《电气控制与PLC技术》课程设计.docx
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《电气控制与PLC技术》课程设计
《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
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。
10
2．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。
60
3．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。
20
4．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。
…………………………………………………………………………………………1
第一章PLC控制系统设计的基本原则………………………………………………………1
1.1PLC控制系统设计基本原则……………………………………………………………1
1.2PLC控制系统设计的基本内容…………………………………………………………1
1.3PLC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
2.1系统框图…………………………………………………………………………………3
2.2控制要求…………………………………………………………………………………3
2.3PLC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
3.1总体思路…………………………………………………………………………………6
3.2白天运行…………………………………………………………………………………7
3.3.夜间运行…………………………………………………………………………………8
3.4.紧急状态…………………………………………………………………………………8
3.5.倒计时及数码显示………………………………………………………………………8
3.6总梯形图…………………………………………………………………………………9
3.7指令表……………………………………………………………………………………10
………………………………………………………………………………11
………………………………………………………………………………11
………………………………………………………………………………11
………………………………………………………………………………11
………………………………………………………………………………11
………………………………………………………………………………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1章PLC控制系统设计的基本原则
1.1PLC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。
1.2PLC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。
1.3PLC控制系统设计的一般步骤
1.3.1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。
1.3.2PLC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
2.1系统框图以及流程图
系统框图如图1所示：
东西方向EWEW显示NS显示南北方向NS
GYRGYR
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。
2.3PLC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2PLC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1
4
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
南北绿灯
2
Y001
南北黄灯
3
Y002
南北红灯
4
Y003
东西绿灯
5
Y004
东西黄灯
6
Y005
东西红灯
7
Y010～Y017
数码管显示
3.PLC外部接线图
图3PLC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,T163s,T293s,T396s。
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【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
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