交通灯控制系统的设计与制作毕业论文

1、 桂林航天工业学院毕业设计 题目：交通灯控制系统的设计与制作 专业： 姓名：周其晴 学号：5 指导教师：黄书童 20 14 年 月 日 毕 业 设 计（ 论 文 ）评 语指导教师评语 签字： 20 年 月 日评阅教师评语 签字： 20 年 月 日毕业设计（论文）答辩记录成绩及评语答辩提问记录 记录人： 20 年 月 日答辩委员会评语 成绩 主任签字： 20 年 月 日自动化系毕 业 设 计 任 务 书专业： 年级：2011 姓名周其晴学号5指导教师（签名）毕业设计题目交通灯控制系统的设计与制作任务下达日期设计提交期限2014年6月10日设计主要内容硬件设计、软件设计及实物制作主要技术参数指标1

2、.整个系统的构成以可编程控制器PLC为核心，由I/O口扩展，模拟信号灯显示等组成。2.按键控制台，可供警察在室内实时监视交通状况。通过按键可设置，交通灯状态控制人机界面非常友好。3.采用西门子S7-200系列PLC为中心器件来设计交通灯控制系统。成果提交形式1、设计相关论文一份2、终审实物一份设计进度安排2013年1月-2014年3月收集整理资料4月20日前进行方案论证及原理设计5月5日-6月10日进行实物制作与调试6月10日前提交设计论文和实物 教研室意见 签名： 20 年 月 日 系主任意见签名： 20 年 月 日自动化系 毕 业 设 计 开 题 报 告姓名周其晴学号5指导教师黄书童毕业设

3、计题目交通灯控制系统的设计与制作同组张富胜、覃锋设计目的意义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。交通控制控制系统的设计主要缓解交通压力，确保道路畅通。方案论证利用可控制编程器PLC控制系统控制十字路口交通灯，实现交通错综复杂的协调关系，确保道路的畅通。时间安排2014年1月-2014年3月收集整理资料4月20日前进行方案论证及原理设计5月5日-6月10日进行实物制作与调试6月10日前提交设计论文 指导教师意见 签字： 20 年 月 日 审核小组意见 组长签字： 20 年 月 日 摘 要交通信号灯是

4、现代城市交通疏导的不可或缺的一部分。传统交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，在设计中取决了它较难实现功能上变更的缺点。而PLC它具有可靠性高、抗干扰能力强，编程简单、直观，控制能力强，易于安装、便于维护，系统设计周期短等特点。对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。对生产设备控制灵活性高。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，在各个行业中的作用日渐突出，并得到了有效的发挥作用。关键词：交通信号灯、PLC、灵活性高。AbstractTraffic lights is an integral part of modern urban traffic gu

5、idance. Commonly used traditional traffic light control circuit and relay implementation, depending on the function of it is more difficult to achieve in the design change on the shortcomings. And PLC, it has high reliability, strong anti-interference ability, simple and intuitive programming and co

6、ntrol ability strong, easy to install, easy to maintain, system design cycle short, etc. Strong adaptability to changes of production technology, flexible production can be performed. Control of production equipment high flexibility. 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，在各个行业中的作用日渐突出，并得到了有效的发挥作用With

7、 the development of science and technology, the function of the programmable controller is increasingly perfect, together with the small, low price, high reliability, in various industries have become increasingly prominent role, and effectively play the role of.Keywords: Traffic lights 、PLC 、high f

8、lexibility.目录绪 论3第一章 PLC概述及构成原理51.1概述51.2 PLC的特点及分类51.2.1 PLC的特点51.2.2 PLC的分类51.3 PLC的应用51.4 PLC的发展趋势61.5 PLC的组成71.6 PLC的工作原理8第二章 S7-200系列的PLC构成92.1 西门子S7-200系列PLC的硬件单元102.2主机102.2.1CPU的主要特点112.2.2存储系统122.3扩展单元122.4特殊功能模块132.5内部软元件142.6 基本指令15第三章 交通灯控制系统的设计与制作183.1 控制要求183.2 流程图193.3硬件设计203.3.1交通信号灯

9、PLC的输入/输出点的分配表203.3.2交通信号灯PLC控制硬件接线图203.4软件设计213.4.1交通信号灯PLC控制梯形图213.4.2 交通信号灯PLC控制的指令语句表223.4.3程序说明24小 结26参考文献27致 谢28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一。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，所以，采用合适的控制方法，最大限度缓解交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道

10、路通行能力，减少交通事故有明显效果。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，可以有效实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。根据现代城市交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况，并阐述了交通灯控制系统的工作原理，设计出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。PLC即可编程控制器（ProgrammablelogicController），是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（InternationalElectricalCommittee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：可编程控制器是一种

11、数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、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/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都应按易于工业控制系统联成一个整体，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，计算机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

12、大规模、集成电路技术的迅速发展和数据信技术的不断进步，PLC也迅速发展其发展过程大致可以分为三个阶段。1.早期的PLC早期的PLC称为可编程逻辑控制器。这时，PLC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PLC的性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示及能重复使用等。其中PLC特有的编程语言梯形图，一直沿用到现在。2.中期的PLC这时PLC产品已使用了16位、32 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PLC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，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊

13、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的范围更大。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。3.近期的PLC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PLC所采用的微处理器的档次普遍提高。为了提高PLC的处理速度，各制造厂商还研制开发了专用逻辑处理芯片。世界上生产PLC产品的厂家多达200多个，其中比较著名的有美国的AB、通用(GE)，日本的三菱(MITSBISHI)、欧姆龙(OMRON)、松下，德国的西门子(SIEMENS)，韩国的三星(SUMSUNG)、LG等。本论文通过对交通

14、灯的现状和发展，利用PLC技术对交通灯进行逻辑控制。本文第一章主要介绍交通的一些基本情况和PLC的一些基础知识；第二章是对所选芯片西门子S7-200系列的PLC做简单的介绍，主要是从硬件上了解该产品。第三章主要是PLC的交通灯控制系统，对硬件和软件的要求，并对PLC的交通灯控制系统设计与制作。第一章 PLC概述及构成原理1.1概述可编程序控制器（Programmable Controller）简写为PC，是计算机家族中的一员，但为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简写PC相混淆，所以将可编程序控制器称为PLC(Programmable Logic Controller)

15、。自1969年的第一台PLC（可编程控制)问世以来，经历了四十年的发展，PLC的种类不断更新，PLC的应用领域也不断扩大。目前，PLC的应用已成为现代化设备的象征。当今，PLC已成为工业控制的重要手段和重要的基础控制设备之一。1.2 PLC的特点及分类1.2.1 PLC的特点PLC是面向用户专为在工业环境下应用而设计的专用计算机。它具有以下几个显著特点。1. 可靠性高，抗干扰能力强；2. 编程简单、直观；3. 控制能力强；4. 易于安装，便于维护；5. 系统设计周期短；6. 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。1.2.2 PLC的分类1.2.2.1 从I/O点数容量分类： 1. 小型机25

16、6点以下； 2. 中型机256点以上，2048点以下； 3. 大型机2048点以上。1.2.2.2 从结构形式分类：1. 整体式； 2. 模块式 ；3. 叠装式。从PLC功能分类：1.低档型；2.中档型3.高档型。1.3 PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。特别在发达的工业国家，PLC已广泛的应用在所有的工业部门。随着其性能价格比的提高，应用领域不断扩大。目前典型的PLC应用大致可分为以下几个方面：1. 开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控

17、制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2. 模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。3. 运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或

18、伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。4. 过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。5. 数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以

19、完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。6. 通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。1.4 PLC的发展趋势PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发

20、展。1.产品规模向大、小两个方向发展；2.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化；3.发展多样化；4.模块化；5.网络与通讯能力增强；6.工业软件发展迅速。1.5 PLC的基本组成PLC主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出单元（I/O)、电源和编程器等几部分组成。其结构组成如图1-1所示： 接 受 输入 中央处理器单元 接口 驱 动 接入 CPU板 部件现场信号 信号 输出 受控单元 电源部件 图1-1 PLC结构组成图1.中央处理器(CPU)中央处理器(CPU)一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，CPU通过数据总线、地址总线和控制总线

21、与存储单元输入/输出接口电路相连接。与一般计算机一样，CPU是PLC的核心，它按照PLC中系统程序赋予的功能指挥PLC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PLC处于运行方式时，CPU按循环扫描方式执行用户程序。CPU的主要任务如下：(1) 按PLC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，诊断电源以及PLC内部的工作状态和编程中出现的语法错误。(2) 用扫描方式工作。监视并接收现在的输入信号，从存储器中逐渐读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑或算术等操作，根据运算结果控制输出。2.存储器PLC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R

22、OM系统存储器是指用来存放PLC的系统程序的存储器。它由PLC生产厂家编写并固化在ROM内，用户不能直接更改。它使PLC具有基本的功能，能够完成PLC设计者规定的各项工作。其主要内容包括3个部分：系统管理程序、用户指令解释程序和标准程序模块与系统调试。(2)用户存储器RAM用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成，其主要任务作用是用来存放用户针对具体控制任务用规定的PLC编程语言编写的各种用户程序。PLC使用的存储器有3种类型：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和可擦除可编程只读存储器(EEPRO)。3.输入/输出接口单元 （1）输入接口单元输入接口是PLC与控制现场的接口

23、界面的输入通道。输入接口由光电耦合、输入电路和微处理器输入接口电路组成。光电耦合输入电路隔离输入信号，防止现场的强电子干扰进入微机，对交流输入信号还可采用变压器或继电器隔离。有许多种PLC还加有滤波环节来曾强抗干扰性能。 （2）输出接口单元 输出接口接收主机信息，并进行功率放大和隔离，经过输出接线端子向现场输出部分相应的控制信号。输出接口电路一般由微电脑输出接口和隔离电路、功率放大电路组成。PC的输出接口单元有三种形式即继电器输出、晶体管输出和双向可控硅（ 晶闸管）输出。4.扩展接口和通信接口PLC具有扩展接口和通信接口的能力，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本单元相

24、连，是PLC的配置更加灵活以满足不同控制的系统需求。(2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的，PLC或计算机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间的对话。5.电源部分PLC一般使用220交流电源，内部的开关电源位PLC的中央处理器、存储器等。供电电源的电压等级常见有：交流：100V、200V:直流：100V、48V、24V等。6.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。7.其他部件有些PLC还可以有ERROM写入器、存储器卡等其他外部设备，用于增强PLC的存储容量和扩展功能。1.6 PLC的工作原理PLC在程序运行方式、输入输出操作、特殊功能模块

25、等方面做了特别的考虑。1.PLC的3个工作阶段当PLC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3个阶段即为一个周期。在整个运行期间PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述3个阶段。(1)输入采样阶段PLC。在输入采样阶段，先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。在用户程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，输入元件映像积存器始终保持不变，直到下个扫描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

26、。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到

27、这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(3)输出刷新阶段。在所有指令执行完毕后，输出映像寄存器中所有继电器的状态在（通/断）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出驱动外部负载。对于小型PLC，I/O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，但从根本上提高了 2.PLC对输入/输出的处理规则PLC对输入/输出的处理规则如下图输出端子输出印象寄存器程 序 执 行输入印象寄存器输 入 端 子输 出 锁 存 器 （1） 输入映象寄存器的数据，是在

28、输入采样阶段扫描的输入信号的状态集中写进去的，在本扫描周期中，它不随外部输入信号的变化而变化。（2） 输出映象寄存器（它包括在元件映象寄存器中）的状态，是由用户程序中输出指令的执行结果来决定。（3） 锁存器中的数据是在输出刷新阶段，从输出映象寄存器中集中写进去的。（4） 输出端子的输出状态，是由输出锁存器中的数据确定的。（5） 执行用户程序时所需的输入、输出状态，是从输入映象寄存器和输出映象寄存器中读出的。 第二章 S7-200系列的PLC构成2.1 西门子S7-200系列PLC的硬件单元西门子公司的PLC产品包括S7-200、S7-300、S7-400、LOGO、HMI人机界面、工业网络、工

29、业软件等。S7系列PLC具有体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高的优点。S7系列PLC产品可分为微型PLC（S7-200）、小规模性能要求的PLC（S7-300）和中高规模性能要求的PLC（S7-400）等。其中S7-200系列的PLC的出色主要表现在以下几个方面：1. 极高的可靠性2. 极丰富的指令集3. 易于掌握4.便捷的操作5.丰富的内置集成功能6.实时特性7.强劲的通信能力8.丰富的扩展模块S7-200系列PLC可提供4种不同的基本单元和6种型号的扩展单元。其系统构成包括基本单元、扩展单元、编程器、存储卡、写入器、文本显示器等。1.基本单元基本单元又称为CPU

30、模块，有的也称为主机或本机。它包括CPU、存储器、基本输入/输出点和电源等，是PLC的主要部分。实际上它就是个完整的控制系统，可以单独完成一定的任务。2.扩展单元S7-200CPU22X系列PLC具有2到7个扩展模块，用户可以根据需要扩展各种I/O模块。3.特殊功能模块当需要完成某些特殊功能的控任务时，需要扩展模块和功能模块。它是完成某种特殊控制任务的一些装置。4.相关设备为了充分利用系统硬件和软件资源而开发的相关设备，主要包括编辑设备、网络设备和人机操作界面等。5. 为了能够更好地使用以上设备开发的配套程序。它主要由标准工具、工程工具、运行软件和人机接口软件等几大类构成。2.2主机S7-20

31、0CPU22X系列的CPU模块主要包括一个中央处理器、电源、通信口及I/O接口。它的主要作用有：执行程序；从现场设备中采集信号；输出控制信号；驱动外部负载。S7-200CPU22X系列的PLC具有以下5种不同的结构配置，详细如下表2-21所示表2-21 S7-200系列PLC中CPU22X的基本单元型号输入点输出点可带扩展模块数S7-200CPU22164S7-200CPU222862个扩展模块78路数字量I/O点或10路模拟量I/O点S7-200CPU22414107个扩展模块168路数字量I/O点或35路模拟量I/O点S7-200CPU22624162个扩展模块248路数字量I/O点或35

32、路模拟量I/O点S7-200CPU226XM24162个扩展模块248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点2.2.1CPU的主要特点1.内部集成的具有强劲的通信能力的PPI接口是S7-200的用户口，CPU接口物理特性为RS485，可在三种方式下工作。(1)PPI方式：通过PPI方式，S7-200系列PLC与计算机之间或者是PLC相互之间可通过普通的两芯屏蔽双绞电缆进行联网。(2)MPI方式：通过MPI方式，S7-200可以通过内置接口连接到MPI网络上，它可以与S7-300/S7-400CPU进行通信。(3)自由口通信方式；通过自由口通信方式，S7-200系列PLC可以与任何通信协议公开的

33、其他设备、控制器进行通信。2.丰富的内置集成功能(1)集成的24V负载电源，可直接连接到传感器和变压器(2)对于不同的设备类型，其CPU各有2个类型，具有不同的电源电压和控制电压。(3)中断输入，允许以极高的速度对过程信号的上升沿作出响应。(4)具有4到6个高数计数器（30KHZ）。(5)2路脉冲输出由于控制步进电机，或伺服电机的运动，从而实现对目标的定位任务。2.2.2存储系统S7-200系列PLC的存储系统由RAM和EEPROM两种类型的存储器构成，CPU模块内部配备了一定容量的RAM和EEPROM。同时，S7-200系列PLC的CPU模块支持可选的EEPROM存储器卡。在CPU模块内部的

34、超级电容和电池模块用于长时间的保存数据，用户数据可通过主机的超级电容存储若干天。为了保证程序及重要参数的安全，一般小型PLC设有外接EEPROM卡盒接口，通过该接口可以将卡盒的内容写入PLC，也可将PLC内的程序及重要参数传到外接EEPROM卡盒内作为备份。程序存储卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0两种，程序容量分别为8K和16K程序步。2.3扩展单元当CPU需要进行某种特殊的功能控制或其I/O的扩展，通常I/O扩展包括I/O的点数扩展和功能模块的扩展两类。1.I/O扩展模块S7-200系列PLC提供了五大类扩展模块：(1) 数字量输

35、入扩展模板EM221（8路扩展输入）。(2)数字量输出扩展模板EM222（8路扩展输出）。(3)数字量输入和输出混合扩展模板EM223（8I/O，16I/O，24I/O）。(4)模拟量输入扩展模块EM231，每个EM231可扩展3路模拟量输入通道，A/D转换时间25uS，分辨率为12位。(5)模拟量输入扩展模块EM235，每个EM235可同时扩展3路模拟输入和1路模拟量输出通道，其中A/D转换时间25uS，D/A转换时间100uS，分辨率均为12位。2.热电偶/热电阻扩展模块3.通信扩展模块S7-200 I/O编址如下表2-1所示： 表2-22 S7-200 I/O编址信息类型CPU221CP

36、U222CPU224CPU226I_数字量输入0.015.70.015.70.015.70.015.7Q_数字量输出0.015.70.015.70.015.70.015.7M_中间标志位0.015.70.015.70.015.70.015.7C_计数器0255025502550255T_计时器0255025502550255AIW_模拟输入字030030030AQW_模拟输出字0300300302.4特殊功能模块 S7-200系列PLC的特殊功能模块有数字量扩展模板、模拟量扩展模块、热电偶/热电阻扩展模块、通信扩展模块和现场设备接口模块。 1. 数字量扩展模板(1)EM221 数字量输入模板，

37、24V，8输入。(2)EM222 数字量输出模板，24V，8输出。(3)EM223 数字量混合模板，24V。2. 模拟量扩展模块(1)EM231 4模拟输入点，2W，12位。(2)EM232 2模拟输入点，2W，12位。(3)EM235 4模拟输入点，1模拟输出点， 2W，12位。 3. 热电偶/热电阻扩展模块EM231为常用的热电偶/热电阻扩展模块。其功率损失为1.8W，15位加符号位，WM231 AI4热电偶有4模拟量输入点，EM231 AI2 热电阻有2模拟量输入点。4. 通信扩展模块EM277 JPROFIBU-DP模块是常用的通信扩展模块，它用于PLC现场总线通信连接。其波特变化范围

38、为960011500波特。5. 现场设备接口模块CPU243-2通信处理器是AS-I主站连接部分，专用于S7-200 CPU22X，连接的同时显著增加了S7-200可利用的I/O点数。2.5内部软元件用户使用的PLC中的每一个I/O、内部存储单元、定时器和计数器都称为软元件。各个软元件的功能不同，都有其固定的地址。软元件是PLC内部具有一定功能的器件，这些器件实际上都是由电子电路、寄存器及存储单元等组成的。它的特点是；它具有继电器的特性，但它没有机械性的特点，它的最大的优点是其触点可以无限次使用，并且它们的寿命长。编程时，用户只要记住软元件的地址就可以了。下面对软元件介绍一下。1. 输入继电器

39、（I） 它是PLC用来接收用户设备输入信号的接口。当外部开关信号闭合，则输入继电器的线圈得电，在程序中的常开触点闭合，常触点断开，这些触点可以在编程时任意使用，不受次数限制。输入继电器位存取的地址编号范围为I0.0I15.7，输入继电器的数据存取可采用位、字节、字或双字来存取。2. 输出继电器（Q）它是用来将输出信号传送到负载的接口，每一个输出继电器线圈都与相应的PLC输出端相连，并有无数对常开和常闭触点供编程时使用。输出继电器位存取的地址编号范围为Q0.0Q15.7，输出继电器可采用位、字节、字或双字来存取。3. 通用辅助继电器（M）通用辅助继电器又称为内部标志位存储器，它的作用和继电接触器

40、控制系统的中间继电器相同，它是用来保存控制继电器的中间操作状态。内部标志位存储器可采用位、字节、字或双字来存取。内部标志位存储器位存取的地址编号为M0.0M31.7，共32个字节。4. 特殊继电器（SM） 特殊继电器是指用来存储系统的状态变量有关的控制参数和信息的具有特殊功能的辅助继电器。特殊标志位存储器能以位、字节、字或双字来存取。CPU224的SM的位地址编号范围为SM0.0SM179.7，共180个字节。常用的特殊存储器的用途如下：(1) SM0.0 运行监视。SM0.0始终为1状态。当PLC运行时可以利用其触点驱动输出继电器，在外部显示程序是否处于运行状态。(2) SM0.1 初始化脉

41、冲。(3) SM0.3 开机进入RUN时，接通一个扫描周期，可在启动操作之前，给设备提前预热。(4) SM0.4、0.5 占空比为50%的时钟脉冲。当PLC处于运行状态时，SM0.4产生周期为1min的时钟脉冲，SM0.5产生周期为1S的时钟脉冲。(5) SM0.6 扫描时钟，一个扫描周期ON，另一个为OFF，循环交替。(6) SM0.7 改造方式开关位置指示，开关放置在RUN位置时为1。(7) SM1.0 零标志位，运算结果=0，该位置1。(8) SM1.1 溢出标志位，结果溢出或为非法值时，该位置1。(9) SM1.2 负数标志位，运算结果为负数时，该位置1。(10) SM1.3 被0除标

42、志位。5. 变量存储器（V）变量存储器主要用于存储变量。它可以存放程序执行过程中控制逻辑操作的中间结果，也可以使用变量存储器来保存与工序或任务相关的其他数据。变量存储器可以是位寻址，也可以是按字节、字、双字为单位寻址，其位存取的编号范围根据CPU的型号不同，CPU221/222为V0.0V2047.7，共2KB存储容量，CPU224/226为V0.0V5119.7，共5KB存储容量。6. 局部变量存储器（L） 局部变量存储器和变量存储器十分相似，都是用来存储变量的存储器。区别在于局部变量存储器用来存放局部变量，而不存储全局变量。局部变量存储器位存取的地址编号范围为L0.0L63.7，它可以按位

43、、字节、字、双字直接寻址。7. 顺序控制继电器（S）通常用在顺序控制或步进控制中，并与其指令一起使用以实现顺序或步进控制功能流程图的编程。顺序控制继电器的地址编号范围为S0.0S31.7。8. 定时器（T）它是累计时间增量的内部器件，作用相当于继电器控制系统中的时间继电器。其设定时间由程序设置。并且每个定时器可提供无数对常开触点和常闭触点供编程使用。定时器的定时精度分别为1ms、10ms和100ms三种，CPU222、CPU224及CPU226的定时器地址编号范围为T0T255，它们的分辨率、定时范围并不相同，用户根据所用CPU型号及时基，正确选用定时器的编号。9. 计数器（C）计数器用于累计

44、计数输入端接收到的由断开到接通的脉冲个数，主要用于对产品进行计数或进行特定功能的编程。计数器可提供无数对常开和常闭触点供编程使用，其设定值由程序赋予。计数器的地址编号范围为C0C255。10. 模拟量输入映像寄存器（AI）和模拟量输出映像寄存器（AQ）11. 高速计数器（HC）12. 累加器（AC）2.6 基本指令S7-200系列PLC的基本指令包括常用指令、堆栈操作指令、计数指令、定时器指令、比较指令和程序控制指令等。1. 触点指令触点指令包括逻辑取和线圈驱动指令，它有两种连接形式，即串联和并联。(1)逻辑取和线圈驱动指令。指令格式为：LD 取指令；LDN 取反指令；= 线圈输出指令。(2)

45、触点串联指令。指令格式为：A 常开触点串联：AN 常闭触点串联。(3)触点并联指令。指令格式为：O 常开触点并联：ON 常闭触点并联。2. 逻辑电路块的连接指令电路块连接指令主要有两种形式：串联电路块的并联指令和并联电路块的串联指令。串联电路块的并联指令其格式为：OLD；并联电路块的串联指令其格式为：ALD。3. 置位，复位指令置位指令的格式为：S bit, N;复位指令的格式为：R bit N。4. 取反指令其格式为：NOT。5. 逻辑入栈LPS、逻辑出栈LPP和逻辑读栈LRD指令逻辑入栈LPS的功能是用于生成一条新的逻辑母线，右侧为新的逻辑块，是分支电路逻辑块的开始。逻辑出栈LPP的功能是

46、用于LPS产生新母线右侧的最后一个逻辑块，结束LPS开始的这个分支电路逻辑块。逻辑读栈LRD的功能是用于LPS开始的分支电路逻辑块中第二条逻辑块，本身不进行任何进栈和出栈操作。6. 计数器指令增计数器指令CTU：其指令格式为：CTU Cx, PV。x为计数器编号。减计数器指令CTD：其指令格式为：CTD Cx, PV。x为计数器编号。增减计数器指令CTUD：其指令格式为：CTUD Cx, PV。x为计数器编号。7. 定时器指令接通延时指令TON：其指令格式为：TON Tx, PT。x为定时器编号。断开延时指令TOF：其指令格式为：TOF Tx, PT。x为定时器编号。有记忆接通延时指令TONR：其指令格式为：TOR Tx, PT。x为定时器编号。8. 结束及暂停指令结束指令可分为有条件结束指令END和无条件结束指令MEND。暂停指令的指令格式为：STOP。9. 子程序指令子程序指令包括3个指令：建立子程序、子程序调用和子程序返回。子程序调用指令又有2条指令：子程序调用指令CALL和子程序条件返回指令CRET。第三章 交通灯控制系统的设计与制作3.1 控制要求1.信号灯由一个按钮控制其启动，一个按钮控制其停止。2.信号灯分为南北绿灯，南北黄灯，南北红灯和东西绿灯，东西黄灯，东西红灯及报警灯。3.南北红灯亮，并维持25S。当南北红灯亮时，东西绿灯也亮，维持