课程设计封面 4.docx
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课程设计封面4
课程设计（论文）
题目名称交通信号灯控制系统
课程名称PLC原理及应用
学生姓名钟俊文
学号1141203047
系、专业电气系测控技术与仪器
指导教师朱群峰
2013年11月21日
邵阳学院课程设计（论文）任务书
年级专业
学生姓名
学号
题目名称
交通信号灯PLC控制系统设计
设计时间
2013/11/11-2013/11/22
课程名称
PLC原理及应用
课程编号
121200107
设计地点
数字控制与PLC实验室（306）
一、课程设计（论文）目的
PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。
课程设计的目的和任务：
全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。
二、已知技术参数和条件
利用PLC设计控制十字路口交通灯的全自动运行，系统启动后，根据设置好的东西南北方向的通车时间控制东西南北方向指示灯按照一定的规律运行，完成一个周期工作后自动进入下一个周期继续运行。
城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行以及行人4种通行指示灯。
执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车，延时一段时间后路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。
技术参数：
请调研邵阳市某个十字路口的运行状况。
三、任务和要求
1、设计系统的PLC外部接线图
2、系统的操作面板
3、系统的T形图
按照要求书写课程设计报告
注：
1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；
2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。
四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）
实验室有EL型PLC实验系统4套，
FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。
FX2N系列、S7系列产品说明书；
FX2N系列实验装置实验指导书；
五、进度安排
2013年11月11日-12日：
收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求
2013年11月13日-14日：
总体方案设计
2013年11月15日-16日：
外部接线图
2013年11月17日-18日：
T形图设计
2013年11月19日-20日：
系统调试改进
2013年11月21日：
整理书写设计说明书
2013年11月22日：
答辩
六、教研室审批意见
教研室主任（签字）：
年月日
七|、主管教学主任意见
主管主任（签字）：
年月日
八、备注
指导教师（签字）：
学生（签字）：
邵阳学院课程设计（论文）评阅表
学生姓名钟俊文学号1147203047
系电气工程系专业班级测控技术与仪器2011级
题目名称交通信号灯PLC控制系统设计课程名称PLC原理及应用
一、学生自我总结
经过这次课程设计的学习，我懂得了许多关于PLC的相关知识，学习到了如何通过PLC编程设计出交通指示灯，学习了PLC机的使用。
并且在小组共同合作的过程中，了解到了团队合作的意义，而在老师的指点关照下，了解了以前未接触到的领域，丰富了我的视野，极大的帮助到了我在未来对PLC的学习。
接下来我会更加努力在专研的道路上前行。
学生签名：
年月日
二、指导教师评定
评分项目
平时成绩
论文
答辩
综合成绩
权重
30
40
30
单项成绩
指导教师评语：
指导教师（签名）：
年月日
注：
1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；
2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。
摘要
本文是利用PLC对十字路口交通灯进行模拟控制，从而能够对真正的十字路口交通灯控制系统有更深入的了解。
我们利用发光二级管来代替交通信号灯作为被控制对象，通过24V转换电源为发光二极管供电。
并且通过计算机软件编写程序，将编写好的程序写入到PLC中，通过PLC的6个输出信号控制相应的继电器的通断，进而通过中间继电器控制发光二极管的亮、灭和闪烁等状态。
最后通过有效的布局将相应的器件安装到相应的地方，组成模拟的十字路口交通灯控制系统。
通过对真正的十字路口交通灯控制系统的模拟，使我们比较深刻的认识了真正的十字路口交通灯控制系统的工作过程，知道了许多交通灯的相关知识。
本控制系统可有效解决现有交通的道路拥挤、交通秩序混乱等问题。
关键词：
交通灯PLC控制
目录
摘要I
1、前言1
1.1、题的背景和意义1
1.2、课题的现状、发展趋势和已解决的问题1
2.控制方案设计4
2.1、技术控制要求4
2.2、方案的原理4
2.3、方案的特点4
3、硬件、软件选择和硬件连接6
3.1、输入点和输出点分配6
3.2、硬件选择6
3.3、软件选择6
3.4、硬件连接7
4、软件编程8
4.1、编写梯形图8
5、系统调试14
5.1、系统程序调试14
参考文献15
致谢16
1、前言
1.1、题的背景和意义
随着我国经济的飞速发展，城市人口越来越多，居民出行次数和机动车拥有量不断增加，城市道路拥挤、车流量不均衡等问题日趋严重。
人们经常会为道路拥挤、交通秩序混乱、出行时间过长等城市交通问题倍感苦恼，例如：
绿灯方向几乎没有什么车辆,而红灯方向却排着长队等候通过。
因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫，如何才能保持城市交通的安全便捷、高效畅通和绿色环保，已成为政府政策规划的一个重点问题。
通过对十字路口交通灯控制系统的设计与制作，使我们进一步巩固和加深了对所学的基础理论、基本技能和专业知识的认识掌握。
同时也培养自身综合运用所学过的基础理论、基础知识和基本技能进行分析和解决实际问题的能力，更使我们受到了PLC系统开发的综合训练，从而能够使我们进行PLC系统设计和实施，并且掌握典型自动控制系统的工作原理和设计思路。
更重要的是：
通过对十字路口交通灯系统的每个环节的实际制作，锻炼了自身的刻苦钻研、勇于探索、实事求是、善于与他人合作的工作作风，这为我们将来的上岗实习做好了充分的准备。
1.2、课题的现状、发展趋势和已解决的问题
近年来，随着大规模集成电路的发展，以微处理器为核心的可编程控制器（PLC）得到了迅猛的发展。
早期的PLC主要用于顺序控制，今天的PLC已经能够应用于闭环控制、运动控制以及复杂的分布式控制系统，已逐步发展成为有一类解决自动化问题的有效而便捷的方式。
由于PLC自身具有功能完善、结构模块化、开发容易、操作方便、性能稳定、可靠性高、性价比高、等优点，因而在工业生产中具有广阔的应用前景，并被誉为现代工业生产自动化的三大支柱之一。
而且随着集成电路的发展和网络时代的到来，PLC必将能够获得更大的发展空间。
PLC主体由三部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统和输入、输出接口。
PLC基本结构如图1-1所示：
图1-1PLC的组成框图
系统电源有些在CPU模块内，也由单独作为一个单元的，编程器一般看作PLC的外设。
PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。
外部的开关信号、模拟信号各种以及各种传感器检测信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的输入存储器，收集和暂存被控对象实际运行的状态信息和数据；经PLC内部运算与处理后，按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出结果送到输出端子作为输出变量，驱动执行机构。
PLC的各部分协调一致地实现对现场设备的控制。
PLC采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及应用程序执行都是按循环扫描方式完成的。
可编程控制器的工作过程包括两个部分：
自诊断及通信响应的固定过程和用户程序执行过程，如图1-2所示:
图1-2PLC工作过程框图
PLC在每次执行用户程序之前，都先执行故障自诊断程序、复位、监视、定时等内部固定程序，若自诊断正常，继续向下扫描，然后PLC检查是否有与编程器、计算机等的通信请求。
如果有与计算机等的通信请求，则进行相应处理。
当PLC处于停止（STOP）状态时，只循环进行前两个过程。
而在PLC处于运行（RUN）状态时，PLC从内部处理、通信操作、输入扫描、执行用户程序、输出刷新五个工作阶段循环工作。
每完成一次以上五个阶段所需要的时间成为有一个扫描周期。
一次扫描周期也可以简单的分为输入处理、程序执行、输出处理三个阶段。
为了提高PLC的处理能力，要求PLC具有更好的响应速度和更大的存储容量。
目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。
PLC的扫描速度已成为很重要的一个性能指标。
在存储容量方面，有的PLC最高可达几十兆字节。
为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。
而当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。
现已有I/O点数达14336点的超大型PLC，其使用32位微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。
小型PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要已开发了各种简易、经济的超小型微型PLC，最小配置的I/O点数为8～16点，以适应单机及小型自动控制的需要。
为满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。
这些带CPU和存储器的智能I/O模块，既扩展了PLC功能，又使用灵活方便，扩大了PLC应用范围。
而加强PLC联网通信的能力，则是PLC技术进步的潮流。
另外PLC的外部故障的检测与处理能力也在不断的增强。
而在PLC系统结构不断发展的同时，PLC的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高。
除了大多数PLC使用的梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程控制的流程图语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言等）等。
多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。
所以通过PLC对十字路口交通灯进行控制，是大势所趋。
由于PLC十字路口交通灯控制系统比原来的继电器-接触器控制系统更加的稳定、效率更高，而且减少了很多的外部继电器和接触器的使用，具有更高的可靠性和安全性，控制效果更加明显，很好的弥补了原有控制系统的不足，更有效的解决现有的十字路口的交通控制方面所面临的交通拥挤，车流量不均衡，出行时间过长等问题。
因此，我们利用PLC控制系统来控制十字路口交通灯，使十字路口交通的管理更科学化，更有条理，也使交通更加的便捷畅通。
2.控制方案设计
2.1、技术控制要求
执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车，延时一段时间后路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。
2.2、方案的原理
本方案所要实现的是模拟十字路口交通灯的运行，并利用PLC对十字路口交通灯进行控制：
总共有2个输入点和6个输出点，两个输入是系统的开和关，用代替交通灯的白炽灯的亮、灭和闪烁作为信号的输出，把灯分为东西两组，南北两组，各有红、黄、绿三种。
首先，按照控制要求利用计算机编程软件编写好科学合理的程序并输入PLC，PLC按照所输入的程序给出输出并通过外部中间继电器对硬件电路进行相应的逻辑顺序控制，使交通灯按控制要求进行亮、灭和闪烁来完成科学的交通控制要求。
2.3、方案的特点
PLC运用与交通灯控制系统有较强的优势,主要可从以下四个方面来描述。
使用寿命长：
从目前反馈情况看,目前控制电路的使用寿命大部分均不足五年这与其电路设计、元器件选型、工作环境及控制方式等因素有关,是其本身无法克服的固有缺点。
PLC作为工业控制单元,应用于各种控制环境,内部电路、机械结构设计极为精良,所用器件均选用标准工业级产品,其使用寿命一般可保证在十年以上。
因此，PLC的这种特点可以使十字路口交通灯的PLC控制系统正常运行较长时间。
性能稳定可靠,抗干扰性好：
由于PLC可应用于各种工业控制现场,其硬件及软件设计均考虑到各种生产环境,其电压适用范围很宽,具有极强的抗电磁干扰、抗震动、抗高温、高湿等特性,性能极为稳定、可靠。
所以十字路口交通灯的PLC控制系统因为PLC的应用也具有了这样的一些优点。
由于PLC的功能强大,实现灵活,可扩展性好，并可根据实际需要改变功能的控制过程及方式,并可根据使用者要求在不增加或少增加硬件的基础上开发新的控制功能，在加上良好的性价比。
本十字路口交通灯的PLC控制系统，比之原有的交通灯控制系统，控制更加的灵活，功能更加的丰富。
3、硬件、软件选择和硬件连接
3.1、输入点和输出点分配
Y0：
东西方向绿灯
Y1：
东西方向黄灯
Y2：
东西方向红灯
Y3：
南北方向绿灯
Y4：
南北方向黄灯
Y5：
南北方向红灯
X0：
启动按钮
X1：
停止按钮
3.2、硬件选择
硬件名称
型号
数量
可编程控制器（PLC）
三菱FXoN-24MR
1台
热继电器
220V，5A
1个
低压断路器
DZ47-60C10
1个
熔断器
RT18-3232A-380V
1个
转换电源
220VAC~24DC
1个
电灯泡
220V
6个
表3.2
3.3、软件选择
至于编写程序的软件，本系统的设计使用了三菱电机的SWOPC-FXGP/WIN-C编程软件，它是专为FX系列PLC设计的中文编程软件，可在Windows9x、Windows3.1以上操作系统运行。
此软件可用梯形图、指令表、顺序功能图符号来创建PLC的程序，并可将程序储存为文件，用打印机打印出来。
可给编程元件、程序块建立注释、设置寄存器数据。
通过串行口，可将用户程序与PLC进行通讯、文件传送，可实现各种监控和测试功能。
所以，我们利用里面的梯形图和指令表进行编程。
而且，我们一直学的就是这个软件，我们比较熟悉，使用起来也比较方便。
至于画图软件本系统当然也选用了我们所熟悉且能够熟练使用的AutoCAD2004。
3.4、硬件连接
硬件连接需要根据附录中的各图进行相应的连接，首先要根据布置图进行大体的硬件布置规划，将相应的器件安装到相应的地方。
然后，根据PLC的输入输出端接线图进行相应的连接，并根据转换电源图把转换电源和PLC相连接，最后再根据控制电路电气原理图把控制电路和其他部分相连接。
同时我们尽量做到线路敷设平直，固定点位置正确，导线剖削规范，线路安装正确，导线压接规范，元件安装整齐、紧固。
4、软件编程
4.1、编写梯形图
图4.1系统T形图
图4.1系统T形图（续）
我们编写梯形图是所使用的是步进指令的编程方法，STL为步进开始指令，而RET为步进结束指令STL和RET指令必须和状态继电器S配合使用才具有步进功能。
STL也成步进触点指令（占1步），STL的梯形符号称为STL触点，它没有动断触点。
STLS20和STLS21都是STL触电。
在梯形图中，STL触电与母线相连，使用STL指令后，母线移至触点右侧，其后需用LD、LDI、OUT等指令，直至出现下一条STL指令或出现RET指令。
STL指令使新状态继电器置位，而前一状态继电器自动复位，其触点断开。
步进指令RET也称为步进返回指令，在一系列STL指令之后必须使用RET指令，以表示步进指令功能结束，母线恢复至原位。
我们在运用步进指令编写顺序控制程序时，首先确定整个十字交通灯控制系统的流程，然后将复杂的任务或过程分解成若干个工序（状态），最后弄清各工序成立的条件、工序转移的条件和转移的方向，这样就可以画出程序工作的流程图。
最后根据控制要求，采用STL、RET指令的多种步进顺序控制方式进行相应的程序编写。
如图4-2所示：
M8002是特殊辅助继电器，仅在运行开始时瞬间接通，产生初始脉冲。
当X0接通时，M8002产生初始脉冲程序启动，Y2、Y5接通（即四个路口的红灯全亮1S）进入下一步，线圈Y0、Y5接通（既东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车），接通9S（时间继电器的设定时间）后，时间继电器的常开触点T0闭合，进入下一步（置位S21步）。
M8013为PLC内部的一个特殊的时钟继电器，这种继电器在PLC运行时，不断发出时间宽度为1S的脉冲，及0.5S通0.5S断。
当继电器M8013中有信号通过时，它的输出为通断交替，使Y1、Y4能0.5S通、0.5S断交替，既南北，东西走向黄灯（1S烁一次）。
从而实现外接在相应输出上的电灯泡能够在时间继电器T1触点接通前的3S内不停的闪烁。
当Y3、Y2和Y1接通（既南北走向的绿灯亮、东西走向直行红灯亮、南北走向黄灯闪烁）3S后，时间继电器T1的常开触点闭合，置位S22步,运用PLC十秒倒计时接线完成倒计时。
后面的程序都和这里的差不多，只要按照前面的流程图编写下去即可。
4.2、程序指令表
图4.2程序指令表
图4.2程序指令表（续）
4.3、外部接线图
图4.3外部接线图
5、系统调试
5.1、系统程序调试
（1）外部接线的检查包括对输入/输出接线的正确性检查。
（2）供电系统的包括对PLC的供电电源接线的正确性检查和电压检查、外部供电电源的检查等。
（3）执行机构的运行检查包括执行机构对输入信号的响应时间和运转正反等状态检查。
有时要和检测元件和开关的运行检查一起进行，以便了解执行机构运行后检测元件和开关是否有相应的输出信号。
（4）检测元件和开关是PLC输入信号的来源。
要对检测元件、开关、按钮等信号在运行后的响应进行检查，了解他们的状态是否有相应的变化等。
参考文献
[1]王兆义.可编程控制器教程.机械工业出版社．
[2]胡汉文张鑫.《电气控制与PLC》案例教程．
[3]赵燕周新建.可编程控制器原理与应用北京大学出版社．
[4]廖常初．PLC基础及应用．机械工业出版社，2003.
[5]钟肇新．可编程序控制器原理及应用．华南理工大学出版社，1997.
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[7]郁汉琪，郭键．可编程序控制器原理及应用．中国电力出版社，2004.
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[10]魏志精．可编程序控制器应用技术．电子工业出版社，1998.
[11]催亚军．可编程控制器原理及程序设计．电子工业出版社，1993.
[12]王也仿．可编程序控制器应用技术．机械工业出版社，2001.
[13]王丹利．可编程序控制器原理与应用．西北工业大学出版社，1996.
致谢
从得知论文题目开始到查找资料设计总体方案、到实物的制作、再到如今的撰写论文，在这过程中我的到过很多人的帮助，所以，我要感谢这些人。
首先我要感谢我的指导老师朱老师，他为我们的毕业设计给于了急切的关注和悉心的指导，特别是在论文的写作和措辞等方面，他总是严格要求，而我的小组的同学也和我一同设计出了交通灯的控制系统，没有他们的帮助，我们也不可能成功的完成这次课程设计。
感谢我的小组的同学，感谢朱老师。
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