，通过传输系统送到中心处理机处理。（2）控制终端信号机和可变标志。中心处理机根据交通流量的变化，实时地改变控制模型，随时发出控制指令，控制终端信号机和可变标志。（3）诱导车辆。中心处理机根据收集的交通情报，对于交通阻塞地点，一方面控制有关的终端信号机和可变标志以诱导车辆，另一方面通过通信系统，发布交通阻塞情报，诱导车辆避开阻塞地点。（4）集中监视。通过各种显示设备和电视监视系统，工作人员可了解控制区域内的交通状况，为迅速排除交通阻塞、处理异常情况、采取人工干预提供直观依据。因有上述功能，所以对疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故和交通公害有明显的效果。1.2本论文研究的内容通过对西门子S7-200PLC的学习和应用，首先建立交通灯控制系统模型，力求用组态王的相关软件对其进行模拟和仿真，然后再在实验室设计并搭建硬件电路。在电路搭建成功交通灯控制系统的I/O分配的基础上，编写程序，用顺序控制法实现对交通灯控制系统的控制。顺序控制就是指系统或生产设备在各输入信号的作用下,内部元件状态按照生产工湖北师范学院机电与控制工程学院2014届学士学位论文（设计）3艺预先规定的时间顺序变化,使得各执行机构在生产过程中自动有序地进行操作。将交通灯控制系统的各个环节转换成各个步骤，进行顺序精准的控制。通过西门子S7-2OOPLC的编程方法、原理及编程环境的研究,实现对交通信号灯的控制，查阅交通灯控制系统的相关资料，以及了解国内外前沿技术，发展趋势,以达到设计方案更优化。将用顺序控制方法,实现对交通信号灯控制