我的设计是用PLC来编写的，主要是控制十字路口的交通灯
红绿黄灯依次亮灭，闪烁
设计的目的 - 能够根据功能要求选择PLC的类型及其根据I/O点的要求选择该类PLC的型号。
- 根据所选的PLC的类型，掌握该PLC的编程软件并能够利用该软件绘制设计课题的梯形图。
- 根据I/O点的定义，绘制PLC外部电气接线图。
二．设计的基本要求 1、控制要求 设计一个复杂十字路口的交通灯控制系统。该系统包括东西、南北方向上的车辆直行红黄绿灯的控制、车辆左转红绿灯的控制以及各方向上人行道的红黄绿灯控制。在十字路口东西、南北装上主干道“红黄绿”灯和人行道“红黄绿”灯，其中主干道的“红黄绿”灯又分为左转“红绿”灯和直行“红黄绿”灯。具体分布如图1，总共交通灯个数为32个，其中红灯12个、绿灯12个、黄灯8个。 
具体控制要求： 系统只有一个启停按钮，第一次按下此按钮，系统启动，自动运行，第二次按下此按钮，系统停止运行。 整个系统自动运行时，先让南北方向左转车辆运行，通行时间15秒；接着让南北方向主干道直行车辆运行，通行时间30秒；再接着让东西方向左转车辆运行，通行时间12秒；然后东西方向主干道直行车辆运行，通行时间25秒；如此循环。正常情况下，在变换车道运行时，绿灯熄灭前会闪几秒钟，左转绿灯灭设定闪2S，直行绿灯灭设定闪3S。闪烁频率为1s。 人行道红黄绿灯状态与东西、南北方向的直行交通灯状态一致。 2、画出系统的主电路图； 3、选择PLC型号，设计外部输入/输出点（I/O），画出PLC外部接线图； 4、画出顺序功能图； 5、设计完整的梯形图。
目录 第1章 绪论 1.1引言 1.2课题的背景 1.3课题研究的目的意义 第2章 系统硬件设计 2.1 PLC选型 2.2 IO分配 2.3 PLC外部接线设计 第3章 系统软件设计 3.1定时器的分配 3.2 动作流程图 3.2 顺序功能图 3.3 程序梯形图 第4章 系统仿真 4.1 仿真界面 4.2 运行中问题 4.3 仿真结果 第5章 心得体会 参考文献 附录
1.1引言 自动控制装置的先进程度是体现工业自动化水平的重要标志，随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展，可编程序控制器已经成为工业控制的标准设备之一。用内部编程“软元件”取代继电器逻辑控制电路中大量的时间继电器和中间继电器，简化控制线路、提高系统可靠性，是PLC的最大优点。根据实际工艺要求，借助于顺序功能图和梯形图来编制用户控制程序,实现单台设备或生产过程的顺序控制，则是PLC的主要功能之-。同时PLC以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术、网络技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制自动化装置。随着现代技术的发展,该装置在功能及构造上已经远远超过了早期的PLC。 交通问题是现代社会发展的-一个重要表现，同时也是社会发展的重要依托。交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。无论是在古代还是现代，交通运输都具有十分重要的经济意义和战略意义。在现代经济高速发展的今天，交通问题己经被许多国家和地区提上了日程。如何高效、快捷地出行，是关乎人们生产和日常生活的重要问题。而与之相关的方方面面也就自然而然地成为了人们所研究和关注的焦点。 本课题通过深入地研究PLC的硬件结构与工作方式，成功地将PLC与十字路口交通信号灯联系起来，初步解决了交通拥堵问题。系统地设计了基于PLC的十字路口复杂的交通信号灯控制系统，对包括具体信号灯配置、硬件与软件的设计在内的控制环节进行了深刻研究，实现了十字路口的交通灯的自动控制。
1.2课题的背景 目前国内城市人口密集区，机动车和非机动车数量讯速增长，严重匮乏且陈旧的道路交通设施、布局不尽合理的城市路网已经不堪重负，这些都导致了城区交通拥堵频繁、交通秩序混乱等问题。特别是早晚行车流量高峰期，道路人流、车流量基本处于饱和或超饱和状态，车辆行驶缓慢，加上小商贩占道摆摊设点、车辆随意停乱放，使得蚕食、侵占道路现象比较突出，而“行车难、停车难”己越来越成为中心城区内的一种常态，是城市交通管理的难点和热点。随着城镇人口不断增长，机动车、非机动车拥有量还会逐年递增，城市安全设施建设的滞后性凸显，交通违法事故、治安事件时有发生，城市安全防控已成为了整个社会所关注的焦点。 从相关部门的事后查处的结果来看，造成这些现象其中的-一个重要原因就是机动车驾驶员在交警视线外违法行驶的情况非常普遍，交通参与者的交通安全意识普遍偏低。随意违法的问题也在很大程度上反映了我区交通秩序管理缺乏科技手段给予支撑的问题，这些都成为我区道路交通事故处在多发态势的主要原因。面对日益严重的交通拥堵问题，想要仅仅依靠行政措施是远远不够的。解决交通问题还应该利用科技力量对城市交通进行有效的管理，如何对异常的交通拥堵等交通事件进行有效的监督管理，是城市实现智能交通时需要考虑的重点之一。利用交通灯对车流进行管理，无疑是最为便捷且最为行之有效的方法。眼下一个极为迫切的问题就是如何优化目前的交通信号灯系统。
1.3课题研究的目的意义 交通运输是城市功能活动的命脉，它直接影响社会经济与生活的各个方面。在世界范围内，随着人口密度高速增长，城市化的脚步不断加快，交通问题日渐严重。尤其在国际性大都市，拥挤的交通已经造成了巨大的能源损失和环境污染，同时也给人们的生活带来了巨大的困扰。在我国这个情况尤为突出。这就说明了交通路口的车辆指挥工作是极为重要的一-环，而疏导交通的主要工具交通信号灯的性能就更为重要。以往的交通灯大都采用继电器或单片机来实现，虽然简单可控成本低，但同时也存在着功能少，可靠性较差，维护量很大等缺点。 目前我国的交通信号灯主要靠单片机甚至是更初级的控制方式。该控制方式虽然简单易行，但由于单片机工作稳定性差、易受外界干扰、可实现功能少且联网性差，己越来越不能适应现代化都市对于交通控制的需求。而国内外到目前为止尚无完善的解决方案，这就为PLC的研发应用提供了广阔的空间。PLC控制的信号灯的出现使得该问题迎刃而解。 和单片机控制的十字路口信号灯相比，用PLC进行控制主要是考虑PLC具有很强的环境适应性，同时其内部定时器资源非常丰富，可对交通灯进行精确控制。并且由于PLC内部均配有实时时钟，因此通过PLC控制可对交通灯实施全天候无人化管理。另外因为PLC具有通信联网功能，所以可以将同一-条道路上的交通灯组成局域网进行的统一调度管理，这样就可以缩短车辆等候时间，进而实现科学化管理。该课题的提出和研究有利于填补国内外PLC应用领域的空白和不足，充分发挥PLC在现代工业控制中的优越性。
2.1 PLC选型 如图2-1所示，S7-200属于小型PLC，其主机的基本结构是整体式，主机上有一定数量的输入/输出点，一个主机单元就是一个系统，如果I/O点不够，可以灵活的进行增加I/O扩展模块，如需要特殊通信或定位控制等，可增加相应的功能模块。 主机模块选用CPU224，集成有14输入/10输出，本次使用1输入/10输出，最多可扩展7个模块。
图2-1 PLC基本组成
2.2 IO分配 本次设计输入为一个按钮，输出为各个方向的交通灯，由于采用了多个交通灯用同一输出点，所以有10个输出点，I/O分配表如图2-2。 表2-2 PLC的IO分配表
2.3 PLC外部接线设计 PLC外部接线图如图2-3所示，SB0为按钮输入，L为电源输入，COM为电路保护的熔断器和交流电源，另外还有10个输出，整体采用S7-200，主机模块为CPU224。
图2-3 外部接线图
3.1定时器的分配 如表3-1所示，采用了TON定时器和计数器进行定时与计数。由于按钮既要控制启动，又要控制停止，所以计数器主要是对按钮的按下次数进行计数，而所有的定时器都是对红绿黄灯的亮和闪烁的时间进行定时，定时时间到时则相互变换不同颜色的交通灯。
表3-1 定时/计数器功能表
3.2 动作流程图 动作流程图如图3-1所示，开机前处于停止状态，判断按下按钮的次数，按下一次则启动，按下两次则停止。当按下一次时，南北左转绿灯亮15s，闪2s，南北直行，人行道红灯亮17s，第二步南北直行，人行道绿灯亮30s，闪3s，南北左转红灯亮36s，第三步南北直行，人行道黄灯亮3s，同时东西所有红灯亮53s。第四步东西左转绿灯亮12s，闪2s，东西直行，人行道红灯亮14s，第五步东西直行，人行道绿灯亮25s，闪3s，东西左转红灯亮31s，第六步东西直行，人行道黄灯亮3s，同时南北所有红灯亮43s。
图3-1 动作流程图 3.2 顺序功能图 顺序功能图如图3-2所示，按下I0.0，采用并行分支，南北左转绿灯，南北直行，人行道红灯，东西所有的红灯同时亮，15s后，南北左转绿灯闪2s，其他保持不变，17s后，南北直行，人行道绿灯亮，南北左转红灯亮，东西所有的红灯亮，30s后，南北直行，人行道绿灯闪3s，其他保持不变33s后，南北直行，人行道黄灯亮3s，其他保持不变。东西左转绿灯，东西直行，人行道红灯，南北所有的红灯同时亮，12s后，东西左转绿灯闪2s，其他保持不变，14s后，东西直行，人行道绿灯亮，东西左转红灯亮，南北所有的红灯亮，25s后，东西直行，人行道绿灯闪3s，其他保持不变，东西直行，人行道黄灯亮3s，其他保持不变。
图2-2 顺序功能图
3.3 程序梯形图 程序梯形图见附录所示，按钮I0.0既要控制启动，也要控制停止，则采用一个计数器，计数值为2。按下一次，在I0.0的上升沿时则开始，按下两次时，计数器为高电平，无论程序运行到哪一步，用计数器C0的常开直接跳转到S0.0，控制停止，同时用C0的常开来复位计数器C0.按下I0.0时，跳转到S0.1与S0.5，接通Q0.1与M1.3，M0.5与M1.0，定时器T37开始计时17s，T40开始计时53s，T37定时结束后，跳转到S0.2，接通Q0.4与M0.0，定时器T38开始计时，T40定时结束后，跳转到S0.6，接通Q0.6与M1.1，定时器T42开始计时，T38计时结束后跳转到S0.3，接通Q0.3与M0.1，T39开始计时，T42计时结束后跳转到S0.7，接通Q1.1与M0.6，定时器T43开始计时，T39计时结束后，跳转到S0.4，接通M0.1与M0.3，定时器T41开始计时，定时器T43计时结束后跳转到S1.0，接通Q1.0与M0.7，定时器T44开始计时，T41计时结束后跳转S0.1，T44计时结束后跳转到S0.5。此后一直进行循环。M1.3与M0.3常开并联接通Q0.2，M0.5,M0.6,M0.7常开并联接通Q0.5，M1.0,M1.1常开并联接通Q0.7，M0.0,M0.1,M0.2常开并联接通Q0.0，在闪烁时用到SM0.5，闪烁周期为1S。各输出接口所代表灯的定义见梯形图所注释。
4.1 仿真界面 采用仿真软件仿真后结果如图4-1所示，通过控制I0.0，实现Q0.0至Q1.1的亮灭，对照I/O分配表，观察各个方向，各种颜色交通灯的变化。
图4-1 软件仿真界面
4.2 运行中问题 ①开关I0.0既要控制启动也要控制停止，所以不知道采用什么样的指令，在编写程序时，尝试过采用置位和复位，也试过用中间继电器，但都没有得到预想的结果，最后用了计数器，在每一步后面都加上了跳转的指令，即计数器的常开控制跳转。 ②在输出点的数量的控制上采用了一个输出点代表多个交通灯的亮灭的简便方式，寻找亮灭同时的交通灯，将其接到同一个输出点上，由于本设计有32个输出，这样可以减少输出点的数量。如南北直行，人行道的红灯原本有4个输出点，现作为一个输出点，简化了的设计。 ③由于在所有方向的交通灯的设计上，在某个方向的绿灯亮时，其他方向的红灯都需要一直亮，所以在编写程序时考虑了两种方法，最后选择了利用并行分支，将南北和东西方向的交通灯同时点亮。 ④最后一个问题是在交通灯的亮灭和闪烁上，刚开始采用的是书本上的闪烁电路，后来发现过于复杂，于是采用了比较指令与SM0.5（亮0.5s，灭0.5s，周期为1s）这个特殊继电器来实现交通灯的亮灭和闪烁.
4.3 仿真结果 经过仿真软件的成功仿真后，为增加设计的准确性，将设计在实验室进行实物仿真，仿真结果如图4-3所示。主要进行PLC的外部接线，左侧接入电源，对输入，输出，开关按钮模块进行给电，同时将按钮与输入I0.0连接，用以控制输出。
图4-3 实验室仿真图
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很多。我趁着做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。
同时通过这次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，了解到自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，为以后完善自己提供了目标与方向。
附录
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