十字路口交通灯PLC程序设计

交通灯控制系统的控制要求如下：

1 信号灯受一个起动开关（SB1）控制，当起动开关接通时，信号系统开始工作，且先南北红灯亮，东西红灯亮。

2 交通灯按如下顺序循环点亮：红红（2s）-->红绿（3s）-->红黄（1s）-->红红（2s）-->绿红（3s）-->黄红（1s）-->红红(2s)。

3 周而复始。    

1.2系统设计方案分析

按照交通灯系统控制要求下，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分析如下：给一个启动的输入信号，要配合一个SB1的按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。

     按照控制要求，将控制过程分为六步，分别是红红、红绿、红黄、红红、绿红、黄红，程序控制继电器按时序一步步的跳转。可采用多种方案实现跳转，在此，我们采用传送指令与时间继电器结合来控制程序的运转。

首先，上电后，按下启动按钮SB1，I0.0动作，为MB10送入数据1，中间继电器M10.0动作，启动通电延时时间继电器T37，延时2s后，其常开触点闭合，启动数据转送，为MB10送入数据2。中间继电器M10.1动作,启动时间继电器T38，延时3s后，其常开触点闭合，启动下一次数据传送，为MB10送入数据4。中间继电器M10.2动作，启动时间继电器T39，延时1s后，其常开触点闭合，启动第四次数据传送，为MB10送入数据8。中间继电器M10.3动作，启动时间继电器T40，延时2s后，其常开触点闭合，启动下一次数据传送吗，为MB10送入数据16。中间继电器M10.4动作，启动时间继电器T41，延时3s后，其常开触点闭合，启动第六次数据传输，为MB10送入数据32。中间继电器T42动作，延时1s后，其常开触点闭合。启动下一次数据传送之后，程序进入第二个循环，从而实现红绿灯的循环控制。

因此，需要一个信号输入，六个信号输出，十字路口有十二个交通信号灯，南北、东西两个为一组用一个输出信号控制。通过如下的十字路口交通灯状态分析表、主流程图、十字路口交通灯时序图一一展开，十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐脉络清晰。

表1 十字路口交通灯状态分析表

南北方向

  十字路口交通灯如下图1所示，将12个交通灯进行编号

                     图1   十字路口交通灯状态图

这12个交通灯共有四个状态：

状态1：南北红灯（1、7）亮，东西红灯（4、10）亮；

状态2：南北红灯（1、7）继续亮，东西绿灯（6、12）亮；

状态3：南北红灯（1、7）继续亮，东西黄灯（5、11）亮；

状态4：南北红灯（1、7）继续亮，东西红灯（4、10）亮；

状态5：南北绿灯（3、9）亮，东西红灯（4、10）继续亮；

状态6：南北黄灯（2、8）亮，东西红灯（4、10）继续亮；

主程序流程图：（如图3-2所示）

  图3-2  主程序流程图

图2 十字路口交通灯时序图

1.3.1  PLC的选型

从上面的分析可以知道，系统共有开关量输入点1个，开关量输出点6个，参照西门子S7-200系列特性，选用主机为CPU222。

输入电路采用了双向光电耦合器，24V DC极性可任意选择， 1M、2M为输入端子的公共端。1L、2L为输出公共端。

CPU222另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。

1.3.2  PLC的地址分配

   列出交通信号灯PLC的输入/输出点分配表，见表3-2。

   定时器  T=PT×S;  定时实际时间=设定值×精度

1ms: T32,T96  

10ms: T33~T36, T97~T100   

100ms: T37~T63, T101~T255

表3-2 交通信号灯PLC的输入/输出点分配表

      如图3-5所示

   端口I0.0为接入系统开关的传送信号，端口Q0.0接南北红灯，端口Q0.1接南北绿灯，端口Q0.2接南北黄灯，端口Q0.3接东西红灯，端口Q0.4接东西绿灯，端口Q0.5接东西黄灯。

1.4 系统程序设计

1.4.1系统的梯形图

1.4.2语句表

Network 1  // //程序采用传送指令与时间继电器控制交通灯各状态的循环

LD     SM0.1         MOVB   0, MB10

Network 2  // //为MB10送1，南北方向为红灯，东西方向为红灯

LD     I0.0           MOVB   1, MB10     

O      T42  

Network 3  // //为MB10送2，南北方向为红灯，东西方向为绿灯

LD     T37           MOVB   2, MB10

Network 4  // //为MB10送4，南北方向为红灯，东西方向为黄灯

LD     T38           MOVB   4, MB10

Network 5  // //为MB10送8，南北方向为红灯，东西方向为红灯

LD     T39           MOVB   8, MB10

Network 6  // //为MB10送16，南北方向为绿灯，东西方向为红灯

LD     T40           MOVB   16, MB10

Network 7  // //为MB10送32，南北方向为黄灯，东西方向为红灯

LD     T41           MOVB   32, MB10

Network 8  // 状态1：2s

LD     M10.0         TON    T37, +20

Network 9  // 状态1：3s

LD     M10.1         TON    T38, +30

Network 10  // 状态1：1s

LD     M10.2         TON    T39, +10

Network 11  // 状态1：2s

LD     M10.3         TON    T40, +20

Network 12  // 状态1：3s

LD     M10.4         TON    T41, +30

Network 13  // 状态1：1s

LD     M10.5         TON    T42, +10

Network 14  // 南北方向红灯亮

LD     M10.0         O      M10.3

O      M10.1          =      Q0.0

O      M10.2       

Network 15  // 南北方向绿灯亮

LD     M10.4          =      Q0.1

Network 16  // 南北方向黄灯亮

LD     M10.5          =      Q0.2

Network 17  // 东西方向红灯亮

LD     M10.0          O      M10.5

O      M10.3          =      Q0.3

O      M10.4

Network 18  // 东西方向绿灯亮

LD     M10.1          =      Q0.4

Network 19  // 东西方向黄灯亮

LD     M10.2          =      Q0.5

1.5 系统检测与调试

连接好实验箱上电路，输入口I0.0接按钮开关K1.，输出口接实验箱上交通灯实验区。打开STEP7 Micro/WIN32 编程软件，将写好的程序输入程序框，编译、下载并运行程序，观察实验结果。并开启程序监控，可得结果如下：

上电后，按下启动按钮SB1，I0.0动作，为MB10送入数据1，中间继电器M10.0动作，启动通电延时时间继电器T37，延时2s后，其常开触点闭合，启动数据转送，为MB10送入数据2。中间继电器M10.1动作,启动时间继电器T38，延时3s后，其常开触点闭合，启动下一次数据传送，为MB10送入数据4。中间继电器M10.2动作，启动时间继电器T39，延时1s后，其常开触点闭合，启动第四次数据传送，为MB10送入数据8。中间继电器M10.3动作，启动时间继电器T40，延时2s后，其常开触点闭合，启动下一次数据传送吗，为MB10送入数据16。中间继电器M10.4动作，启动时间继电器T41，延时3s后，其常开触点闭合，启动第六次数据传输，为MB10送入数据32。中间继电器T42动作，延时1s后，其常开触点闭合。启动下一次数据传送之后，程序进入第二个循环，从而实现红绿灯的循环控制。

经验证，程序在实验箱上运行正常。

1.6 总结

    经过五天的课程设计，我初步掌握了PLC程序设计的基本方法，了解到顺序控制的方法，理解了时序对交通灯设计的重要性。整个课程设计最大的难点在于确定交通灯的控制逻辑和时序分析，在程序设计的最初阶段，我们没有深刻理解交通灯状态变化的时序关系，无法找到状态转换的起始点，所以始终写不出合理的程序。后来，我们采用传送指令来控制时间继电器的启动，也解决了这个问题。总的感觉是，这次课程设计的收获很大，我学到了一些实用的PLC知识，这些知识也将为我以后的学习和工作所用。

1.7 参考文献

1张万忠 刘明芹. 电器与PLC控制技术. 化学工业出版社, 2008

2   吴志刚 . 应用技术实验教程. 西南交通大学出版社, 2010