基于西门子S7-200的交通灯控制设计论文

1、基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计XinyuCollege毕业设计（论文）（2010届）题目基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计学号 姓名 所 属 系 机电工程系 专业 应用电子技术 班级 新余学院教务处制基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计基于西门子 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

2、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。- 1 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计Based on the design of Siemens S7-200 traffic controlABSTRACTSince the birth

3、 of traffic lights, the circuit in its internal control system have continually been 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 an

4、alysis and design methods have greatly improved, electronic design automation has become a modern electronic system in an indispensable tool and means now, PLC todays rapid technological development, has become an increasingly widespread applications in industrial automation position is extremely im

5、portant, widely used in various industries. With the development of science and technology, programmable controllers improvement of the function, together with the small, low-price, high reliability in the modern industry of a more prominent role, And more traffic control Trend is the development of

6、 intelligent, LED traffic lights in the continuing luminescence, rain, dust and other adverse 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, traf

7、fic lights, PLC, ladder-diagram.- 2 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计目录第 1 章：plc 的基础知识41.1 概述41.2plc 的由来与发展41.21由来41.22发展41.3plc 的功能51.4 plc 的工作原理和结构61.41 PLC 的工作原理61.42 结构61.5 PLC 的硬件介绍及选型61.51硬件介绍61.52PLC 系统的其它设备91.53 PLC 的通信联网91.6 S7-200 系列 PLC 的基本指令101.61逻辑取及输出线圈指令（LD、LDI、OUT）101.62 单个触点串联指令（AND、ANI）101.63

8、S7-200 系列 PLC 的定时器指令111.7 S7-200 系列编程软（STEP7-Micro/WIN）编程软件131.71 STEP7-Mirco/WIN 窗口组件131.72 编程准备141.73STEP7-Mirco/WIN 主要编程功能与程序的上载下载141.74程序的调试与监控151.8 顺序功能图(SFC)16第 2 章： 交通灯控制要求182.1 路况示意图（模拟图）182.2 工作要求和过程182.3 根据交通灯示意图模拟控制实验19第 3 章交通灯控制的设计203.1顺序功能图203.2I/O 分配及接线图203.3编制程序223.4 交通灯时序波形图263.5PLC

9、系统调试27致谢28参考文献29- 3 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计第 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

10、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。1.2plc 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 PDP14 ，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

11、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)。- 4 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计这样，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、- 5 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送

12、、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 I/O 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

13、、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。1.3plc 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 A/D、D/A 转换功能，通过 I/O 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 I/O 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

14、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 -基于西门子 S7-200 的交通

15、灯控制设计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。1.4plc 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，

16、固定式 plc 包括 CPU 板，I/O 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，I/O 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：输中央处理单元接入 接口 CPU 板口部件部输件 电源部件出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- 7 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计安装两类；按 CPU 字长分为 1 位、4 位、8 位、16 位、32 位、64 位等。（二）输入输

17、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

18、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

19、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）I/O 的分配PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成- 8 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计了 PLC 的 I/O 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。I/O 分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模

20、拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 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（0-10V,0-5V,- 10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 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 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 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

21、，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、I/O 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 I/O 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。交流输入电源一般为 22

22、0VAC(176-264V)和三相三线(四线),并带有 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 I/O 点至少选 8K 存- 9 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计储器选择。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。

23、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 100，接地线的截面应大于mm。另外，PLC 的 CPU 单元必须接地，若使用了 I/O 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

24、不能大于100。（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- 10 -基于西门子

25、 S7-200 的交通灯控制设计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

26、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（A

27、ND、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。- 11 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计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

28、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Bit： I，Q，M，SM，T，C，V，S取反LDN bit读入逻辑行或电路块的第一个常闭接点与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并联一个电路块输出= bit输出逻辑行的运算结果Bit：Q，M，SM，T，C，V，S置位S bit，N置继电器状态为接通Bit： Q，M，SM

29、，V，S复位R bit，N使继电器复位为断开表 S7-200 系列的基本逻辑指令1.63S7-200 系列 PLC 的定时器指令- 12 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计类型、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

30、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（10ms15=150ms）梯形图 LAD语句表功能操作码操作数TxxxINTON PTTONTxxx PT使能1 计数，计数到设定值时（一直计数到 32767），定时器位1。使能0 复位（定时器位0）。一般用于单一时间间隔的定时TxxxINTOF PTTOFTxxx PT使能1，定时器位1，计数器复位（清零）。使能由 1 到 0 负跳变，计数器开始计数，到设定值时（停止计数），定时器位0。- 13 -基于西门子

31、S7-200 的交通灯控制设计Txxx使能1，计数器开始计数，计数INTONR到设定值时，计数器位1。使能TONRTxxx PT断开，计数器停止计数，计数器位PT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-Micro/WIN）编程软件1.71 STEP7-Mirco/WIN 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-

32、Micro/WIN32 的主界面如图 1.71 所示。- 14 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计图 1.71 STEP7-Micro/WIN32 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。I

33、EC1131-3 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- 15 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计中指令较少。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” LA

34、D 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-Micro/WIN 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-Micro/WIN 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”1.73STEP7-Mirco/WIN 主要编程功能与程序的上载下载 2（一）下载如果已经成功地在运行 STEP 7-Micro/WIN32 的个人计算机和

35、 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。- 16 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计（4）单击“确定”，开始下

36、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-Micro/WIN 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-Micro/WIN32 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

37、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-Micro/WIN 32 程序编辑器：n 单击“上载”按钮。n 选择菜单命令“文件”“上载”。n 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-Micro/WIN 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

38、调试程序。（一）选择工作方式- 17 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计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-Micro/WIN 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

39、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“

40、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。- 18 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计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

41、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。- 19 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计第 2 章： 交通灯控制要求2.1 路况示意图（模拟图）21 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，

42、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- 20 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计红灯熄灭，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

43、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

44、灯都熄灭。- 21 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计第 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,

45、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3.2I/O 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(I/O)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 I/O 接口功能表,根据信号

46、控制要求,I/O 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。- 22 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计I0.0T0T1T2T3T4T5S0.5东西红灯亮南北黄灯亮东西红灯亮南北绿灯闪S0.4东西红灯亮南北绿灯亮S0.3南北红灯亮东西黄灯亮S0.2报警并使I0.0 失电S0.1南北红灯亮东西绿灯闪南北绿灯亮东西绿灯亮南北红灯亮东西绿灯亮S0.0原始状态图 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

47、输出分配表：- 23 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计I/O 分配表输入输出机内器件报警灯Q0.0T37南北红灯25S南北红灯 Q0.1T38东西红灯25S启动开关 I0.0南北绿灯 Q0.2T39东西绿灯20S南北黄灯 Q0.3T40东西绿灯闪 3S停止开关 I0.1东西红灯 Q0.4T41东西黄灯 2S东西绿灯 Q0.5T42 南北绿灯20S东西黄灯 Q0.6T43 南北绿灯闪 3ST44 南北黄灯 2S图 3.2（1）SB1SB2220V2L GNDL1N+24VQ0.5Q0.21L Q0.3 Q0.4I0.11MQ0.0Q0.1I0.0根据输入输出分配表画出接线图，如下：3.3编制程序3.2 交通灯 PLC 外部 I/O 分配及接线图- 24 -基于西门子 S7-200 的交通灯控制设计根据上述 I/O 分配表编制出程序如下：250100msPTTONINI0.0Q0.0T38T37T37T38INTON100msPT250sQ0.0I0.0T37T39100msPTTONIN