基于PLC的交通信號燈智能控制系統(tǒng)設計

1、基于plc的交通信號燈智能控制系統(tǒng)設計摘 要隨著經濟的發(fā)展，車輛的數目不斷增加，道路堵車現(xiàn)象日益嚴重，智能交通燈就應運而生了。目前世界上的智能交通系統(tǒng)存在的問題是：系統(tǒng)結構龐大、管理困難、維護投入大等。為了改善現(xiàn)有的交通狀況，迫切需要設計智能的交通燈控制系統(tǒng)。智能交通燈是一項綜合運用網絡通訊計算機技術、感應技術來管理交通燈具的自動控制系統(tǒng)。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數據監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。總之，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干通與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來

2、越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題?？删幊炭刂破饕晕⑻幚砥鳛楹诵模毡椴捎锰菪螆D進行程序設計，編程容易，修改靈活，且結構簡單，抗干擾能力強。本設計采用德國西門子的s7-200系列的cpu226做主機，配以擴展模塊em222。設計中采用了s7-200編程軟件setp7-micro/win3.2進行編程，用梯形圖設計程序，并配有輸入輸出i/o接線圖。本論文就城鄉(xiāng)交通燈模擬控制系統(tǒng)的電路原理、設計計算等問題來進行具體分析討論。將智能控制方案和正常時序控制進行對比，它具有小型化、智能化、維修投入小、易于安裝等特點。與其他的智能交通系統(tǒng)相比該系統(tǒng)更適應經濟和社會的發(fā)展，符合目前科技發(fā)展的

3、現(xiàn)狀。關鍵詞：智能化；交通燈；plcintelligent traffic light control system design based on plcabstractwith economic development and increasing of the number of vehicles, road congestion is becoming increasingly serious, so the intelligent traffic lights is emerged. at present, the worlds intelligent transportation

4、systems problem is: huge structure, difficulty managed and the maintenance is largely expensive. in order to improve the existing traffic conditions, it is urgent to design a small scale smart traffic lights system.intelligent traffic lights is a comprehensive use of computer network communication t

5、echnology and sensor technology to manage the automatic control system of traffic lights. urban traffic control system is used for urban traffic data monitoring, traffic signal control and traffic management computer system, it is the most important component of modern urban traffic control system.

6、in short, the main problem that how to use the appropriate control method to make full use of the high-speed roads, trunk road, that are costly built, and the ramp to alleviate urban with the neighboring state of traffic congestion have become more and more urgent to the traffic management and urban

7、 planning departments.programmable controller, whose core is a microprocessor, is commonly used to design program with ladder appearance diagram（lad）, it is also flexible and easy to modify, moreover, it has simple structure and strong anti-interference ability. this report uses the cpu226 of german

8、ys siemens s7-200 series as the host computer, and together with the expansion module em222. the layout is designed via the s7-200 programming software setp7-micro/win3.2, and programmed by ladder appearance diagram, we also present the input and output i/o wiring diagram. this article on the urban

9、traffic light control system analog circuit and other issues to discuss specific analysis. compared the intelligent control system with the normal timing control system, it has small size，intelligence, maintenance into small, easy to install and so on. compared with other intelligent transportation

10、system, it adapts to economic and social development, in line with the current status of scientific and technological development.keywords：intelligent; traffic lights; plc 目 錄摘 要iabstractii第1章 緒論11.1交通燈發(fā)展現(xiàn)狀21.2交通燈監(jiān)控系統(tǒng)的設計意義41.3本文的主要工作4第2章 交通燈系統(tǒng)控制方案52.1三種控制方式比較52.1.1單片機系統(tǒng)控制52.1.2繼電器接觸控制52.1.3可編程序控制器控制

11、62.2控制方案總體確定62.3系統(tǒng)方案設計92.3.1正?？刂七^程92.3.2智能控制方案11第3章 硬件電路簡介133.1 plc的基本組成和各部分作用133.1.1 plc基本組成133.1.2 plc各部分作用133.2 s7-200系列plc簡介173.3車道信號燈193.3.1功能203.3.2技術指標203.3.3箭頭燈20第4章 軟件介紹224.1 step7-micro/win編程軟件介紹224.2軟件的安裝244.3編程軟件的啟動264.4程序的保存284.5程序的下載及上傳28第5章 程序設計305.1 i/o接線圖305.2梯形圖程序32結 論41參考文獻44v第1章

12、緒論當今，紅綠燈安裝在各個道口上，己經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就己出現(xiàn)了。1859年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠

13、燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于政導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義做了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。

14、左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。1.1 交通燈發(fā)展現(xiàn)狀隨著社會的發(fā)展和進步，上路的車輛越來超多，而通路建設卻往往跟不上城市發(fā)展的速度，因此城市交通的問題日益突出，經常在十字路口等交通繁忙的地方發(fā)生堵塞情況，在這個時候，道路交通燈的正常運行以及合理的功能就是交通暢通的重要保證1。目前設計智能交通燈的方案有很多，有應用cpld設計實現(xiàn)交通信號燈控制器方法；有應用單片機實現(xiàn)對交通燈控制系統(tǒng)的設計；有

15、應用plc實現(xiàn)對交通信號燈設計的方法，但檢測車流量的裝置絕大多數都利用各種形式的傳感器進行檢測2。單片機是單片微型計算機的簡稱，是典型的嵌入式微控制器（microcontroller unit），常用英文字母的縮寫mcu表示單片機，單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應用3，不少文獻就將單片機應用到交通燈控制系統(tǒng)中。文獻4運用超聲測距原理，就設計出一個以單片機為控制核心且能根據實時車流量來動態(tài)調節(jié)各路口通行時間的智能控制系統(tǒng)。提高了交通路口通行效率，有效緩解了交通擁堵，并引入手動遙控模塊，以應對嚴重交通擁堵。筆者認為是一種比較好的控制方案。針對道路交通擁擠、交叉路口經常

16、出現(xiàn)擁堵的情況，文獻5也設計出一種基于單片機的智能控制系統(tǒng)。采用單片機作為核心控制器，組成一個集車流量采集、處理、自動控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過仿真，系統(tǒng)還能進行倒計時顯示，車流量檢測及調整，交通違規(guī)處理和緊急處理等功能，但并未真正運用到實際。文獻6利用紅外對管來實時檢測車流量，也是利用單片機作為控制器來自動調節(jié)各路口時間，達到更加高效的車流控制和路口通行效果，并通過無線收發(fā)模塊實現(xiàn)特種車輛的特殊準許通過。文獻7提出了一種新型的智能交通控制系統(tǒng)基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)。通過傳感器利用光學原理采用照相的方式，使光電池產生不同的電勢。對各個方向的車流量進行采集，由控制器單片機對采集數據進

17、行比較，求出比值。根據比較結果，將具體的車流量轉換成兩位車流量大小的比值。根據比值與紅綠燈時長的關系，輸出時長控制信號，使交通燈時長可根據車流量改變。plc是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、半導體集成技術、自動控制技術、數字技術和通信網絡技術發(fā)展起來的一種通用工業(yè)自動控制裝置8。它面向控制工程、面向用戶、適應工業(yè)環(huán)境、操作方便、可靠性高，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱（plc、機器人和cad/cam），已成為自動化系統(tǒng)的基本裝置9。文獻10是將plc應用到一個批量生產的化學過程控制中，不但能按照要求生產，而且生產一批產品所用的時間是最小的，這就足以說明plc在控制方面的優(yōu)勢。所以文獻11就提出

18、一個應用plc作為交通控制系統(tǒng)的底層控制器的控制方案，plc得到中心指令和該交叉路實時交通流量信息后，利用模糊控制策略進行決策，優(yōu)化交叉口信號燈的配時，達到很好的交通控制效果，有效地解決了交通流量不均衡、不穩(wěn)定帶來的問題。目前，國內的交通燈一般設在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈。加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車。對于一般情況下的安全行車，車輛分流尚能發(fā)揮作用，但根據實際行車過程中出現(xiàn)的情況，還存在以下缺點：1.兩車道的車輛輪流放行時間相同且固定，在十字路口，經常一個車道為主干道，車輛較多，放行時間應該長些；另一車道為副干道，車輛較少，放行時間應該短些。2.沒有考慮緊急車通

19、過時，兩車道應采取的措施，譬如，消防車執(zhí)行緊急任務通過時，兩車道的車都應停止，讓緊急車通過。1.2 交通燈監(jiān)控系統(tǒng)的設計意義目前，我國城市十字路口的交通燈控制系統(tǒng)本上都采用定時控制方式。這樣必然產生如下弊端：當某條道路的車流量很大卻要等待紅燈，而此時另一條空道或車流量相對少得多的道路卻依然按原定時間亮著碌燈，這種現(xiàn)象是未對道路的實際情況進行實時監(jiān)控所造成的。這樣的交通控制系統(tǒng)效率低，容易造成交通擁擠。而且也浪費人力、物力。因此，我們有必要尋求一種具有智能的交通控制系統(tǒng)。這種智能交通控制系統(tǒng)能夠根據車流量的變化自動調節(jié)紅綠燈的時間長度，最大限度地減少十字路口車輛滯留現(xiàn)象，有效的緩解交通擁擠、實現(xiàn)

20、交通控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制，大大的提高了交通控制系統(tǒng)的效率。隨著我國人民生活水平的不斷提高，城市化的推進與私家車數量的猛增，道路交通擁擠的問題日益突出，可以預見。智能交通控制系統(tǒng)將具有廣大的應用前景。1.3 本文的主要工作本設計采用plc做控制，完成對十字路口交通燈的自動控制與監(jiān)控，主要實現(xiàn)城市交通路口信號燈自動控制。機動車是否違章、肇事記錄的上傳、存儲和處理；實現(xiàn)顯示、通信等功能。從而保證了車輛在城市道路各路口順暢通行以及安全。第2章 交通燈系統(tǒng)控制方案2.1 三種控制方式比較目前普遍使用的電氣控制方式主要有：繼電器接目器控制、可編程序控制器控制、單片機系統(tǒng)控制等2.1.1單片機系統(tǒng)控制單片機微

21、型計算機是微型型計算機的一個重要分支，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。通常，單片機由單塊集成電路芯片構成，內部包含有計算機的基本功能部件：中央處理器、存儲器和i/o接口電路等。因此，單片機只需要和適當的軟件及外部設備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。使用單片機設計交通燈控制系統(tǒng)采用msc-51系列單片機atsc51和可編程并行i/o接口芯片8255a為中心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能很據實際車流量通過8051芯片的p1口設置紅、綠燈燃亮時間。使用單片機設計的優(yōu)點在于它們的cpu功能在增強，內部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底

22、功耗。但是編程復雜，對環(huán)境的要求較高，出現(xiàn)故障時進行調試不方便，可靠性不高。2.1.2繼電器接觸控制采用繼電接觸式控制系統(tǒng)設計交通燈控制系統(tǒng)，主要由繼電器，接觸器、按鈕、行程開關等組成，其控制方式是斷續(xù)的，所以又稱為斷續(xù)控制系統(tǒng)。雖然這種系統(tǒng)也具有結構簡單、價格低廉、維護容易、抗干擾能力強等優(yōu)點，但這種控制系統(tǒng)的缺點是采用固定接線方式接線方式，接線多，靈活性差，工作頻率低，觸電易損壞，可靠性差。2.1.3 可編程序控制器控制可編程控制器簡稱pc（programmable controller），它經歷了可編程程序矩陣控制器pmc、可編程序順序控制器psc、可編程序邏輯控制器plc（progra

23、mmable logic controller）和可編程序控制器pc幾個不同時期。為與個人計算機（pc）相區(qū)別，現(xiàn)在把可編程邏輯控制器簡稱為plc。它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數等?？删幊绦蚩刂破骺刂葡到y(tǒng)是一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設計。它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏揖運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作的指令，并通過數字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產過程。它具有根強的抗干擾能為，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區(qū)別于其他一股微型控制系統(tǒng)的一個重要特征。如果采用plc作為十字路口交通燈控制系統(tǒng)作

24、為控制核心，只需將程序下載到plc內即可。并可通過通信隨時對控制系統(tǒng)證行調試。plc適應環(huán)境的能力非常強，抗干擾等方面能力都非常強大。性能價格也很高。2.2 控制方案總體確定可編程控制器控制技術與繼電接觸器控制技術、單片機控制技術的異同點：l、勸能強，性能價格比高在實時檢測和自動控制的單片機應用系統(tǒng)中，單片機往往作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應根據具休硬件結構軟硬件結合，加以完善。繼電器是用于邏輯控制，起到過渡作用的，亦可控制小負載。plc是可編程邏輯控制器，是用軟件來進行邏輯控制的，而繼電器是用硬件結構來控制的。一臺小型plc內有成百上千個可供用戶使用的編程元件，有很強

25、的功能，可以實現(xiàn)非常復雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價格比?？删幊绦蚩刂破骺梢酝ㄟ^通信聯(lián)網，實現(xiàn)分散控制，集中管理。2、硬件配套齊全，用戶使用方便，適應性強可編程序控制器產品己經標準化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)摸的系統(tǒng)?？删幊绦蚩刂破鞯陌惭b接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。plc有很強的帶負載能力，可以直接驅動一殷的電磁閥和交流接觸器。3、可靠性高，抗干擾能力強單片機是靠程序的，井且可以修改。通過不同的程序實現(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨特的一些功能，這是別的器件需要費很大力氣才能做到

26、的，有些則是花大力氣也很難做到的。而plc的編程更比單片機通俗易懂。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器。由干觸點接觸不良，容易出現(xiàn)故障，plc用軟件代替大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的1/101/l00，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。plc采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強的抗干擾能力，平均無故障時間達到數萬小時以上，可以直接用于有強烈干擾的工業(yè)生產現(xiàn)場，plc已被廣大用戶公認為最可靠的工業(yè)控制設備之一。4、系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少plc用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電

27、搖、計數器等器件，使控制柜的設計、安裝、接線工作量大大減少。plc的梯形圖程序一般采用順序控制設計方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對于復雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設計時間比設計繼電器系統(tǒng)電路圖的時間要少得多。plc的用戶程序可以在實驗室模擬調試，輸入信號用小開關來模擬，通過plc上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的安裝和接線后，在現(xiàn)場的統(tǒng)調過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調試時聞比繼電器系統(tǒng)少得多。5、編程方法簡單梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，共電路符號和表達方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學易懂，熟悉繼電器電路圖和單片機的電

28、氣技術人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶捏序。梯形圖語言實際上是一種面向用戶的一種高級語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時，用解釋程序將它“翻譯”成匯編語言后再去執(zhí)行。6、維修工作量少，維修方便plc的故障率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。plc或外部的輸入裝置和執(zhí)行機構發(fā)生故障時，可以根據plc上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。這些郁是繼電器和單片機無法比擬的。7、體積小，能耗低心對于復雜的控制系統(tǒng)，使用plc后，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，小型plc的體積相當于幾個繼電器的大小，因此可將開關柜的體積

29、縮小到原來的1/21/10。plc的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時，可以減少大量費用。將plc用于對交通信號燈的往制，主要是考慮其具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實現(xiàn)。目前大多品牌的plc內部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于plc本身具有通訊聯(lián)網功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統(tǒng)一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。綜合以上優(yōu)點，所以，本設計采用可編程序控制器控制系統(tǒng)。2.3 系

30、統(tǒng)方案設計圖2.1 十字路口交通燈示意圖信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下啟動按鈕時，信號燈系統(tǒng)開始工作，并周而復始地循環(huán)工作。當按下停止按鈕時，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號燈都熄滅。交通燈示意圖如圖2.1所示，在東西向南北向兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各6個燈，分為三個方向及紅、黃、綠三種顏色。2.3.1正?？刂七^程任何干道上右行燈一直綠，也就是說任何干道上的車總能向右拐。交通燈控制時車輛運行情況如圖2.22.5所示，南北干道上直行車輛先過，然后依次左拐；東西邊車輛直行通過，然后依次左拐。正常循環(huán)控制方式交通燈變化順序表：（1）南北道上交通燈：直行綠燈亮25秒后，閃爍3次（1秒/次），

31、接著黃燈亮，2秒后紅燈亮70秒。 圖2.2 南北道直行 圖2.3 南北道左拐 圖2.4 東西道直行 圖2.5 東西道左拐（2）南北道上交通燈：左行紅燈亮30秒，綠燈亮15秒后綠燈閃爍3次（1秒/次），接著黃燈亮2秒后紅燈亮80秒。（3）東西道上交通燈：直行紅燈亮50秒，綠燈亮25秒后綠燈閃爍3次（1秒/次），接著黃燈亮2秒后紅燈亮90秒。（4）東西道上交通燈：左行紅燈亮80秒，綠燈亮15秒后綠燈閃爍3次（1秒/次），接著黃燈亮2秒后紅燈亮80秒。初始化時（1）（4）的狀態(tài)同時進行。其時序圖如圖2.6所示：圖2.6 交通信號燈時序圖2.3.2 智能控制方案正?？刂茣r，相對兩個道上的直通和左行是同

32、時進行的，如果直行或左行有一個道上的車流量很少（在10秒內沒有一個車通過），則應該變?yōu)榧t燈，在不干擾正在通行的車輛的情況下讓其他道上的車輛通過，這樣就能有效減少等待時間，提高路口通行效率。比如如圖2.2所示，當南邊車道直行沒有車輛通過時，可以讓東邊車道上的左拐車輛通過；南北車道上都沒有車輛通過時，將其對應的交通燈都變?yōu)榧t燈，綠燈轉向東西邊車道，讓東西邊車道通行，以此類推。車流量通過地埋壓力開關檢測器進行檢測，當車壓過檢測器時，檢測器就產生一個脈沖信號給plc，plc接收到信號就知道這個道上還有車輛走過。當連續(xù)10秒沒有脈沖信號時，plc就判斷該車道無車輛（車流量很少），讓其他可以通過的車輛通行

33、，并在其對應的信號燈上顯示倒計時。 第3章 硬件電路簡介3.1 plc的基本組成和各部分作用3.1.1 plc基本組成從廣義上說，plc也是一種工業(yè)控制計算機，只不過比一般的計算機具有更強的與工業(yè)過程相連接的接口和更直接的適用于控制要求的編程語言。所以plc與計算機控制系統(tǒng)十分相似，也具有中央處理器（cpu）)、存儲器、輸入/輸出（i/o）接口、電源等，如圖3.1所示。圖3.1 可變程序控制器的基本組成3.1.2 plc各部分作用1、中央處理單元（central processing unit，cpu）中央處理單元是plc的核心部分，它包括微處理器和控制接口電路。微處理器是plc的運算和控制中

34、心，由它實現(xiàn)邏輯運算、數字運算，協(xié)調控制系統(tǒng)內部各部分的工作。它的運行是按照系統(tǒng)程序所賦予的任務進行的。其主要任務有：控制從編程器輸入的用戶程序和數據的接收與存儲；用掃描的方式通過輸入部件接收現(xiàn)場的狀態(tài)或數據，并存入輸入映像寄存器或數據存儲器中；診斷電源、plc內部電路的工作故障和編程中的語法錯誤等；plc進入運行狀態(tài)后，從存儲器逐條讀取用戶指令，經過命令解釋后按指令規(guī)定的任務進行數據傳遞、邏輯運算或數字運算等；根據運算結果，更新有關標志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內容，再經由輸出部件實現(xiàn)輸出控制、制表打印或數據通信等功能。plc常用的微處理器主要有通用微處理器、單片機、位片式微處理器。一般說來

35、，小型plc大多采用8位微處理器或單片機作為cpu，如z80a，8085,8031等，具有價格低，普及通用性好等優(yōu)點。對于中型plc，大多采用16位微處理器或單片機作為cpu，如intel8086，intel196系列單片機，具有集成度高，運行速度快，可靠性高等優(yōu)點。對于大型plc，大多采用高速位片式微處理器，它具有靈活性強，速度快，效率高的優(yōu)點。目前，一些廠家生產的plc中，還采用了冗余技術，即采用雙cpu或三cpu工作，進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。采用冗余技術可使plc平均無故障工作時間達幾十萬小時以上?？刂平涌陔娐肥俏⑻幚砥髋c主機內部其他單元進行聯(lián)系的部件，它主要有數據緩沖、單元選擇、信號

36、匹配、中斷管理等功能。微處理器通過它來實現(xiàn)與各個內部單元之間的可靠的信息交換和最佳的時序配合。2、存儲器（memory）plc系統(tǒng)中的存儲器配有系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。（1） 系統(tǒng)程序存儲器系統(tǒng)程序存儲器用于存放plc生產廠家編寫的系統(tǒng)程序，并固化在prom或eprom存儲器中，用戶不可訪問和修改。系統(tǒng)程序相當于個人計算機的操作系統(tǒng)，它關系到plc的性能。系統(tǒng)程序包括系統(tǒng)監(jiān)控程序、用戶指令解釋程序、標準程序模塊、系統(tǒng)調用、管理等程序以及各種系統(tǒng)參數等。（2） 用戶程序存儲器用戶程序存儲器可分為三部分：用戶程序區(qū)、數據區(qū)、系統(tǒng)區(qū)。用戶程序區(qū)用于存放用戶經編程器輸入的應用程序。為了調試和修

37、改方便，總是先把用戶程序存放在隨機讀寫存儲器ram中，經過運行考核，修改完善，達到設計要求后，再把它固化到eprom中，替代ram使用。數據區(qū)用于存放plc在運行過程中所用到的和生成的各種工作數據。數據區(qū)包括輸入、輸出數據映像區(qū)，定時器、計數器的預置值和當前值的數據等。系統(tǒng)區(qū)主要存放cpu的組態(tài)數據，例如，輸入輸出組態(tài)、設置輸入濾波、脈沖捕捉、輸出表配置、定義存儲區(qū)保持范圍、模擬電位器設置、高速計數器配置、高速脈沖輸出配置、通信組態(tài)等。這些數據是不斷變化的，但不需要長久保存，因此采用隨機讀寫存儲器ram。由于隨機讀寫存儲器ram是一種揮發(fā)性的器件，即當供電電源關掉后，其存儲的內容會丟失，因此，

38、在實際使用中通常為其配備掉電保護電路，當正常電源關斷后，由備用電池或大電容為它供電，保護其存儲的內容不丟失。3、輸入、輸出單元（input/output unit）輸入、輸出單元是可編程序控制器的cpu與現(xiàn)場輸入、輸出裝置或其他外部設備之間的連接接口部件。輸入單元將現(xiàn)場的輸入信號，經過輸入單元接口電路的轉換，變換為中央處理器能接受和識別的低電壓信號，送給中央處理器進行運算；輸出單元則將中央處理器輸出的低電壓信號變換為控制器件所能接受的電壓、電流信號，以驅動信號燈、電磁閥、電磁開關等。所有輸入、輸出單元均帶有光耦合電路，其目的是把plc與外部電路隔離開來，以提高plc的抗干擾能力。為了濾除信號的

39、噪聲和便于plc內部對信號的處理，輸入單元還有濾波、電平轉換、信號鎖存電路；輸出單元也有輸出鎖存器、顯示、電平轉換、功率放大電路。通常，plc的輸入單元類型有：直流、交流和交直流輸入單元；plc的輸出單元類型有：晶體管輸出方式、晶閘管輸出方式和繼電器輸出方式。此外，plc還提供一些智能型輸入、輸出單元。4、編程器編程器是plc的重要外部設備。它的作用是供用戶進行程序的編制、編輯、調試和監(jiān)視等。編程器有簡易型和智能型兩類。簡易型編程器只能聯(lián)機編程，且往往需要將梯形圖轉化為語句表格式，才能送入。智能編程器又稱圖形編程器，它可以聯(lián)機，也可以脫機編程，具有l(wèi)cd（液晶顯示器）或crt圖形顯示功能，可直

40、接輸入梯形圖和通過屏幕對話。采用個人計算機編程開發(fā)系統(tǒng)是近幾年的發(fā)展新趨勢，在個人計算機上配置硬件接口和專用的編程軟件，使用戶可以直接在計算機上以聯(lián)機或脫機的方式編程，可以運用梯形圖、流程圖編程也可以采用助記符指令編程。個人計算機程序開發(fā)系統(tǒng)有較強的監(jiān)控能力和通信能力，還可對系統(tǒng)進行仿真。5、電源單元電源單元是plc的電源供給部分。它的作用是把外部供應的電源變換成系統(tǒng)內部各單元所需的電源。有的電源單元還向外提供24v直流電源，可供開關量輸入單元連接的現(xiàn)場無源開關等使用。電源單元還包括掉電保護電路和后備電池電源，以保持ram在外部電源斷電后存儲的內容不丟失。plc的電源一般采用開關電源，其特點是

41、輸入電壓范圍寬、體積小、重量輕、效率高、抗干擾性能好。3.2 s7-200系列plc簡介1、s7-200基本組成s7-200系列plc可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。（1） 基本單元s7-200系列plc中可提供4種不同的基本型號的8種cpu供選擇使用，其輸入輸出點數的分配見表3.1。表3.1 s7-200系列plc中的cpu22x的基本單元型號輸入點輸出點可帶擴展模塊數s7-200cpu22164s7-200cpu222862個擴展模塊78路數字量i/o點或10路模擬量i/o點s7-200cpu224141

42、07個擴展模塊168路數字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-200cpu22624162個擴展模塊248路數字量i/o點或35路模擬量i/o點s7-200cpu226xm24162個擴展模塊248路數字量i/o點或35路模擬量i/o點（2） 擴展單元s7-200系列plc主要有6種擴展單元，它本身沒有cpu，只能與基本單元相連使用，用于擴展i/o點數，s7-200系列plc擴展單元型號及輸入輸出點數分配如表3.2所示。（3） 編程器plc在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入plc中，在調試過程中，進行監(jiān)控和故障檢測。（4） 程序存儲卡

43、為了保證程序及重要參數的安全，一般小型plc設有外接eeprom卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內容寫入plc，也可以將plc內的程序及重要參數傳到外接eeprom卡盒內作為備份。表3.2 s7-200系列plc擴展單元型號及輸入輸出點數類型型號輸入點輸出點數字量擴展模塊em2218無em222無8em2234/8/164/8/16模擬量擴展模塊em2313無em232無2em23531（5） 寫入器寫入器的功能是實現(xiàn)plc和eeprom之間的程序傳送，是將plc中ram區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或將plc中的程序通過寫入器傳送到ram區(qū)。（6） 文本顯示器文本顯示器td200不僅

44、是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設備，還可以作為控制單元對某個量的數值進行修改，或直接設置輸入/輸出量。2、s7-200產品特點具有極高的可靠性，極豐富的指令集，易于掌握，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實時特性，強勁的通訊能力，豐富的擴展摸塊，應用領城極為廣泛等。3、s7-200plc工作原理plc工作原理：plc是采用循環(huán)掃描的工作方式，即每一次狀態(tài)變化需一個掃描周期。plc循環(huán)掃描時間一般為幾毫秒至幾十毫秒。整個過程分為內部處理、通信、輸入處理、執(zhí)行程序、輸出處理幾部分。3.3 車道信號燈控制工藝描述：車道信號燈有多種，但基本控制原理郁是一樣。有多色的一組信號燈中每色都單獨控制。plc控制系

45、統(tǒng)輸出24vdc控制電壓，控制中間繼電器線圈，通過中間繼電器輸出220vac電壓控制交通燈。交通燈每色返回一對干觸點信號給plc，經過線路保險后給plc輸入接口模塊?？刂扑惴ㄉ喜捎枚嘀亻]環(huán)控制，響應時間小于0.5秒。圖3.2 交通燈內部線路信號燈產品必領符合交管部門及相應規(guī)范標準的規(guī)定和要術，本次采用深圳市斯諾比光電科技有限公司的300型紅黃綠箭頭合一三單元交通燈，如圖3.2。該該系列產品符合公安部交通安全產品1類1級w型的最高等級要求，并提供完整、詳實的由公安部交通安全產品質量監(jiān)督檢洲中心核發(fā)的產品檢測報告。3.3.1功能圖3.3 交通燈示意圖如圖3.3所示，左拐交通燈包括紅“”、黃“”和綠

46、“”，前行交通燈包括紅“”、黃“”和綠“”，右拐包括紅“”、黃“”和綠“”。分別表示相應車道的等待及通行。3.3.2技術指標有效顯示尺寸：200mm600mm（高寬）；光源：發(fā)光二極管led；發(fā)光強度：大于4000cd；控制方式：開關量或rs232；電源：220v；功率：1025w；額定頻率：50hz；信號燈遮沿包角：250，10；外殼：冷軋鋼板，防水、防潮、防塵，具有堅固、牢靠、耐腐蝕的特點。3.3.3箭頭燈（1）防水，防塵，防紫外線；（2）超亮led，自動調節(jié)發(fā)光亮度以適應環(huán)境；（3）冷光源，壽命長；（4）節(jié)能，低壓直流電源；（5）快速點亮（點亮時間小于100毫微秒）；（6）易于安裝、拆卸

47、、維護費用低第4章 軟件介紹4.1 step7-micro/win編程軟件介紹step7-micro/win編程軟件為用戶開發(fā)、編輯和監(jiān)控自己的應用程序提供了良好的編程環(huán)境。1、基本功能step7-micro/win是在windows平合上運行的simatic s7-200plc編程軟件，簡單易學，能夠解決復雜的自動化住務。適用于所有simatic s7-200plc機型軟件編程。支行il、lad、fbd三種編程語言，可以在三者之間隨時切換。具有密碼保護功能。step7-micro/win提供軟件工具幫助您調試和測試您的程序。這些特征包括：監(jiān)視s7-200正在執(zhí)行的用戶程序狀態(tài)，為s7-200

48、指定運行程序的掃描次數，強制變里值等。指令向導功能：pid自整定界面，plc內置脈沖串輸出（pto）和脈寬調制（pmw）指令向導，數據記錄向導，配方向導。支特td 200和td200c文本顯示界面（td 200向導）2、其他功能（1）運動控制s7-200提供有開環(huán)運動控制的三種方式：脈寬調制（pwm）內置于s7-200，用于速度、位置或占空比控制。脈沖串輸出（pto）內置于s7-200，用于速度和位置控制。em253位控模塊用于速度和位置控制的附加模塊。為了簡化應用程序中位控功能的使用，step7-micro/win提供的位控向導可以帶助用戶在幾分鐘內全部完成pwm、 pto或位控模塊的組態(tài)。

49、該向導可以生成位控指令，用戶可以用這些指令在應用程序中對速度和位置進行動態(tài)控制。對于位控模塊，step7-micro/win還提供了一個控制面板，可以控制、監(jiān)視和測試用戶的運動操作。（2）創(chuàng)建調制解調模塊程序使用em241調制解調模塊可以將s7-200直接連到一個模擬電話線上，并且支持s7-200與step7-micro/win的通訊。該調制解調模塊還支特modbus從站rtu協(xié)議，該模塊與s7-200之間的通訊通過擴展i/o總線實現(xiàn)。step7-micro/win提供一個調制解調擴展向導，它可以幫助用戶設置一個遠端的調制解調器，或者設置將s7-200連向遠端設備的調制解調模塊。（3）uss協(xié)

50、議庫step7-micro/win指令庫，該指令庫包括預先組態(tài)好的子程序和中斷程序，這些子程序和中斷程序都是專門為通過uss協(xié)議與驅動通訊而設計的。通過uss指令，用戶可以控制這個物理驅動，并讀/寫驅動參數?？梢栽趕tep7-micro/win指令樹的庫文件夾中找到這些指令。當用戶選擇一個uss指令時，系統(tǒng)會自動增加一個或多個相關的子程序（uss1到uss7）。西門子庫在一張單獨的cd上出售，step7-micro/win附加件：指令庫，訂貨號是6es7 83-2bc00-0yx0。在定購和安裝了1.1版本的西門子庫后，任何后續(xù)step7-micro/win和v4.0升級都會在不需要附加費用的

51、情況下自動升級用戶的庫（當增加或修改庫時）。（4）使用配方step7-micro/win軟件中提供了配方向導程序來路助用戶組織配方和定義配方。配方存在存儲卡中，而不是plc中。step7-micro/win軟件和s7-200plc已經支持配方功能。step7-micro/win軟件中提供了配方向導程序來幫助用戶組織配方和定義配方。所有配方存在存儲卡中，因此，為了便用配方功能，必須要在plc中插入一塊64k或者256k的存儲卡，要查閱關于存儲卡的更多信息。（5）使用數據歸檔step7-micro/win提供數據歸檔向導，將過程測量數據存入存儲卡中。將過程數據移入存儲卡可以節(jié)省v存儲區(qū)的地址空間，

52、否則這些數據將儲存在v存儲區(qū)中。（6）pid自整定和pid整定控制面板s7-200plc已經支持pid自整定功能，step7-micro/win中也添加了pid整定控制面板。這就大大增強了s7-200plc的功能，并且使這一勸能的使用變得更加容易?？梢允褂貌僮鲉T面板中的用戶程序或者pid整定控制面板來啟動自整定功能。在同一時間，不僅僅只有一個pid回路可以進行自整定，如果需要的話，所有8個pid回路可以同時進行自整定。pid自整定算法向用戶推薦增益值、積分時間值和微分時間值。用戶也可以為自己的調節(jié)回路選擇快速響應、中速響應、慢速響應或者極慢速響應等調節(jié)類型。用pid整定控制面板，您可以啟動自整

53、定過程，取消自整定過程和在圖表中監(jiān)視結果?？刂泼姘鍟@示所有可能發(fā)生的錯誤和警告信息。它也允許用戶將自整定后得到的增益值、積分時間值和微分時間值應用到實際控制中去。4.2 軟件的安裝1、準備安裝在開始軟件安裝以前，必須先啟動操作系統(tǒng)（windows2000、xp或server2003）。如里已經在pg的硬盤上保存有可安裝的step 7軟件，那么不需要外部存儲介質。若要從cd-rom中安裝，請在pc的cd-rom驅動器中插入cd-rom。啟動安裝程序。按如下所述操作，安裝軟件：插入cd-rom，雙擊“setup.exe”文件。按照屏幕上安裝程序的逐步指示進行安裝。該程序引導您完成安裝的所有步驟，

54、可以前進到下一步或返回上一步。安裝期間間，對話框提示從顯示的送項中進行選擇。下列注意事項有助于快速、方便地正確選擇安裝。如果已經安裝某一種版本的step7如果安裝程序在編程設備上檢測到其它版本的step7，則會顯示相應信息。然后可以選擇：中止安裝（從而可以在windows下卸載舊step7版本然后重新啟動安裝或繼續(xù)執(zhí)行安裝，覆蓋以前版本。為進行良好的軟件管理，始終應該在安裝新版本之前卸載任何舊版本。用新版本覆蓋舊版本的缺點是隨后卸載舊軟件版本時，舊版本的一些組件可能不能刪除。選擇安裝選項提供三個選項，選擇安裝范圍：標準安裝：用于用戶界面的所有對話框語言、所有應用以及所有實例。請參見當前產品信息

55、，獲取該類型組態(tài)所要求的內存空間信息?；景惭b：只有一種對話框語言，沒有實例。請參見當前產品信息，獲取該類型組態(tài)所要求的內存空間信息。用戶自定義“自定義”安裝，用戶可以確定安裝范圍，例如程序、歌據庫、實例和通訊功能。2、id號在安裝期間，您會被提示輸入一個id號（可在軟件產品證書或許可證密鑰軟盤中獲得）3.、安槳許可證密鑰安裝期間，程序檢查是否在硬盤上安裝了相應的許可證密鑰。如果沒有找到有效的許可證密鑰，菊會顯示一條消息，指示必須具有許可證密鑰才能使用該軟件。根據需要，可以立即安裝許可證密鑰或者繼續(xù)執(zhí)行安裝、以后再安裝許可證密鑰。如果希望馬上安裝許可證密鑰，那么在提示播入授權軟盤時，請插入授權軟盤。4、pg/pc接口設置安裝期間，會顯示一個對話框，在此可以將參數分配給編程設備/pc接口。更多信息，請參見“設置pg/pc接口”。5. 將參數分配給存儲卡安裝期間，會顯示一個對話框，可以將參數分配給存儲卡。如果不使用存儲卡，則不需要eprom驅動程序。選擇“無eprom驅動程