PLC课程设计 交通信号灯PLC控制系统设计

精品文档课程设计（论文）题目名 称交通信号灯PLC控制系统设计课程名称PLC原理及应用学生姓名学 号系、专业 电气指导教师2015年 2月12日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业学生姓名学号题目名称交通信号灯PLC控制系统设计设计时间课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306 ）一、课程设计（论文）目的PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。课程设计的目的和任务：全面熟练掌握 PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型 PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握 PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故 障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。二、已知技术参数和条件利用PLC设计控制十字路口交通灯的全自动运行，系统启动后，根据设置好的东西南北方向的通车时间控制东西南北方向指示灯按照一定的规律运行，完成一个周期工作后自动进入下一个周期继续运行。城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、 右拐、直行以及行人4种通行指示灯。执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路通车，延时一段时间后路口的绿灯熄火，黄火开始闪烁，闪烁若叶 次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车,延时一段时间后，南北 路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若十次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。技术参数：请调研邵阳市某个十字路口的运行状况。三、任务和要求1、设计系统的PLC外部接线图2、系统的操作面板3、系统的T形图按照要求书写课程设计报告注：1.此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效;2 .此表1式3份，学生、指导教师、教研室各 1份四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）实验室有EL型PLC实验系统4套，FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。FX2N系列、S7系列产品说明书；FX2N系列实验装置实验指导书；五、进度安排年月日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求年月日-日：总体方案设计年月日-日：外部接线图年月日-日：T形图设计年月日-日：系统调试改进年月日：整理书写设计说明书年月日：答辩六、教研室审批意见教研室主任（签字）：七|、主管教学主任意见主管主任（签字）：八、备注学生（签字）：指导教师（签字）：邵阳学院课程设计学生姓名系电气系题目名称交通信号灯PLC控制系统设计一、学生自我总结（论文）评阅表学 号专业班级课程名称PLC原理及应用通过这次课程设计，加深了对书本知识的认识，同时很好的锻炼了我理论与实践 相结合的能力。在这次课程设计中，我学会了电路设计的基本流程和方法，对今后的 学习设计会有很大的帮助。学生签名:、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语：指导教师（签名）：年 月日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面;2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。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。可编程控制器（PLC）以微处理器为核心,普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图 编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、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更是符合交通灯控制系统的要求与特点， 能够方便地联网通信。本文选择三菱可编程控制器FX2N 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形 图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。关键词 : PLC ；交通控制；自动化 ；可编辑目录要I1 设计方案.1.1.1 设计要求 1.1.2 设计方案分析 .12 PLC的基本知识.32.1 PLC产生和定义32.2 PLC的基本组成 32.3 PLC 的 基 本 工 作 原理42.4 PLC的特点.42.5 PLC的 应 用 与 前景 .43 系统设计 .53.1 硬件设计 .53.2 PLC接线 63.3 系统程序分析 .7结束语 .11参考文献 12附录 131设计方案1.1 设计要求利用PLC设计控制十字路口交通灯的全自动运行，系统启动后，根据设置好的 东西南北方向的通车时间控制东西南北方向指示灯按照一定的规律运行，完成一个周期工作后自动进入下一个周期继续运行。城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车 辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行以及行人4种通行指示灯，以及每个路口绿灯亮时有倒计时显示屏。1.2 设计方案分析按照交通灯系统控制要求下，结合三菱 FX2N系列可编程控制器的特性， 选 择适合的型号。设计思想分析如下：结合当前所学知识，确定已转换为中心的程序设 计方法更简单方便的达到设计要求图1.1程序流程图执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，所有右拐绿灯全亮；路口的直行左拐绿灯亮，西南北路口的红灯亮，东路口方向通车，延时9S 后路口的绿灯熄灭，黄灯开始亮3S ，东路口红灯亮；同时西路口的直行和左拐绿灯亮，西路口方向开始通车，延时9S 后，西路口的绿灯熄灭，黄灯开始亮3S ，而在东西路口通车期间，南北路口的人行道一直都亮绿灯， 东西路口人行道亮红灯； 西路口红灯亮， 同时南路口直行和左拐绿灯亮，南路口方向通车，延时9S 候，南路口绿灯熄灭，黄灯开始亮3S ，南路口红灯亮；同时北路口的直行和左拐绿灯亮，北路口方向开始通车，延时9S 候，北路口绿灯熄灭，黄灯开始亮 3S ，而在南北路口通车期间，东西路口人行道一直都亮绿灯，东西路口人行道亮红灯。如此重复以上过程。这种设计方案源于我们的课本上已转换为中心的程序设计。 首先从理论上可行，由于用到的都是较为简单的 PLC 程序，程序以顺序控制为主线，以及多个子程序共同组成， 从而可以把总程序分为多个， 这样就可以降低编程难度。 其次是硬件上来说，所需要的元件都是一些低端常用产品。总之采用这种设计，是经过了深思的，经过分析才得出来的可行性。2 PLC的基本知识2.1 PLC产生和定义1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司 （DEC ）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为 PLC （programmable logic controller ）。80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各 种算术运算，PLC 运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为 PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC ）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子 装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运 算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出， 控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备， 都应按易于工 业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。2.2 PLC的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的 PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以 微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM ）、输入/输出模块、用户程序存储器电源系统程序存储器外设I/O 接口、通信接口及电源组成输 入 电 路图2.1 PLC的组成2.3 PLC 的基本工作原理PLC 是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入 PLC 的用户存储器中存储。 PLC 的控制功能就是运用用户 程序来实现的。PLC 运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同， 微型计算机运行程序时，一旦执行到END 指令，程序运行结束。而PLC 从 0000 存储地址所存放的第一条拥护指令开始， 在无中断或跳转的情况下， 按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END 指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（ RUN ）切换到停止（ STOP ） 工作状态。我们把PLC 这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。2.4 PLC 的特点PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使PLC 具有许多其他控制器所无法相比的优点。（ 1 ）可靠性高，抗干扰能力强。（ 2 ）通用性强，使用方便。（ 3 ）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。（ 4 ）编程语言简单、易学，便于掌握。（ 5 ）系统设计周期短。（ 6 ）对生产工艺改变适应性强。（ 7 ）安装简单、调试方便、维护工作量小。（ 8 ）体积小、重量轻、功耗低。2.5 PLC 的应用与前景为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对PLC 不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展， 以适应现代化的大型工厂、 企业自动化的需要。3系统设计3.1硬件设计输入控制X0 ,输出端有东西、南北方向红绿黄灯和东西、南北方向左转弯红绿灯共十个输出点，所以选用日本三菱公司生产的FX2N系列，I/O 分配如下表:表3.1 I/O分配表输入交通灯控制开关X0输 出东路口直行左拐红灯Y0东路口直行左拐绿灯Y1东路口直行左拐黄灯Y2西路口直行左拐红灯Y3西路口直行左拐绿灯Y4西路口直行左拐黄灯Y5南路口直行左拐红灯Y6南路口直行左拐绿灯Y7南路口直行左拐黄灯Y10北路口直行左拐红灯Y11北路口直行左拐绿灯Y12北路口直行左拐黄灯Y13东西人行道红灯Y14东西人行道绿灯Y15南北人行道红灯Y16南北人行道绿灯Y17所有路口右转绿灯Y20数码管显示Y21-Y27100msT0 T2 T4 T6 T83S100msT1 T3 T 5 T79s3.2 PLC接线硬件电路图连接：如图3.1所示图3.1硬件电路图连接图3.2系统顺序功能图3.3系统程序分析(1)启动电源M8002接通 所有继电器复位，然后启动 M200，逐步触发后面指 令。启动程序:勖m t!llE-910(2)以转换为中心的顺序程序设计逐步触发指令，如下:UK3眼精HS必？HZI-6Mill?必勺!131MEH(3)东路口红灯程序触发:EVOOEK05TkML 05Tl-EttO?TkEttOSE409(4)西路口红灯程序触发:H5士TkTkMtOtH0S(5)南路口红灯程序触发:monIIII阴上)1E9W(6)北路口红灯程序触发：YQ11 )vstiamT卜-II-ttD5MIC?(7)人行道红绿灯触发程序:MIOSMIC7HIQIT卜*9mot-l-Tk( 01E (Y01& 。14 J(m? 1(8)程序启动后开始定时以及数码管倒计时显示程序:(9)东路口亮绿灯以及倒计时显示程序:(10)东路口亮黄灯以及倒计时显示程序:以及西路口、南路口、北路口程序均与上同理 系统整体梯形图件附录。结束语在此次课程设计中， 我们将课本理论知识与实际应用联系起来。 按照书本上的知识和王老师讲授的方法， 首先和同学一起分析研究此次课程设计任务和要求， 然后按照分析的结果进行实际连接电路和编写程序操作， 检测和校正， 再进一步完善电路和程序。 在其中遇到一些不解和疑惑的地方， 还有出现的一些未知问题， 我们都认真分析讨论， 然后对讨论出的结果进行实际检测校正， 对一些疑难问题我们也认真向王老师询问请教，和王老师一起探讨解决。通过此次电路和程序设计， 我们加深了对课本知识的认识理解， 对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。也对PLC 应用技术有了更深的认识。感谢王老师的细心教导，感谢团队的积极合作，团队的力量是无限的。参考文献1 孙平主编可编程控制器原理及应用. 2002.5. 2002.5.2000.4.2 王永华主编现代电气及可编程控制技术北京航空航天大学3 胡学林主编可编程控制器应用技术.高等教育出版社4 张运波. 工厂电气控制技术. 2001.5 田瑞庭. 可编程控制器应用技术1994.6 曲非非 . PLC 应用技术 200 例 2003.系统梯形图附录阳trn:网m：顿邮:C恻6-1一一加4仁H?(03m 制