[优秀毕业设计精品]基于PLC与WinCC汇金谷路口交通灯控制系统的设计.doc

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1、XXXXXXXXX2010 2011学年第 一 学期毕业设计课题名称：基于PLC与WinCC路口交通灯控制系统的设计设计时间： 2010.10-2010.12 系 部： 电子信息工程系 班 级： 气 姓 名： XXX 指导教师： XXX 总目录第一部分 任务书 第二部分 开题报告 第三部分 毕业设计正文 第 一 部 分任务书 毕业设计任务书系 部电子信息工程系指导老师职称助教学生姓名班级0802电气技术学号设计题目基于PLC与WinCC汇金谷路口交通灯控制系统的设计设计内容目标和要求设计内容和目标：1、了解PLC与WinCC软件及其应用；2、建立一个汇金谷交通灯控制系统的新工程；3、利用Win

2、CC工具箱进行绘图，对绘图内容进行动画连接；4、对汇金谷交通灯控制系统进行控制程序的编写和运行调试，使其按控制要求动态运行起来；要求：初始状态为红灯亮；南北向车流量和人流量较大，交通灯工作顺序为:红灯亮15S后，左转绿灯亮15S，随后直行绿灯和右转绿灯亮32S，最后黄灯亮4S；南北向交通灯动作时，东西向交通灯的工作顺序为:左转绿灯亮15S后，直行绿灯和右转绿灯亮18S，然后黄灯亮2S，红灯亮18S； 5、对本次毕业设计进行总结。设计要求：（1）收集、整理与毕业设计课题有关领域的信息资料；（2）论文书写规范，格式符合学院要求；（3）用语规范，单位标准，参数符合行业规定范围；（4）图、表整齐、规范

3、。教研室审核系部审核 第 二 部 分开题报告 电子信息工程 系11届毕业设计（论文）开题报告书（表1）学生姓名 专业电气自动化班级0802电气学号题 目基于PLC与WinCC汇金谷路口交通灯控制系统的设计指导教师 职称助教学 位硕士题目类别 工程设计 基础研究 应用研究 其它【课题的内容与要求】 设计内容和目标：1、了解PLC与WinCC软件及其应用；2、建立一个汇金谷交通灯控制系统的新工程；3、利用WinCC工具箱进行绘图，对绘图内容进行动画连接；4、对本控制系统进行控制程序的编写和运行调试，使其按控制要求动态运行起来； 要求：初始状态为红灯亮；南北向车流量和人流量较大，交通灯工作顺序为:红

4、灯亮15S后，左转绿灯亮15S，随后直行绿灯和右转绿灯亮32S，最后黄灯亮4S；南北向交通灯动作时，东西向交通灯的工作顺序为:左转绿灯亮15S后，直行绿灯和右转绿灯亮18S，然后黄灯亮2S，红灯亮18S。 5、对本次毕业设计进行总结。【前言】 PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。现在，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备，可编程控制器已经成为工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM已经成为工业生产的

5、三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还采用了WICC画面进行现场的模拟监控，PLC和WinCC的结合能够更加形象的出该设计的可实际操作性，采用PLC的控制和WinCC的模拟监控是一种非常可行和方便方法应用在交通灯的控制当中。【方案的比较与评价】方案一：采用单片机控制交通灯单片机优点为：具有强大的数据处理能力，强大的网络通讯功能以及能够执

6、行比较复杂的控制算法和近乎无限制的存储容量等优势；缺陷：单片机的自动化控制也有其不足之处，其设备的可靠性、实时性和稳定性都较差。方案二：采用MCGS控制交通灯MCGS的优点为：延续性和可扩充性 当现场或用户需求改变时，不需要多做修改，可以很方便的完成软件的更新和升级，封装性（易学易用）学习不需要掌握太多的编程语言技术，就能很好的完成一个复杂工程所需的所有功能;缺陷：一但在一个设备上的数据，其中一个数据读取错误，MCGS不会读取其它数据，而需要重试成功后，其他的数据才能继续读取，而且读取变量的速度不是很快。方案三：采用PLC控制交通灯PLC的优点为：高可靠性和稳定性，它具有结构简单、编程方便、可

7、靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中，而且PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，特别对多岔路口的控制可方便地实现;缺陷：PLC的体系结构是封闭的，各PLC厂家的硬件体系互不兼容。因此综合上述的优缺点比较看来PLC更加的适合交通灯的控制，因此选用PLC来设计交通灯的控制。【预期的效果及指标】能够采用PLC完成交通灯的控制，实现任务设计要求:初始状态为红灯亮；南北向车流量和人流量较大，交通灯工作顺序为:红灯亮15S后，左转绿灯亮18S，随后直行绿灯和右转绿灯亮32S，最后黄灯亮4S；南北向交通灯动作时，东西向交通灯的工作顺序为:左转绿灯亮18S后，直行绿灯

8、和右转绿灯亮32S，然后黄灯亮4S，红灯亮15S；运用WinCC画面进行模拟仿真。【进度安排】2010 年10 月 01 日 - 2010 年10 月15 日 选题、调研、收集资料2010 年10 月 16 日 - 2010 年10 月25 日 论证、开题2010 年10 月 26 日 - 2010 年11 月19 日 设计（写作初稿）2010 年 11 月20 日 - 2010 年12 月 15 日 修改、定稿、打印【参考文献】 1汪志锋.可编程序控制器原理与应用.电子科技大学出版社. 2004 2廖常初.S7-300/400 PLC应用技术.机械工业出版社. 20053宋德玉.可编程序控制

9、器原理及应用系统设计技术.冶金工业出版社 .20024吴中俊.可编程序控制器原理及应用. 机械工业出版社. 20035胡学林.可编程控制器教程（基础篇）.电子工业出版社. 20036胡学林.可编程控制器教程（实训篇）. 电子工业出版社. 20047SIMATIC S7-300可编程序控制器系统手册. 西门子公司 .20028覃贵礼.组态软件控制技术.北京理工大学出版社.20079舒峰，王瑞臣，薛迎成.工业组态技术基础及应用.中国电力出版社.200910龚运新、方立友. 工业组态软件实用技术.清华大学出版社.2005【指导教师意见】（有针对性地说明选题意义及工作安排是否恰当等）同意提交开题论证

10、修改后提交 不同意提交（请说明理由）指导教师签章： 年 月 日 【系部意见】同意指导教师意见 不同意指导教师意见（请说明理由） 其它（请说明）队系（部）主任签章： 年 月 日第 三 部 分毕业设计正文基于PLC与WinCC汇金谷路口交通灯控制系统的设计 摘 要 PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点,已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计,可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为,可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一,PLC、机器人、

11、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.关键词 交通灯;PLC;WinCC;定时器Based on PLC huijin valley crossroads WinCC picture with traffic simulation of production Abstra

12、ct: PLC programmable controller based on the microprocessor-based, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology developed a new type of industrial control device. It is simple in structure, programming, convenient and high reliability etc, has been widely

13、 used in industrial process and position in the automatic control. According to statistics, programmable controller is applied in industrial automation devices most kind equipment. Experts think, programmable controller will become the main means and industrial control equipment, one of the importan

14、t basis of PLC, robots, CAD/CAM will become the industrial production of the three pillar. Due to the use environment of PLC has characteristics of strong adaptability, and its internal timer resources are very rich, but the current widely used progressive lights precise control, especially for the

15、crossway control can be easily realized. So now increasingly applying PLC traffic system. Meanwhile, PLC itself also has communication networking functions, same path on the coast as part of a LAN unified dispatching management, can shorten the traffic waiting times, to realize scientific management

16、. Key words: Traffic lights PLC WinCC Timer目 录第一章 绪论- 2 -1.1 课题背景- 2 -1.2 研究目的和意义- 3 -1.3 本文的主要工作- 5 -第二章 可编程程序控制器（PLC）- 6 -2.1 PLC概述- 6 -2.1.1 PLC的发展历程- 6 -2.1.2 PLC的发展趋势- 7 -2.1.3 PLC的应用- 7 -2.2 PLC的硬件结构- 9 -2.3 PLC的工作原理- 11 -2.4 本章小结- 13 -第三章 系统设计- 14 -3.1 控制要求- 14 -3.2 系统设计方案分析- 14 -3.3 硬件设计- 17

17、 -3.3.1 S7-300的系统组成简介- 17 -3.3.2 S7-300的硬件组态- 18 -3.3.3 S7-300的编程指令- 19 -3.4系统程序设计- 20 -3.4.1 系统的梯形图- 20 -第四章 系统检测与调试- 28 -4.1程序仿真运行- 28 -4.1.1 PLC画面仿真- 28 -4.1.2 WinCC画面仿真- 31 -心得体会- 37 -致谢- 38 -参考文献- 39 -第一章 绪论1.1 课题背景 19世纪初，在英国中部的约克城，红、绿装分别代表女性的不同身份。其中，着红装的女人表示我已结婚，而着绿装的女人则是未婚者。后来，英国伦敦议会大厦前经常发生马车

18、轧人的事故，于是人们受到红绿装启发，1868年12月10日，信号灯家族的第一个成员就在伦敦议会大厦的广场上诞生了，由当时英国机械师德哈特设计、制造的灯柱高7米，身上挂着一盏红、绿两色的提灯-煤气交通信号灯，这是城市街道的第一盏。在灯的脚下，一名手持长杆的警察随心所欲地牵动皮带转换提灯的颜色。后来在信号灯的中心装上煤气灯罩 它的前面有两块红、绿玻璃交替遮挡。不幸的是只面世23天的煤气灯突然爆炸自灭，使一位正在值勤的警察也因此断送了性命。 从此，城市的交通信号灯被取缔了。直到1914年，在美国的克利夫兰市才率先恢复了红绿灯，不过，这时已是“电气信号灯”。稍后又在纽约和芝加哥等城市，相继重新出现了交

19、通信号灯。 随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。 黄灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家

20、族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。 中国最早的马路红绿灯，是于1928年出现在上海的英租界。 从最早的手牵皮带到20世纪50年代的电气控制，从采用计算机控制到现代化的电子定时监控，交通信号灯在科学化、自动化上不断地更新、发展和完善。 交通指挥灯是非裔美国人加莱特*摩根在1923年发明的。此前，铁路交通已经使用自动转换的灯光信号有一段时间了。但是由于火车是按固定的时刻表以单列方式运行的，而且火车要停下来不是很容易，因此铁路上使用的信号只有一种命令：通行。公路交通的红绿灯则不一样，它的职责在很大程度上是要告诉汽车司机把车辆停下来。 开车的人谁也不愿意看到停车信号。美国夏威夷大学心理学家詹姆斯指出

21、，人有一种将刹车和油门与自尊相互联系的倾向。他说：驾车者看到黄灯亮时，心里便暗暗作好加速的准备。如果此时红灯亮了，马上就会产生一种失望的感觉。他把交叉路口称作“心理动力区”。如果他的理论成立的话，这个区域在佛罗伊德心理学理论中应该是属于超我（supere go）而非本能（id）的范畴。 新式的红绿灯能将闯红灯的人拍照下来。犯事的司机不久就会收到罚款单。有的红绿灯还具备监测车辆行驶速度的功能。 最早的交通灯出现于一八六八年英国伦敦。那时的交通灯只有红、绿两色，经改良后，再增加一盏黄色的灯，红灯表示停止，黄灯表示准备，绿灯则表示通行。其实,用这三色来作交通讯号和人的视觉机能结构和心理反应有关。 我

22、们的视网膜含有杆状和三种锥状感光细胞，。杆状细胞对黄色的光特别敏感，三种锥状细胞则分别对红光、绿光及蓝光最敏感。由于这种视觉结构，人最容易分辨红色与绿色。虽然黄色与蓝色也容易分辨，但因为眼球，对蓝光敏感的感光细胞较少，所以分辨颜色，还是以红、绿色为佳。所以，交通灯用什么颜色也是有大学问的呀！ 颜色也有活动 (activity)的含意，要表达热或剧烈的话，最强是红色，其次是黄色。绿色则有较冷及平静的含意。因此，人们常以红色代表危险，黄色代表警觉，绿色代表安全。而且，由于红光的穿透力最强，其他颜色的光很容易被散射，在雾天里就不容易看见，而红光最不容易被散射，即使空气能见度比较低，也容易被看见，不会

23、发生事故。所以我们用红色表示禁止。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了强有力的保障。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。传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通

24、过。这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是

25、必要的。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： 脱机手动工作； 联机自动就地工作； 上机控制的单周期运行方式； 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； 自动启动、自动停机控制方式。 近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，

26、使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下三个原因：PLC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；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；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；1.3 本文的主要工作 回顾交通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。并对可编程程序控制器的各种优点、卓越性能、结构原理有了一个新的认识。完善汇金谷的交通控

27、制，并能确保系统能顺利进行。第二章 可编程程序控制器（PLC）2.1 PLC概述PLC可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。现在，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备，可编程控制器已经成为工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM已经成为工业生产的三大支柱。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时

28、，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还采用了WICC画面进行现场的模拟监控，PLC和WinCC的结合能够更加形象的出该设计的可实际操作性，采用PLC的控制和WinCC的模拟监控是一种非常可行和方便方法应用在交通灯的控制当中。2.1.1 PLC的发展历程 在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二

29、年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。 个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。PLC的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器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

30、操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。2.1.2 PLC的发

31、展趋势刚一问世到现在，PLC一直表现出强大生命力和高速增长态势。近年来，有关媒体进行过PLC和DCS谁更有生命力以及PLC是否会被IPC、嵌入式控制器、FCS（FieldbusControlSystem，现场总线控制系统）等取代的讨论。随着计算机技术和控制技术不断发展，PLC和DCS都不断吸收对方优点，部分高端PLC应用领域PLC功能与DCS功能越来越接近。长期以来,PLC始终处于工业自动化控制领域的主战场,为各种各样的自动化控制设备提供了非常可靠的控制应用。其主要原因,在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案,适合于当前工业企业对自动化的需要。2.1.3 PLC的应用PLC

32、是以自动控制技术、微计算机技术、和通信技术为基础发展起来的新一代工业控制装置，随着微处理器技术的发展，PLC得到了迅速的发展，也在社会各领域的生产训得到了越来越多的应用。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，使用情况大致可归纳为如下几类。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。 1.模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量

33、，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。 2.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。 3.过程控制 程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的

34、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。 4.数据处理 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

35、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。 5.通信及联网 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。2.2 PLC的硬件结构 CPU 存储器 输入接口电路 输出接口电路 键盘与显示器还可外接存储器 也属于单片机，就是一种小型的、集成的计算机一样的， 工作就像是计算机控制打印机，PLC系统组成及各部分的功能 1CPU运算和控制中心起“心脏”作用。纵：当从编程器输入的程序存入到用户程序存储器中

36、，然后CPU根据系统所赋予的功能（系统程序存储器的解释编译程序），把用户程序翻译成PLC内部所认可的用户编译程序。横：输入状态和输入信息从输入接口输进，CPU将之存入工作数据存储器中或输入映象寄存器。然后由CPU把数据和程序有机地结合在一起。把结果存入输出映象寄存器或工作数据存储器中，然后输出到输出接口、控制外部驱动器。组成：CPU由控制器、运算器和寄存器组成。这些电路集成在一个芯片上。CPU通过地址总线、数据总线与I/O接口电路相连接。 2存储器 具有记忆功能的半导体电路。分为系统程序存储器和用户存储器。 系统程序存储器用以存放系统程序，包括管理程序，监控程序以及对用户程序做编译处理的解释编

37、译程序。由只读存储器、ROM组成。厂家使用的，内容不可更改，断电不消失。用户存储器：分为用户程序存储区和工作数据存储区。由随机存取存储器（RAM）组成。用户使用的。断电内容消失。常用高效的锂电池作为后备电源，寿命一般为35年。 3输入/输出接口 （1）输入接口： 光电耦合器由两个发光二极度管和光电三极管组成。发光二级管：在光电耦合器的输入端加上变化的电信号，发光二极管就产生与输入信号变化规律相同的光信号。光电三级管：在光信号的照射下导通，导通程度与光信号的强弱有关。在光电耦合器的线性工作区内，输出信号与输入信号有线性关系。输入接口电路工作过程：当开关合上，二极管发光，然后三极管在光的照射下导通

38、，向内部电路输入信号。当开关断开，二极管不发光，三极管不导通。向内部电路输入信号。也就是通过输入接口电路把外部的开关信号转化成PLC内部所能接受的数字信号。 （2）输出接口PLC的继电器输出接口电路 工作过程：当内部电路输出数字信号1，有电流流过，继电器线圈有电流，然后常开触点闭合，提供负载导通的电流和电压。当内部电路输出数字信号0，则没有电流流过，继电器线圈没有电流，然后常开触点断开，断开负载的电流或电压。也就是通过输出接口电路把内部的数字电路化成一种信号使负载动作或不动作。 三种类型：1.继电器输出：有触点、寿命短、频率低、交直流负载 2.晶体管输出：无触点、寿命长、直流负载3.晶闸管输出

39、：无触点、寿命长、交流负载2.3 PLC的工作原理当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。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。 （一） 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映象区中的相应得单元内。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，

40、该输入均能被读入。 （二） 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。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

41、梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到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。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 （三） 输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入刷出刷新阶段。再次期间，CPU按照I/O映像区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路出动相应的外设。这时，才是PLC真正输出2.4 本章小结介绍了PL

42、C的产生、发展及应用，通过这些基础知识，更好地理解PLC的控制，基于PLC在交通灯控制系统上应用的范畴，使PLC得开发与实际需求有机的融合在一起。第三章 系统设计3.1 控制要求初始状态为红灯亮；南北向车流量和人流量较大，交通灯工作顺序为:红灯亮15S后，左转绿灯亮18S，随后直行绿灯和右转绿灯亮32S，最后黄灯亮4S；南北向交通灯动作时，东西向交通灯的工作顺序为:左转绿灯亮18S后，直行绿灯和右转绿灯亮32S，然后黄灯亮4S，红灯亮15S；运用WinCC画面进行模拟仿真。3.2 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S7-300系列可编程控制器的特性，选择适合的型号。设计思想分

43、析如下：给一个启动的输入信号，要匹配一个SB1按钮，当SB1启动按钮动作，系统工作。首先，南北方向道路处于禁止通行的状态，东西方向处于允许的状态。南北方向道路亮红灯状态过程中，南北红灯亮25S，并且同时左转绿灯亮7S，需计时器设定时延时25S、7S，才会转入下一状态南北绿灯亮，左转红灯亮；同时，东西方向道路也一起亮绿灯亮25S，并且右转红灯亮7S，需计时器设定延时25S、7S，才会转下一状态东西绿灯闪烁：东西绿灯闪烁3S，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还需要计时器设定延时3S，才会转下一状态南 北黄灯亮；南北黄灯亮3S，需计时器设定延时3S，才会转入下一状态南北红灯亮。其次东西

44、方向道路处于禁止状态，南北方向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25S，并且左转绿灯亮7S，需计时器设定延时25S、7S，才会转入下一状态东西绿灯亮，并且左转红灯亮；同时，南北方向道路也一起亮绿灯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，需振荡器或脉冲源（秒/次）动作使南北绿灯闪烁，还需要计时器设定延时3S，才会转下一状态南北黄灯亮；南北黄灯亮3S，需计时器设定延时3S，才会转下一状态南北红灯亮。如此循环下去。十字路口交通灯状态分析：十字路口交通灯如下图所示，将12个交通灯进行编号 图3-1 十字路口交通灯这12个交通灯共有四个状态：状态1：南北红灯（1,7）亮，东西绿灯（6,12）亮。状态2：南北红灯（1,7）继续亮，东西绿灯（6,12）闪。状态3：南北红灯（1,7）继续亮，东西黄灯（5,11）亮。状态4：东西红灯（4,10）亮，南北绿灯（3,9）亮。状态5：东西红灯（4,10）亮南北绿灯（3,9）闪。状态6：东西红灯（1,7）继续亮，南北黄灯（2,8）亮。主程序流程图： 图3-2 主程序流程图 25S 3S 2S 25S 3S 2S 25S 3S 2S 图3-3 交通灯脉冲