《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201301902225学生姓名韦秀添指导教师（签名）完成时间2015年6月27日I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。102．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。603．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。204．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II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。III目录前言……………………………………………………………………………………………1第一章PLC控制系统设计的基本原则………………………………………………………11.1PLC控制系统设计基本原则……………………………………………………………11.2PLC控制系统设计的基本内容…………………………………………………………11.3PLC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…………………………………………………32.1系统框图…………………………………………………………………………………32.2控制要求…………………………………………………………………………………32.3PLC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…………………………………………………………………………63.1总体思路…………………………………………………………………………………63.2白天运行…………………………………………………………………………………73.3.夜间运行…………………………………………………………………………………83.4.紧急状态…………………………………………………………………………………83.5.倒计时及数码显示………………………………………………………………………83.6总梯形图…………………………………………………………………………………93.7指令表……………………………………………………………………………………10第四章调试…………………………………………………………………………………114.1硬件调试…………………………………………………………………………………114.2软件调试…………………………………………………………………………………114.3运行调试…………………………………………………………………………………11心得体会…………………………………………………………………………………11参考文献…………………………………………………………………………………111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。第一章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。24、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3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NSGYRGYRPLC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12.2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。4（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1X000启动/停止2X001白天/夜间3X002紧急状态14X003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1Y000南北绿灯2Y001南北黄灯53Y002南北红灯4Y003东西绿灯5Y004东西黄灯6Y005东西红灯7Y010～Y017数码管显示3.PLC外部接线图图3PLC外部接线图6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73.3.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