西安交通大学网络教育学院论文

论文题目：基于S7-200 PLC 交通信号灯控制系统的设计 学科（专业）：电力系统及其自动化专升本 申请人： 梁国玺 指导教师： 张金莲

摘要

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。

可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯控制系统的要求与特点，能够方便地联网通信。

本文选择西门子可编程控制器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。

关键词 PLC；交通控制；自动化

I

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Abstract

Since the birth of traffic lights, its internal control system have continually been improved. Also began to design methods varied, so that traffic lights become more intelligent.

The PLC with microprocessor as the core, widely adopt ladder diagram language base on the relay contactor control system electrical schematic in programming, so that they are easy to program , to expand the functions and to amend, they have simple structure and strong anti-interference ability .Siemens PLC rich instruction, can take a variety of exports、imports expanded, the analog input devices and communications equipment is more in line with the traffic light control system with the characteristics, to facilitate networking and communications.

This paper chooses Siemens PLC S7-200 as the main components, focus on the hardware interface design , make use of the ladder diagram and the sentence form to carry out a programming , the realization of the traffic lights at the crossroads automation control system.

Keywords: PLC traffic control Automation

II

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目录

摘要 .................................................................................................................................................. I Abstract .......................................................................................................................................... II 第1章 绪论 ................................................................................................................................... 1

1.1课题背景 ....................................................................... 1 1.2研究目的和意义 ................................................................. 1 1.3本文的主要工作 ................................................................. 2

第2章 可编程程序控制器（PLC） ............................................................................................ 3

2.1 PLC概述 ....................................................................... 3

2.1.1 PLC的发展历程 .......................................................................................................................... 3 2.1.2 PLC的发展趋势 .......................................................................................................................... 4 2.1.3 PLC的应用 .................................................................................................................................. 5 2.2 PLC的硬件结构 ................................................................ 6 2.3 PLC的工作原理 ................................................................ 7 2.4本章小结 ....................................................................... 8

第3章 系统设计 ........................................................................................................................... 9

3.1控制要求 ....................................................................... 9 3.2系统设计方案分析 ............................................................... 9 3.3硬件设计 ...................................................................... 13

3.3.1 PLC的选型 ............................................................................................................................. 13 3.3.2 PLC的地址分配 ..................................................................................................................... 13 3.3.3 PLC的接线形式 ..................................................................................................................... 14 3.4 系统程序设计 ................................................................. 15

3.4.1系统的梯形图 ........................................................................................................................... 15 3.4.2语句表 ....................................................................................................................................... 19 3.4.3系统程序分析 ........................................................................................................................... 20 3.5 本章小结 ..................................................................... 21

第4章 系统检测与调试 ............................................................................................................. 22

4.1检测与调试 .................................................................... 22 4.2本章小结 ...................................................................... 22

结论 ............................................................................................................................................... 23 致谢 ............................................................................................................................................... 24 参考文献 ....................................................................................................................................... 25 附录１ S7-200PLC的CPU的I/O规范 .................................................................................... 26 附录２ S7-200PLC的CPU的输入规范 ................................................................................... 27 附录３ S7-200PLC的CPU的输出规范 ................................................................................... 28

II

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第1章 绪论

1.1课题背景

1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。 1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定。绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行，左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。

1.2研究目的和意义

在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。

传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用

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