完整版《可编程控制器》大作业及要求docx.docx
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网络教育学院
《可编程控制器》大作业
题目：
十字路口交通灯设计
学习中心：
西乡奥鹏
层次：
高中起点专科
专业：
电力系统自动化技术
年级：
2014年03春季
学号：
141242128383
学生姓名：
胡
2013年9月份《可编程控制器》大作业具体要求：
1作业内容
从以下五个题目中任选其一作答。
2正文格式
作业正文内容统一采用宋体，字号为小四，字数在2000字以上。
3.作业提交
学生需要以附件形式上交离线作业（附件的大小限制在10M以内），选择已完成的作业，点“上交”即可。
如下图所示。
4.截止时间
2013年9月3日。
在此之前，学生可随时提交离线作业，如需修改，可直接上传新文件，平台会自动覆盖原有文件。
5.注意事项
请同学独立完成作业，不准抄袭其他人或者请人代做，如有雷同作业，成
绩以零分计！
题目五：
十字路口交通灯控制设计
起动后，南北红灯亮并维持30s。
在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，东西绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，东西黄灯亮，黄灯亮2s后，东西红灯亮，与此同时，南北红灯灭，南
北绿灯亮。
南北绿灯亮25s后闪亮，3s后熄灭，南北黄灯亮，黄灯亮2s后，南北红灯亮，东西红灯灭，东西绿灯亮。
依次循环。
十字路口交通灯控制示意图及时序图如下图所示。
设计要求：
（1）首先对可编程序控制器（PLC）的产生与发展、主要性能指标、分
类、特点、功能与应用领域等进行简要介绍；
（2）设计选用西门子S7－200系列PLC，对其I/O口进行分配，并使用
STEP7-MicroWIN编程软件设计程序梯形图（梯形图截图后放到作
业中）；
（3）总结：
需要说明的问题以及设计的心得体会。
1设计背景
1.1背景概述
随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。
马路上经常会看到这种现象
:
一旦整个路口的交通信号灯出现故障，
若没有交警的及时疏导，
该路口就会塞得一塌糊涂，
甚至造成严重的交通事故。
原交通信号控制大都采用继电器或单
片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点
越来越不能适应城市道路交通高速
发展的要求。
另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，
比如增加转弯或
人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。
为了弥补原交通信号灯系统存在的以上
缺点，我们引入了基于
PLC控制的交通信号灯控制系统。
本文对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件
PLC做了软件与硬件的设计，
能基本达到控制要求。
系统仅实现了小型
PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还
需要进一步的分析、研究和调试工作。
如果进一步结合工业控制的要求，
形成一个较为成型
的产品，则需要作更多、更深入的研究。
1.2可编程逻辑控制器简介
可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController,简称
PLC）
根据国际电工委员会
（IEC）在
1987年的可编程控制器国际标准第三稿中，对其作了如下定义：
“可编程控制器是一种数字
运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关外部设备，
都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”可编程控制器作
为目前工业自动化的重要基础设备，被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”，在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。
2十字路口交通信号灯PLC控制系统简介
2.1控制对象及要求
2.1.1控制对象
本系统的控制对象有八个，分别是：
东西方向红灯（R—EW）两个；
南北方向红灯（R—SN）两个；
东西方向黄灯（Y—EW）两个；
南北方向黄灯（Y—SN）两个；
东西方向绿灯（G—EW）两个；
南北方向绿灯（G—SN）两个；
东西方向左转弯绿灯（L—EW）两个；
南北方向左转弯绿灯（L—SN）两个。
2.1.2控制要求
1、系统工作受开关控制，起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作；
2、交通信号灯按高峰时段、正常时段及晚上时段进行控制，这三个时段的的时序分配如图
1所示；
3、在高峰时段，交通信号灯按图2所示时序控制；
4、在正常时段，交通信号灯按图3所示时序控制；
5、晚上时段按提示警告方式运行，规律为：
东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全
部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的规律反复循环。
2.2系统简介
本系统是一个十字路口交通灯的PLC控制系统，利用西门子公司的S7-200可编程逻辑控制
器对十字路口的交通灯进行控制。
本系统具有一定的智能性，即它可以对交通灯按高峰期、正常期及晚间几个时段进行分段控制。
高峰期的控制方案为：
（1）南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮35秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮25秒，南北方向红灯继续亮；
（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第
（1）步依次循环。
正常期的控制方案为：
（1）南北方向左转弯灯和南北南北方向红灯同时亮10秒，同时东西方向红灯亮；
（2）南北方向绿灯亮30秒，东西方向红灯继续亮；
（3）南北方向黄灯闪烁5秒；东西方向红灯继续亮；
（4）东西方向左转弯绿灯和南北方向红灯同时亮10秒，东西方向红灯继续亮；
（5）东西方向绿灯亮30秒，南北方向红灯继续亮；
（6）东西方向黄灯闪烁5秒，南北方向红灯继续亮，然后跳至第
（1）步依次循环。
晚间的控制方案为：
东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.4秒，暗0.6秒的
规律反复循环。
2.3硬件选型
城市道路交通信号控制是典型的开关量顺序控制，采用
PLC能充分利用它的优点。
在这里
我们采用德国西门子公司的
S7-200可编程控制器，它是积木式结构，安装比较方便，中央
处理单元和信号模板有多种类型，另外还具有如位控单元、
PD调节等特殊功能模块。
根据
本系统输入点数及控制要求，中央处理单元可选用
CPU224，该CPU板上本身具有
10个数
字量输入点，6个非隔离数字量输出点，最多能够带
8个数字量信号模板。
电源模块将交流电源转换成供
CPU，存储器等所有扩展模块使用的直流电源，是整个
PLC
系统的能源供给中心，它的好坏直接影响到
PLC的稳定性和可靠。
S7-200属于小型PLC，
电源模块与CPU模块封装在一起，通过连接总线为本机和扩展模块提供
+5V（DC）电源。
同时，还可通过端子向外输出一个
+24V（DC）电源，供本机输入点和扩展模块继电器线圈
使用。
需注意的是，从资料中我们了解到，外部电源不可与
S7-200的传感器电源并联使用。
否则，交会导致两个电源的竟争而影响它们各自的输出，
缩短其使用寿命，使得一个或两个
电源同时失效，使PLC系统产生不正确的操作。
正确的使用方法是
S7-200的传感器电源和
外部电源应该在不同的点上提供电源，而两者之间只能有一个会共连接点。
由于根据控制要求所确定的输入输出点分别人二个和九个，
由于我们是以一个路口信号单独
控制为例，考虑到够用为准。
所以我们选择了
CPU224这一具有较强控制功能的控制器。
另外，在硬件选型时，不要忘记完成现场测试及软件编程时所需的一些设备。
综上，得到系统硬件配置如表
1所示：
表1硬件配置表名称数量
DC24V电源1
CPU2241
PC/PPI编程电缆1
STEP7编程软件1
PC机1
3系统I/O分配
分析PLC的输入和输出信号,在满足控制要求的前提下,要尽量减少占用PLC的I/O点。
由系
统控制要求可见，由控制开关输入的启、停信号是输入信号。
由
PLC的输出信号控制各指
示灯的亮、灭。
在交通灯布置图中，南北方向的三色灯共六盏，同颜色的灯在同一时间亮、
灭；所以，可将同色灯两两并联，用一个输出信号控制。
同理，东西方向的三色灯也依次设
计。
再加上东西方向左转的三色灯共九盏，所以其占
9个输出点。
由此可得系统I/O分配如
表2所示：
表2系统I/O分配表
输入/输出
设备/器件名称
I/O
地址符号名
数据类型
输入
校正当前时钟
I0.0
SB0BOOL
程序启停按钮
I0.1SB1BOOL
输出
东西方向绿灯
Q0.0Q1
DINT
东西方向黄灯
Q0.1Q2
DINT
东西方向红灯
Q0.2Q3
DINT
南北方向绿灯
Q0.3Q4
INT
南北方向黄灯
Q0.4Q5
INT
南北方向红灯
Q0.5Q6
INT
东西方向左转弯灯
Q0.6Q7
INT
南北方向左转弯灯
Q0.7Q8
INT
4PLC端子接线图
根据I/O表及PLC的配置图很容易就可以得到PLC端子接线图4如下所示：
5软件设计
本控制系统的控制原理是：
用一路数字量的不同输入状态来判定是否对时钟进行初始化，
用
一路数字量的不同输入状态分别用作程序的启动和停止控制，
每一方向有红、黄、绿及转弯
四种信号灯，分别对应四位数字量输出，两个方向共有
8位数定量输出；在某一方向用两个
延时脉冲定时器分别控制该方向黄灯闪烁的亮、
灭时间，根据道路人车流量多少，
分别设置
各信号灯亮灭时间的长短，
通过6个定时器依次交替工作，就可实现各方向交通信号灯的顺
序工作。
本文所设计的软件由一个主程序和四个子程序
（时钟初始化子程序，晚间时段交通
灯控制子程序，正常时段交通灯控制子程序和高峰时段交通灯控制子程序）
组成。
主程序主
要任务包括：
读取两个开关状态，根据开关的不同状态做出相应的处理，当开关
SB0闭合
时则对时钟进行初始化，反之则不对时钟进行初始化；当开关
SB1闭合时，则读取时钟值，
并做处理，根据处理后的时钟值的大小判定当前时间是属于哪个时间段，
并调用相应的交通
灯控制子程序，反之，则停止程序的运行主程序流程图如图
5所示。
晚间时段的控制规律为：
两个方向的四个黄灯均按亮
0.4秒灭0.6秒的规律闪烁，其余的交通灯全灭程序中将用到两
个定时器T37
和T38，各定时器的功能如表
3所示。
正常时段的控制方案结构图如图
6所示，
程序中将用到
8个定时T37-T44，各定时器的功能如表
4所示。
高峰时段的控制方案结构图
如图7所示，程序中将用到
8个定时T37-T44，各定时器的功能如表
5所示。
该程序实现了信号由东西左转、
东西直行、南北直行依次循环变化。
其优势思路简单，
容易
理解，对时钟的校正以及各时段的起始时间和终止时间的修改方便。
如路口要求在晚上
10：
00以后实行各方向黄色信号灯闪烁功能，只需要将实时采集
PLC的时钟信号作为一个子程
序的跳转条件，再增加一段闪光程序即可。
如果需要将几个路口集中到一台
PLC控制，根
据实际需要的
I/O点数，硬件上再增加相应的数字量输出模板即可。
需要指出的是，用PLC
实现城市道路关通信号控制，最好几个路口共用一套
PLC，这样可以大大降低工程成本。
表3晚间时段各定时器一个循环中的功能明细表定时器t0t1T2
T37
定时0.4秒开始定时，黄灯亮定时到，输出ON且保持；黄灯灭开始下一次循环
的定时
T38
定时1秒开始定时继续定时定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环的定
时，黄灯亮。
表4
正常时段各定时器一个循环中的功能明细表
定时器
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
T37
定时10秒
开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。
定时到，输出
ON且保持；
南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。
ONONON
ON开始下一个循环定时
T38
定时40秒
开始定时
继续定时
定时到，输出ON且保持；南北绿灯灭，南北黄灯
闪烁，东西红灯继续亮。
ONON
ON开始下一个循环定时
T39
定时45秒
开始定时
继续定时
继续定时
定时到，输出ON且保持；南北黄灯
灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。
ONON
开始下一个循环定时
T40
定时55秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
定时到，输出ON且保
持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。
ON开始下一个循环定时
T41
定时85秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定时
定时到，
输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。
开始下一个循环定时
T42
定时90秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定
时定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯
灯、南北红灯、东西红灯亮。
表5
高峰时段各定时器一个循环中的功能明细表
定时器
t0
t1
t2
t3
t4
t5
t6
T37
定时10秒
开始定时,南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。
定时到，输出
ON且保持；
南北转弯灯灭，南北绿灯亮，东西红灯继续亮。
ONONON
ON开始下一个循环定时
T38
定时45秒
开始定时
继续定时
定时到，输出ON且保持；南北绿灯灭，南北黄灯
闪烁，东西红灯继续亮。
ONON
ON开始下一个循环定时
T39
定时50秒
开始定时
继续定时
继续定时
定时到，输出ON且保持；南北黄灯
灭，东西转弯灯、南北红灯亮，东西红灯继续亮。
ONON
开始下一个循环定时
T40
定时60秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
定时到，输出ON且保
T41
定时85秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定时
定时到，
输出ON且保持；东西绿灯灭，东西黄灯闪烁，南北红灯继续亮。
开始下一个循环定时
T42
定时90秒
开始定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定时
继续定
时定时到，输出ON，随即复位开始下一次循环定时；东西黄灯、南北红灯灭，南北转弯灯、南北红灯、东西红灯亮。
持；东西转弯、东西红灯灭，东西绿灯亮，南北红灯继续亮。
6总结
附录源程序-STL语句
ORGANIZATION_BLOCK主:
OB1
TITLE=程序注解
VAR
T:
BYTE;//时钟值缓冲区
H:
INT;//小时数存储单元
M:
INT;//分钟数存储单元
SEC:
INT;//秒钟数存储单元
Tim:
WORD;//小时数乘100加分钟数乘10加秒钟数所得结果存储单元
END_VAR
BEGIN
Network1//网络标题
//网络注解
LD
I0.0
CALL
SBR0
//开关SB0闭合,调用SBR0（INIT）对时钟进行初始化
Network2
LDN
I0.1
//起动/停止开关SB1断开,则停止程序
STOP
Network3
LD
I0.1
TODR
LB0
//起动/停止开关SB1闭合,则起动程序,读取时钟
Network4
LD
I0.1
INCB
LB0
Network5
LD
I0.1
INCB
LB0
Network6
LD
I0.1
INCB
LB0
//T加3指向小时存储单元
Network7
LD
I0.1
BTI
LB0,LW1//将小时由字节型转换为整型
Network8
LD
I0.1
MOVW
LW1,VW16
*I
+100,VW16
//将小时的数值乘以100
Network9
LD
I0.1
INCB
LB0
//将T指向分钟存储单元
Network10
LD
I0.1
BTI
LB0,LW3
//将分钟由字节型转换为整型
Network11
LD
I0.1
MOVW
LW3,VW18
*I
+10,VW18//将分钟的数值乘以
10
Network12
LD
I0.1
MOVW
VW16,VW20
+I
VW18,VW20//将小时数乘
100与分钟数乘
10相加
Network13
LD
I0.1
INCB
LB0
//将T指向秒钟存储单元
Network14
LD
I0.1
BTI
LB0,LW5
//将秒钟由字节型转换为整型
Network15
LD
I0.1
MOVW
VW14,LW7
+I
LW5,LW7
//将小时数乘100与分钟数乘10
相加所得的结果与秒钟数相
//加得Tim
Network16
LDW<=
LW7,630序
CALL
SBR1
//Tim小于630时,则调用SBR1（SUBE）子程
Network17
LDW<
LW7,
700
CALL
SBR2
//Tim大于630小于700时,则调用SBR2（SUBN）子程序
Network18
LDW<=
LW7,830
CALL
SBR3
//Tim大于700小于830时,则调用SBR3（SUBF）子程序
Network19
LDW<
LW7,
1630
CALL
SBR2
//Tim大于830小于1630时,则调用SBR2（SUBN）子程序
Network20
LDW<=
LW7,1900
CALL
SBR3
//Tim大于1630
小于1900时,则调用SBR3（SUBF）子程序
Network21
LDW<
LW7,
2100
CALL
SBR2
//Tim大于1900
小于2100时,则调用SBR2（SUBN）子程序
Network22
LDW<=
LW7,2359
CALL
SBR1
//Tim大于2100
小于2100时,则调用SBR1（SUBE）子程序
END_ORGANIZATION_BLOCK
SUBROUTINE_BLOCKINIT:
SBR0
TITLE=子例行程序注解
BEGIN
Network1//时钟初始化子程序
LDI0.1
INCBVB0
Network2
LDI0.1
INCBVB0
Network3
LDI0.1
INCBVB0
Network4
LD
I0.1
MOVB
0,VB0
//设定时钟小时数
Network5
LD
I0.1
INCB
VB0
Network6
LD
I0.1
MOVB
0,VB0
//设定时钟分钟数
Network7
LD
I0.1
INCB
VB0
Network8
LD
I0.1
MOVB
0,VB0
//设定时钟秒钟数
Network9//网络标题
//网络注解
LDI0.1
TODWVB0
END_SUBROUTINE_BLOCK
SUBROUTINE_BLOCKSUBE:
SBR1//晚间时段交通灯控制子程序
TITLE
升级会员 