基于S7-200PLC的两种交通灯控制方案

田程 张雨生 青岛工学院 机电工程学院

1 概述

1.1 可编程控器概述

可编程控制器（简称PLC）是以微处理器为基础的通用工业控制装置，其应用面广、功能强大、使用方便，已经广泛地应用在各种自动化控制系统中。同时PLC仍然处于不断发展之中，其功能不断增强，更为开放，它不但是单机自动化中应用最广的控制设备，在大型工业网络控制系统中也占有不可动摇的地位。其中的S7-200PLC具有极高的可靠性、丰富的指令集和内置的集成功能、强大的通信能力和品种丰富的扩展模块。PLC可以单机运行，用于代替继电器控制系统，也可以用于复杂的自动化控制系统。S7-200以其极高的性价比，在国内占有很大的市场份额。

1.2 梯形图经验设计法

梯形图经验设计法是在一些典型电路的基础上，根据被控对象对控制系统的具体要求，通过不断地修改梯形图而得到最适宜的控制方案。这种方法没有普遍的规律可寻，具有很大的试探性和随意性，最后的设计结果不是唯一的。

1.3 顺序控制设计法

顺序控制设计法，就是按照生产工艺预先规定的顺序，在各个输入信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，在生产过程中各个执行机构自动地、有序地进行操作。在使用顺序控制设计法时，首先根据系统的工艺过程，画出顺序功能图，然后根据顺序功能图画出梯形图。其中的顺序功能图是描述控制系统的控制过程、功能特性的一种图形，并不涉及所描述的控制功能的具体技术，是一种通用技术语言。

2 交通灯程序设计

2.1 设计要求

第一，启动开关接通后，系统开始正常工作，东西方向红灯和南北方向绿灯常亮10s；第二，10s过后，东西方向红灯变为东西方向黄灯，与南北方向绿灯闪亮5s；第三，闪亮过后，东西方向绿灯和南北方向红灯常亮10s；第四，10s过后，南北方向红灯变为南北方向黄灯，与东西方向绿灯闪亮5s；第五，在没有接通停止开关时，重复以上动作。

2.2 I/O口分配

数目 符号 地址1启动开关 I0.0 2 停止开关 I0.1 3东西方向红灯 Q0.0 4东西方向黄灯 Q0.1 5东西方向绿灯 Q0.2 6南北方向红灯 Q0.3 7南北方向黄灯 Q0.4 8南北方向绿灯 Q0.5

3 交通灯程序设计

3.1 经验设计法

3.1.1 梯形图

3.1.2 程序说明

经验设计法通过接通延时定时器与比较指令的综合应用，满足了交通灯的设计要求。当启动开关(I0.0)接通时，通过启动-保持-停止程序，使中间继电器M0.0线圈上电，同时常开触点M0.0闭合，系统开始正常动作，当停止开关（I0.1）接通时，线圈M0.0掉电，同时触点M0.0保持常开状态，系统处于停止状态；

由设计要求可知交通灯一个工作周期为30s，所以可以用接通延时定时器T37，并预设30s时间，在没有停止开关（I0.1）接通的情况下,30s后的T37线圈动作，同时使常闭触点T37断开，将T37复位，同时又开启下一个工作周期。

通过各导线上的比较触点，引导能流在相应的时间段内接通各个线圈，并动作。其中SM0.5是特殊存储器位，提供ON/OFF个0.5s、周期为1s的时钟脉冲，为交通灯闪亮指令。

3.2 顺序控制设计法

3.2.1 顺序功能图

3.2.2 顺序功能图说明

SM0.1位特殊存储器位，仅在首次扫描时为ON，可以用于初始化。T37,T38,T39,T40为接通延时定时器，其中T37与T39的预设值为10s，T38 与 T40 的预设值为 5s。M0.0,M0.1,M0.2,M0.3,M0.4为中间继电器，在顺序功能图中代表步。I0.0,I0.1,T37,T38,T39,T40为每一步的转换条件，当转换条件的前级步为活动步，转换条件满足时，则下一步为活动步，前级步变为不活动步。

开始时，SM0.1将M0.0置为活动步，后级步置为不活动步。当启动开关（I0.0）接通时，M0.1为活动步，M0.0位为不活动步，同时Q0.0与Q0.5上电，T37开始定时；10s后，满足转换条件，常开触点T37闭合，M0.2为活动步，M0.1为不活动步，同时 Q0.1与 Q0.5上电，T38开始定时；5s后，满足转换条件，常开触点T38闭合，M0.3为活动步，M0.2为不活动步，同时Q0.2与Q0.3上电，T39开始定时；10s后，满足转换条件，常开触点T39闭合，M0.4为活动步，M0.3为不活动步，同时Q0.2与Q0.4上电，T40开始定时；5s后，满足转换条件，常开触点T40闭合，M0.1位活动步，M0.4为不活动步，再进入下一个工作周期。在上述工作周期内，任意时刻接通停止开关（I0.1）,均可使前级步为不活动步，使M0.0为活动步，从而使系统进入初始状态。

通过顺序功能图可以很方便的转化为梯形图，其中交通灯闪烁也是由特殊存储器位SM0.5指令实现。

4 结语

通过对同一个控制任务运用不同的控制方法，可以充分体现出工业控制的方法多样性。顺序控制设计方法是一种先进设计方法，适用于对复杂控制方案的设计，在设计PLC控制程序时，应该首先使用顺序控制设计方法，提高工作效率。但顺序控制设计方法的先进性并不代表它的简洁性。从上述例子可以看出，通过顺序功能图转换而来的梯形图需要15个网络，而通过经验设计法，只需4个网络，比顺序控制设计法更加简洁。