论文总字数：10337字

摘 要

在当下，PLC应用十分广泛，PLC方便操作、方便编程调试等特点，在交通灯中逐渐取代原有单片机的趋势日益明显。此设计选用可编程逻辑控制器实现十字路口交通信号控制，选用西门子PLC在交通路口的红、黄、绿灯实现循环控制，通过分析信号灯的变换要求,结合西门子PLC的控制特点并系统分析交通信号灯系统硬件和软件设计,并实现了合理控制交叉口交通灯的功能。实验仿真表明该方法简单、经济实用，具有可靠运行的优点，具有较高的实用价值。仿真测试采用S7-200仿真软件进行仿真，经过多次调试，实现了本设计所需要的设计要求。

关键词：十字路口，信号灯，可编程逻辑控制器

Abstract: In the present, PLC is widely used and is easy to operate; it is convenient for programming and debugging. The trend of gradually replacing the microcontrollers in traffic lights is increasingly obvious. This design adopts PLC to achieve crossroad traffic signal control. The control method is to use Siemens S7-200 series PLC to realize the conventional cycle control of all directions lights. By analyzing the control requirements of traffic lights, combined with Siemens S7-200 control features. The use of sequence diagrams for system analysis, traffic signal system hardware and software design, and to achieve a reasonable control of intersection traffic lights function. The experimental simulation shows that this method is simple, economical and practical, has the advantages of reliable operation, and has a high practical value. The simulation test was simulated using S7-200 simulation software. After several debugging, the required design requirements were achieved.

Key words: Crossroads, Traffic light, PLC

目 录

1 绪论 4

1.1 研究背景 4

1.2 设计要求 4

1.3 设计思路 4

2 硬件设计 5

2.1 PLC的基本结构 5

2.2 PLC的工作原理 6

2.3 交通信号灯中PLC的硬件单元 8

2.4 控制要求 9

2.5 交通信号灯PLC的输入/输出点的分配表 10

2.6 十字路口交通信号灯PLC控制硬件接线图 10

2.7 交通灯状态图 11

3 系统的软件设计 12

3.1 主流程图 12

3.2 交通信号灯PLC控制梯形图 13

3.3 交通信号灯的状态时序图 18

4. 程序仿真 19

4.1 软件介绍 19

4.2 程序仿真图 21

结 论 24

参 考 文 献 25

致 谢 26

1 绪论

1.1 研究背景

在社会经济高速发展的大背景下，交通路口日益拥堵，人车车辆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。自上世纪八十年代以来,城市机动车数量的激增导致许多发达城市如北京、上海、南京等地区的交通都处于超负荷运行的状态中^[1]。

为了解决交通拥堵的问题，修建城市高速道路成为了非常有效的途径。但是，随着汽车拥有量的不断增长，城市快速路没有起到预期的作用。而且各个公路交叉路口的问题更为突出。除了重新进行城市规划、扩建或维修现有道路等方法，交通信号灯的研究和改善也有着非常重要的意义。交通管理部门通过调整控制交通灯的变换频率和工作时间，来保持交通的畅通和安全，最终达到缓解交通压力的效果。

本论文立足于交通信号灯的发展现状和未来可能的发展前景，采用PLC技术对交通灯的逻辑控制进行了研究。本设计分为四个章节。第一章主要介绍了基于PLC信号灯控制的背景以及此次设计需要。第二章介绍了本次设计的硬件情况。第三章介绍本设计的软件控制系统，软件维度的相关要求。第四章介绍仿真程序的运行情况。

1.2 设计要求

交通灯有一个启动开关和停止开关，当打开启动按钮时，系统开始运行。南北红色灯同时先亮35秒，东西绿色灯同一时刻亮30秒。东西向绿色灯闪烁3次后，接着东西方向黄色灯亮2秒。然后东西红色灯亮35秒之后东西绿灯又亮。南北方向红色灯亮35秒后，南北方向绿色灯亮，30秒后南北向绿灯闪烁3次后南北向黄色灯亮，2秒后南北向红灯又亮，最后达到反复循环运行的效果。

要求完成出以下5个部分：（1）红绿灯的亮闪表。（2）交通灯的控制流程。（3）PLC的I/O端口分配。（4）PLC控制梯形图。（5）程序仿真测试。

1.3 设计思路

结合该控制要求以及西门子PLC的特性，选择适合的PLC型号。设计的思想如下：两个输入信号，六个输出信号。十字路口一共有十二个红绿灯，南北两个为一组，东西两个为一组各用一个输出信号控制。两个输入信号分别对应开启和关闭按钮。打开启动按钮后该系统工作。

结合控制要求，将控制流程分为六个步骤。这写步骤分别是南北方向红色灯亮东西方向绿色灯亮、南北方向红色灯继续亮且东西方向绿色灯闪烁、南北方向红色灯亮东西方向黄色灯闪烁、南北方向绿色灯亮东西方向红色灯亮、南北方向绿色灯闪烁东西方向红色灯亮、南北方向黄色灯亮东西方向红色灯继续亮。在此，本设计及采用计数指令与时间计数器结合方法。首先，按下开关按钮SB1，I0.1输出口接通。T37开始运行，Q0.2和Q0.3处于接通状态，东西方向红色信号灯亮，南北方向绿色信号灯亮，当定时器计时达到35秒后，东西红灯亮35秒，此时秒时开始下一轮循环。当按下停止按钮SB0时，所有指示灯不亮。

2 系统的硬件设计

2.1 PLC的基本结构

（1） CPU

CPU是PLC的运算中枢以及控制中枢，发挥主要作用，它的组成部件是运算器和控制器。CPU的功能有：①判断查询电源内部和可编程逻辑控制器内部工作的状态、编程的语法错误等问题。②接收来自用户存储区的程序文件和数据。③输入信号中的数据被发送到数据寄存器并保存[2]。④执行用户程序完成用户指令和操作。⑤响应各种外设。

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