交通灯PLC课程设计.docx

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交通灯PLC课程设计

学科代码：

080601

学号：

贵州师范大学（本科）

课程设计

题目：

十字路口交通信号灯PLC控制系统设计与调试

学院：

机械与电气工程学院

专业：

电气工程及其自动化

班级：

姓名：

指导教师：

完成时间：

2016年6月25日

贵州师范大学机械与电气工程学院课程设计考核表

专业:

级别：

级班

设计题目

学生姓名

学号

指导教师

答辩回答教师提问情况：

课程设计完成质量情况：

出勤情况：

综合成绩：

指导教师签名：

年月日

注：

1、本表一式两份，一份同设计报告一起装订保存，一份上交学院存档。

目录

第一章课程设计任务书

1.1课程设计任务书

1.2控制任务及要求

第二章系统方案设计

2.1交通灯运行方案设计

2.2PLC型号选用

2.3硬件图及I/O地址分配设计

2.4硬件电路接线设计

第三章控制系统设计

3.1主程序流程图设计

3.2子程序流程图设计

3.3顺序功能图设计

第四章系统调试与仿真

4.1硬件组态

4.2调试与仿真

第五章心得体会

附录梯形图程序

第一章课程设计任务书

1.1课程设计任务书

一、设计目的

课程设计的主要目的是通过某一生产设备的电气控制装置的设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。

通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。

电气设计必须满足生产设备和生产工艺的要求，因此，设计之前必须了解设备的用途、结构、操作要求和工艺过程，在此过程中培养从事设计工作的整体观念。

课程设计应强调能力培养为主，在独立完成设计任务的同时，还要注意其他几方面能力的培养与提高，如独立工作能力与创造力；综合运用专业及基础知识的能力，解决实际工程技术问题的能力；查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；工程绘图的能力；书写技术报告和编制技术资料的能力。

二、设计要求

在课程设计中，学生应充分发挥主动性和创造性。

教师的主导作用是引导其掌握完成设计内容的方法。

为保证顺利完成设计任务还应做到以下几点：

1）在接受设计任务后，应根据设计要求和应完成的设计内容进度计划，确定各阶段应完成的工作量，妥善安排时间。

2）在方案确定过程中应主动提出问题，以取得指导数师的帮助，同时要广泛讨论，依据充分。

在具体设计过程中要多思考，尤其是主要参数，要经过计算论证。

3）所有电气图样的绘制应尽量符合国家有关规定的标准，包括线条、图型符号、项目代号、回路标号、技术要求、标题栏、元器件明细表以及图样的折叠和装订。

4）说明书要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。

5）应在规定的时间内完成所有的设计任务。

6）如果条件允许，应对自己的设计线路进行试验论证，考虑进一步改进的可能性。

三、设计任务

课程设计要求是以设计任务书的形式表达，设计任务书应包括以下内容：

1）设备的名称、用途、基本结构、动作原理以及工艺过程的简要介绍。

2）拖动方式、运动部件的动作顺序、各动作要求和控制要求。

3）联锁、保护要求。

4）照明、指示、报警等辅助要求。

5）应绘制的图样。

6）说明书要求。

原理设计的中心任务是绘制电气原理图和选用电器元件。

工艺设计的目的是为了得到电气设备制造过程中需要的施工图样。

图样的类型、数量较多，设计中主要以电气设备总体配置图、电器板元器件布置图、控制面板布置图、接线图、电气箱以及主要加工零件（电器安装底板、控制面板等）为练习对象，原理图应按要求绘制。

四、设计方法

1．原理图设计的步骤

1）根据要求拟定设计任务。

2）根据拖动要求设计主电路。

在绘制主电路时，可考虑以下几个方面：

①每台电动机的控制方式，应根据其容量及拖动负载性质考虑其起动要求，选择适当的起动线路。

对于容量小（7.5kW以下）、起动负载不大的电动机，可采用直接起动；对于大容量电动机应采用降压起动。

②根据运动要求决定转向控制。

③根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。

④根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。

⑤设置短路保护及其他必要的电气保护。

⑥考虑其他特殊要求：

调速要求、主电路参数测量、信号检测等。

3）根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是：

①正确选择控制电路电压种类及大小。

②根据每台电动机的起动、运行、调速、制动及保护要求依次绘制各控制环节（基本单元控制线路）。

③设置必要的联锁（包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁）。

④设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护（如极限位、越位、相对位置保护）、电压保护、电流保护和各种物理量保护（温度、压力、流量等）。

⑤按需要设置应急操作。

4）根据照明、指示、报警等要求没计辅助电路。

5）总体检查、修改、补充及完善。

主要内容包括：

①校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。

②检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元器件允许的数量。

③检查联锁要求能否实现。

④检查各种保护能否实现。

⑤检查发生误操作所引起的后果与防范措施。

6）进行必要的参数计算。

7）正确、合理地选择各电器元器件，按规定格式编制元件目录表。

8）根据完善后的设计草图，按电气制图标准绘制电气原理线路图，按《电气技术中的项目代号》要求标注器件的项目代号。

1.2控制任务及要求

1.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。

（3）控制规律：

系统分高峰、正常、晚间时段，分别用手动来切换。

2.编程并调试

3.I/O端子接线图

第二章系统方案设计

2.1交通灯运行方案设计

根据控制要求，系统设计交通灯的运行状态方案。

图2.1状态1南北直行图2.2状态2南北左转

图2.3状态3东西直行图2.4状态4东西左转

共有四种状态，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四种状态为一个周期。

循环执行如图2.5所示：

图2.5交通灯运行状态循环图

2.2PLC型号选用

根据设计要求得出，需要一个启动按钮SB1、一个停止按钮SB2、一个正常时段启动按钮SB3、一个高峰时段启动按钮SB4、一个晚间时段启动按钮SB5共5个输入信号，而马路上有16个信号灯，这次设计选用了S7-300CPU312型号PLC。

2.3硬件图及I/O地址分配设计

3.2.1、I/O地址分配表

输入信号

输出信号

符号

地址

符号

地址

启动按钮SB1

I0.0

南北绿灯

Q0.0

停止按钮SB2

I0.1

南北红灯

Q0.1

正常时段启动按钮SB3

I0.2

南北左转绿灯

Q0.2

高峰时段启动按钮SB4

I0.3

南北黄灯

Q0.3

晚间时段启动按钮SB5

I0.4

东西绿灯

Q0.4

东西红灯

Q0.5

东西左转绿灯

Q0.6

东西黄灯

Q0.7

2.4硬件电路接线设计

图2.6PLC外部接线图

据信号控制要求，I/O分配及其接线如图2.6所示。

图中的输入点分别为启动按钮、停止按钮、正常时段按钮、高峰时段按钮和晚间时段按钮。

用一个输出点驱动两个信号灯，如果PLC输出点的输出电流不够，可以用一个输出点驱动一个信号灯，也可以在PLC输出端增设中间继电器，由中间继器再去驱动信号灯。

第三章PLC控制程序设计

3.1主程序流程图设计

图3.1主程序流程图

3.2子程序流程图设计

图3.2各时段流程图

各时段的控制程序设计如图3.2所示，系统分三种工作时段：

正常、高峰、晚间，并且通过时间段来控制“正常”、“高峰”、“晚间”相互转化。

正常时段：

此时南北段直行通行（绿灯）、东西段禁止（红灯）40s，至最后5s时南北段绿灯变成黄灯闪烁；此后南北段左转（左转绿灯亮、南北红灯亮）通行、东西段禁止（红灯）20s，至最后5s时南北段左转灯变成黄灯闪烁；再后东西段直行通行（绿灯）、南北段禁止（红灯）40s，至最后5s时东西段绿灯变成黄灯闪烁；最后东西段左转（左转绿灯亮、南北红灯亮）通行、南北段禁止，至最后5s时东西段左转灯变成黄灯闪烁。

依次循环。

高峰时段：

南北段、东西段的通行时间改为45s，其中左转的时间改为15s，其它与正常时段相同。

晚间时段：

禁止左转和直行，东西南北四个方向黄灯闪亮。

3.3顺序功能图设计

图3.3各时段的顺序功能图

根据各时段的控制要求，设计出如图3.3所示的顺序控制图，然后设计梯形图程序（见附录），组织块OB100中的初始化程序如下：

第四章系统调试与仿真

4.1硬件组态

图4.1硬件组态

图4.2符号表

经过设计与分析，在编写梯形图程序前，分别进行了硬件组态和符号表的编制。

4.2调试与仿真

根据系统设计的程序，进行模拟仿真，不断调试程序，各时段都能正常运行，并能够在各个时段之间切换，仿真图如下。

图4.3高峰时段仿真结果

图4.4正常时段仿真结果

第五章心得体会