《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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