电气控制与PLC技术》课程设计

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         201                     

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

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。

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第一章PLC控制系统设计的基本原则………………………………………………………1

 PLC控制系统设计基本原则……………………………………………………………1

 PLC控制系统设计的基本内容…………………………………………………………1

 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…………………………………………………3

系统框图…………………………………………………………………………………3

控制要求…………………………………………………………………………………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…………………………………………………………………………6

总体思路…………………………………………………………………………………6

白天运行…………………………………………………………………………………7

.夜间运行…………………………………………………………………………………8

.紧急状态…………………………………………………………………………………8

.倒计时及数码显示………………………………………………………………………8

总梯形图…………………………………………………………………………………9

指令表……………………………………………………………………………………10

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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

 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。 

 PLC控制系统设计的基本内容 ：

 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。   PLC控制系统设计的一般步骤  

流程图功能说明：

  ① 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）。 

  ② 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。 

 ③ 选择PLC。 

 ④ 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）。 

 ⑤ 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。

 PLC程序设计的步骤 

 ①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。

 ②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。

 ③根据梯形图编制程序清单。

 ④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。

 ⑤对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。  

 ⑥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。  

 ⑦编制技术文件。 

 ⑧交付使用

第二章 交通信号灯控制程序的设计与调试

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NS

G   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  

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：

 、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；

 、开关在“运行”位置时，系统启动，在“停止”位置时，系统关闭；

 、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。

  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 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

 图3  PLC外部接线图

第三章、设计总体思路

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。

 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T0 60s,T1 63s,T2 93s,T3 96s。定时器触电的逻辑关系如下图6所示

.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。

. 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。

. 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

 总梯形图

指令表    

第四章 调试

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。

 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。

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