(完整版)基于西门子PLC控制交通灯最新毕业设计论文

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河南工业职业技术学院

Henan Polytechnic Institute

毕 业设 计（论文）

题 目 PLC控制交通灯设计

班 级 机电工程系 机0803班

姓 名 李晓帅

指导教师 刘娇月

基于西门子S7-200的交通灯控制设计

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。尤其是近几年来，

随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的

改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可缺少的工具和手段，

而现今PLC技术飞快发展，应用越来越广，在工业自动化中的地位极为重

要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益

完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

同时交通控制更是趋向智能化方向发展，LED交通信号灯在持续发光、雨

淋、灰尘等恶劣的气候条件下，仍然能保持较好的工作性能，而且价格更

低廉。本文主要通过西门子PLC 控制交通红绿灯。

关键词：西门子S7-200，交通灯，PLC，梯形图。

Bad on the design of Siemens S7-200 traffic

control

ABSTRACT

Since the birth of traffic lights, the circuit in its internal control

system improved, also began to design methods varied, so that traffic

lights become more intelligent. In particular, in recent years, with

electronics and the rapid development of computer technology, electronic

circuit analysis and design methods automation electronic system in an

indispensable tool and means now, PLC today's rapid technological

development, increasingly widespread applications in industrial

automation position is extremely important, widely ud in various

industries. With the development of science and technology, programmable

controllers improvement of the function, together with the small, low-price,

the modern industry of a more prominent role, And more traffic control

Trend is the development of intelligent, LED traffic lights in the continuing

luminescence, rain, dust and other adver weather conditions, can still

maintain good work performance and lower prices. In this paper, Siemens

Programmable Logic Controller

control traffic through the traffic lights.

Key words: Siemens S7-200, traffic lights, PLC,ladder-diagram.

第1章：plc的基础知识

1.1概念

PLC是Programmable Logic Controller的缩写，即可编程逻辑控制

器。它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、

可编程序逻辑控制器PLC和可编程序控制器PC几个不同时期。为与

个人计算机（PC）相区别，所以现在仍然将可编程逻辑控制器简称

plc。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、

定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，

控制各种类型的机械或生产过程。

1.2 plc的由来与发展

1.21

由来

1968年美国汽车公司提出取代继电器控制装置的要求。1969 年，美

国数字设备公司研制出了第一台可编程控制器 PDP—14 ，在美国通用汽

车公司的生产线上试用成功，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这

是第一代可编程序控制器，称Programmable，是世界上公认的第一台

PLC。

1969年，美国研制出世界第一台PDP-14;

1971年，日本研制出第一台DCS-8;

1973年，德国研制出第一台PLC;

1974年，中国研制出第一台PLC;

1.22

发展

(一) 早期的PLC(60年代末—70年代中期)

早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLC多少有点继电器

控制装置的替代物的含义，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序

控制，定时等。

(二) 中期的PLC(70年代中期—80年代中，后期)

在70年代，微处理器的出现使PLC发生了巨大的变化。美国，日本，

德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)。

这样，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保持其原有的逻辑运算、

计时、

计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等

功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模

块、远程IO模块、各种特殊功能模块。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PLC得应用范

围得以扩大。

(三) 近期的PLC(80年代中、后期至今)

进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，微

处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的

当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷

纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大

变化。

目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、交通，轻

工业等领域的应用都得到了长足的发展。

1.3 plc的功能

1.31 PLC的功能主要包含以下几个方面：

1：控制功能逻辑控制，包括（定时，计数，顺序，逻辑）控制。

2：数据采集、存储与处理功能数学运算功能

3：输入输出接口调理功能具有AD、DA转换功能，通过IO模块完成

对模拟量的控制和调节。位数和精度可以根据用户要求选择。 具有温度测

量接口，直接连接各种电阻或电偶。

4：通信、联网功能现代PLC大多数都采用了通信、网络技术，有RS232

或RS485接口，可进行远程IO控制，多台 PLC可彼此间联网、通信，

外部器件与一台或多台可编程控制器的信号处理单元之间，实现程序和数

据交换，如程序转移、数据文档转移、监视和诊断。通信接口或通信处理

器按标准的硬件接口或专有的通信协议完成程序和数据的转移。如西门 子

S7-200的Profibus现场总线口，其通信速率可以达到12Mbps。

在系统构成时，可由一台计算机与多台PLC构成“集中管理、分散

控制”的分布式控制网络，以便完成较大规模的复杂控制。通常所说的

SCADA系统，现场端和远程端也可以采用PLC作现场机。

5：人机界面功能提供操作者以监视机器过程工作必需的信息。允许操

作者和PC系统与其应用程序相互作用，以便作决策和调整。

6：编程、调试等使用复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作

站和操作屏，进行编程、调试、监视 、试验和记录，并通过打印机打印出

程序文件。

1.4 plc的工作原理和结构

1.41 ：

PLC的工作原理

采用循环扫描方式。在PLC处于运行状态时，从内部处理、通信操

作、程序输入、程序执行、程序输出，一直循环扫描工作。

注意：由于PLC是扫描工作过程，在程序执行阶段即使输入发生了变化，

输入状态映象寄存器的内容也不会变化，要等到下一周期的输入处理阶段

才能改变。

1.42 结构：

plc实质上是一种专用与工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微

型计算机再结构上分为固定式和组合式（模块式）两种，固定式plc包括

CPU板，IO板，显示面板，内存块，电源等，这些元素组合成一个不可

拆卸的整体。

模块式plc包括CPU模块，IO模块，内存模块，电源模块，底板或机架。

这些模块可以按照一定的规则组合配置。

PLC的基本结构框图如下

：

输

入

接

口

中央处理单元

CPU板

部

件

1.5 PLC的硬件介绍及选型

1.51 硬件介绍

（一）PLC的类型

PLC按结构分为整体型和模块型两类，按应用环境分为现场安装和

控制室安装两类；按CPU字长分为1位、4位、8位、16位、32位、64

位等。

（二）输入输出模块的选择

输入输出模块的选择应考虑与应用要求的统一。例如对输入模块，应

考虑信号电平、信号传输距离、信号隔离、信号供电方式等应用要求。对

输出模块，应考虑选用的输出模块类型，通常继电器输出模块具有价格低、

使用电压范围广、寿命短、响应时间较长等特点；可控硅输出模块适用于

开关频繁，电感性低功率因数负荷场合，但价格较贵，过载能力较差。输

出模块还有直流输出、交流输出和模拟量输出等，与应用要求应一致。

（三）CPU的构成

电源部件

CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每套PLC至少有一个CPU，它

按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式

采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，

诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运

行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务

产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。

CPU主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控

制及状态总线构成，CPU单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内

存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。

在使用者看来，不必要详细分析CPU的内部电路，但对各部分的工作机制

还是应有足够的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释

指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻

辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，

它也是在控制器指挥下工作。

CPU速度和内存容量是PLC的重要参数，它们决定着PLC的工作速度，IO

数量及软件容量等，因此限制着控制规模。

（四）IO的分配

PLC与电气回路的接口，是通过输入输出部分（IO）完成的。IO模

块集成

了PLC的IO电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输

出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入PLC系统，输出模

块相反。IO分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），

模拟量输出（AO）等模块。

常用的IO分类如下：

开关量：按电压水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有

继电器隔离和晶体管隔离。

模拟量：按信号类型分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型等。

除了上述通用IO外，还有特殊IO模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。

按IO点数确定模块规格及数量，IO模块可多可少，但其最大数受CPU所

能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。

（五）电源的选择

根据PLC输出端所带的负载是直流型还是交流型，是大电流还是小电

流，以及PLC输出点动作的频率等，从而确定输出端采用继电器输出，还

是晶体管输出，或品闸管输出。不同的负载选用不同的输出方式，对系统

的稳定运行是很重要的。

电源模块的选择主要考虑电源输出额定电流和电源输入电压.电源模

块的输出额定电流必须大于CPU模块、IO模块和其它特殊模块等消耗电流

的总和,同时还应考虑今后IO模块的扩展等因素;电源输入电压一般根据

现场的实际需要而定。

直流输入电源对于输入电压一般都是宽范围:如5V为4.5-9V,12V为

9-18V,24V为18-36V,48V为36-72V,110V为60-160V。

有PFC功率因数校正功能。

（六）存储器的选择

由于计算机集成芯片技术的发展，存储器的价格已下降，因此，为保

证应用项目的正常投运，一般要求PLC的存储器容量，按256个IO点至

少选8K存储器选择。需要复杂控制功能时，应选择容量更大，档次更高

的存储器。

经济性的考虑

，选择PLC时，应考虑性能价格比。考虑经济性时，应同时考虑应用

的可扩展性、可操作性、投入产出比等因素，进行比较和兼顾，最终选出

较满意的产品。

输入输出点数对价格有直接影响。每增加一块输入输出卡件就需增加一定

的费用。当点数增加到某一数值后，相应的存储器容量、机架、母板等也

要相应增加，因此，点数的增加对CPU选用、存储器容量、控制功能范围

等选择都有影响。在估算和选用时应充分考虑，使整个控制系统有较合理

的性能价格比。

（七）PLC 接地

良好的接地是PLC安全可靠运行的重要条件。为了抑制干扰，PLC一

般最好单独接地，与其它设备分别使用各自的接地装置，PLC的接地线应

尽量短，使接地点尽量靠近PLC。同时，接地电阻要小于100Ω，接地线

的截面应大于２mm。

另外，PLC的CPU单元必须接地，若使用了IO扩展单元等，则CPU单元应

与它们具有共同的接地体，而且从任一单元的保护接地端到地的电阻都不

能大于100Ω。

（八）底板或机架

大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块

间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连

接，使各模块构成一个整体。

1.52 PLC系统的其它设备

编程设备：编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，

用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况，

但它不直接参与现场控制运行。小编程器PLC一般有手持型编程器，目前

一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。

人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）

式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当

人机界面非常普及。

1.53 PLC的通信联网

依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数

据。因此网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提

出"网络就是控制器"的观点说法。

PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机

以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集

中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议

的接口。PLC的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、

PROFIBUS 或工业以太网进行联网。

1.6 S7-200系列PLC的基本指令

1.61 逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）

（一）指令用法

LD：取指令，用于常开触点与母线连接。

LDI：取反指令，用于常闭触点与母线连接。

OUT：线圈驱动指令，用于将逻辑运算的结果驱动一个指定线圈。

（二）指令用法说明

（1）LD、LDI指令用于将触点接到母线上，操作目标元件为X、Y、M、T、

C、S。LD、LDI指令还可与AND、ORB指令配合，用于分支回路的起点。

（2）OUT指令的目标元件为Y、M、T、C、S和功能指令线圈。

（3）OUT指令可以连续使用若干次，相当于线圈并联。

1.62 单个触点串联指令（AND、ANI）

1.指令用法

AND：与指令。用于单个触点的串联，完成逻辑“与”运算，助记符号为

AND**，**为触点地址。

ANI：与反指令。用于常闭触点的串联，完成逻辑“与非”运算，助记符

号为ANI**，**为触点地址。

2.指令用法说明

（1）AND、ANI指令均用于单个触点的串联，串联触点数目没有限制。该

指令可以重复多次使用。指令的目标元件为X、Y、M、T、C、S。

（2）OUT指令后，通过触点对其他线圈使用OUT指令称为纵接输出。

（3）串联触点的数目和纵接的次数虽然没有限制，但由于图形编程器和

打印机功能有限制，因此尽量做到一行不超过10个触点和1个线圈，连

续输出总共不超过24行。

（4）串联和并联指令是用来描述单个触点与其他触点或触点组成的电路

连接关系的。

指令名称 指令符 功能 操作数

取 LD bit

读入逻辑行或电路块

的第一个常开接点

读入逻辑行或电路块

的第一个常闭接点

Bit：

I，Q，M，SM，取反 LDN bit

T，C，V，S

与 A bit 串联一个常开接点

与非 AN bit 串联一个常闭接点

或 O bit 并联一个常开接点

或非 ON bit 并联一个常闭接点

电路块与 ALD 串联一个电路块

无

电路块或 OLD 并联一个电路块

Bit：Q，M，

SM，T，C，V，输出 = bit

S

输出逻辑行的运算结

果

置位 S bit，N 置继电器状态为接通

Bit：

Q，M，SM，V，

复位 R bit，N 使继电器复位为断开

S

表 S7-200系列的基本逻辑指令

1.63 S7-200系列PLC的定时器指令

类型、编号及分辨率

1. TON——接通延时

2. TONR——有记忆接通延时

3. TOF——断开延时

3种分辨率（时基）：1ms、10ms、100ms——分别对应不同的定时器号

定时器6个要素：

指令格式（时基、编号等） 预置值——PT

使能——IN 复位——3种定时器不同

当前值——Txxx 定时器状态（位）——可由触点显示

定时值=时基×预置值PT。由于定时器的计时间隔与程序的扫描周期并不

同步，定时器可能在其时基（1ms、10ms、100ms）内任何时间启动，所以，

未避免计时时间丢失，一般要求设置PT预置值必须大于最小需要的时间

间隔。例如：使用10ms时基定时器实现

140ms延时（时间间隔），则PT应设置为15（10ms×15=150ms）

语句表

梯形图LAD 功能

操作码 操作数

使能＝1计数，

计数到设定值时（一

直计数到32767），定

TON Txxx PT

时器位＝1。使能＝0

复位（定时器位＝0）。

一般用于单一时间间

隔的定时

使能＝1，定时器

位＝1，计数器复位

（清零）。使能由1

到0负跳变，计数器

TOF Txxx PT

开始计数，到设定值

时（停止计数），定时

器位＝0。

使能＝1，计数器开始

计数，计数到设定值

时，计数器位＝1。使

能断开，计数器停止

TONR Txxx PT

计数，计数器位仍为

1，使能位再为1时，

计数器在原来的计数

基础上计数。

S7-200系列的定时器指令

以上三种计数器可以通过复位指令复位。

1.7 S7-200系列编程软（STEP7-MicroWIN）编程软件

1.71

STEP7-MircoWIN窗口组件

主界面一般可以分为以下几个部分：菜单条、工具条、浏览条、指令

树、用户窗籍口、输出窗口和状态条。除菜单条外，用户可以根据需要通

过检视菜单和窗口菜单决定其它窗口的取舍和样式的设置。

STEP7-MicroWIN32的主界面如图1.71所示。

图1.71 STEP7-MicroWIN32的主界面

1.

主菜单

主菜单包括：文件、编辑、检视、PLC、调试、工具、窗口、帮助8

个主菜单项。

①

1.72 编程准备

（一）. 指令集和编辑器的选择

写程序之前，用户必须选择指令集和编辑器。

在S7-200系列PLC支持的指令集有SIMATIC和IEC1131-3两种。

SIMATIC是专为S7-200PLC设计的，专用性强，采用SIMATIC指令编写的

程序执行时间短，可以使用LAD、STL、FBD三种编辑器。IEC1131-3指令

集是按国际电工委员会（IEC）PLC编程标准提供的指令系统，作为不同

PLC厂商的指令标准，集中指令较少。有些SIMATIC所包含的指令，在IEC

1131-3中不是标准指令。IEC1131-3标准指令集适用于不同厂家PLC，可

以使用LAD和FBD两种编辑器。本教材主要用SIMATIC编程模式。

1单命令“工具”→“选项” →“一般”标签→“编程模式” →选SIMATIC。

程序编辑器有LAD、STL、FBD三种。本论文主要用LAD和STL。

2择编辑器的方法如下：

用菜单命令“检视” →LAD或STL。

或者菜单命令“工具”→“选项” →“一般”标签→“默认编辑器”。

（二）根据PLC类型进行参数检查

在PLC和运行STEP7-MicroWIN的PC连线后，在建立通信或编辑通信

设置以前，应根据PLC的类型进行范围检查。必须保证STEP7-MicroWIN

中PLC类型选择与实际PLC类型相符。方法如下：

1菜单命令“PLC”→“类型” →“读取PLC”。

2在指令树→“项目”名称→“类型” →“读取PLC”

1.73

STEP7-MircoWIN主要编程功能与程序的上载下载

（一）

下载

②

如果已经成功地在运行STEP 7-MicroWIN32的个人计算机和PLC之间

建立了通讯，就可以将编译好的程序下载至该PLC。如果PLC中已经有内

容将被覆盖。下载步骤如下：

（1）下载之前， PLC必须位于“停止”的工作方式。检查PLC上的工作

方式指示灯，如果PLC没有在“停止”，单击工具条中的“停止”按钮，

将PLC至于停止方式。

（2）单击工具条中的“下载”按钮，或用菜单命令“文件”→“下载”。

出现“下载”对话框。

（3）根据默认值，在初次发出下载命令时，“程序代码块”、“数据块”和

“CPU配置”（系统块）复选框都被选中。如果不需要下载某个块，可以清

除该复选框。

（4）单击“确定”，开始下载程序。如果下载成功，将出现一个确认框会

显示以下信息：下载成功。

（5）如果STEP 7-MicroWIN 32中的CPU类型与实际的PLC不匹配，会显

示以下警告信息：“为项目所选的PLC类型与远程PLC类型不匹配。继续

下载吗？”

（6）此时应纠正PLC类型选项，选择“否”，终止下载程序。

（7）用菜单命令“PLC” →“类型”，调出“PLC类型”对话框。单击“读

取PLC”按钮，由STEP 7-MicroWIN32自动读取正确的数值。单击“确定”，

确认PLC类型。

（8）单击工具条中的“下载”按钮，重新开始下载程序，或用菜单命令

“文件”→“下载”。

下载成功后，单击工具条中的“运行”按钮，或“PLC” →“运行”，PLC

进入RUN（运行）工作方式。

（二） 上载

用下面的方法从PLC将项目元件上载到STEP 7-MicroWIN 32程序编辑器：

 单击“上载”按钮。

 选择菜单命令“文件”→“上载”。

 按快捷键组合Ctrl+U。

执行的步骤与下载基本相同，选择需的上载的块（程序块、数据块或系统

块），单击“上载”按钮，上载的程序将从PLC复制到当前打开的项目中，

随后即可保存上载的程序。

1.74

程序的调试与监控

在运行STEP 7-MicroWIN 32编程设备和PLC之间建立通信并向

PLC下载程序后，便可运行程序，收集状态进行监控和调试程序。

（一）选择工作方式

PLC有运行和停止两种工作方式。在不同的工作方式下，PLC进行调试的

操作方法不同。 单击工具栏中的“运行”按钮或“停止”按钮可以进入相

应的工作方式.

（1） 选择STOP工作方式

在STOP（停止）工作方式中，可以创建和编辑程序，PLC处于半空闲状

态：停止用户程序执行；执行输入更新；用户中断条件被禁用。PLC操作

系统继续监控PLC，将状态数据传递给STEP 7-MicroWIN 32，并执行所

有的“强制”或“取消强制”命令。当PLC位于STOP（停止）工作方式

可以进行下列操作：

1 使用图状态或程序状态检视操作数的当前值。（因为程序未执行，这一

步骤等同于执行“单次读取”）

2 可以使用图状态或程序状态强制数值。使用图状态写入数值。

3 写入或强制输出。

4 执行有限次扫描，并通过状态图或程序状态观察结果。

（二） 选择运行工作方式

当PLC位于RUN（运行）工作方式时，不能使用“首次扫描”或“多

次扫描”功能。可以在状态图表中写入和强制数值，或使用LAD或FBD

程序编辑器强制数值，方法与在STOP（停止）工作方式中强制数值相同。

还可以执行下列操作（不能在STOP工作方式使用）：

1 使用图状态收集PLC数据值的连续更新。如果希望使用单次更新，图

状态必须关闭，才能使用“单次读取”命令。

2 使用程序状态收集PLC数据值的连续更新。

3 使用RUN工作方式中的“程序编辑”编辑程序，并将改动下载至PLC。

1.8

顺序功能图(SFC)

顺序功能图(SFC)又叫做状态转移图或功能表图，它是描述控制系统

的控制过程、功能和特性的一种图形，也是设计可编程序控制器的顺序控

制程序的有力工具。这是一种位于其他编程语言之上的图形语言，用来编

制顺序控制程序。SFC提供了一种组织程序的图形方法，在SFC中可以

用别的语言嵌套编程。步、转换和动作(Action)是SFC中的3种主要元件。

步是一种逻辑块，即对应于特定的控制任务的编程逻辑，动作是控制任务

的独立部分，转换是从一个任务到另一个任务的原因。

对于目前大多数可编程序控制器来说，SFC还仅仅作为组织编程

的工具使用，尚需用其他编程语言(如梯形图)将它转换为可编程序控制器

可执行的程序。因此，通常只是将SFC作为可编程序控制器的辅助编程工

具，而不是一种独立的编程语言。

第2章： 交通灯控制要求

2.1路况示意图（模拟图）

2．1交通灯示意图

北

西 东

南

2.2

工作要求和过程

主要工序要求如下：

信号灯受启动开关控制。当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，

先南、北红灯亮，在东、西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄

灭。

（1）南、北绿灯和东、西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系

统，并立刻报警。

（2）南、北红灯亮维持25s，在南、北红灯亮的同时东.西灯也亮，并维持

20s，到20s时，东、西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。在动系绿灯熄灭时，

东.西黄灯亮，并维持2s。到2s时，东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮。同

时，南、北红灯熄灭，绿灯亮。

（3）东、西红灯亮维持30s，南、北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄

灭，同时南、北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南、北红灯亮，东、西绿

灯亮。

（4）上述动作循环进行。

注意：要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。

2.3根据交通灯示意图模拟控制实验

在PLC交通灯模拟模块中，东西南北都有3个控制信号灯，他们分别是：

1， 禁止通行灯 （亮时为红色）

2， 允许通行 （亮时为绿色）

3， 准备禁止通行 （亮时为黄色）

所以结合交通灯实际情况可以设计交通灯模拟控制实验：

当交通系统起动开关接通时按照工作要求

南北向和东西向均设有红灯25秒，绿灯20秒，绿灯闪亮3秒和黄灯

2秒。当东西方向的红灯点亮时，南北方向应该依次点亮绿灯，绿灯闪亮，

然后黄灯点亮。反之，当南北方向的红灯点亮时，东西方向应该依次点亮

绿灯，绿灯闪亮，然后黄灯点亮。当起动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

第3章 交通灯控制的设计

3.1 顺序功能图

根据第二章交通灯的控制要求可以画出顺序功能图

设启动按钮用I0.0表示, 6个工作状态分别用顺序控制继电器位

S0.0,S0.1,S0.2,S0.3,S0.4.S0.5表示,分别用T0.T1,T2,T3,T4,T5表示定

时器.

当I0.0启动按钮得电时,将激活S0.0,进入第一步状态,在该状态南北

红灯亮,东西绿灯亮,

同时启动定时器T1, T1定时时间到时,转换条件满足,结束S0.0激活

S0.1进入下一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西绿灯闪.同时启动

定时器T2, T2定时时间到时,转换条件满足,结束S0.1激活S0.2进入下

一个工作状态, 在该状态南北红灯亮,东西黄灯亮,依次激活

S0.3,S0.4.S0.5,当定时器T6时间到时再次激活S0.0,不断循环执行.

顺序功能图如图3.1所示

3.2 IO分配及接线图

硬件结构设计了解各个对象的控制要求,分析对象的控制要求,确定

输入输出(IO)接口的数量,确定所控制参数的精度及类型.如对开关量,模

拟量的控制,用户存储器的存储容量等.选择合适的PLC机型及外设,完成

PLC的硬件结构配置.

根据上述选型及工作要求,绘制PLC控制交通灯的电路接线图,编制

IO接口功能表,根据信号控制要求,IO分配及其接线分别如图3.2（1），（2）

所示

所谓输入输出接口电路是PLC与被控对象间传递输入输出信号的接口部

件，各输入输出点的通断态用发光二极管（LED）显示，外部接线一般接

在PLC的接线端子上。

图3.1 交通灯顺序功能图

下面先跟据输入输出接口的数量编制出输入输出分配表：

IO分配表

输入 输出 机内器件

启动开关I0.0 南北绿灯Q0.2 T39 东西绿灯 20S

停止开关I0.1 东西红灯Q0.4 T41 东西黄灯 2S

报警灯 Q0.0 T37 南北红灯 25S

南北红灯Q0.1 T38 东西红灯 25S

南北黄灯Q0.3 T40 东西绿灯闪 3S

东西绿灯Q0.5 T42 南北绿灯 20S

东西黄灯Q0.6 T43 南北绿灯闪 3S

图3.2（1）

T44 南北黄灯 2S

根据输入输出分配表画出接线图，如下：

3.2 交通灯PLC外部IO分配及接线图

3.3 编制程序

根据上述IO分配表编制出程序如下：

﹙﹚

﹙﹚

﹙﹚

﹚

﹙﹚

﹙﹚

指令表如下

﹙﹚

LD I0.0 TON T38, 250

AN Q0.0 LDN Q0.0

AN T38 A I0.0

TON T37, 250 A T37

LD T37 TON T39, 200

LD T40 >=I,I=1

A T40 <=I,I=10

= Q0.2

LD T40 >=I,I=20

A T40 <=I,I=30

3.4交通灯时序波形图

所谓时序图(Sequence Diagram)用来显示对象之间的关系，并强调对

象之间消息的时间顺序，同时显示了对象之间的交互。下面就根据交通灯

的工作要求画出他的时序波形图.如图2.4

3.4 交通灯控制时序波形

3.5 PLC系统调试

(1)常规检查。在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查(包括接线检

查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等)，避免损坏PLC模块(用STEP7

的诊断程序对所有模块进行检查)。

(2)系统调试。系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。其中离线

调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，采用STEP7能对用户编制

程序进行自动诊断处理，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。

而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以

及所控设备等的调试。在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时

发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。因此，一般系统所存在

的问题基本上可在此过程中得到解决。

致 谢

我衷心感谢我的指导老师在工作之余抽出时间来指导我完成本课题

的设计。经过两个多月对课题的探讨与研究，使我从中学到了很多东西，

并对PLC的有了进一步的认识。在设计过程中遇到了一些难题，通过老师

们的耐心指导和同学们的帮助，使我克服了这些问题，在此表示感谢。同

时，也要感谢和我一起度过三个春秋的老师和同学们。在这三年里，我过

的很充实。老师和同学们给了我很多帮助，让我的求学生涯丰富而又多彩。

在设计过程中，首先是对资料的收集和整理，然后是设计的总体规划，

最后就是设计的完成和修改。

三年时光稍纵即逝。此时，回头想想这段短暂的求学路，时而喜悦，

时而惆怅。在这个美丽的校园里，原本天真幼稚的我如今已蜕变成一个睿

智、沉稳的青年，感谢命运的安排，让我有幸结识了许多良师益友，是他

们教我如何品味人生，让我懂得如何更好的生活！人生处处是驿站，已是

挥手作别之时，在此，向所有帮助过我的人献上我最诚挚的谢意。

！

参 考 文 献

[1]廖常初.PLC编程及应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008

[2]田淑珍.S7-200 PLC原理及应用 [M].北京：机械工业出版社，2009

[3]张运刚等.PLC技术与应用 [M].北京：人民邮电出版社，2007

[4]徐国林.PLC应用技术 [M].北京：机械工业出版社，2007

[5]廖常初.S7-200PLC基础教程(第二版)[M].北京：机械工业出版社，2009

[6]廖常初.可编程序控制器应用技术（第四版）[M].重庆:重庆大学出版

社,2002