十字交通灯plc设计任务书.docx

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十字交通灯plc设计任务书

SHANDONGＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

课程设计说明书

PLC控制十字路口交通信号灯系统设计

学院：

专业：

学生姓名：

学号：

指导教师：

2014年7月

第一章绪论

1．背景概述

可编程序逻辑控制器（PLC）是一种以微处理器为核心的计算机系统，它是在继电器控制和计算机控制的基础上发展而来的一种新型工业自动控制装置。

早期的PLC在功能上只能实现逻辑控制，因而被称为可编程序逻辑控制器，其主要特点是用简单的程序完成复杂的逻辑控制，同继电器控制系统相比具有可靠性高、控制逻辑容易改变、外接线简单等特点。

随着微电子技术和微计算机技术的发展，PLC不仅可以实现逻辑控制，还能实现模拟狼、运动和过程控制以及数据处理及通信。

随着社会的进步和飞速发展，路上的车辆越来越多，城市交通问题越来越突出，经常在十字路口等交通要道发生交通堵塞、发生交通事故。

为保证车辆的顺利出行、降低交通事故的发生率、减少交通堵塞，交通控制系统是解决这些问题的有效方法之一。

城市交通信号控制是通过对交通流量的调节已达到人和货物安全运输，提高运营效率设计的，通过交通信号灯的自动指挥系统实现交通路口有条不紊的通行。

交通信号灯控制方式有很多中，本课题主要介绍利用PLC来实现十字路口交通灯的控制。

2．PLC特点：

1）可靠性高，抗干扰能力强

PLC在电子电路、机械结构以及软件结构上都吸收了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用现代大规模与超大规模集成电路技术，I/O系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗振等都有周到的考虑；在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；所有这些都使PLC具有较高的抗干扰能力。

采用微电子技术，大量的开关动作由无触头的电子开关器件来完成，用软件代替大量的中间继电和复杂的连线，仅剩下与输入和输出有关的少量连线，因此PLC寿命长，可靠性大大提高。

2）功能完善，通用性强

PLC发展到今天，已经形成了大中小各种规模的系列化产品，可以用于各种规模的工业控制场合，要改变控制功能只需要改变程序即可，具有较强的通用性。

3）编程简单，易于掌握

PLC通常采用与继电器控制电路图非常相似的梯形图作为编程语言，它既有继电器控制电路清晰直观的特点，又充分考虑到电工技术和技术工人的读图习惯。

对使用者来说，几乎不需要专门的计算机技术，因此，易学易懂，控制改变时，也容易修改程序。

4）使用简单，调试维修方便

PLC的接线及其简单方便，只需将输出设备（如接触器、电磁阀等）与PLC的输出端子连接。

PLC的用户程序可在实验室模拟调试，输入信号用开关模拟，输出信号可以利用PLC的输出指示灯进行模拟调试。

然后再将PLC现场安装调试，这样比调试继电器控制系统的工作量要少的多。

另外，PLC的可靠性很高，并具有完善的自我诊断功能和运行故障监视系统，一旦发生故障，能很快排除故障。

所以PLC使用简单，调试、维修都很方便。

5）体积小、质量轻、功耗低

采用了单片机等集成芯片，其体积小、质量轻、结构紧凑、功耗低。

第二章工作原理及内容

1．十字路口交通灯原理及示意图

（1）系统受一个启动按钮控制，按下启动按钮，信号灯系统开始工作，知道按下停止按钮，系统停止工作。

（2）系统启动后，南北方向路灯亮20s，东西方向红灯亮，同时南北方向人行道绿灯亮，东西方向人行道红灯亮；南北方向人行道绿灯亮18S后开始闪烁，每次闪烁通断各0.5s；20s后南北方向绿灯与人行道绿灯同时闪烁5次，每次闪烁通断各0.5s，此时东西方向和人行道红灯亮；闪烁5次后南北方向人行道换红灯，南北方向绿灯灭，黄灯同时亮5S；东西方向红灯仍然亮；黄灯5S后灭，南北方向主灯换红灯亮，东西方向主灯和人行道均换成绿灯．东西方向人行道绿灯亮28S后开始闪烁，每次闪烁通断各0.5s；东西方向绿灯亮30S后与人行道绿灯开始同时闪烁，每次闪烁通断各0.5s，此时南北方向主灯和人行道红灯亮；

闪烁5次后东西方向人行道换红灯，东西方向绿灯灭，黄灯同时亮5S；此时南北方向红灯仍然亮；5s后南北方向主灯和人行道换绿灯，东西方向换红灯，一个循环过程结束。

图1十字路口交通信号灯示意图

图2十字路口交通信号灯模拟控制时序图

2．方案原理分析

1）功能要求

合理选择结构型式，合理选择安装方式，机型尽量统一，满足响应速度要求，满足系统可靠性要求。

2）工作环境要求

温度：

PLC要求环境在0-55°C，安装时不能放在发热量大的原件下面，四周通风散热的空间应足够大。

湿度：

为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝霜）

空气：

避免有腐蚀和易燃的气体，对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在密封性较好的控制室或控制柜中。

震动：

应使PLC远离强烈的振动源，防止振动频率为10~55Hz的频繁或连续震动，当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施。

电源：

PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力，在可靠性要求很高或电源干扰特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。

一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源，因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收错误信息。

第三章系统方案设计

1．设计要求

1）系统工作受开关控制，按停止按钮，所有信号灯都熄灭；

2）东西方向或南北方向的绿灯与人行道绿灯点亮期间，分别显示绿灯剩余时间

2．控制对象

控制对象共20个

东西方向红灯两个，南北方向红灯两个

东西方向黄灯两个，南北方向黄灯两个

东西方向绿灯两个，南北方向绿灯两个

东西方向人行道红灯两个，南北方向人行道红灯两个

东西方向人行道绿灯两个，南北方向人行道绿灯两个

南北方向显示管南北人行道显示管

3．PLC控制系统设计的一般步骤

3.3.1流程图功能说明

1）分析生产工艺过程

2）根据控制要求确定所需的输入输出设备，分配I/O

3）选择PLC

4）设计PLC接线图

5）程序设计和控制柜接线

3.3.2PLC程序设计的步骤

1）编制程序流程图

2）设计梯形图

3）程序输入模拟调试修改，直到满足要求为止

4）联机调试，直到可靠的满足控制要求

5）编写说明书

4．硬件选型

3.4.1PLC主机选择

1）输入输出分析

分析系统控制要求，系统可采用自动工作方式，有2个输入信号：

系统启动、停止按钮信号；20个输出信号：

东西方向、南北方向各两组信号灯，东西方向人行道、南北方向人行道各两组信号灯。

同一方向的两组信号灯中，同种颜色的信号灯同时工作。

南北方向及人行道显示管。

2）PLCI/O点数估算

由上分析可知，一共22个信号，系统所需的输入点数为2，输出点数为21，且都是开关量。

考虑一定的裕量，取I/O点数为24个

3）存储容量估算

所需存储容量（KB）=（1--1.25）（2×10+24×8+0）/1024=0.26KB

由以上分析，选择PLC型号：

FX2N-48MR-001尺寸（mm）：

宽*厚*高182*87*90

3.4.2交通信号灯型号

型号：

PHJD300-3-MD灯面直径：

¢300mm数量20个

每一个交通信号灯LED灯管功率P=15W,工作电压为220V

3.4.3熔断器选择

选用插入式熔断器，结构简单，价格低廉，更换熔体方便，广泛用于照明电路和小容量电动机的短路保护。

型号：

RCIA-5

3.4.4控制按钮

型号LA10-1K

综上，得系统硬件配置如表1所示：

表1硬件配置表

序号

代号

名称

数量

规格型号

1

FU

熔断器

1

RCIA-5

2

SB

控制按钮

2

LA10-1K

3

LED

交通信号灯

20

PHJD300-3-MD

5．I/O地址分配表

表2I/O地址分配表

I/O地址

信号名称

输入点

X000

启动按钮

X001

关闭按钮

输出点

Y015

南北绿灯

Y016

南北红灯

Y017

南北黄灯

Y020

南北人行道绿灯

Y021

南北人行道红灯

Y022

东西绿灯

Y023

东西红灯

Y024

东西黄灯

Y025

东西人行道绿灯

Y026

东西人行道红灯

Y000

数码管

Y001

数码管

Y002

数码管

Y003

数码管

Y004

数码管

Y005

数码管

Y010

数码管

Y011

数码管

Y012

数码管

Y013

数码管

6．PLC端子接线图

表3PLC端子接线图

7．顺序功能图

8．梯形图程序设计

第四章交通信号灯系统的检测与调试

1.检测调试

1）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中，进行下一步调试。

2）模拟调试，用装在PLC上的模拟开关模拟输入信号的状态，在输出点的指示灯模拟被控对象

2.出现的问题

1）考虑不周，程序编写不完整

2）程序编写出现明显错误

第五章小结

最初拿到这个设计题目的时候还有点小兴奋，因为这个课题与我们的生活密切相关，我们每天都会看到交通信号灯工作，并且，在上课中我们也学过这一案例，觉得做起来会简单一些，但是事实并不是如此。

在写任务书时，PLC如何选型，应该选什么规格的熔断器、接触器等一开始一头雾水，然后便开始到图书馆找相关的资料，看其他的案例是如何分析的，接着试着分析自己组的案例，找到了头绪，就觉得简单了。

设计过程：

先分析课题，将课题理解透，划分需要做的具体内容，第一步写任务书，选硬件类型及规格；第二步，在纸上写I/O分配表，画主回路图，梯形图，PLC接线图；第三步，用PLC软件调试修改程序；第四步，运行成功，调试无误后，用软件绘制各类图；最后，做其他后续工作。

在设计过程中出现了很多问题，如考虑问题不完全，顾及了一个问题，忽略了另一问题；用PLC程序输入时，总出现错误，却有找不出到底哪里错了。

程序部能跳转等等。

在一次次分析及修改下，问题一点点解决了。

虽然这次课程设计的时间比较短，但是每个人都参与了进来，之前对PLC不是很理解的，也有了进一步的了解。

通过这次课程设计，我们应该意识到对题目要理解透彻，明白要做什么，具体分成几步做，每一部分又涉及到哪些具体内容；考虑问题要全面；学会利用各类资源解决问题；还有做任何事都要有目标有计划。

参考文献

【1】任胜杰电气控制与PLC系统机械工业出版社

【2】闫和平常用低压电器应用手册机械工业出版社

【3】江燕周爱明PLC技术及应用（三菱FX系列）中国铁道出版社

【4】张万忠刘电气控制与PLC应用技术（三菱FX系列）

【5】工厂常用电器设备手册下册