1、 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
2、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I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
3、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。II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3
4、2.3 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111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
5、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
6、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 1 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
7、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（
8、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。14、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
9、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/
10、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 PL
11、C 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2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 R PLC 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
12、 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（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，
13、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2 X001 白天/夜间3 X002 紧急状态 14 X003 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1 Y000
14、 南北绿灯2 Y001 南北黄灯43 Y002 南北红灯4 Y003 东西绿灯5 Y004 东西黄灯6 Y005 东西红灯7 Y010Y017 数码管显示3.PLC 外部接线图图 3 PLC 外部接线图5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 30
15、s,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 T0 60s,T1 63s,T2 93s,T3 96s。定时器触电的逻辑关系如下图 6 所示63.3.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
16、 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
17、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，7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893.7 指令表10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
18、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 【2】PLC 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
