【正文】 設 計題目： 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 設計要求 . 設計目的 可編程控制器是一種數(shù)字式的電子裝置，它使用可編程序的存儲器來存儲指令，并實現(xiàn)邏輯運算、順 序運算、記數(shù)和算術運算等功能。用來對各種機械或生產(chǎn)過程進行控制。 自 1969 年第一臺可控編程控制器問世以來，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應用場合最多的工業(yè)控制器 。 編程序控制器（ PLC）于 20 世紀60 年代在美國誕生，在我國的發(fā)展與應用已有 30 多年的歷史，現(xiàn)在它已經(jīng)廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個工 業(yè)生產(chǎn)領域，成為提高工業(yè)裝備電氣自動化水平的重要設備和強大支柱。因此， PLC 技術已成為電氣自動化專業(yè)技能型人才必不可少的重要技能，通過實踐，可以幫助學生加深對理論知識消化吸收，提高 PLC 編程技能。 基本要求 信號燈受一個啟動開關控制，當啟動開關接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當啟動開關斷開時，所有信號燈都熄滅。 南北紅燈亮維持 25 秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持 20 秒。到 20 秒時，東西綠燈閃亮，閃亮 3 秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2 秒 。到 2 秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮。 東西紅燈亮維持 30 秒。南北綠燈亮維持 25 秒，然后閃亮 3 秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持 2 秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復始。要求完成以下項目： 畫出 交通信號燈時序狀態(tài)示意圖 畫出交通燈的控制流程圖 完成可編程控制器 I/O 端口分配和外部接線圖 完成十字路口交通信號燈 PLC 控制梯形圖編程 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 5 發(fā)揮部分 2 設計思路 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下，結(jié)合西門子 S7200 系列可編程控制器的特性（見附錄）， 選擇適合的型號。設計思想分析如下：給一個啟動的輸入信號，要配合一個 SB1的按鈕，當 SB1 啟動按鈕動作，系統(tǒng)工作。 首先，南北方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，東西方向道路處于允許通行的狀態(tài)。 南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25S,需計時器設定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時，東西方向道路也一起亮綠燈 20S,需計時器設定延時 20 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒 /次）動作使東西綠燈閃爍，還 需要 計時器設定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮 2S,需 計時器設定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。 其次，東西方向道路處于禁止通行的狀態(tài)，南北方向道路處于允許通行的狀態(tài)。 東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮 30S,需計時器設定延時 30 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時，南北方向道路也一起亮綠燈 25S,需計時器設定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍 3S，需振蕩器或脈沖源（秒 /次）動作使南北綠燈閃爍，還要需計時器設定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮 2S,需計時器設定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。 如此循環(huán)下去。 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 6 3 設計與分析 設計框圖 設計分析 開始 南北紅燈亮，東西綠燈亮 南北紅燈亮，東西綠燈閃 南北紅燈亮，東西綠燈亮 東西紅燈亮，南 北綠燈亮 東西紅燈亮，南北綠燈閃 東西紅燈亮，南北綠燈亮 開始 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 7 圖 1 十字路口交通示意圖 這 12 個交通燈共有 6 個狀態(tài)： 南北紅燈（ 1 7）亮 東西綠燈（ 6 12）亮 南北紅燈（ 1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（ 6 12）閃 南北紅燈（ 1 7）繼續(xù)亮 東西綠燈（ 5 11）亮 東西紅燈（ 4 10）亮 南北綠燈（ 3 9）亮 東西紅燈（ 4 10）繼續(xù)亮 南北綠燈（ 3 9）閃 東西紅燈（ 1 7） 繼續(xù)亮 南北綠燈（ 2 8）亮 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 8 4 硬件部分 PLC I/O 分配 交通燈控制系統(tǒng)共有一個輸入點：啟動按鈕。輸出信號有東西方向、南北方向兩組指示燈驅(qū)動信號以及東西方向、南北方向的車輛運行指示燈驅(qū)動信號甲、乙。由于每一方向的指示燈中，同種顏色的指示燈運行情況相同，為節(jié)省輸出點數(shù)，采用并聯(lián)輸出法。由此確定，系統(tǒng)所需的輸入點數(shù)為 1，輸出點數(shù)為 8，全部為開關量。 PLC I／ O 點分配如表 一 所示。 表一 PLC I/O 口分配 輸入元件 輸入地址 輸出元件 輸出地址 啟動按鈕 南北紅燈 南北黃燈 南北綠燈 東西紅燈 東西黃燈 東西綠燈 南北車燈（乙） 東西車燈（甲） 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 9 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)系統(tǒng)對 I／ O 口量的需求，選用 s7— 200 來完成設計，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示 。 PLC 圖 2 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 檢測裝置 交通燈 計數(shù)器 CPU 定時器 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 10 PLC 的接線形式 如圖 3 所示 圖 3 PLC 接線圖 端口 為接入系統(tǒng)開關的傳送信號，端口 接起報警作用的信號燈，端口 接南北紅燈 ，端口 接東西綠燈，端口 接東西黃燈，端口 接東西黃燈， 接南北綠燈， 接南北黃燈。 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 11 5 軟件 設計 部分 控制系統(tǒng)的程序可分為兩個模塊：開始模塊和十字路口信號燈控制模塊。其中十字路口信號燈控制模塊是主模塊。時間設定由定時器 (T)完成，通過不同的定時器的交替觸發(fā)和定時來控制各個車道每個信號燈的亮滅時間。時間的設定可根據(jù)實際狀況分時設置。根據(jù)控制任務要求，運用 step7 一 micro／ win32 軟件設計交通燈系統(tǒng)的梯形圖程序， 如圖 4。 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 12 梯形圖 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 13 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 14 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 15 語句表 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 16 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 17 時序圖 圖 4 十字路口交通燈時序 基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 18 6 PLC 概述 硬件結(jié)構(gòu) PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制計算機，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，中央處 理單元(CPU) ，如下圖2 1所示 。 41 PLC 硬件結(jié)構(gòu) 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC控制中樞。它PLC系統(tǒng)程序賦予功能接收并存儲從編程器鍵入用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器狀態(tài)，并能診斷用戶程序中語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描方式接收現(xiàn)場各輸入裝置狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，命令解釋后按指令規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I /O映象區(qū)各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)傳送到相應輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 進一步提高PLC可靠性，近年來對大型PLC還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計 19 采用三CPU表決式系統(tǒng)。這樣，某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 存儲器 存放系統(tǒng)軟件存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件存儲器稱為用戶程序存儲器。 PLC常用存儲器類型 （1）RAM （Random Assess Memory） 這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （2）EPROM（Erasabl e Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除只讀存儲器。斷電情況下，存儲器內(nèi)所有內(nèi)容保持不變。紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。 （3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除只讀存儲器。使用編程器就能很容易對其所存儲內(nèi)容進行修改。 [3] PLC存儲空間分配 各種PLCCPU最大尋址空間各不相同，PLC工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： （1）系統(tǒng)程序存儲區(qū) （2）系統(tǒng)R AM存儲區(qū)（包括I/O映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等） （3）用戶程序存儲區(qū) [4] 系統(tǒng)程序存儲區(qū)：系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化EPROM中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該PLC性能。 系統(tǒng)RAM存儲區(qū)：系統(tǒng)RAM存儲區(qū)包括I/O映象區(qū)以及各類軟設備，如：邏基于 s7200 plc 的十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設計