基于plc交通灯课程设计 精品.docx
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基于plc交通灯课程设计精品
序号（学号）
课程设计说明书
课程名称
PLC控制系统设计
教学院
机电工程学院
专业
机械制造及自动化
班级
姓名
指导教师
年
月
日
2011～2012学年第1学期
课程设计任务书
设计名称：
PLC控制系统设计
班级：
地点：
一、课程设计目的
本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查询，独立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。
二、课程设计内容（含技术指标）
（一）课题一十字路口交通信号灯PLC控制系统设计
A．控制要求：
1．系统工作受开关控制：
起动开关ON则系统工作；起动开关OFF则系统停止工作。
2．控制对象有八个：
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；
东西方向左转弯绿灯两个；
南北方向左转弯绿灯两个；
正常时段控制按纽1个；
高峰时段控制按纽1个；
晚上时段控制按纽1个。
3．控制规律：
1）正常时段按时序图1（见附图1）运行；
2）高峰时段按时序图2（见附图2）运行；
3）晚上时段按提示警告方式运行，规律为：
东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.5秒，暗0.5秒的规律反复循环。
图1正常时段时序图
图2高峰时段时序图
B、课题要求：
1．按题意要求,画出PLC端子接线图、控制梯形图。
2．完成PLC端子接线工作,并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。
3.完成课程设计说明书。
C、思考问题：
1．讲述程序设计思路、顺序功能图及工作流程。
2．交通信号灯的闪烁是如何实现的?
3．初始状态应该注意什么，需完成哪些动作？
4．顺序功能图中选择单序列还是并行序列，为什么?
5．若需将黄灯闪烁规律由亮0.5秒、暗0.5秒改为亮0.6秒、暗0.4秒，程序将如何改动？
6．如果要求：
当系统故障使东南西北绿灯同时亮时，系统除自动报警外，自动关闭全部信号灯，梯形图应如何修改？
三、进度安排
1．明确设计任务和控制要求1天
2．查阅资料，系统设计方案论证1天
3．系统硬件选型及外部连线设计1天
4．控制系统控制程序设计调试2天
5．设计资料软硬件联机调试2天
6.设计资料汇总、撰写设计报告2天
7.答辩1天
四、基本要求
通过本课程设计的实验教学有计划的培养和训练，应达到以下诸方面的要求。
1.了解可编程控制器的原理、硬件结构；
2.掌握基本的编程语言；
3.掌握系统硬件配置的方法与步骤；
4.掌握PLC软件编程与调试的操作方法与步骤。
机械电子教研室
2011年9月
前言
可编程控制器（Programmablelogiccontroller），建成PLC，它是20世纪70年代以来，在继承呢个电路，计算机技术基础上发展起来的一种新型工业控制设备。
由于具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，国外已广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为现实工业生产子偶的呢规划的支柱产品。
近年来，国内在PLC技术与产品开发应用方面发展很快，除有许多从国外引进的设备，自动化生产线外，国内的机床设备已悦来越多采用PLC控制系统采用控制系统取代传统的继电—接触器控制系统小；价格上能与继电—接触器控制系统竞争；易于在现场变更程序；便于使用、维护、维修；能直接推动电磁阀，接触器与之相当的执行机构；能向中央执行机构；能向中央数据处理系统直接传播数据等。
本课题在对一种执行机构由电动机和液压缸组成的工业机械手的结构进行分析的基础上，将PLC应用于其控制系统，完成了系统的硬件设计和软件设计。
根据该机械手的工作特点，采用步进顺序控制方式，使程序简化，便于调试。
将PC与PLC组成分布式控制系统，进行联网通信，工作人员在上位机上编程、监督设备运行情况，实时地对现场参数进行修改、调整，使系统工作于最佳状态。
摘要
本次课程设计利用三菱plcFX-1N40MR系列的试验箱，并采用顺序控制梯形图的起保停方法进行编程。
本次试验的目的是交通灯的模拟实验，利用plc的自动控制功能对交通灯的运行进行有步骤地控制，从而实现实验要求的目的。
Plc可以减轻劳动强度，保障生产的可靠性、安全性，降低生产成本，减少环境污染、提高产品的质量及经济效益是企业生成所必须面临的重大问题。
它集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。
本设计就PLC在机械手控制上的应用作了详细阐述.
目录
第一章plc控制系统概论…………………………………………………………………………1
第二章PLC的结构及基本配置……………………………………………………………………………2
2.1CPU的构成……………………………………………………………………………………………2
2.2I/O模块………………………………………………………………………………………………3
2.3电源模块………………………………………………………………………………………………3
2.4底板或机架……………………………………………………………………………………………3
2.5PLC的外部设备……………………………………………………………………………………4
2.6PLC的通信联网…………………………………………………………………………………………4
第三章交通信号灯的广泛应用…………………………………………………………4
第四章十字路口交通灯的设计内容………………………………………………………………5
4.1课程设计任务……………………………………………………………………5
4.2I/O地址分配表……………………………………………………………………6
4.3十字路口交通灯PLC梯形图…………………………………………………………………7
4.4十字路口交通灯PLC设计指令表……………………………………………………………………13
第五章程序调试、运行……………………………………………………………………………17
第六章总结………………………………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………………………………………19
第一章可编程控制器概况
可编程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER，简称PC）。
与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。
PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。
国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：
可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
可以预料：
在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流
PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。
用户程序由用户按控制要求设计。
1
第二章 PLC的结构及基本配置
一般讲，PLC分为箱体式和模块式两种。
但它们的组成是相同的，对箱体式PLC，有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，当然按CPU性能分成若干型号，并按I/O点数又有若干规格。
对模块式PLC，有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。
无任哪种结构类型的PLC，都属于总线式开放型结构，其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。
PLC的基本结构框图如下：
接受驱动
现场信号受控元件
一、CPU的构成
PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。
进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路，
与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。
它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。
内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。
CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。
但工作节奏由震荡信号控制。
CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。
CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。
CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。
CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。
一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。
箱体式PLC的主箱体也有这些显示。
它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。
CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。
二、I/O模块：
PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。
I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。
三、电源模块：
有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。
同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。
电源以其输入类型有：
交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。
四、底板或机架：
大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：
电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。
五、PLC的外部设备
外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类
1.编程设备：
有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。
编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。
2.监控设备：
有数据监视器和图形监视器。
直接监视数据或通过画面监视数据。
3.存储设备：
有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。
4.输入输出设备：
用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的电位器，打印机等。
六、PLC的通信联网
PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。
现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。
当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。
了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。
第三章交通信号灯的广泛应用
随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。
人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。
城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。
随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高
4
速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。
然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。
而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。
如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
进行深入的研究，就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析讨论。
交通灯控制系统设计城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型：
定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。
具体采用哪种类型，应根据其应用场合及特点加以确定。
其成本低，设计简单，安装及维护方便等特点得到了广泛应用。
第四章设计内容
4.1课程设计任务
一、设计任务：
交通信号灯的PLC控制
二、设计目标:
利用PLC控制十字路口交通灯的工作过程
三、设计要求:
实验原理与实验步骤
1．交通信号灯PLC自动控制演示
2．本装置与交通信号实际控制一致，采用LED模拟信号灯，信号灯分东西、南北二组，分别有“红”“黄”“绿”三种颜色。
其工作状态由PLC程序控制，“启动”、“停止”按钮分别控制信号灯的启动和停止。
“白天/黑夜”开关控制信号灯白天/黑夜转换。
四对“红”“黄”“绿”灯控制要求如下：
东西方向交通跟南北方向繁忙程度不一样，因此东西方向的绿灯通行时间不一样。
控制时序要求如图所示。
按下“启动”按钮开始工作，按下“停止”按钮停止工作，“白天/黑夜”开关按下闭合时为黑夜工作状态，这是只有黄灯闪烁，断开时按时序控制图工作。
五实验步骤：
打开PLC-2型实验台电源，编程器与PLC连接。
根据具体情况编制输入程序，并检查是否正确。
按图接线，实验台与PLC连接，检查连线是否正确。
按下启动按钮，观察运行结果。
（5）实践任务与要求：
A根据设备工艺要求，制定合理的改造方案；
B确定输入、输出设备，正确选用PLC
CPLCI/O点分配，并绘制I/O接线以及其他外部硬件图
D制系统顺序功能表，设计梯形图并模拟调试
F确计算选择电器元件，列出电器元件一览表。
4.2I/O地址分配清单:
输入地址：
启动按钮X0正常时段开关X1
晚上时段开关X2高峰时段开关X3
输出地址:
红１Y1 绿１Y2 黄１Y3转向绿1Y4
红２Y5 绿２Y6 黄２Y7转向绿2Y0
Sb0
X0y0
东西红灯
Sb1
X1y1
东西绿灯
Sb2
X2y2
东西黄灯
Sb3
X3y3
东西转弯绿灯
Com0Y4
南北绿灯
FX-1N40MRY5
南北黄灯
Y6
Y7
Com1-com3
AC220V
第五章程序调试、运行
（1）常规检查。
在通电之前要耐心细致地作一系列的常规检查（包括接线检查、绝缘检查、接地电阻检查、保险检查等），避免损坏PLC模块。
（2）系统调试。
系统调试可按离线调试与在线调试两阶段进行。
其中离线调试主要是对程序的编制工作进行检查和调试，用户也可通过各种逻辑关系判断编制程序的正误。
而在线调试是一个综合调试过程，包括程序本身、外围线路、外围设备以及所控设备等的调试。
在线调试过程中，系统在监控状态下运行，可随时发现问题、随时解决问题，从而使系统逐步完善。
因此，一般系统所存在的问题基本上可在此过程中得到解决。
（3）调试、运行过程。
当启动开关x0接通时，m0得电，交通信号灯系统开始工作。
当关闭开关x0时，m0失电，交通信号灯系统停止工作。
这是由于有主控MCR在起作用.
1、当正常时段开关x1接通时，m1、m7同时得电，正常时段电路块接通。
先东西红灯y1和南北绿灯y6同时亮，25秒后，南北绿灯y6开始闪，共闪五次、每次间隔0.5秒。
此时，东西红灯y1继续亮。
南北绿灯y6闪完五次后熄灭、南北y7黄灯亮。
5秒后，南部黄灯y7熄灭，南部红灯y5、转向绿灯y0一起亮，转向绿灯y0亮5秒后，闪烁五次然后熄灭。
此时，东西红灯y1也同时熄灭，东西绿y2灯亮。
25秒后。
东西绿灯y2闪，闪五次后熄灭。
接着东西黄灯y3亮，五秒后黄灯熄灭东西转向绿y4灯亮，5秒后，东西转向绿灯y4闪烁，闪烁五次后熄灭，交通灯系统回到初始状态m0，开始第二周期的动作，以后周而复始地循环。
2、当高峰时段开关x2接通时，m21、m27同时得电，高峰时段电路块接通。
先东西红灯y1和南北绿灯y6同时亮，20秒后，南北绿灯y6开始闪，共闪五次、每次间隔0.5秒。
此时，东西红灯y1继续亮。
南北绿灯y6闪完五次后熄灭、南北y7黄灯亮。
5秒后，南部黄灯y7熄灭，南部红灯y5、转向绿灯y0一起亮，转向绿灯y0亮5秒后，闪烁五次然后熄灭。
此时，东西红灯y1也同时熄灭，东西绿y2灯亮。
30秒后。
东西绿灯y2闪，闪五次后熄灭。
接着东西黄灯y3亮，五秒后黄灯熄灭东西转向绿y4灯亮，5秒后，东西转向绿灯y4闪烁，闪烁五次后熄灭，交通灯系统回到初始状态m0，开始第二周期的动作，以后周而复始地循环。
3、当晚上时段开关x3接通时，先东西黄灯y3和南北绿黄灯y7同时亮，0.5秒后，s62和s72同时得电，即东西黄灯y3和南北绿黄灯y7同时熄灭。
再过0.5秒之后，东西黄灯y3和南北绿黄灯y7又同时亮，就这样不断的循环闪烁，周而复始地循环。
4、当起动开关x0接通时，再接通正常时段开关x1，则正常时段电路块接通。
如果再接通开关x2或x3，正常时段电路块将失电，无法接通。
当启动开关x0接通时，再接通高峰时段开关x2，则高峰时段电路块接通。
如果再接通开关x1或x3，高峰时段电路块将失电，无法接通。
起动开关x0接通时，再接通晚上时段开关x3，则晚上时段电路块接通。
如果再接通开关x1或x2，晚上时段电路块将失电，无法接通。
这是由于x1、x2、x3之间存在互锁。
5、第六章、课程设计个人小结
通过这次为期两周的PLC课程设计，我学到了很多知识。
在老师的帮助、团队组员的合作和自己努力下，我圆满完成了这一次关于交通信号灯的课程设计。
首先，要感谢三位指导老师对我们的指导，因为这是我的第一次课程设计，在这次设计结束后，让我了解到如何来完成一个课程设计，包括课程设计的进度安排，设计任务分配，查阅和收集资料，安装和调试过程直到最后写报告书，怎样在两周时间里安排好这些是非常重要的。
更重要的是，我学会了如何将理论与实际相结合。
在课程设计的初始阶段，自己并没有非常明确的目标，整天就仅仅只是查阅资料，看课程设计任务书，还有就是通过课本上的内容来扩充自己的知识面。
随后，在拟定了一个初步的设计报告之后，我开始着重学习交通信号灯的工作原理，发现交通信号灯的操作过程是通过三段不同的时序图控制，当某一段运行时,另外两段将不能运行，因为它们之间存在互锁。
我们的课题的特点是，思路清晰、程序复杂、指令多、语法多、容易出错。
我们通过一个总闸和三个按钮，及三段子程序来对整个系统进行控制。
逻辑关系是先或、后并、再或，还夹有很多循环。
由于在我们的设计过程中，我们还有很多功能指令没学，在老师的提示和同组人员的共同努力下，克服困难，我们把交通灯的每一步动作通过指示灯来观察，不断的修改程序，观察输出。
我觉得我们不仅完成了任务书上面的任务，还可以说是一种学习，在没有学习这些指令的情况下，我们可以通过自学的方式来完成，我认为，这种思路还可以运用到其它方面。
通过这次课程设计，我已经熟练的掌握里PLC系统的功能，及其软件的使用。
主要参考文献
1、钟肇新.彭侃编译.可编程控制器原理及应用.第二版.广州：
华南理工大学出版社
2、扬长能.林小峰编.可编程控制器（PC）例题习题及试验指导.重庆：
重庆大学出版社
3、邓则名.邝穗芳编.可编程控制器及应用技术.北京：
机械工业出版社
4、万太福.唐贤永编.可编程控制器及其应用.重庆：
重庆大学出版社
5、廖常初编著.可编程序控制器应用技术.重庆：
重庆大学出版社，2000
6、袁任光编著.可编程序控制器（PC）应用技术与实例.广州：
华南理工大学出版社
7、田瑞庭主编.可编程序控制器应用技术.北京：
机械工业出版社.1994
8、《PLC基础及应用》廖常初
9、《可编程控制器及应用》廖常初
10、电力拖动控制线路》劳动部培训司编写
11、《计算机辅助制造》李德庆1宋德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.北京.冶金工业出版社.1999
12、陈金华.可编程序控制器应用技术.北京.电子工业出版社.1993
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