交通信号灯PLC控制设计毕业论文.doc 36页

'交通信号灯PLC控制设计毕业论文目录第一章绪论11.1课题背景11.2研究目的和意义1第二章控制系统分析42.1控制要求42.2交通信号灯工作界面42.3设计方案分析5第三章控制系统硬件设计73.1可编程控制器73.2硬件选型93.3PLC的地址分配123.4PLC的接线形式12第四章控制系统下位机程序设计134.1STEP7-Micro/WIN编程软件简介134.2顺序功能图(SFC)144.3梯形图程序164.4下位机程序分析204.5下位机程序调试21第五章控制系统上位机程序设计235.1MCGS组态软件介绍235.2交通灯组态监控界面设计23第六章控制系统联机调试25 6.1准备工作256.2联机调试256.3调试中出现的问题26第七章总结27参考文献29致谢30附录１S7-200PLC的CPU的I/O规范31附录２S7-200PLC的CPU的输入规范32附录３S7-200PLC的CPU的输出规范33 第一章绪论1.1课题背景1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红、蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行，这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械师德·哈特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯，它由以旋转式方形的红绿两种颜色玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，煤气红绿灯遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力、减少交通事故有明显效果。1968年，联合国《道路交通和道路标志信号协定》对各种信号灯的含义作了规定：绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行、左转弯和右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向，左右转弯车辆都必须让合法地正在路口内行驶的车辆和过人行横道的行人优先通行；红灯是禁行信号，面对红灯的车辆必须在交叉路口的停车线后停车；黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以进入交叉路口。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 随着汽车进入家庭步伐的加快和城市汽车数量的增多，城市道路交通问题显得越来越重要。马路上经常会看到这种现象：一旦整个路口的交通信号灯出现故障，若没有交警的及时疏导，该路口就会塞得一塌糊涂，甚至造成严重的交通事故。原交通信号灯控制大多采用继电器或单片机实现，存在着功能少、可靠性差、维护量大等缺点,越来越不能适应城市道路交通路口高速发展的要求。另外，根据人车流量的多少，可能随时增加路口的交通信号，比如增加转弯或人行道交通信号，原有系统的制约性就更加明显了。为了弥补原交通信号灯控制系统存在的缺点，我们引入了基于PLC控制的交通信号灯控制系统。本文针对十字路口交通信号灯控制系统，运用可编程逻辑器件PLC做了软件与硬件的设计，基本能达到控制要求。系统仅实现了小型PLC系统的一个雏形，在完善各项功能方面都还需要进一步的分析、研究和调试工作。如果进一步结合工业控制的要求，形成一个较为成型的产品，则需要作更多、更深入的研究。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满足当前高度自动化的需要。可编程控制器交通灯控制系统是集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中式控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器交通灯控制系统的特点：①脱机手动工作；②联机自动工作；③上位机控制的单周期运行方式；④由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；⑤自动启动、自动停止的控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下四个原因[1]：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；②编程能力强，可编程控制器指令丰富；③抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC。 根据交通信号灯控制系统的要求与特点，我们采用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程控制器指令丰富，可以连接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通信号灯实现控制。 第二章控制系统分析2.1控制要求交通灯控制系统的控制要求如下：①信号灯受两个按钮控制，当启动按钮动作时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当停止按钮动作时，所有信号灯都熄灭。②南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，如果同时亮时应关闭信号灯系统，并报警。③南北红灯亮维持25S。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20S。到20S时，东西绿灯闪烁，闪烁3S后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2S。到2S时，东西黄灯熄，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。④东西红灯亮维持30S。南北绿灯亮维持25S。然后闪烁3S，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。⑤回到①，循环执行。2.2交通信号灯工作界面交通信号灯工作界面见图2-1。图2-1交通信号灯工作界面 2.3设计方案分析按照交通灯系统控制的要求，结合西门子S7-200系列可编程控制器的特性（见附录），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启动按钮动作时，系统工作；同样，给一个停止的输入型号，要配合一个SB2的按钮，当SB2停止按钮动作时，系统停止工作。首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向道路处于允许通行的状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮25S,需计时器设定延时25S秒，才会转入下一状态南北绿灯亮；同时，东西方向道路的绿灯也一起亮20S,需计时器设定延时20S，才会转下一状态东西绿灯闪烁；东西绿灯闪烁3S，需脉冲源（秒/次）动作使东西绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3S，才会转下一状态东西黄灯亮；东西黄灯亮2S,需计时器设定延时2S，才会转入下一状态东西红灯亮。其次，东西方向道路处于禁止通行的状态，南北方向道路处于允许通行的状态。东西方向道路亮红灯状态过程中，东西红灯亮30S,需计时器设定延时30S，才会转入下一状态东西绿灯亮；同时，南北方向道路绿灯也一起亮25S,需计时器设定延时25S，才会转下一状态南北绿灯闪烁；南北绿灯闪烁3S，需脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还要需计时器设定延时3S，才会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮2S,需计时器设定延时2S，才会转入下一状态南北红灯亮。如此循环下去。另外，当断开系统时，所有信号灯熄灭，需要按钮SB2动作断开系统，使可编程控制器停止动作，那么肯定无信号输出。如果出现南北、东西绿灯同时亮的情况，系统报警。可编程控制器要输出一个信号，驱动一个报警灯。综上所述，可编程控制器要满足两个信号输入（分别起系统启动、停止作用），七个信号输出，即十字路口有十二个交通信号灯，但南北、东西两个为一组用一个输出信号控制，也就是六个输出信号，再加上一个报警信号驱动的报警灯输出。通过将如下的十字路口交通灯状态分析表见表2-1、十字路口交通灯时序图见图2-2、程序流程图见图2-3一一展开，将十字路口交通灯控制系统设计思路逐渐理清。 表2-1十字路口交通灯状态分析表交通灯方向灯的状态南北方向红灯亮25S绿灯亮25S绿灯闪3S黄灯亮2S东西方向绿灯亮20S绿灯闪3S黄灯亮2S红灯亮30S图2-2时序图南北干道东西干道启动南北红灯亮25S南北绿灯闪3S南北绿灯亮25S南北黄灯亮2S东西红灯亮东西绿灯亮20S东西绿灯闪3S东西黄灯亮2S东西红灯亮30S西北绿灯亮结束图2-3流程图 第三章控制系统硬件设计3.1可编程控制器⑴PLC结构从结构上，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。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、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置[2]。其结构基本上与微型计算机相同，见图3-1[3]。图3-1PLC的结构图中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢，它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/ O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。⑵PLC的工作原理PLC的CPU采用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即如果一个输出线圈或逻辑线圈被接通或断开，该线圈的所有触点(包括其常开或常闭触点)不会立即动作，必须等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器控制装置各类触点的动作时间一般在100ms以上，而PLC扫描用户程序的时间一般均小于100ms，因此，PLC采用了一种不同于一般微型计算机的运行方式—扫描技术。这样在对于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器控制装置的处理结果上就没有什么区别了。当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段[4]，完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。①输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。②用户程序执行阶段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。③输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外部设 备。PLC的扫描工作过程见图3-2，扫描周期见图3-3。用户输出设备输入端子输入锁存器输入映象寄存器输出映象寄存器输出锁存器输出端子程序执行用户输入设备写读读图3-2PLC的扫描工作过程图输入刷新程序执行输出刷新一个扫描周期输入刷新图3-3PLC的扫描周期图3.2硬件选型随着PLC技术的发展，PLC产品的种类也越来越多。不同型号的PLC，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用PLC，对于提高PLC控制系统的技术经济指标有着重要意义。PLC的选择主要应从PLC的机型、容量、I/O模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点：①合理的结构型式[5]PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。整体式PLC的每一个I/O点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小，一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式PLC 的功能扩展灵活方便在I/O点数、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类等方面选择余地大，且维修方便，一般用于较复杂的控制系统。②安装方式的选择PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。集中式不需要设置驱动远程I/O硬件，系统反应快、成本低；远程I/O式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程I/O可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程I/O电源；多台PLC联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型PLC，但必须要附加通讯模块。③相应的功能要求一般小型（低档）PLC具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能带A/D和D/A转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档PLC。对于控制较复杂，要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档PLC。但是中、高档PLC价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。④响应速度要求PLC是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次PLC的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用PLC，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑PLC的响应速度，可选用具有高速I/O处理功能的PLC，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的PLC等。⑤系统可靠性的要求对于一般系统PLC的可靠性均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。⑥机型尽量统一主要考虑到以下三方面问题：Ⅰ机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。Ⅱ机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。 Ⅲ机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。从上章的分析可以知道，系统共有开关量输入点2个，开关量输出点7个，如果选用CPU222/PLC，也需要扩展单元PLC，参照西门子S7-200系列特性（见附录），选用主机为CPU224（14输入/10继电器输出）。其外形见图3-4。图3-4CPU224外形图输入电路采用了双向光电耦合器，24VDC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。CPU224另有24V、280mA电源供PLC输入点使用。其它配置见表3-1。表3-1硬件配置表名称数量DC24V电源1CPU2241PC/PPI编程电缆1STEP7编程软件1PC机13.3PLC的地址分配PLC的输入/输出分配见表3-2。 表3-2交通信号灯PLC的输入/输出点分配表输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SB1I0.0报警灯H0Q0.0停止按钮SB2I0.1东西绿灯H1,H2Q0.1东西黄灯H3，H4Q0.2东西红灯H5，H6Q0.3南北绿灯H7，H8Q0.4南北黄灯H9，H10Q0.5南北红灯H11，H12Q0.63.4PLC的接线形式根据I/O表及PLC的配置图很容易就可以得到PLC端子接线图见图3-5[6]。图3-5PLC控制接线图 第四章控制系统下位机程序设计4.1STEP7-Micro/WIN编程软件简介STEP7-Micro/WIN编程软件是专门为S7-200设计的、在个人计算机的Windows操作系统下运行的编程软件，它的功能强大、使用方便、简单易学。CPU通过PC/PPI电缆或插在计算机中的CP5511、CP5611等通信卡通信。STEP7-Micro/WIN的用户程序结构简单清晰，即通过一个主程序调用一个子程序，在中断事件出现时调用中断程序，可以用数据块进行变量的初始化设置。用户可以用语句表、梯形图和功能块编程，不同的编程语言编制的程序可以相互转换，可以用符号表来定义程序中使用的变量地址对应的符号，例如，指定符号“启动按钮”对应地址I0.0，是程序便于设计和理解。STEP7-Micro/WIN为用户提供了两套指令库，即SIMATIC指令集和国际标准指令集。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IEC1131-3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。通过调制解调器可以实现远程编程，可以用单次扫描和强制输出等方式来调试程序和进行故障诊断[2]。STEP7-Micro/WIN的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，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。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。见图4-1[3]。 图4-1STEP7-Micro/WIN的主界面4.2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。顺序功能图的特点：①以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作； ②对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间；③常用于系统规模较大、程序关系比较复杂的场合；④只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他其程序编制的程序扫描时间要大大缩短[8]。十字路口交通灯状态的分析：这12个交通灯共有七个状态：状态1：南北红灯（H11、H12）亮，东西绿灯（H1、H2）亮；状态2：南北红灯（H11、H12）继续亮，东西绿灯（H1、H2）闪；状态3：南北红灯（H11、H12）继续亮，东西黄灯（H3、H4）亮；状态4：东西红灯（H5、H6）亮，南北绿灯（H7、H8）亮；状态5：东西红灯（H5、H6）继续亮，南北绿灯（H7、H8）闪；状态6：东西红灯（H5、H7）继续亮，南北黄灯（H9、H10）亮；状态7：所有的灯全部熄灭。根据第二章交通灯的控制要求可以画出顺序功能图[9]：设启动按钮用I0.0表示,七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、S0.6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。顺序功能图见图4-2。 T4T3南北红灯亮东西绿灯闪南北红灯亮东西绿灯亮南北红灯亮东西黄灯亮东西红灯亮南北绿灯亮东西红灯亮南北绿灯闪东西红灯亮南北黄灯亮原始状态S0.0S0.1S0.5S0.2S0.3S0.4南北绿灯亮东西绿灯亮报警并使I0.0失电I0.0T0T1T2T5图4-2交通灯顺序功能图4.3梯形图程序程序梯形图见图4-3。 图4-3梯形图4.4下位机程序分析当启动按钮SB1按下时，I0.0常开触点接通，T37通电待25秒后动作（南北红灯熄灭），T42通电待20秒后动作（东西绿灯闪烁），Q0.6得电，南北红灯亮；同时Q0.1的常开触点闭合，Q0.1线圈得电，东西绿灯亮。维持到20秒，T42的常开触点接通，T43通电待3秒后动作（东西黄灯亮），与T97触点串联的T33常开触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T44通电待2秒后动作（东西黄灯熄灭），T43的常闭触点断开，Q0.1线圈失电，东西绿灯灭；此时T44的常闭触点闭合，Q0.2线圈得电，东西黄灯亮。再过2秒后，T44的常闭触点断开，Q0.2线圈失电，东西黄灯灭。此时自启动按钮按下南北红灯亮起累计时间达25秒，T37的常闭触点断开，Q0.6线圈失电，南北红灯灭；T37的常开触点闭合，T41通电待30秒后动作（东西红灯熄灭），T38通电待25秒后动作（南北绿灯闪烁），Q0.3线圈得电，东西红灯亮，Q0.3的常开触点闭合，Q0.4线圈得电，南北绿灯亮。又经过20秒，T38常开触点闭合，T39通电待3秒后动作（南北黄灯亮），与T97触点串联的T33的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁。闪烁3秒，T39常闭触点断开，Q0.4线圈失电，南北绿灯灭；此时T39的常开触点闭合，T40通电待2秒后动作（南北黄灯熄灭），Q0.5线圈得电，南北黄灯亮。维持2秒后，T40常闭触点断开，Q0.5线圈失电，南北黄灯灭。自南北红灯熄灭及东西红灯亮累计时间达30秒钟时，T37的常开触点断开，Q0.3线圈失电，即维持了30秒的东西红灯灭，T37常闭触点接通，Q0.6得电，南北红灯亮…。只要停止按钮SB2不动作，系统继续循环下去。 4.5下位机程序调试⑴下载下载步骤如下：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STEP7-Micro/WIN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STEP7-Micro/WIN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。⑵程序的调试与监控在运行STEP7-Micro/WIN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。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。⑶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STEP7-Micro/WIN32，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。⑷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。 第五章控制系统上位机程序设计5.1MCGS组态软件介绍MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem，通用监控系统）是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS具有操作简单、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。MCGS软件系统包括组态环境和运行环境两部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，用来帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态环境和运行环境的关系见图5-1[10]。组态环境：组态生成应用系统组态结果数据库运行环境：解释执行组态结果图5-1组态环境和运行环境的关系图5.2交通灯组态监控界面设计MCGS组态软件安装在计算机中，双击桌面“组态环境”图标，进入MCGS组态环境，单击“用户窗口”、“新建窗口”后，在“用户窗口”中新建一个“窗口0”，选中窗口0，点击“窗口属性”按钮，进入窗口属性设置界面，将窗口名称和窗口标题选项中的内容改为“交通信号灯”，按“确认”按钮确认。按“动画组态”按钮进入画面编辑窗口，在此窗口中利用工具箱中的绘图工具，完成交通信号灯监控界面设计。交通灯监控界面见图5-2。 图5-2交通信号灯监控界面交通信号灯画面中构件比较简单，只有红灯、黄灯、绿灯、报警灯和按钮。首先定义数据变量，根据控制要求，监控界面中对灯进行定义，均为开关量和颜色填充。在“实时数据库”选项卡中，通过使用“新增对象”和“对象属性”按钮，对数据变量进行定义。在组台工作台界面中，用鼠标单击“设备串窗口”选项，双击出现的设备窗口图标进入设备组态窗口，在此窗口中通过设备工具箱，完成设备组态。设备组态完成后，双击“通用串口父设备0”，进入通用串口父设备属性编辑界面，根据设备通讯要求和连接情况，完成通用串口父设备属性编辑界面中相关的参数设置，按“确认”设置。返回设备组态窗口，双击“设备0—[西门子S7-200PPI]”进入设备属性设置窗口，完成相关属性参数设置。通过设备调试，使MCGS与PLC通讯正常，即设备调试窗口中“通讯状态标志”显示为“0”，按确认即可。回到工作台界面，选择主控窗口并单击界面右侧“系统属性”按钮，在弹出的“主控窗口属性设置”对话框中选择“内存属性”选项卡，在用户窗口列表中选中“交通信号灯”，按“增加”按钮，则“交通信号灯”移入“装入内存窗口”，按“确认”键即可。 第六章控制系统联机调试6.1准备工作联机调试是最后一个设计步骤。下位机软件程序部分在联机调试前需要进行模拟调试，模拟调试主要借助于强制输入和PLC输出端的输出指示灯进行。调试时，观察PLC的输出逻辑是否正确。如果有错误则修改后反复调试，直到满足要求为止。6.2联机调试打开STEP7-Micro/WIN编程设备，将下位机程序下载到PLC中，并将PLC设置为RUN状态，关闭STEP7-Micro/WIN编程设备。在MCGS组态环境中单击主菜单中的“进入运行环境”按钮，进入监控运行界面。最终的联机运行结果正确，部分结果图见图6-1。图6-1效果图 6.3调试中出现的问题经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了的错误。刚开始的时候把程序写进去，在运行时却发现有些灯亮不起来而且完成了一个不正确的状态流程。当时不知道从哪里入手，只好一条一条地检查，发现有一个接通延时定时器的时间设置出现了差错。修改过后，PLC输出信号的灯按照正常的状态流程循环亮起来。在进行上下位机的联机调试时，需要在PLC运行的同时进行监控，于是在程序下载到PLC之前，通过中间继电器代替输入，这样可以与PLC的输出和组态监控的外部变量正确连接起来，才能实现上位机对交通灯的监控。监控过程中发现了上位机界面中有个外部变量不变化，最后发现原来是上位机设计中变量连接出现了漏洞，后来连接改善之后，监控界面也达到了预想的要求。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要耐心去做的话，肯定能学到有用的东西。 第七章总结我设计的课题是《交通信号灯PLC控制设计》，虽然这个课题和生活联系很紧密、且比较简单，但对于我一个外专业的人来说还是有一定的难度。俗话说万事开头难，一开始我没有头绪，但是在徐老师的指导下，我慢慢的就理解了这个设计。首先我自己查找资料、学习相关知识，在了解透彻的情况下，老师又给我具体讲解这次设计的思想，把具体的要求给我，然后又给我提出了一些在设计过程中可能会遇到的问题让我加以注意。分析这些问题之后，就开始做准备工作。首先详细了解《交通信号灯PLC控制设计》的被控系统，明确控制要求。接着做硬件设计，先根据《交通信号灯PLC控制设计》控制要求确定PLC硬件选型及相关硬件配置，并根据选出的I/O模块列出I/O分配表；再设计硬件接线图。然后就是软件的设计，在编写程序之前，我们先对基本的电路进行了分析，明确工艺要求，设计梯形图程序；开始的程序出现了错误，该亮的灯没亮，该熄灭的等没灭，在一次又一次的分析下，对程序进行修改、试验，知道满足要求。最后是组态监控，利用利用MCGS组态软件进行系统监控界面设计（上位机调试），进行上下位机的联机测试并做相应调试。在忙碌中，学到了许多，虽然以前没有学过PLC，这次设计正好加以学习，并且对于PLC的结构和工作原理有了了解。在老师、同学的帮助下，圆满完成了设计，我认为本次设计不仅仅学到了许多知识，也很好的锻炼了我的意志。本次设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的S7-200系列CPU224型号PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。控制过程中采用了顺序控制设计法使用十个定时器自动实现对七个控制对象的控制。控制程序包括有顺序功能图（SFC）、梯形图（LAD）、语句表（STL）。组态监控使用MCGS组态软件进行控制系统界面设计，最终经过多次调试实现了所需的全部设计要求。通过这次可编程控制器的课程设计，终于发现脑海里有了工程的思想。以前单方面的学习了电子硬件知识和软件知识。有人说只懂硬件，那是一个技术员，只懂软件的，那是程序员。系统结合，要软硬兼施，才能具备一个工程师综合素质。 鉴于我的设计比较简单易于完成，望后来者能够在以后的设计中完善设计中的控制要求，以更好的应对越来越复杂的交通状况。 参考文献[1]李辉.S7-200PLC编程原理与工程实训[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.2：4-7．[2]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.8：26-28．[3]王曙光.S7-200PLC应用基础与实例[M].北京：人民邮电出版社，2007.9：5-9．[4]付家才.工业控制工程实践技术[M].北京：化学工业出版社，2003.7：8-10．[5]袁任光.可编程控制器选用手册[M].北京：机械工业出版社，2002.8：21-34．[6]肖宝兴.西门子S7-200的使用经验与技巧[M].北京：机械工业出版社，2008.9：138-143．[7]姚福来.变频器、PLC及组态软件实用技术速成教程[M].北京：机械工业出版社，2010.3：191-209．[8]李明河.可编程控制器原理与应用[M].合肥：合肥工业大学出版社，2008.12：35-37[9]张扬.S7-200PLC原理与应用系统设计[M].北京：机械工业出版社，2007.7：277-285．[10]吴作明.工控组态软件与PLC应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.1：316-324． 致谢我的毕业设计已经完成，在此，我要特别感谢帮助我的人。首先谢谢我的毕业设计指导老师徐承韬老师的热情关怀和悉心指导，在整个设计完成的过程中，从资料的获取到核心设计、从论文的初稿完成到修改、再到完成定稿，徐老师给予了最大的帮助和支持。他严谨的工作态度和一丝不苟的工作作风时刻激励着我尽最大的努力去完成这篇毕业设计的每一个细节，并以深厚的学术素养、严谨的治学精神、刻苦拼搏的工作作风告诉我做事要认真、严谨、一丝不苟，所以我要特别对徐老师表达真诚的感谢。其次我要感谢我的母校以及母校的老师们，是母校给了我学习的平台，让我在科学的大道上得以自由驰骋，是老师们的殷切教导让我获得知识、学会如何学习知识的本领，使我能够不断地提高自己，逐步成长。最后我要衷心地感谢我的家人，感谢他们在我成长中给予的教诲与鼓励，以及无怨无私的关爱，并且含辛茹苦地把我送到大学读书，让我学知识，接受高等教育！他们的支持是促使我克服困难、不断进步的坚强动力，我今后将努力进取，不断进步，来感谢你们的恩情！还有所有帮助过我的同学朋友们，本论文的顺利完成，更离不开各位同学朋友的关心和帮助，谢谢你们！ 附录１S7-200PLC的CPU的I/O规范CPU221CPU222CPU224CPU226CPU226XM本机数字I/O6输入/4输出8输入/6输出14输入/10输出24输入/16输出数字I/O映像区256（128入/128出）模拟I/O映像区无32（16入/16出）64（32入/32出）允许最大的扩展模块无2模块7模块允许最大的智能模块无2模块7模块脉冲捕捉输入6814高速计数单相两相4个计数器4个30kHz2个20kHz6个计数器6个30kHz4个30kHz脉冲输出2个20kHz(仅限于DC输出) 附录２S7-200PLC的CPU的输入规范常规24VDC输入类型漏型/源型（IEC类型1漏型）额定电压24VDC,4mA最大持续允许电压30VDC浪涌电压35VDC,0.5s逻辑1（最小）15VDC,2.5mA逻辑0（最大）5VDC,1mA输入延迟可选(0.2至12.8ms)CPU226,CPU226XM:输入点I1.6-I2.7具有固定延迟(4.5ms)连接2线接近开关传感器（Bero）允许漏电流最大1mA隔离（现场与逻辑）光电隔离隔离组是500VAC,1分钟见外部接线图高速输入速度（最大）逻辑1=15—30VDC逻辑1=15—26VDC单相20kHz30kHz两相10kHz20kHz同时接通的输入55摄氏度时所有的输出电线长度（最大）屏蔽非屏蔽普通输入500米，HSC输入50米普通输入300米 附录３S7-200PLC的CPU的输出规范常规24VDC输出继电器输出类型固态--MOSFET干触点额定电压24VDC24VDC或250VAC电压范围20.4-28.8VDC5—30VDC或5—250VAC浪涌电流(最大)8A,100ms7A触点闭合逻辑1(最小)20VDC,最大电流-逻辑0(最大)0.1VDC，10KΩ负载-每点额定电流0．75A2．0A每个公共端的额定电压(最大)6A10A漏电流(最大)10иA-灯负载(最大)5W30WDC；200WAC感性嵌位电压L+减48VDC，1W功耗-接通电阻(接点)0．3Ω最大0．2Ω（新的时候的最大值）隔离光电隔离(现场到逻辑)逻辑到接点接点到接点电阻(逻辑到接点)隔离组500VAC，1分钟---见外部接线图-1500VAC，1分钟750VAC，1分钟100MΩ见外部接线图延时断开到接通/接通到断开(最大)切换(最大)2/10иs(Q0.0和Q0.1)15/100иs（其他）-10ms脉冲频率(最大)Q0.0和Q0.120kHz1Hz机械寿命周期-10000000(无负载) 触点寿命-100000（额定负载）同时接通的输出55摄氏度时，所有的输出55摄氏度时，所有的输出'