《电气控制与PLC技术》课程设计报告书

电气控制与PLC技术课程设计论文题目十字路口行人车道交通灯多时段的的PLC控制 系 别信息与电子工程学院专 业电子信息工程班 级 13电本2班学 号 201301902225学生姓名韦秀添指导教师签名完成时间 2015 年 6 月 27 日6 / 9课程设计成绩评定表评价内容标 准分值得分1选题能体现课程的培养目标.难度和工作量较大.有较强的创新性。102设计圆满完成课程设计中各项要求.设计书设计科学、先进.计算准确；图、表绘制及技术要求符合国家标准。有较大创新和较大实用价值；立论正确.结构严谨结论明确。设计书中分析、计算、实验正确、严密.对专业知识综合训练程度高.课程设计报告撰写规范。603陈述回答问题有理有据.体现出较宽泛的知识面.思维敏捷、逻辑性强。陈述清晰、正确、逻辑性强.基本概念清楚.语言流畅、精炼。204表现在整个课程设计阶段能够独立分析并解决问题.完成相关部分的设计。10总 评摘 要交通信号灯的出现.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。为了实现交通道路的管理.力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现智能交通灯管制的控制系统.以及该系统软、硬件设计方法.实验证明该系统实现简单、经济.能够有效地疏导交通.提高交通路口的通行能力。分析了现代城市交通控制与管理问题的现状.结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理.给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要.广泛的应用于各个行业。随着科技的发展.可编程控制器的功能日益完善.加上小型化、价格低、可靠性高.在现代工业中的作用更加突出。关键词:PLC可编程控制器、智能交通信号灯、程序设计与调试。目 录前言1第一章PLC控制系统设计的基本原则11.1 PLC控制系统设计基本原则11.2 PLC控制系统设计的基本内容11.3 PLC控制系统设计的一般步骤2第二章交通信号灯控制程序的设计与调试32.1系统框图32.2控制要求32.3 PLC结构图框图地址分配及外部接线图4第三章设计总体思路63.1总体思路63.2白天运行73.3.夜间运行83.4.紧急状态83.5.倒计时及数码显示83.6总梯形图93.7指令表10第四章 调试114.1硬件调试114.2软件调试114.3运行调试11心得体会11参考文献11前言PLC目前已广泛应用于工业生产的自动化控制领域.无论是从国外引进的自动化生产线还是自行设计的自动控制领域.都普遍采用了PLC自动控制。PLC控制系统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.适用与当前工业企业对自动化的需要。与传统的继电器控制相比.PLC控制系统具有构成简单、可靠性高、适用性强、抗干扰能力强、易于编程、体积小、可在线修改、设计与调试周期短、便于安装和维修等突出优点、而且一般不需要采取特殊措施.就能直接在工业环境中使用.更加适合现代化的要求.采用PLC控制系统能够提高系统的整体性能.具有较明显的优越性。本次设计主要的内容是在液体混合装置控制系统上的改进.结合皮带运输机的传动与控制系统.构造出新的控制系统即自动配料皮带运输机的传动与控制系统。应用日本三菱公司FX2N系列PLC实现在自动配料皮带运输机的传动与控制系统方面的控制.该系统能够提供均匀的干料.并附带输送的功能.现场维修与安装非常便利.且能够适应于高温度、高粉尘、有冲击和连续振动.环境比较复杂的场合.减少人员劳动力.提高劳动生产率、节约原材料消耗以及降低生产成本.有着十分重要的意义。第一章 PLC控制系统设计的基本原则1.1 PLC控制系统设计基本原则：1、 大限度地满足被控对象的控制要求。设计前.应深入现场进行调查研究. 搜索资料.并与机械部分的设计人员和实际操作人员密切配合.共同拟定电气控制方案.协同解决设计中出现的各种问题。 2、 在满足控制要求的前提下.力求使控制系统简单、经济、使用及维修方便。3、 保证控制系统的安全、可靠。 4、 考虑到生产发展和工艺的改进.在选择PLC容量时.应适当留有余量。 1.2 PLC控制系统设计的基本内容：PLC控制系统是由PLC与用户输入、输出设备连接而成的。因此.PLC控制系统的基本内容包括： 1、择用户输入设备按钮、操作开关、限位开关和传感器等、输出设备继电器、接触器和信号灯等执行元件以及由输出设备驱动的控制对象电动机、电磁阀等。这些设备属于一般的电气元件.其选择的方法在其它课程及有关书籍中已有介绍。2、PLC的选择。PLC是PLC控制系统的核心部件.正确选择PLC.对于保证整个系统技术经济性能指标起着重要作用。选择PLC应包括机型的选择、容量的选择、I/O点数模块的选择、电源模块以及特殊功能模块的选择等。 3、分配I/O点.绘制电气连接接口图.考虑必要的安全保护措施。 4、设计控制程序。包括设计梯形图、语句表即程序清单或控制系统流程图。控制程序是控制整个系统工作的软件.是保证系统正常工作、安全可靠的关键。因此.控制系统的设计必须经过反复调试、修改.直到满足要求为止。 5、 必要时还需设计控制台柜。 6、编制系统的技术文件。包括说明书、电气图及电气元件明细表等。传统的电气图.一般包括电气原理图、电气布置图及电气安装图。在PC控制系统中.这一部分图可以统称为硬件图。它在传统电气图的基础上增加了PLC部分.因此.在电气原理图中应增加PLC的I/O输入、输出电气连线图即I/O接口图。 此外.在PLC控制系统中.电气图还应包括程序图梯形图.可以称之为软件图。向用户提供软件图.可便于用户在生产发展或工艺改进时修改程序.并有利于用户在维修时分析和排除故障。 1.3 PLC控制系统设计的一般步骤1.3.1流程图功能说明： 根据生产的工艺过程分析控制要求。如需要完成的动作动作顺序、动作条件及必须的保护和联锁等、操作方式手动、自动；连续、单周期及单步等。 根据控制要求确定所需的用户输入、输出设备。拒此确定PLC的I/O点数。 选择PLC。 分配PLC的I/O点.设计I/O电气接口连接图这一步也可结合第2步进行。 进行PLC程序设计.同时可进行控制台柜的设计和现场施工。 在设计传统继电器控制系统时.必须在控制线路接线程序设计完成后.才能进行控制台柜设计和现场施工。可见.采用PLC控制.可以使整个工程的周期缩短。1.3.2 PLC程序设计的步骤对于较复杂的控制系统.需绘制系统流程图.用以清楚的表明动作的顺序和条件。对于简单的控制系统.也可省去这一步。设计梯形图。这是程序设计的关键一步.也是比较困难的一步。要设计好梯形图.首先要十分熟悉控制要求.同时还要有一定的电气设计的实践经验。根据梯形图编制程序清单。用编程器将程序键入到PLC的用户存储器中.并检查键入的程序是否正确。对程序进行调试和修改.直到满足要求为止。 待控制台柜及现场施工完成后.就可以进行联机调试。如不满足要求.再回去修改程序或检查接线.直到满足为止。 编制技术文件。 交付使用第二章交通信号灯控制程序的设计与调试2.1系统框图以及流程图系统框图如图1所示： 东西方向EW EW显示 NS显示 南北方向NSG Y R G Y RPLC控制系统 白天/夜间 启动/停止 紧急状态1 紧急状态2流程图 图1 2.2控制要求 1南北方向为主干道.绿灯亮的时间比东西方向次干道绿灯亮的时间多一倍.黄灯间隔0.5s闪烁3s后切换到红灯.一次循环共96s。 2主干道的数码显示应该与红、黄及绿灯同步.且两条主、次干道应该一样显示。比如：南北方向绿灯亮时.东西方向和南北方向均应显示数字63绿灯亮60s,黄灯亮3s,然后隔秒减1.当减到0时.换成东西方向绿灯亮.南北方向红灯亮.此时.数码管应显示33.然后隔秒减1.当减到0时.再进行切换.完成一次工作循环。 3有白天/夜间操作转换开关、运行/停止开关、紧急操作开关1号、2号.其功能如下：a、白天/夜间操作转换开关在白天位置时.按上述要求正常工作.在夜间位置时.两边均只有黄灯闪烁运行开关在接通电源时.方可切换白天/夜间开关； b、开关在运行位置时.系统启动.在停止位置时.系统关闭； c、当有特殊情况如事故需某一方向的绿灯一直亮.则应用紧急操作开关实现次功能。2.3 PLC结构图框图地址分配及外部接线图1、PLC的结构图如下图2所示 输 输接受 入 中央处理 出 驱动 单元CPU 现场信号 接 接 受控元件 口 电源 口 图2 PLC的结构示意图2、I/O地址分配表如下所示 表1 输入信号分配表编号 输入定义号输入信号1 X000 启动/停止 2X001 白天/夜间 3X002 紧急状态1 4X003 紧急状态2 表2 输出信号分配表编号输出定义号输出信号1Y000 南北绿灯 2Y001 南北黄灯 3Y002 南北红灯 4Y003 东西绿灯 5Y004 东西黄灯 6Y005 东西红灯 7Y010Y017 数码管显示3. PLC外部接线图图3 PLC外部接线图第三章、设计总体思路3.1总体思路 根据输入信号的不同状态.将程序分为白天运行、夜间运行、紧急状态1、紧急状态2、停止五个不同的部分.分别由中间继电器M100、M140、M120、M130、M110控制如下图4所示.然后依次写出每个部分的程序控制。3.2 白天运行 白天运行情况为南北方向绿灯亮60s,然后南北方向黄灯闪3s,在此期间东西方向红灯亮.63秒后东西方向绿灯亮30s,然后东西方向黄灯闪3s,在此期间南北方向红灯亮.然后南北绿灯亮.依次循环.一次循环96s。时序图如下图5所示。分析以上时序图.得可以用四个定时器之间的逻辑组合实现以上的时序.定时器定时时间分别为T060s,T1 63s,T2 93s,T3 96s。定时器触电的逻辑关系如下图6所示3.3.夜间运行夜间运行时.两边均只有黄灯闪烁.即可以用夜间运行的中间继电器M140去同时接通南北黄灯Y001与东西黄灯Y004。3.4. 紧急状态 紧急状态1为南北方向绿灯一直亮.东西方向红灯一直亮.即可以用紧急状态1的中间继电器M120去同时接通南北绿灯Y000与东西红灯Y005。 紧急状态2为东西方向绿灯一直亮.南北方向红灯一直亮.即可以用紧急状态2的中间继电器M130去同时接通东西绿灯Y003与南北红灯Y002。3.5. 倒计时及数码显示 数码显示应该与红、黄及绿灯同步.东西方向红灯亮时应显示数字63.然后隔秒减1.当减到0时.换成南北方向红灯亮.此时.数码管应显示33.然后隔秒减1.当减到0时.再进行切换.完成一次工作循环。 在东西方向红灯线圈Y005得电的瞬间即上升沿.将数字63传送到数据存储器.再用M8013的上升沿与减1指令相配合实现隔一秒减1；然后再用除法指令.将数据存储器中的数字除十分别得到其十位与个位.将十位数与个位数给到两个不同的数码管上使其显示。 在南北方向红灯线圈Y002得电的瞬间即上升沿.将数字33传送到数据存储器.再用M8013的上升沿与减1指令相配合实现隔一秒减1；然后再用除法指令.将数据存储器中的数字除十分别得到其十位与个位.将十位数与个位数给到两个不同的数码管上使其显示。程序如下图7所示3.6 总梯形图3.7指令表第四章 调试4.1硬件调试接通电源.检查可编程控制器是否可以正常工作.接头是否接触良好.然后把其与电脑的通信口连接。4.2 软件调试按要求输入梯形图.转换成指令表.并进行语法的检查.正确后设置正确的通信口.将指令读入到指定的可编程控制器ROM.进行下一步的调试。4.3运行调试在硬件与软件调试正确的基础上.打开可编程控制器的RUN开关进行调试；观察运行的情况是否正确.以确定PLC的控制系统设计符合要求。心得体会通过本次可编程控制器的课程设计.让自己学到了很多东西.增强了对PLC的学习兴趣。在自己独立分析设计完成课设中.每一个突破都是收获.每一个收获都是成功.每一个成功都是汗水的积累！这次课设可以说是与自己的耐力和毅力战斗.在困惑与惆怅中前行.在折磨打击中成长！对PLC的一些基本编程原则和基本指令有了很好的掌握.调试程序的能力也有了很大的提高.为以后工作打下了坚实的基础.也为大四的毕业设计做了下准备。参考文献1现代电气控制及PLC应用技术第2版 王永华 北京航空航天大学出版社 2PLC应用技术 徐国林 机械工业出版社 3电气控制与可编程序控制器的原理及应用 陈立定 机械工业出版社4电气与PLC控制技术 蔡红斌 清华大学出版社