西门子PLC S7-200在十字路口交通灯控制系统中的应用.pdf

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西门子PLC S7-200在十字路口交通灯控制系统中的应用pdf,西门子PLC S7-200在十字路口交通灯控制系统中的应用
附表索引 表 编址 衣交通灯亮闪表 表交通信号灯的输入输出点的分配表 在十字路口交通灯控制系统中的应用 摘要 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ψ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⊥业控制的主要手段和重要的基础设备之 机器人、 将成为工业生产的三大支柱。由于具有对仗用环境适应性强的特性,同时其内 部定时器资源十分丰富,可对口前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多兌路口 的控制可方使地实现。因此现在越来越多地将应用」交通灯系统中。可缩短车辆通行等候 时间,实现科学化管理。在该设计中,还引入模拟十字路凵红绿灯闪亮及车辆通行,十分 形象地显示出了在交通灯系统中的实际应用 关键词】:十字路凵交通灯 】 绪论 随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的 协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之¨。城市交通控制系统是用于城市交通 数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥 系统中最重要的组成部分。 随着城市札动车量的不断增加,许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运 行的情况,因此,自年代后期,些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道跻建设完成 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道 路的系统硏究和控制,髙速道路没有充分发挥岀顶期的作用。而城市髙速道路在构造上的特 点,也决定了城市高速道路的交通状況必然受高速道跻与普通道路耦合处交通状況的制约。 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珞,缓解主十 道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况,越来越成为交通运输管理和城市规划邙门啄待 解决的主要问题。 随着交通越来越发达所出现的门趣也越来越多路血狭窄车辆拥挤。尤其是到了上下班 的时候许多车辆在路口浪费了很多的时间不仅给车主带了很多的麻烦也给交通部门带了不 麻烦。为了解决这些问题国家政府也花了不少的心思和精力去研究探讨。为了能有效地 解决交通问题政府刈城市进行了有规模的城市规划和道路扩建与维修。还有就是对交通灯 进行了研究和改善调整父通灯的时间控制和变换频率以及工作时间的控制从而使父通更为 畅通和安全提高了交通灯的自身作用和价值 本论文通过对交通灯的现状和发展,利用技术对交通灯进行逻辑控制。本文第 章主要介绍交通的些基本情况和的·些基础知识;第二章是对所选芯片西门了 系列的做简单的介绍,主要是从硬件上了解该产品。第三章主要是的控制 系统,对硬件和软件的要求。了解的控制系统。 的基础 即可编程控制器( ),是指以计算机技术为基础的新 型工业控制装置。在年国际电⊥委员会( )颁布的 标准草案中对做了如下定义: 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境应用而设计的。它采用 类可编程的存储器,用于其内部存储程序、执行逻缉运算、顺序控制、定时、计数与算术 操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟输入输出控制冬种类型的机槭或牛产过程。可 编程控制器及其有关外部设备,都应按易于L业控制系统联成个整体,易于扩充其功能的 原则设计。 总之,可编程控制器是一台专为工业环境应用而设计的计算机,它是将传统的继电器 技术,计算杋技术和通信技术相融合而发展起来的一种新型的控制装置。在具体的国内工 业应用中,由于它不是针对某一具体工业应用,因此它的硬件应根据实际需要来进行配置, 其软件则根据控制要求进行编写 随着微处理器的出现,大规模、超大规模、集成电路技术的迅速发展和数通信技术的 不断进步,也迅速发展其发展过程大致可以分为三个阶段。 早期的 早期的称为可编程逻辑控制器。这时,主要功能只是执行原先由继器完成的 顺序控制、定时等。早期的的性能要优于继电器控制裝置,其优点包括简单易懂、便 安装、体积小、能耗低、有故障指示及能亘复使用等。其中特冇的编程语言一一梯 形图,一直沿用到现在 中期的 这时产品己使用了位、位高性能微处理器,而且实现了多处理器的多通道 处理,通信技术是的应用得到了进一步的发展。在硬件方面,除了保留原有的开发模 块外,还增加了模拟量模垬、远程模垬、各种特姝功能模块。并扩大了存储器的容量, 使各种逻辑线圈的数量增加,还提供了一定数量的数据寄存器,使的范围更人。在软 件方面,还增加了算术运算、数据处理和传送通信、直诊断等功能。 近期的 由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器价格的大幅度下降,使的各种类型的 所采用的微处理器的档次普遍提高。为了提高的处理速度,各制造丿商还研制廾 发了专用逻辑处理芯片。世界上生产产品的厂家多达多个,其中比较著名的有美 国的、通用,日本的三菱 、欧姆龙 、松下,德国的西门子 韩国的三星 等。 的特点 具有以下主要特点: 可靠性高,抗T扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。 由于采用现代大规模集成电路技术,采用 严格的生产工艺制造,内部电路采取了先进的抗干扰技术,具有很高的可靠性。由于 模块均采用大规模与超大规模集成电路,所以的接口电路均采用光电隔离在结枃上对 防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑在硬件上采用隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施 在软件上采用数字滤波等抗「扰和故障诊断措施。以上这些使具有较扃的抗T扰能力 控制系统结构简单,通用性强 在控空制系统中,只需要在输入输出端子上接入相应的信号线即可,不需要 连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线咯,大大简化了控制系统的结 构。 的输入输出可直接与交流 直流等强电相连,并且具有较强的带负载 能力。 编程方便,易于使用 PLC作为通用工业控制计算机,是面向工矿企业的工控设备。它接口容易,编程语言易 于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近,只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电跻的功能。为不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事⊥业控制打开了方便之门」。 功能完善 发展到今天,已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模 的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外,现代大多具冇完善的薮据运算能力,可用 于各种数字控制领域。近年来的功能单元人量涌现,使渗透到了位置控制、温度 控制、等各种工业控制中。在内部具备许多控制功能,如:逻辑控制、定时控制 计数控制、步进控制、控制、数据控制、通信和联网,还有其他特殊功能模块 设计、施工、调试的周期短 用存储逻辑代替接线逻辑,大大减少了控制设备尔部的接线,使控制系统设计及 建造的厝期人为缩短,同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变 生广过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 体积小,维护操作方便 体积小,质量轻,便于安装,不需要专门的机房,可以在各种T业环境下直接运 行。使用吋只需将现场的各种设备与相应的端相连接,即可投入运行。各种模块 上均有运行和故嫜指示装置,便于用户了解运行情况和査找故障。 的结构和工作原理 的基本结构 在种类繁多的中,其组成结构和工作原理都基木相同。用实施控制,其实质 是按一定算法进行输入输岀转换,并将这个转换给予物理实现,并应用于工业现场 专为工业现场而设计,采用了典型的计算机结构,它主要由 电源、存储器和专门设 计的输入输出接口电路等组成 中央处理器() 中央处理器()—般由控制器运算器和寄存器组成。它们都集成在一个芯片内, 通过数据总线、地址总线和搾制总线与存储单元输入/输岀接口电路相连接。与一般计算机 样 是的核心,它按照中系统程序赋予的功能指挥有条不序地进行 工作。用户程序和数据事先存入存储器中,当处于运行方式时,按循环扫描方式 执行用户程序 的主要任务如下: (1)按系统程序赋予的功能接收并存储从编程器输入用户程序和数据。 (2)用扫描方式接收现场输入装置的状态与数据,并存入输入映像寄存器或数据寄存器。 3)诊断电源或内部电路工作状态和编程过程中的语法错误 (4)在进入运行状态后,从存储器中逐条读取用户,程序经过命令解释后,按指令 规定的仼务产生相应的控制信号,去启、闭有关控制电路,分时地去执行数据的存取、传送、 红合、比较、变换等动作。完成用户程序中规定的逻辑运算或算术运算等任务。根据运算结 果更换有关标忐位的状态和输入映像寄存器的内容,实现输出、制表、打印或数据通信等控 制 存储器 的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。 (1)系统存储器 系统存储器是指用来存放的系统程序的存储器。它由生产厂家编写并固化在 内,用户不能直接更改。它使具有基木的功能,能够完成设计者规定的各 项工作。其主要内容包括个部分:系统管理程序、用户指令解释程序和标准稈序模块与 系统调试。 (2)用户存储器 用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成,其上要任务作用是用来存放用 户针对具体控制任务用规定的编程语言编写的各种用户程序 使用的存储器有 种类型:随机存取存储器()、只读存储器()和可擦除可编程只读存储器() 输入/输出接凵单元 的输入和输岀信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。输入/输出接口单元从厂 义上可分为个部分:一部分是与被控制设备相连的接口电路,另一部分是输入和输出的映 像寄存器。 扩展接口和通信接口 具有扩展接凵和通信接凵的能力,其作用如下 (1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基木单元相连,是的配置更加灵活 以满足不同控制的系统需求。 (2)通信接∏的作用是通过这些通信接∏可以与监视器打印机和其他的,或计算机 相连从而实现”人机”或”机-机”之间的对话。 电源部分 般使用交流电源,內部的廾关电源位的中央处理器、存储器等。电路 提供 等直流电源使能正常工作 编程设备 编程设备的作用是供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视。 其他部件 有些还可以有 写入器、存储器卜等其他外部设备,用」增强的存储 容量和扩展功能。 的工作原理 在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模块等方面做了特别的考虑2 C的个工作阶段 当投入运行后,其工作过程一般分为输入采样阶段、用户程序执行阶段和输出刷 新阶段三个阶段完成。上述个阶段即为个周期。在整个运行期间的 定的 扫措速度重复执行上述个阶段 (1)输入采釆样阶段。在输入采样阶段,宄扫描所以输入端子并将各输入端子状态存 入对应的输入元件映像寄存器。此时,输入元件映像寄存器被刷新,接着进入用户程序执行 阶段。在用户稈序执行阶段或输出阶段,输入元件映像寄存器与外界隔离,无论输入端子信 号如何变化,输入元件怏像积仔器始终保持不变,直到下个扫挡周期的输入采样阶段才将输 入端子的新内容重新写入。 (2)用户程序执行阶段。根据梯形图程序扫措规则,以先左后右,先上后下的 步序逐句扫描。当指令中涉及输入/输出时,从输入映像寄存器中读入上一阶段采入的 对应输入端子状态,从输出映像寄存器读入对应输出映像寄存器的当前状。然后,进行相 应的运算,运算结果在存入元件映像寄存器中。对元件映像来说,每一个元件的状态会随程 序的执行过程而变化 (3)输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后,输出映像奇存器中所有继屯器的状态在(通 /断)在输出刷新阶段转存到输岀锁存器中,通过一定方式输出驱动外部负载。对于小型PLC, Ⅰ/0点数较少,用户程序较短,用集中采样集中输出的工作方式,虽然在一定程度上降低了 系统的响应速度,但从根木上提高了系统的抗十扰能力,增强了系统的可靠性 对输入/输出的处理规则 对输入输岀的处理规则如下:输入映像寄行器的数据取决于输入端了板上各输入 点在上有个刷新期间的通断状

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