人行道按钮控制信号灯

⼈⾏道按钮控制信号灯
摘要
可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型⼯业控制装置。

在1987 年国际电⼯委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC做了如下定义：“PLC 是⼀种专门为在⼯业环境下应⽤⽽设计的数字运算操作的电⼦装置。

它采⽤可以编制程序的存储器，⽤来在其内部存储执⾏逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输⼊和输出，控制各种类型的机械或⽣产过程。

PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与⼯业控制系统形成⼀个整体，易于扩展其功能的原则⽽设计。

PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、⾃动控制技术和通讯技术发展⽽来的⼀种新型⼯业控制装置。

它具有结构简单、编程⽅便、可靠性⾼等优点,已⼴泛⽤于⼯业过程和位置的⾃动控制中。

据统计,可编程控制器是⼯业⾃动化装置中应⽤最多的⼀种设备。

专家认为,可编程控制器将成为今后⼯业控制的主要⼿段和重要的基础设备之⼀,PLC、机器⼈、CAD/CAM将成为⼯业⽣产的三⼤⽀柱。

由于PLC具有对使⽤环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源⼗分丰富,可对⽬前普遍使⽤的“渐进式”信号灯进⾏精确控制,特别对多岔路⼝的控制可⽅便地实现。

因此现在越来越多地将PLC应⽤于交通灯系统中。

同时,PLC本⾝还具有通讯联⽹功能,将同⼀条道路上的信号灯组成⼀局域⽹进⾏统⼀调度管理,可缩短车辆通⾏等候时间,实现科学化管理.
关键词：交通灯 PLC 程序设计
⽬录
前⾔ (3)
第⼀章设计任务与要求 (3)
1.1 概述 (3)
1.2设计任务 (3)
1.3 设计要求 (4)
第⼆章⽅案设计 (4)
第三章器件选择 (5)
3.1 CPU选择 (5)
3.2 定时器选择 (5)
3.3 闪烁电路 (6)
3.4 电源处理 (6)
第四章程序流程图 (7)
第五章 I/O地址分配 (7)
第六章 PLC硬件电路接线图 (8)
第七章程序梯形图 (9)
第⼋章器件清单及实验设备 (9)
第九章调试过程 (9)
第⼗章设计总结 (10)
附录控制程序梯形图
前⾔
公路交通要防⽌交通事故的发⽣，特别是保证⾏⼈的安全。

在⾏⼈过马路是必要的交通灯指⽰是很有必要的，这样安全可靠，在出现交通事故时还可以进⾏事故鉴定。

本设计着重于设计⼈⾏道按钮交通灯控制，在⼀条公路与⼈⾏横道之间的信号灯顺序控制，没有⼈横穿公路时，公路绿灯与⼈⾏道红灯始终都是亮的，当有⼈需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设），相应的指⽰灯亮，指⽰车辆和⾏⼈安全⾏驶，杜绝交通事故的发⽣，保证⾏⼈的安全。

控制使⽤S7-200系列的PLC指令丰富，⼀般分基本指令和功能指令。

SIMATIC指令有梯形图LAD、语句表STL、功能图3种编程语⾔。

⽽梯形图LAD和语句表STL是PLC最基本的编程语⾔。

梯形图是在继电器控制系统的基础上发展起来的，其符号和规则充分体现了电⽓⼯作⼈员的思维和习惯，简洁直观。

语句表是最基本的编程语⾔。

功能指令实质上是⼀些功能不同的⼦程序，其开发和应⽤是PLC应⽤系统不可缺
少的。

因PLC编程形式不同，本设计将采⽤西门⼦S7-200系列的PLC来设计⼈⾏道按钮控制信号灯。

第⼀章设计任务与要求
1.1 概述
公路与⼈⾏横道之间的信号灯顺序控制，没有⼈横穿公路时，公路绿灯与⼈⾏道红灯始终都是亮的，当有⼈需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s⼈⾏道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后⼜闪烁4s。

5s后红灯⼜亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作⽤的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与⼈⾏道红灯同时亮时再按按钮才起作⽤。

⼈⾏横道简单交通灯时序图，见图1.1.1。

⼈⾏横道简单交通灯⽰意图，见图1.1.2.
图1.1.1 ⼈⾏横道简单交通灯时序图图 1.1.2 ⼈⾏横道简单交通灯⽰意图1.2 设计任务
利⽤S7-200PLC设计⼈⾏道按钮控制信号灯，控制过程如下：
1、设计⼀个⼗字路⼝的交通灯控制电路，要求⽆⼈横穿公路时，公路绿灯
与⼈⾏道红灯始终都是亮的。

2、当有⼈需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公
路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮。

3、过5s⼈⾏道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后⼜闪烁4s。

4、4s后红灯⼜亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮。

5、在这个过程中按路边的按钮是不起作⽤的，只有当整个过程结束后也就是
公路绿灯与⼈⾏道红灯同时亮时再按按钮才起作⽤。

6、控制时序图见图1.2.1.
图1.2.1 考虑公路交通灯的时序图
1.3 设计要求
1、熟悉题⽬，收集资料，充分了解课题要求明确⽬的，为设计⼯作做准备。

2、总体设计，正确选设计⽅案，完成设计要求，硬件设计和软件设计
3、画出ＰＬＣ硬件接线图，梯形图和语句表并作简要说明。

4、写出系统调试结果并整理设计⽅案。

第⼆章⽅案设计
由于设计要求及任务中灯亮有时间限制，故采⽤定时器进⾏时间控制，闪烁可⽤闪烁电路来完成，在程序中使⽤顺序控制继电器MXX(0.0~31.7)来控制灯的亮灭，利⽤⾃锁、互锁来实现顺序控制。

设计成触发机制，不按按钮⼈⾏道交通灯红灯⼀直亮，当有⼈需要过马路时按马路设有的按钮（两侧均设）SB1或SB2,15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s⼈⾏道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s后⼜闪烁4s。

5s后红灯⼜亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，在这个过程中按路边的按钮是不起作⽤的，只有当整个过程结束后也就是公路绿灯与⼈⾏道红灯同时亮时再按按钮才起作⽤。

第三章器件控制
3.1 CPU选择
由于路左有⼀个按钮，路右有⼀个按钮，故有两个输⼊点。

CPU要控制公路红灯、黄灯、绿灯，及⼈⾏道红灯，绿灯，故有五个输出点，参看⼯具书知CPU 222为8输⼊/6输出，满⾜要求故选⽤CPU 222.
3.1.1 CPU 222介绍
CPU 222集成有8路输⼊6路输出，共计14点I/O，可⽤连接两个扩展模块，最⼤扩展⾄78路数字量I/O或10路模拟量I/O点，因此是更⼴泛的全功能控制器。

CPU外形图，见图3.1.1。

图3.1.1 CPU外形及结构图
3.2 定时器选择
本设计采⽤通电延时定时器TON ，⼯作原理：使能端（IN ）输⼊有效时，定时器开始计时，当前值从0开始递增，⼤于或⼩于预置值（PV ）时，定时器输出状态位置1（输出触点有效），当前值的最⼤值为32767，使能端⽆效（断开）时，定时器复位（当前值清0，输出状态位置0）。

设计中使⽤了T37,T38,T39,T40,T41。

定时器指令表及功能，定时器指令格式，见图3.2.1 。

IN TON PT
IN TONR PT IN TOF PT TXXX TXXX TXXX
通电延时记忆通电延时
断电延时
图3.2.1 定时器指令格式梯形图指令符号中IN 为使能输⼊端，编程范围T0~T255;PT 是预置输⼊端，最⼤与设置是32767，PT 数据类型：INT 。

3.3 闪烁电路
闪烁电路也称为振荡电路，闪烁实际是⼀个时钟电路，它可以是等间隔
的通断，也可以是不等间隔的通断。

本设计采⽤的是等间隔的通断，按下启动按钮I0.0，定时器T40开始计时，0.5秒后T40常开触点闭合，绿灯亮，此时定时器T41开始计时，计时0.5秒后，T41常闭触点断开，绿灯灭，完成0.5秒亮0.5秒灭的循环功能，再⽤⼀个计数器来计数5次可完成5次闪烁电路。

闪烁电路时序图见图
3.3.1和闪烁电路梯形图程序图见图3.3.2，如下：
I0.0
0.5s 0.5s Q0.0
图3.3.1 闪烁电路时序图
图3.3.2 闪烁电路梯形图程序 3.4 电源处理
电源是⼲扰进⼊可编程控制器的主要途径之⼀，电源⼲扰主要是通过供电线路的阻抗耦合产⽣的，各种⼤功率⽤电器设备是最主要的⼲扰源。

在对交通灯控制的场合，要求要有很⾼的可靠性，故在可编程序控制器的交流电源输⼊端加接带屏蔽层的隔离变压器和低通滤波器（见图3.4.1），隔离变压器可以抑制从电源窜⼊的外来⼲扰，提⾼抗⾼频共模⼲扰能⼒，屏蔽层可靠接地。

如果有条件可以选⽤直流电源（蓄电池）给PLC 供电，可以显著减少来⾃交流电源的⼲扰。

由于蓄电池寿命低和频繁更换⽐较⿇烦，故选⽤交流220V 供电。

L2L2L3
L4
C3
C1C2AC220V
U RV
图3.4.1 低通滤波器与隔离开关第四章程序流程图
根据控制要求及设计分析画出程序流程图见图4.1.1。

按钮启动
公路绿灯再亮15s
公路黄灯开始亮
10s
公路红灯亮，5s 后
⼈⾏道绿灯亮
⼈⾏道绿灯亮，
10s 后闪烁
⼈⾏道绿灯闪烁
4.5s
是否有按键按下？
⼈⾏道红灯亮5s
⼈⾏道红灯和公路
绿灯⼀直亮否
是
图 4.1.1 程序流程图
第五章 I/O 地址分配
根据控制要求及设计分析画出I/O 地址分配图见图5.1.1。

输⼊
符号输出符号 I0.0
路左按钮 Q0.0 公路绿灯 I0.1
路右按钮 Q0.1 公路黄灯
Q0.2 公路红灯
Q0.3 ⼈⾏道红灯 Q0.4 ⼈⾏道绿灯
图5.1.1 I/O 地址分配表
第六章 PLC 硬件电路接线图
根据控制要求及设计分析和画出的I/O 地址分配表，连接硬件电路接线图。

见图6.1.1.。

220AC
公红公黄公红⼈红⼈绿
M L+ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5| M L+ DC
Cpu222 8输⼊/6输出
1M0.0 0.1 0.2 0.3 2M 0.4 0.5 0.6 0.7M L+
SB1SB2
24V
图 6.1.1 交通信号灯控制接线图
第七章程序梯形图
见附录。

第⼋章器件清单与实验设备
计算机⼀台、S7--200系列的PLC⼀台
PC/PPI电缆⼀根、实训演⽰板⼀块
第九章调试过程
电路接通后，红灯⼀直亮，当按下I0.0或I0.1按钮，15s后公路绿灯灭黄灯亮再过10s黄灯灭红灯亮，然后过5s⼈⾏道红灯灭绿灯亮，绿灯亮10s 后⼜闪烁4s。

5s后红灯⼜亮了再过5s公路红灯灭绿灯亮，通过调试，可知调试结果完全符合实训要求，关闭电源，拆除线路，整理实训器材，放回原处，完成实训。

9.1 、硬件调试：检查外接线接线头是否良好，检查完毕把PLC连上电源线并⽤
PC/PPI电缆接和电脑相连。

接通电源，检查可编程逻辑控制器是否能正常⼯作，观察PLC是否有报警等现象，并设置正确的PG/PC接⼝参数。

9.2、软件调试：编写⼩程序验证PLC基本功能是否正常。

若正常将编好的程
序下载到PLC中以便进⾏下⼀步的调试。

9.3 、运⾏调试：在硬件调试和软件调试的基础上，打开可编程逻辑控制器“RUN”
开关，开始调试，并点击V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件的图标（程序状态监控），观察运⾏情况。

9.4 、结果：经过反复的调试修改⼈⾏道信号灯控制按钮控制的PLC控制系统
设计符合要求。

第⼗章设计总结
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是⼼⾥⽼想着这样的接法可以⾏得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上⾯的时间⽤去很多。

我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运⽤各个元件的功能，⽽且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使⽤有了更多的认识。

经过两个多⽉的设计⾥，过程曲折可谓⼀语难尽。

在此期间我们也失落过，也曾⼀度热情⾼涨。

从开始时的满富激情到后来汗⽔背后的复杂⼼情，点点滴滴⽆不令我回味⽆长。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从⽽提⾼⾃⼰的实际动⼿能⼒和独⽴思考的能⼒。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第⼀次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了⾃⼰的不⾜之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。