基于PLC S7-200交通信号灯的控制系统设计 - 图文

编号 2014180329 研究类型

应用研究 分类号 TP29

学士学位论文（设计）

Bachelor’s Thesis

论文题目

基于PLC S7-200交通信号灯的控制系统设计

作者姓名 学

号

曾繁荣 2010118020329 机电与控制工程学院

自动化 高红亮 讲师 2014年5月11日

所在院系 学科专业名称 导师及职称 论文答辩时间

学士学位论文（设计）诚信承诺书

中文题目：基于PLC S7-200交通信号灯的控制系统设计 外文题目：Design of traffic lights control system based on PLC S7-200 学生姓名 院系专业 曾繁荣 机电与控制工程学院 学生学号 学生班级 学 生 承 诺 2010118020329 1003班 我承诺在学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，本人学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的情况。如有违规行为，我愿承担一切责任，接受学校的处理。

学生（签名）： 年 月 日 指导教师承诺 我承诺在指导学生学士学位论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术道德规范，经过本人核查，该生学士学位论文（设计）内容除特别注明和引用外，均为该生本人观点，不存在剽窃、抄袭他人学术成果，伪造、篡改实验数据的现象。 指导教师（签名）： 年 月 日

目录

1前言 .................................................................... 1

1.1 研究背景与现状 .................................................... 1 1.2 本论文研究的内容 .................................................. 2 2 交通信号灯控制系统的设计原理 ............................................ 3

2.1 S7-200PLC的简介 ................................................... 3 2.2 交通信号灯控制系统设计的控制方法 .................................. 4 3 交通信号灯控制系统总体结构框架的设计 ................................... 5

3.1 方案的选择与论证 .................................................. 5 3.2 总体方案的确定 .................................................... 5 4 交通灯控制系统硬件电路的设计 ........................................... 6

4.1 控制要求分析 ...................................................... 6 4.2 交通信号灯控制系统模型图 .......................................... 7 4.3 交通信号灯控制系统电气控制线路 .................................... 8 4.4 I/O分配 ........................................................... 9 5 交通灯控制系统软件的设计 ............................................... 10

5.1程序流程图 ........................................................ 10 5.2 主要梯形图解析 ................................................... 10 6交通信号灯控制系统运行调试 ............................................. 17 7总结与展望 ............................................................. 18

7.1 总结 ............................................................. 18 7.2 展望 ............................................................. 18 8参考文献 ............................................................... 20

基于PLC S7-200的交通信号灯的控制系统设计

曾繁荣（指导教师：高红亮）

（湖北师范学院机电与控制工程学院，中国 黄石 435002）

摘 要：本文结合SIEMENS公司的S7-200系列的PLC的性能和顺序控制法的特点 ，在

介绍PLC系统基本硬件组成的基础上，结合交通信号灯控制系统的发展，深入的分析交通信号灯控制系统的工作原理，同时着重分析了S7-200PLC硬件设计和软件设计。研究并提出了基于PLC S7-200的交通信号灯的控制系统设计方案，通过合理的选择和设计，实现根据不同的道路实况选择不同的控制方法，解决不同的交通问题。

关键字：PLC;顺序控制法;模式选择;控制 中图分类号：TP29

Design of traffic lights control system based on PLC S7-200

Zeng Fanrong(tutor: Gao Hongliang)

(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi,

China, 435002)

Abstract :This thesis combines the characteristic properties and sequence control method

for SIEMENS company's S7-200 series PLC, based on introducing the basic hardware on the PLC system, combining with the development of control system of traffic lights, analysis of the working principle of the traffic signal lamp further control system, and analyzes the S7-200PLC hardware design and software design. Study and propose the design scheme of the control system of traffic lights based on PLC S7-200, through the rational selection and design, according to different road situation choose different control methods, to solve the traffic problems of different.

Key words: PLC; sequence control; mode selection; control

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基于PLC S7-200的交通信号灯的控制系统设计

曾繁荣（指导教师：高红亮）

（湖北师范学院机电与控制工程学院 中国 黄石 435002）

1前言

1.1 研究背景与现状 1.1.1问题的提出和研究背景

随着经济的发展，车辆急剧增多，城市道路交通堵车现象日益严重。因此，许多城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了其交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门有待解决的主要问题。鉴于当前实际中，一般在主干道是行车道而次道是人行横道和一些非机动车通行的十字马路处的交通灯仍然采用固定通行的一般的交通灯系统。这样的系统，不利于提高道路的利用率，也利于主要车道的通行，在没有行人需要通过人行横道的时候，主要车道上的行人也必须在停止线以外停车侯车道绿灯亮。本文提出了一种全新的思路来解决此类问题，来缓解日益严重的交通拥堵。文中采用西门子S7-200PLC来实现带有人行横道请求的十字马路交通灯控制系统的设计。

1.1.2国内外研究现状及发展趋势

当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性

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的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞。

目前设计交通灯的方案有很多，有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法;有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计;有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：

（1）两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。

（2）两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。 目前较先进的交通信号灯控制系统的功能：

（1）收集交通情报。设在道路上的车辆检测器随时把检测到的车辆数、车辆行驶速度、车辆阻塞度和空间占有率等情报，通过传输系统送到中心处理机处理。

（2）控制终端信号机和可变标志。中心处理机根据交通流量的变化，实时地改变控制模型，随时发出控制指令，控制终端信号机和可变标志。

（3）诱导车辆。中心处理机根据收集的交通情报，对于交通阻塞地点，一方面控制有关的终端信号机和可变标志以诱导车辆，另一方面通过通信系统，发布交通阻塞情报，诱导车辆避开阻塞地点。

（4）集中监视。通过各种显示设备和电视监视系统，工作人员可了解控制区域内的交通状况，为迅速排除交通阻塞、处理异常情况、采取人工干预提供直观依据。

因有上述功能，所以对疏导交通流量，提高道路通行能力，减少交通事故和交通公害有明显的效果。 1.2 本论文研究的内容

通过对西门子S7-200PLC的学习和应用，首先建立交通灯控制系统模型，力求用组态王的相关软件对其进行模拟和仿真，然后再在实验室设计并搭建硬件电路。在电路搭建成功交通灯控制系统的I/O分配的基础上，编写程序，用顺序控制法实现对交通灯控制系统的控制。

顺序控制就是指系统或生产设备在各输入信号的作用下,内部元件状态按照生产工

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艺预先规定的时间顺序变化,使得各执行机构在生产过程中自动有序地进行操作。将交通灯控制系统的各个环节转换成各个步骤，进行顺序精准的控制。

通过西门子S7-2OOPLC的编程方法、原理及编程环境的研究,实现对交通信号灯的控制，查阅交通灯控制系统的相关资料，以及了解国内外前沿技术，发展趋势,以达到设计方案更优化。将用顺序控制方法,实现对交通信号灯控制系统顺序控制,并周期循环运作。用梯形图将顺序控制法语句指令呈现出来，并能按照当时不同的道路情况选择较合适的交通信号灯的控制。

2 交通信号灯控制系统的设计原理

2.1 S7-200PLC的简介

2.1.1 S7-200PLC的发展和应用

德国西门子（SIEMENS）公司生产的可编程序控制器在我国的应用也相当广泛，在冶金、化工、印刷生产线等领域都有应用。西门子（SIEMENS）公司的PLC产品包括LOGO、S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400等。 西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等[1]。

西门子SIMATIC系列PLC，诞生于1958年，经历了C3,S3,S5,S7系列，已成为应用非常广泛的可编程控制器。西门子公司的产品最早是1975年投放市场的SIMATIC S3，它实际上是带有简单操作接口的二进制控制器。1979年，S3系统被SIMATIC S5所取代，该系统广泛地使用了微处理器。20世纪80年代初，S5系统进一步升级——U系列PLC，较常用机型：S5-90U、95U、100U、115U、135U、155U。1994年4月，S7系列诞生，它具有更国际化、更高性能等级、安装空间更小、更良好的WINDOWS用户界面等优势，其机型为：S7-200、300、400。1996年，在过程控制领域，西门子公司又提出PCS7（过程控制系统7）的概念，将其优势的WINCC（与WINDOWS兼容的操作界面）、PROFIBUS（工业现场总线）、COROS（监控系统）、SINEC（西门子工业网络）及控调技术融为一体。

西门子公司提出TIA（Totally Integrated Automation）概念，即全集成自动化系统，

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将PLC技术溶于全部自动化领域。

由最初发展至今，S3、S5系列PLC已逐步退出市场，停止生产，而S7系列PLC发展成为了西门子自动化系统的控制核心，而TDC系统沿用SIMADYN D技术内核，是对S7系列产品的进一步升级，它是西门子自动化系统最尖端，功能最强的可编程控制器。

2.1.2 S7-200PLC的系统组成

PLC主要由CPU模块、输入/输出模块、电源模块和编程器组成。PLC的特殊功能模块用来完成某些特殊任务[2]。

（1） CPU模块主要由微处理器和存储器组成。在PLC控制系统中CPU模块相当于人的大脑和心脏采用周期性循环扫描、分时操作的工作方式不断地采集输入信号，执行用户程序刷新系统的输出，存储器用来存储程序和数据[5]。

（2）输入/输出I/O模块是CPU与现场I/O设备或其他外部设备之间的连接部件。PLC提供了各种操作电平和输出驱动能力的I/O模块供用户选用。I/O模块要求具有抗干扰性能并与外界绝缘因此多数都采用光电隔离回路、消抖动回路、多级滤波等措施。I/O模块可以制成各种标准模块根据输入、输出点数来增减和组合。I/O模块还配有各种发光二极管来指示各种运行状态[8]。

（3）电源模块PLC配有开关式稳压电源的电源模块用来对PLC的内部电路供电[9]。 （4）编程器编程器用作用户程序的编制、编辑、调试和监视，还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数。它经过接口与CPU联系以便完成人机对话互动。编程器分简易型和智能型两种。简易型编程器只能在线编程它通过一个专用接口与PLC

PLC插到现场

控制站的相应接口进行编程。智能型编程器有许多不同的应用程序软件包功能齐全适应的编程语言和方法也较多。

2.2 交通信号灯控制系统设计的控制方法

在交通信号灯控制系统中运用到了顺序控制设计法，顺序控制就是指系统或生产设备在各输入信号的作用下,内部元件状态按照生产工艺预先规定的时间顺序变化,使得各执行机构在生产过程中自动有序地进行操作[10]。PLC 顺序控制设计法最基本的思路是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段,这些阶段称为步,然后用转换条件控制代表各步的内部编程元件(例如辅助继电器M ,状态继电器S 等) ,使其

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状态按照一定的时间顺序变化,最终输出控制相应执行机构的动作步是根据输入量状态的变化来划分的。在任何一步之内各输出量的状态不变,但相邻两步输出量总的状态是不同的。步的这种划分方法代表各步编程元件的状态与各输出量状态之间有着极为简单的逻辑关系。顺序控制设计法中的转换条件可以是外部的输入信号,例如:按钮、指令开关、行程开关(包括有触点或无触点行程开关、光电开关、干簧管开关、霍尔元件开关等位置检测开关) 、压力继电器、时间继电器之类的信号转换元件等,也可以是PLC 内部产生的信号,例如:定时器、计数器的触点提供的信号,还可能是若干信号的“与”、“或”、“非”逻辑状态。让他们的状态按一定的顺序变化,然后用代表各步的编程元件控制PLC 的各输出位[10]。

3 交通信号灯控制系统总体结构框架的设计

3.1 方案的选择与论证

成本系统就现在掌握的技术而言有以下两种方案：

方案一：使用51或者PIC单片机来设计一套十字路口交通灯的控制系统单片机虽说PIO

PLC

方案二：使用西门子S7-200 PLC可编程控制器，其编程方法简单易学且功能强大工业控制能力较为强大一台小型的PLC内有成百上千个可以为用户提供使用的变成元

的性能价格比故而本系统选择西门子 S7-200 PLC作为本设计的主控制器。 3.2 总体方案的确定

PLC的最小控制系统是由CPU模块、I/O模块、以及编程装置模块组成的，一般经由相应的模拟信号送入输入模块中处理再送达CPU模块中在CPU模块中根据客户提前用编程装置中所设定的相应程序处理输入的信号最后经由输出模块将相应的数字信号

PLC

PLC系统的运行

从而达到中小型工业系统的生产和运营。 CPU模块、输入模块、输出模块、编程装置组成可编程序控制器 PLC最小控制系统[12]。

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采用S7-200 PLC设计交通灯控制系统，要求能实现交通灯的各种控制功能，在常规交通灯控制功能及基础上要求能显示时间以适应道路的不同繁忙程度的情况下的交通控制要求。在控制方法上，将改变定周期的系统控制,使系统内的周期可随时改变,增加系统的灵活性，以适应瞬时变化的交通流量。

环工作故系统中设置一个输入信号控制系统的启动。PLC选用西门子S7-200基本单元。

按钮输入接口单元COMCPU存储器电源部分指示灯接触器编程设备 图3.1 PLC控制器系统结构图

4 交通灯控制系统硬件电路的设计

4.1 控制要求分析 4.1.1 控制要求分析

对于单交叉路口的信号灯控制主要在于求取最佳信号周期和两交叉方向的绿信比。

当交通车流稀少时，信号周期尽量短些，但一般不能少于30秒，以免某一方向的绿灯时间小于15秒使车辆来不及通过路口而影响交通安全。当交通车流需求量较大时，信号周期应该长些，但一般也不能超过120秒，否则某一相位的红灯时间超过60秒，司机和行人的心理上不能忍受。系统开始工作时，首先给南北方向固定的15秒的绿灯时间，利用PLC，可使上述描叙的各传感器以及各道口的信号灯与之直接相连，非常方便可靠。

4.1.2 控制要求

本设计实现三种交通信号灯系统状态。以I0.0为一个启动并带有选择功能的输入信

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号：

（1）当I0.0按一下，此时交通信号灯应适应的道路状况为南北方向交通流量多，南北方向道路繁忙，南北路绿灯亮的时间为30S，此后闪烁3S，进入南北路黄灯亮减速的状态，南北路黄灯亮2S，在南北路黄灯亮完后南北路红灯亮25S，与此同时东西路绿灯亮起，亮的时间为20S，此后闪烁3S，进入东西路黄灯亮减速状态，东西路黄灯亮2S，在东西路黄灯亮完后，东西路红灯亮35，与此同时南北路绿灯亮起，实现一个控制周期。

（2）当I0.0按两下，此时交通信号灯应适应的道路状况为东西路方向交通流量多，东西方向道路繁忙，东西路绿灯亮的时间为30S，此后闪烁3S，进入东西路黄灯亮减速的状态，东西路黄灯亮2S，在东西路黄灯亮完后，东西路红灯亮25S，与此同时南北路绿灯亮起，亮的时间为20S，此后闪烁3S，进入南北路黄灯亮减速状态，南北路黄灯亮2S，在南北路黄灯亮完后南北路红灯亮35，与此同时东西路绿灯亮起，实现一个控制周期。

（3）当I0.0按三下，交通信号灯停止工作。

南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯图4.1 模式1的时序图

东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯南北红灯 图4.2 模式2的时序图

4.2 交通信号灯控制系统模型图

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建立交通信号灯控制系统的十字路口应用的模型，这个十字路路口分别是南北主干道和东西主干道的交汇处，分别在南北方向和东西方向设有红黄绿三种颜色的交通信号灯，在东西方向和南北方向分别设有甲和乙两辆汽车灯分别代表东西方向和南北方向的通行情况[15]。

北红黄绿绿西甲红黄绿黄红东绿黄红南乙

图4.3 交通信号灯系统模型图

4.3 交通信号灯控制系统电气控制线路

在本设计中南北方向两个路口上的红绿黄共有六盏灯，但是在实际操作中只需控制三个支路，每个支路应该有两盏任何时候都是相同状态的灯即可。通过一个启动按钮I0.0来操作整个系统的启动和模式选择。由PLC的8个输出端口来控制六个交通信号灯和两个表示路段流通两个汽车灯。电气控制线路图如下：

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CPU I0.0Q0.0Q0.1Q0.2Q0.3M1MQ0.4Q0.5Q0.6Q0.7L+1L 图4.4电气控制线路图

I0.04.4 I/O分配

在本系统的I/O端口分配中，有一个输入继电器对应的输入端口I0.0，有八个输出继电器对应的八个输出端口分别对应的南北红灯Q0.0，南北绿灯Q0.1，南北黄灯Q0.2，东西红灯Q0.3，东西绿灯Q0.4，东西黄灯Q0.5，南北方向的车灯Q0.6，东西方向的车灯Q0.7，进行控制。

表4.1 I/O分配表 I/O口 分配 类型 输入 地址 I0.0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 输出 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 功能 启动、选择 南北红灯 南北绿灯 南北黄灯 东西红灯 东西绿灯 东西黄灯 南北车灯 东西车灯 9

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5 交通灯控制系统软件的设计

5.1程序流程图

开始系统初始化启动按钮I0.0YVW==1模式一正常运作YVW==2N结束模式二正常运作

图5.1 程序流程图

5.2 主要梯形图解析 （1）系统初始化

网络1用于系统初始化，SM0.1为常用特殊继电器，在首次扫描时为ON，常用做初始化脉冲，M0.0作为辅助继电器，在PLC中没有外部的输入端子和输出端子与之对应，因此它不受外部信号的直接控制，其触电也不能直接驱动外部负载，用于在程序设计中处理逻辑控制任务，下文出现的M也是作为辅助继电器。

网络1SM0.1M0.0S1

图5.2 网络1梯形图

（2）上升沿脉冲触发的状态

网络2是在按动I0.0瞬间，常开触电I0.0通电，表现为高电平，此时通过上升沿脉冲使得寄存器加法指令执行一次相加的操作，在LAD中，IN1+IN2=OUT，数据类型为整数，所以在双整数相加时输出也为整数，传递给VW1，在第二次上升沿脉冲触发时继续在VW1上累加。在对VW1赋值的同时，在每一次上升沿脉冲产生时，辅助继电器需要进行处理，将M10.0和M0.0置位，其他辅助触点均复位，M10.0在整个梯形图中只是起个排除干扰的作用。

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网络二I0.0P+1VW1M10.0S1M0.1R9M2.0R9M0.0S1图5.3 网络2梯形图

ADD_IENIN 1IN 2ENOOUTVW1在网络4中按动I0.0瞬间，常开触电I0.0通电，表现为高电平，此时通过上升沿脉冲使得移位寄存器加法指令执行一次移位的操作将IN的数值赋予OUT，而在此处移位寄存器的作用是当第三次上升沿脉冲到来时将0值赋予VW1，使得VW1中的数值一直在 0、1、2这三个数中循环变换。

网络4I0.0VW1P3O图5.4 网络4梯形图

MOV_WENINENOOUTVW1

（3）比较指令实现模式选择

在网络5和网络6中，当M0.0为置位高电平，I0.0按下，常开触电I0.0闭合时，通过VW1中的数值与“1”和“2”相比，如果当VW1等于1，此时辅助继电器M0.1置位高电平，其他辅助继电器复位，定义为模式一；如果当VW1等于2，此时辅助继电器M2.1置位高电平，其他辅助继电器复位，定义为模式二；这两个网络运用比较指令实现了模式的选择。

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网络5M0.0I0.0VW1==I1M0.1S1M0.0R1M0.2R7M10.0R1图5.5 网络5梯形图（模式1的选择）

网络6M0.0I0.0VW1==I2M2.1S1M0.0R1M2.2R7M10.0R1图5.6 网络6梯形图（模式2的选择）

（4）置位复位指令控制辅助继电器的状态

在网络2、网络3、网络5到网络22这十五个网络中均出现置位和复位指令。在网络2、网络3、网络5和网络6中，置位复位指令是初始化辅助继电器的状态，而在网络7到网络22中，通过与定时器的串联，使得各个辅助继电器在以时间轴为顺序下，先后置位复位交替进行。以网络7为例，当定时器T44计时结束，M1.0为高电平时，

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又将M0.1置位高电平，同时M1.0复位低电平，在某个时间段时只允许有一个辅助继电器为高电平，其余为低电平。这种辅助继电器的置位和复位使得顺序控制按照时间轴的指向各个环节一次进行。

网络7M1.0T44M0.1S1M1.0R1图5.7 网络7梯形图

（5）特殊继电器在闪烁电路中的应用

在网络24和网络27中，为实现南北绿灯和东西绿灯闪烁3S时间的控制，用到了特殊继电器SM0.5.SM0.5的作用是在1S的时钟脉冲里，0.5S闭合，0.5S断开，再串联一个T43或T39（定时时间为3S）的常闭触点，在3S之中闪烁电路作用，3S之后闪烁电路断开不再工作。

网络24M0.5Q0.1SM0.5T43M0.7M0.6M2.1M2.2SM0.5T43M2.3

图5.8 网络24梯形图

（6）辅助继电器和定时器的结合，循环控制的实现

在梯形图的网络中辅助继电器触点与定时器的常闭触点的串联，实现辅助继电器状

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态的控制，同时辅助继电器的状态为高电平是触发定时器开始工作。

以网络9、网络18和网络31为例当M0.1或M2.5置位高电平触发T37计时，T37计时结束时常开触点T37闭合，此时网络9中M0.2置位，M0.1复位，通过这网络9和网络31这两个网络，辅助继电器M0.1置位高电公平的时间就是T37计时的时间1S。通过这网络18和网络31这两个网络，辅助继电器M2.5置位高电公平的时间就是T37计时的时间1S。

网络31M0.1INM2.510PTT37TON100ms

图5.9 网络31梯形图

网络9M0.1T37M0.2S1M0.1R1图5.10 网络9梯形图

网络18M2.5T37M2.6S1M2.7R1图5.11 网络18梯形图

以网络11、网络20和网络32为例当M0.2或M2.6置位高电平触发T8计时，T38计时结束时常开触点T38闭合，此时网络11中M0.3置位，M0.2复位，通过这网络11和网络32这两个网络，辅助继电器M0.2置位高电公平的时间就是T38计时的时间19S。通过这网络20和网络32这两个网络，辅助继电器M2.6置位高电公平的时间就是T38

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计时的时间19S。

网络32M0.2INM2.6190PTT38TON100ms

图5.12 网络32梯形图

网络11M0.2T38M0.3S1M0.2R1图5.13 网络11梯形图

网络20M2.6T38M2.7S1M2.6R1图5.14 网络20梯形图

通过上述六个网络的可以得到通过辅助继电器和定时器的配合，可以控制辅助继电器置位高电平的时间。M0.1（M2.5）置位高电平时间为1S ，M0.2（M2.6）置位高电平时间为19S，M0.3（M2.7）置位高电平时间为3S，M0.4（M3.0）置位高电平时间为2S，M0.5（M2.1）置位高电平时间为1S，M0.6（M2.2）置位高电平时间为29S，M0.7（M2.3）置位高电平时间为3S，M1.0（M2.4）置位高电平时间为2S。

以网络7、网络38为例当M1.0或M2.4置位高电平触发T44计时，T44计时结束时，常开触点T44闭合，此时网络7中M0.1置位，M1.0复位，通过网络7和网络38这两个网络，辅助继电器M1.0置位高电公平的时间就是T44计时的时间2S。

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网络38M1.0INM2.420PTT44TON100ms

图5.15 网络38梯形图

网络7M1.0T44M0.1S1M1.0R1

图5.16 网络37梯形图

通过这两个网络可以看出在M0.1置位高电平，同时M1.0复位低电平，M0.2置位高电平，同时M0.1复位低电平，到M0.2置位高电平，同时M0.1复位低电平，……，M1.0置位高电平，同时M0.7复位低电平，到M0.1置位高电平，同时M1.0复位低电平，这八个步骤形成一个循环。在这个循环的基础上可以使得就交通信号灯得到循环控制。

（7）辅助继电器对输出继电器的逻辑控制

由于辅助继电器本身的特点，不能直接驱动外部负载，此时我们需要用辅助继电器处理的逻辑任务与输出继电器对应，通过输出继电器控制外部驱动。在网络23到网络30中，在梯形图中辅助继电器并联分别实现对Q0.0到Q0.7 八个输出继电器的控制。以网络23为例，把Q0.0高电平时（南北红灯亮）的时间也就是某几个辅助继电器置位的时间，对这几个辅助继电器进行并联，即实现对Q0.0的控制。

由上述说明中我们得到了辅助继电器的置位高电平的时间，通过对辅助继电器的并联，使得在该时间段内输出线圈所在线路中通电得到高电平，以网络23为例，M0.1（M2.5）置位高电平时间为1S ，M0.2（M2.6）置位高电平时间为19S，M0.3（M2.7）置位高电平时间为3S，M0.4（M3.0）置位高电平时间为2S，可以得到南北红灯Q0.0工作的时间25S。

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网络21辅助继电器M0.7置位高电平3S后，M1.0置位高电平，同时M0.7复位低电平 LD M0.7 A T43 S M1.0, 1 R M0.7, 1

网络22辅助继电器M2.7置位高电平3S后，M3.0置位高电平，同时M2.7复位低电平 LD M2.7 A T39 S M3.0, 1 R M2.7, 1

网络23 辅助继电器对输出继电器逻辑控制，Q0.0（南北红灯）工作25S LD M0.1 O M0.2 O M0.3 O M0.4 O M2.5 O M2.6 O M2.7 O M3.0 = Q0.0

网络24 辅助继电器对输出继电器逻辑控制，Q0.1（南北绿灯）工作20S闪烁3S LD M0.5 LD SM0.5 AN T43 A M0.7 OLD

O M0.6 O M2.1 O M2.2 LD SM0.5 AN T43 A M2.3 OLD

= Q0.1

网络25 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.2工作2S LD M1.0 O M2.4 = Q0.2

网络26 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.3工作35S LD M0.5 O M0.6 O M0.7 O M1.0 O M2.1 O M2.2 O M2.3 O M2.4 = Q0.3

网络27 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.4工作30S闪烁3S LD M0.1 LD SM0.5 AN T39 A M0.3 OLD

O M0.2 O M2.5 O M2.6 LD SM0.5 A M2.7 AN T39 OLD

= Q0.4

网络28辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.5工作2S LD M0.4 O M3.0 = Q0.5

网络29辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.6工作 LD M0.6 O M2.2 = Q0.6

网络30

LD M0.2 O M2.6 = Q0.7

网络31 定时器T37开始计时 LD M0.1 O M2.5

TON T37, 10

网络32 定时器T38开始计时 LD M0.2 O M2.6 TON T38, 190

网络33 定时器T39开始计时 LD M0.3 O M2.7 TON T39, 30

网络34 定时器T40开始计时 LD M0.4 O M3.0 TON T40, 20

网络35 定时器T41开始计时 LD M0.5 O M2.1 TON T41, 10

网络36 定时器T42开始计时 LD M0.6 O M2.2 TON T42, 290

网络37 定时器T43开始计时 LD M0.7 O M2.3 TON T43, 30

网络38 定时器T44开始计时 LD M1.0 O M2.4 TON T44, 20

附录C、实验模拟图

学士学位论文（设计）评审表

所在院系 机电与控制工程学院 学生姓名 曾繁荣 所学专业 自动化 论文题目 导师姓名 高红亮 学生学号 2010118020329 导师职称 讲师 基于S7-200 PLC交通信号灯控制系统设计 要研究基于S7-200 PLC交通信号灯控制系统的设计。本论文通过对交通信号灯研究背景的介绍，到对交通信号灯控制系统的原理的认识，深入选择最优控制方案和相关论证。根据选取的最优方案，再对交通信号灯控制系统电气控制电路的设计。再根据已设计好的电气控制线路，定义I/O端口地址，编写交通信号灯控制系统的梯形图。在论文的第五章介绍软件部分的组成和设计思路。 论文主要到最后的运行与调试，总结毕业设计中出现的问题，时也此课题的展望。 内容 简介 （对论文撰写的整体评价，并建议评定成绩） 论文 评语 论文总评 成绩 院系学术委员会主席(签名或盖章)：_____________ 院系盖章： 注：本表将装订在论文正文后面，务必认真填写。

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网络23M0.1Q0.0M0.2M0.3M0.4M2.5M2.6M2.7M3.0

图5.17 网络23梯形图

6交通信号灯控制系统运行调试

在本系统设计的框架完成以后就行了一系列的调试与优化，在实验室做了一天时间的优化和调试。调试的内容包括，各个交通信号灯是否达到了亮，闪烁等状态的时间，在按下I0.0切换的时候，切换完成工作的一瞬间是否连贯，能否能够满足在切换的同时解决我们想到的交通问题同时也不会影响司机旅客的心情和心理状态，减少因为切换而导致交通违章的发生。

在调试的过程中，常常会发生的是，交通信号灯不能达到预期设想的效果，这个时候我们更多的是要利用PLC的优点通过改变软件部分来解决问题，不用重新搭建电气控制电路。反复的修改程序，反复的实验，同时加上计时器旳计时，尽可能地将本次设计的实际作用加强。在调试的过程还需要注意的，就是编程计算机跟PLC设备的通讯问题，合理的选择通信频段是保证通信成功和程序下载的关键。

调试是一个毕业设计最关键的一个环节，也是把相关知识综合在一起的环节，这个

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环节的成功与否，不仅仅是关系设计是否成功，也是考验我们能否将书本知识跟实际相结合的过程。

7总结与展望

7.1 总结

在交通信号灯的控制系统研究中，我们仔细得查阅了大量的资料，了解了在历史的进程中随着交通工具的改变对交通的管理也显得十分重要。如何使得交通发挥出它应有的作用，如何能将交通的效率提高，如何将自动化应用于交通控制中等等，都是一系列值得长期探讨的话题。而在本设计中，作为自动化方面的学生，我们着重研究的是交通自动化，利用较为先进的自动化设备控制交通信号灯的工作，使得交通运输的效率提高。

在基于S7-200 PLC交通信号灯控制系统的设计，以西门子PLC作为主要控制器，通过最开始的建立交通信号灯控制系统的模型，根据模型设计电气控制线路，有电气控制新路作为硬件部分，再根据电气控制线路定义I/O端口地址。紧接着完成梯形图为主要部分的软件编译，并通过PC机将程序传入PLC控制器中。

上述工作完成后我们需要做的是调试和运行，在调试和运行的过程中发现问题解决问题。并根据运行的结果，查阅和调查当地交通信号灯工作的情况，查阅道路司机对于等候交通信号灯指示心理情况。通过查阅和调查再对交通信号灯工作时间进行调整。在调整的过程中，根据PLC控制器本身的优势只需做软件部分的改动，以使得本设计更加完善。

当然本设计也有意犹未尽的地方，就是只注重交通信号灯的控制，对整个交通道路的交通流量和流量的统计这部分有所欠缺。 7.2 展望

传统的定时交通灯控制与智能交通灯控制比较可知，后者的最大优点在于减缓滞流现象，也不会出现空道占时的情形，提高了公路交通通行率，较全球定位系统而言成本更低，特别适合繁忙的、未立交的交通路口，更适合于四个以上的路口，也可方便连网。应用可编程控制器PLC对十字路口交通信号灯进行模糊控制，其控制效果要比定周期方法的控制效果明显，尤其适用在车辆信息量比较大的交叉路口。由于使用PLC作为本系统控制器的核心，系统编程简单，利用工业以太网可以组成城市交通控制网络动态

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监控调度。操作方便，具有较好的应用推广价值，适合目前我国交通控制与管理的现状

[23]

。

同时在自动控制领域中,PLC 顺序控制设计法是顺序控制系统中一种先进的设计方

法。他不仅很容易接受,提高设计的效率,节省大量的设计时间,而且程序的调试、修改和阅读也很方便,只要正确地画出描述系统工作过程的顺序功能图,一般都可以做到调试程序的一次成功。他基本解决了经验设计法中的记忆和连锁问题,在保证自动控制得以实现前提下,可以有效缩短设计周期[28]。

总体来说，交通控制系统是一个值得深入研究的课题，在以后会有越来越多的学者来研究这方面的问题。目前也是交通迅速发展的阶段，国家在交通运输这个方向也投入了大量的力气，不仅仅是自动化专业还有交通运输工程，物流工程等等专业都在做不同方面的研究。我相信在今后交通信号灯控制系统会越来越先进，给人们带来越来越高效的体验。

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21

致谢

大学四年转眼即过，在论文撰写完的同时，也标志着为期大半年的毕业设计将会结束。虽然毕业设计只是我在追求知识，研究学问的一个旅程，但在此期间收获颇丰，并不仅仅是知识，更是在做学问的态度上，以及作为一名青年人追逐梦想中的认识上都有很大的启迪。

在毕业设计期间全程由高红亮老师的悉心指导下完成的。高老师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的姿态本人影响深远。在毕业设计期间对我们的要求不限于学校本科生学士学位论文的要求。更多的是要求我们广泛的阅读和学习，积累和学习做研究的方法、经验，不仅限于当前任务更是培养在今后的学习态度。在此期间，记忆深刻的还有高老师为我讲解他自己在学习期间所总结的“弹簧论”，正处于朝气蓬勃的我们应该把自己比做弹簧舍得吃苦舍得用力去拉，让自己在适当的限度内定好好每一天的规划，做好每一天的事情。上述种种本次毕业设计不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。

本次论文从选题到完成，每一步都是在老师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。

附录A、完整梯形图

网络1 系统初始化

网络1SM0.1M0.0S1

网络2 启动按钮I0.0由上升沿脉冲出发累加器

I0.0P+1VW1M10.0S1M0.1R9M2.0R9M0.0S1ENIN 1IN 2ADD_IENOOUTVW1

网络3M10.0T45M0.0S1M10.0R1

网络网络44 按启动按钮I0.0 ，上升沿脉冲触发移位器

I0.0VW1==I3MOV_WPOENINENOOUTVW1

网络5 通过辅助继电器置位复位其他辅助继电器

网络5M0.0I0.0VW1==I1M0.1S1M0.0R1M0.2R7M10.0R1

网络6M0.0I0.0VW1==I2M2.1S1M0.0R1M2.2R7M10.0R1

网络7 辅助继电器M1.0置位高电平2S后，M0.1置位高电平， M1.0复位低电平 网络7M1.0T44M0.1S1M1.0R1

网络8 辅助继电器M3.0置位高电平2S后，M2.1置位高电平， M3.0复位低电平

网络8M3.0T40M2.1S1M3.0R1

网络9 辅助继电器M0.1置位高电平1S后，M0.2置位高电平， M0.1复位低电平 网络9M0.1T37M0.2S1M0.1R1

网络网络1010 辅助继电器M2.1置位高电平1S后，M2.2置位高电平，M2.1T41M2.2S1M2.1R1

网络网络1111 辅助继电器M0.2置位高电平19S后，M0.3置位高电平，M0.2T38M0.3S1M0.2R1

网络网络1212 辅助继电器M2.2置位高电平29S后，M2.3置位高电平，M2.2T42M2.3S1M2.2R1

网络13 辅助继电器M0.3置位高电平3S后，M0.4置位高电平，

M2.1复位低电平

M0.2复位低电平M2.2复位低电平M0.3复位低电平

网络13M0.3T39M0.4S1M0.3R1

网络14 辅助继电器M2.3置位高电平3S后，M2.4置位高电平， M2.3复位低电平 网络14M2.3T43M2.4S1M2.3R1

网络15 辅助继电器M0.4置位高电平2S后，M0.5置位高电平， M0.4复位低电平 网络15M0.4T40M0.5S1M0.4R1

网络16 辅助继电器M2.4置位高电平2S后，M2.5置位高电平， M2.4复位低电平

M2.4T44M2.5S1M2.4R1

网络17 辅助继电器M0.5置位高电平1S后，M0.6置位高电平，M0.5复位低电平

M0.5T41M0.6S1M0.5R1

网络18网络18 辅助继电器M2.5置位高电平1S后，M2.6置位高电平， M2.5复位低电平

M2.5T37M2.6S1M2.7R1

网络19 辅助继电器M0.6置位高电平29S后，M0.7置位高电平， M0.6复位低电平 网络19M0.6T42M0.7S1M0.6R1

网络20 辅助继电器M2.6置位高电平19S后，M2.7置位高电平， M2.6复位低电平 网络20M2.6T38M2.7S1M2.6R1

网络21 辅助继电器M0.7置位高电平3S后，M1.0置位高电平， M0.7复位低电平 网络21M0.7T43M1.0S1M0.7R1

网络22 辅助继电器M2.7置位高电平3S后，M3.0置位高电平， M2.7复位低电平 网络22M2.7T37M3.0S1M2.7R1

网络网络23 23 辅助继电器对输出继电器逻辑控制，Q0.0（南北红灯）工作25S

M0.1Q0.0M0.2M0.3M0.4M2.5M2.6M2.7M3.0

网络2424 辅助继电器对输出继电器逻辑控制，Q0.1（南北绿灯）工作20S闪烁3S 网络M0.5Q0.1SM0.5T43M0.7M0.6M2.1M2.2SM0.5T43M2.3

网络25 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.2工作2S

网络25M1.0Q0.2M2.4

网络26网络26 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.3工作35S

M0.5Q0.3M0.6M0.7M0.8M2.1M2.4M2.5M2.6网络2727 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.4工作30S闪烁3S

M0.1Q0.4

SM0.5T39M0.3M0.2M2.5M2.6SM0.5T39M2.7

28 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.5工作2S 网络28M0.4Q0.5M3.0

网络29网络29 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.6工作

M0.6Q0.6M2.2

网络30 辅助继电器对输出继电器逻辑控制,Q0.7工作 网络30M0.2Q0.7M2.6

网络3131 定时器T37开始计时

M0.1INM2.510PTT37TON100ms

网络3232 定时器T38开始计时 网络M0.2INM2.6190PTT38TON100ms

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