基于PLC设计交通灯控制

目录

1、绪论 (3)

1.1 交通灯发展现状 (3)

2、系统硬件设计 (4)

2.1 系统的组成框图 (4)

2.2 交通灯的控制过程 (4)

2.3 PLC的选型 (5)

2.4 通信系统 (9)

3、系统软件设计 (11)

3.1系统控制过程 (11)

3.2流程图 (11)

3.3交通灯工作时序图 (13)

3.4梯形图 (14)

致谢 (21)

参考文献 (21)

基于PLC交通灯的控制

摘要：目前，我国许多大中城市的交通压力都非常大。部分交通路口的信号灯工作时间不合理，交通违章或肇事记录不确切。所以，改善与提高现有的交通系统的工作效率，加强交通路口的信号灯控制和安全状况的监控是非常重要的。

本设计主要设计利用PLC来实现十字路口交通灯的控制与监控。通过交通中心的主机根据具体城市各路口的需要控制各个十字路口的PLC，从而控制十字路口交通灯的变化，以及对各个路口的安全状况进行监控，监控机动车是否违章、是否肇事，并把记录的结果存储、上传和处理。

本设计的上位机采用PC机，通过安装在十字路口的监控设备以及移动电子监控设备，对各个十字路口的安全状况进行监控。下位机采用德国西门子的S7-200系列的CPU226做主机，配以扩展模块EM222。设计中采用S7-200编程软件STEP 7 - Micro/WIN3.2进行编程。采用顺序功能图与梯形图相结合的方法设计程序。实现对城市十字路口的合理控制与监控。关键词：PLC控制系统；梯形图；交通灯

1、绪论

1.1 交通灯发展现状

随着社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，而道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。

交通十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。靠什么来实现这井然秩序呢？靠的是交通信号灯的自动指挥系统。那么控制系统是如何实现红、绿、黄三种颜色信号灯有条不紊工作的呢？交通信号灯控制方式很多，可以用电子电路来实现，也可以用单片机编程控制来实现。

交通灯的控制问题是个老难题，近年来，随着车辆社会拥有量的增加，这难题日显突出，特别是在上下班的高峰期。有很多学者多年来一直探讨舒缓这个难题(谈不上解决)的方法。其中包括近来提出的在车道（红绿灯前）安装车流量传感器，统计车流量再控制绿灯的放行时间；设定定时器在上、下班高峰期增加绿灯的放行时间以及对各个路口违章、肇事的监控与记录等等问题。所以，出于这些问题本文采用合理的方案设计对十字路口交通灯进行控制以及对路口的安全状况的监控。

2、系统硬件设计

2.1 系统的组成框图

控制系统结构图如图3.1所示

图3.1 交通灯控制系统

2.2 交通灯的控制过程

信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。

交通灯示意图如图3.2所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为三个方向红、黄、绿三种颜色。

图3.2 交通灯示意图

2.3 PLC的选型

根据设计要求，本设计共需要I/O点数为4输入/22输出。具体需要的输入输出点数如表3.1和表3.2所示。

表3.1 输入点数分配

序号输入信号名称电气符号

1 启动按钮SB1

2 停止按钮SB2

3 急车强通按钮1 SB3

4 急车强通按钮2 SB4

表3.2 输出点数分配

序号输出信号名称电气符号

1 南北左转绿HL2

2 南北左转黄HL11

根据表3.1和表3.2可以确定PLC以及扩展模块的选型。

对于这种中小型自动控制中，应用德国西门子公司生产的S7-200系列PLC 无疑是十分明智的选择。在主机模块中，常用的主机有CPU222，CPU224，CPU226三种。

方案一：若选择CPU222作为主机，由于CPU222有8输入/6输出，与此设计的4输入/22输出相差16点数字量输出。还需要扩展16点数字量输出。

方案二：若选择CPU224作为主机，仍然缺少8点数字量输出，和前者相比，CPU224的存储容量增大了一倍，它可以有7个扩展模块，并且有内置时钟，有更强的模拟量和高速计数处理能力。是使用的相对较多的S7-200产品。

方案三：如果选用CPU226作为主机，CPU226主机为24输入/16输出，与4输入/22输出较为接近，只需扩展一片8点数字量输出的扩展模块即可。和CPU224相比，CPU226增加了通讯口的数量，使得它的通信能力大大增强，可以用于点数较多，要求较高的小型或者中型控制系统。

经过价格、性能、扩展模块的数量的比较，以及设计的要求等多方面的考虑，选择CPU224作为主机是最合理的。

如图3.3所示为CPU224的端子连接图。

图3.3 CPU224端子连接图

PLC主机与扩展模块以及交通灯的硬件连接图

图3.6 CPU224接线图

2.4通信系统

西门子S7-200 PLC的通信功能较强，自由端口模式是计算机或其它带有串行通信接口的设备与S7-200 CPU之间通信的一种廉价和灵活的方法。它以用户定义的通信协议为基础，通过使用相关的中断指令和专用的通信指令控制S7-200 CPU通信口的操作模式，实现与多种智能设备的连接。利用PLC的通信功能，PLC与上位机之间的数据交换。PLC采集的数据及PLC的状态可传送给上位机，也可以接受上位机的指令进行重新组态，修改控制参数及直接控制现场执行设备。

在S7-200系统中，PPI、MPI、PROFIBUS-DP协议都可以在RS-485网络上通信。RS-485是S7-200最常用的电气通信基础。CPU通信口的最高速率为187.5K 波特，保证的通信距离为50m。要获得更长的通信距离，需要增加RS-485中继器；在一个总线型网络上最多加9个中继器，但通信距离不能超过9600m。

PC机的标准串口为RS232。S7 - 200系列CPU226提供2个串口，其中一个端口(PORT1)作为DP口，另一个端口(PORT 0)为自由口，自由口为标准RS-485口.西门子公司提供的PC/PPI电缆带有RS232/RS485电平转换器，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和PC机互联，如图3.9所示。

图3.9 PLC—PC连接图

在上述通信方式下，由于只有用了二根线进行数据传送，所以无法实现硬件握手信号。因此，PLC和PC的通信必须协调进行，在本系统中考虑到PLC长期连续工作在采集信号、控制状态下，而PC机仅作为监控，所以PC机与PLC之间的通信采用主从方式，PC机始终处于主导地位。数据的传送都由PC机定时发出命令，该命令也作为握手信号。PLC一旦收到命令，在对命令进行确认无误后，返回该命令作为应答。然后根据命令组织数据并存入指定的数据缓冲区，上传给PC机；或准备接受PC机下传的给定压力，存入指定存储区。为了验证数据的正确性，把所有发送的数据作累加，并把结果与发送过来的累加和进行比较，若相等则发送成功；反之则放弃这批数据，并发出错误信息给对方，要求对方重发，以确保修改后的压力值实时传给下位机。