1、塔里木大學 電器控制與PLC結課論文（西門子S7-300機型）交通信號燈控制學號 5011213316所屬學院信息工程學院專業 計算機科學與技術班 級 17-3班學生姓名 楊江塔里木大學制目錄 TOC o 1-5 h z 引言3一、PLC的產生4二、PLC的結構4 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document （一）中央處理單元 （CPU） 4 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document （二）存儲器5 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document （三）電源5 HYPERLINK l

2、 bookmark10 o Current Document （四）I/O模塊5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 三、PLC的編程6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 3.1基本指令系統特點6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2圖形式指令結構6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 3.21 “邏輯與”和“邏輯或”的嵌套表達式。 6 HYPERLINK l bookmark20 o Curre

3、nt Document 四、交通信號燈控制系統設計 7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 4.1系統工作時的要求7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 4.2狀態轉移圖8 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 4.3硬件圖9 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.4交通燈程序梯形圖9 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 五、仿真14 HYPERLINK l

4、 bookmark48 o Current Document 六、小結15引言城市交通信號控制是通過對交通流量的調節以達到改善人 和貨物的安全運輸，提高運營效率。交通系統是一個具有隨機性、 模糊性和不確定性的復雜系統， 建立數學模型非常困難，有時甚 至無法用現有的數學方法加以描述。目前大多采用的是自適應信號控制，它需要數學建模，且不考慮交通延誤、停車次數等。根據前后相流量來決定信號燈配時的模糊控制系統的理論 研究成果，用PLC實現單個十字路口交通信號燈模糊控制的方 法，以單個十字路口 4相位交通燈為例，把 PLC作為一個模糊 控制器，采用梯形圖編程。通過實驗保證了系統運行穩定可靠， 能根據不同

5、的交通流量進行模糊控制決策，優化信號燈的配時， 從而可以有效的解決交通流量不均衡、不穩定帶來的問題。關鍵字：可編程 PLC 交通智能控制PLC的產生PLC是可編程序控制器的簡稱，它是一種數字運算電子系統，是以微處理器 為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業 控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用于工業過程 的自動控制中。PLC是在繼電器控制和計算機技術的基礎上開發出來的， 并逐漸發展成以微 處理器為核心，集計算機技術、自動控制技術及通訊技術于一體的一種新型工業 控制裝置。1、PLC的結構PLC實質是一種專用于工業控制的計算機，其硬件結構基本

6、上與微型計算機相同:（一）中央處理單元（CPU）中央處理單元（CPU）是PLC的控制中樞。它按照 PLC系統程序賦予的功能接收并存儲 從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 I/O映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過 命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入I/O映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將I/O映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步

7、提高 PLC的可靠性近年來對大型 PLC還采用雙CPU構成冗余系統或采用 三CPU的表決式系統，這樣即使某個 CPU出現故障整個系統仍能正常運行。CPU是PLC的核心，起神經中樞的作用，每套PLC至少有一個 CPU，它按PLC的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。 進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規CPU主要由運算器、控制器、CPU單元還包括外圍芯片、總定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 寄存器及實現它們之間

8、聯系的數據、控制及狀態總線構成,線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是PLC不可缺少的組成單元。（二）存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC常用的存儲器類型（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 （Erasable Programmable Read Only Memory），這是一種可擦除的只讀存 儲器，在斷電情況下存儲器內的所有內容保持不變。（3）EEPROM（Electrical Erasable Programmab

9、le Read Only Memory），這是一種電可擦 除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。（三）電源PLC的電源在整個系統中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系 統是無法正常工作的，因此PLC的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%（+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網上去（四）I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了 PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電 信號變換成數字信號進入PLC系統，輸出模塊

10、相反。I/O分為開關量輸入（DI），開關量輸出（DO）,模擬量輸入（AI ），模擬量輸出（AO）等模塊。三、PLC的編程3.1基本指令系統特點PLC的編程語言與一般計算機語言相比，具有明顯的特點，它既不同于高級語言，也不同與一般的匯編語言，既要滿足易于編寫，又要滿足易于調試的要求。3.2圖形式指令結構程序由圖形方式表達，指令由不同的圖形符號組成，易于理解和記憶。系統 的軟件開發者已把工業控制中所需的獨立運算功能編制成象征性圖形， 用戶根據 自己的需要把這些圖形進行組合，并填入適當的參數。3.21 “邏輯與”和“邏輯或”的嵌套表達式當控制邏輯是串聯和并聯的復雜組合時，CPU的掃描順序是先“與”后

11、“或” 先串聯后并聯的特點是觸點組先串聯，再將整個觸點組和其他觸點組并聯。10.010. 1MO. 1Q4.0Q4+010. 2H I先并聯后串聯的特點與先串聯后并聯的次序正好相反。10.010. 1mo. 1Q4*0Q4 010*22.加法運算指令四、交通信號燈控制系統設計城市交通道路十字路口是靠交通信號指揮燈來維持交通秩序， 在每個方向上 都有紅、黃、綠三種指揮燈，信號燈受一個啟動開關控制。當按下一個啟動按鈕， 信號系統開始工作，直到按下停止開關，系統停止工作。某城市路口交通信號圖4.1系統工作時的要求1、南北方向綠燈和東西方向綠燈不能同時亮，如果同時亮就立即關閉系統和發 出警報信號。南北

12、紅燈維持25s，同時都東西綠燈也亮，持續 20s，到20s時，東西綠燈 開始亮，亮3s后滅。然后東西黃燈亮維持2s后滅，東西紅燈亮，與此同時，南北紅燈滅，綠燈亮。東西紅燈亮30s，同時南北綠燈亮25s，閃亮3s滅，接著南北黃燈維持2s滅, 同時南北紅燈亮，東西綠燈也亮。兩個方向的信號燈，按上面要求周而復始的工作。信號燈控制要求表余西方問信號綠燈亮綠燈閃爍黃燈亮紅燈亮時間25秒3秒（三次）2秋30秒南北方向信號紅燈亮綠燈亮綠燈閃爍螢燈亮吋間50秒25秒3 （三次）2秒數據來源：根攜實驗室實驗要求喝制4.2狀態轉移圖111W1r1Fi南翎閃Ir裔圜T亮4.3硬件圖機架：S300P IM CfMi臨

13、5MU1K W(11 莊的丫柵可 J1D2JH SLftm EdCbest ft.C gw C|ftars WYfcw 準* 乾丙匪色Era歌*?戶Id咋EMIPS血兔hzI 円J和忖甘啊旳：P朋.MW尼wJJ34DI1&W1&2肌如里弓Difi曲i地grv間弘SJMA/fiO2At7rt站| MDdijfeObdnnJfhHFimwwMRttJdivti；aCmmH1占刃弘粧畀緲1EM4UU)23J CPU J15F 3PMJPPGE$7?15p2F414aAADlVJ12AT-W7*| WJ0j 3jue-d Tw*54礙対3&1凱曲W0a .1a i51 囂Daae:心血蟲sE5 7 S

14、lEniWfl446fl Kr2 29H?&J10iV4.4交通燈程序梯形圖O9SES3MI： ntie；菽西紅燈控制：相當亍匠爍電眛 通玄電卜斷25枚 丁h T2*別控制輸出如口的齢笳和通路 TOC o 1-5 h z 10.0T2T1 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document H IM so)_IS5TJT25S etOElf 2 : Title:CQent:T1T2審北紅燈的控制；相當于閃爍耳只農加皮向單元即可，T*分剔控制QL.Q的iAKWK札5秋斷31建甲的方袪和韋西紅燈一舞的構莎圖.T3 _|S5TI25S10,0T4H I14Retro-

15、rk 4 : Title: jConmcnt;T4S5Tf3QST3QI, 0HntTcrk b : Tit：10.0T6uT5SD)|S5T*S3Sletvrk 6: Title:T5T6SDJ|S5TJZSQl.loIVetvork 7 :棲黃燈控制：由兩部觥就第一部吩是常滅益秒，龍二部分是常亮2秒 當19北虹燈見 映10為上升沿臥則將23*熾T1D定時器QLOK0JEH曲0IKOUT4 Ip S5T#23S-Irttork 8 : Title:10.0Q1.0T?何I冊3EHSSSISI Title：|常亮龍時掘TT宦時完畢時席亮宦lT時虹低T7TSI血IS5T42SNetvork 10

16、 : Title;T!時導逋即開始電踣時斬的 舷2馳啟揍通” rna*兩祀后才接11”則兩松后Ta#闍 幔占打第即燈懊貳MrtTork 11 : Title：市肓汴燈控制：蟲眄部？心第一部分是當亮秒策二部分是的3秒當礴：!匕紅燈亮，卬5、0均上升幣時，則將2誨給口0定時器MOVEEHENOIflOUTN1. 0W S5H20S -KK7Metvorfr 12 : Title:10.0Q1.0T9H I1 I辺一INffTHetvofk 13 : Title：19noI I丸 IS5T#3Sflet*0Tk 14 : Title;晅測看出當匕虹燈薨的時快眾酬也開林 T10定吋序工作就詬之齬斷不一

17、至 痔由TU初血SfflMIP為芮爍電賂110.的是PLC內部的Itttlfc沖.轉CFIPP的CloceMorytT開井設宜英地址為1110而II16 5構豈于秒穌產“T9T10M10.5I IM1-QC.2T9/卜Network IS : Title:Q0. 0胡匕綠燈控制：與相録燈完全桶仙只基時間的設査不同和控制佶等改為東西的紅燈即 可MOVEillENOINOUT畑0存S5T#25S-fle twoxlc 16 : Title:Coument:Til4 S 1MllHe tvoxk 17 : Title:C&wnent ：TilT1Z何_I35Tr 3S etvork 18 : Ti

18、H r ：Connent:TilT12H10.5W14QI* 2TH1/b五、仿真畫 STPLCSIMI常規檢查。在通電之前要耐心細致地作一系列的常規檢查 (包括接線檢查、絕 緣檢查、接地電阻檢查、保險檢查等)，避免損壞PLC塊(用STEP7的診斷程序對 所有模塊進行檢查)系統調試。系統調試可按離線調試與在線調試兩階段進行。 其中離線調試主要是對程序的編制工作進行檢查和調試，采用STEP?能對用戶編制程序進行自動診斷處理，用戶也可通過各種邏輯關系判斷編制程序的正誤。而在線調試是一個綜合調試過程，包括程序本身、外圍線路、外 圍設備以及所控設備等的調試。在線調試過程中，系統在監控狀態下運行，可隨 時發現問題、隨時解決問題，從而使系統逐步完善。因此，一般系統所存在的問題基本上可在此過程中得到解決。在線調試設備開停時，必須先調試空開關的運行情況；如果設備設有運行監 視開關，則可把監視開關強制為正式運行時，撤銷強制)0調試單臺設備時可針對性地建立該設備的變量表，對該設備及其與該設備相關 的變量進行實時監視。這樣既可判斷邏輯操作是否正確，對模擬量的變化也可一 目了然。比如調試電動執行器時，可建立一變量表，對執行