PLC课程设计

江南大学XXXX学院课程设计报告课程名称：电气控制与PLC应用设计题目：十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制班级：姓名：学号：指导教师：评分：2013年7月３日目录1设计目的............................................................................................…………22PLC介绍............................................................................................…………22.1PLC结构、特点.........................................22.2PLC工作原理............................................33十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的设计任务书...........................33.1十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要求................33.2十字路口带倒计时显示的交通信号灯设计任务................44总体设计过程...................................................................................................54.1总体方案说明...........................................54.2设计步骤................................................64.3体工作流程图............................................75硬件系统设计.....................................................................................................75.1硬件配置................................................75.2I/O地址分配表...........................................95.3PLC的接线...............................................96程序设计............................................................................................................116.1程序梯形图...................…........................116.2语句表.................................................117设计小结.............................................................................................................228参考文献...........................................................................................................231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。2PLC介绍2.1PLC结构、特点图2.1PLC的基本组成部件可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：(1)中央处理单元（CPU）：中央处理单元是PLC的核心部件，负责完成逻辑运算、数字运算以及协调系统内各部分的工作。(2)存储器单元：系统程序存储器，用于存放PLC生产厂家编写的系统程序，系统程序在出厂时已经被固化在PROM或EPROM中；用户程序存储器，可分为程序存储区和数据存储区，程序存储器用于存放用户编写的控制程序，数据存储区存放的是程序执行过程中所需要的或者所产生的中间数据。(3)电源单元：电源单元将外界提供的电源转换成PLC的工作电源后，提供给PLC。有些电源单元也可以作为负载电源，通过PLC的I/O接口向负载提供直流24V电源。电源单元还提供掉电保护电路和后备电池电源，以维持部分RAM存储器的内容在外界电源断电后不会丢失。在面板上通常有发光二极管（LCD）指示电源的工作状态，便于判断电源工作是否正常。(4)输入输出单元：I/O单元是PLC与工业现场的接口，现场信号与PLC之间的联系通过I/O单元实现。工业现场的输入和输出信号包括数字量和模拟量两类，因此I/O单元也有数字I/O和模拟I/O两种，前者又称为DI/DO，后者又称为AI/AO。(5)接口单元：接口单元包括扩展接口、通信接口、编程器接口和存储器接口及其它外部设备接口等。(6)外部设备：PLC的外部设备种类很多，可以概括为四类：编程设备、监控设备、存储设备、输入输出设备。可编程控制器的产生是基于工业控制的需要，是面向工业控制领域的专用设备，它具有以下特点：(1)CPU为可靠性高，抗干扰能力强；(2)灵活性强，控制系统具有良好的柔性；(3)编程简单，使用方便；(4)控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；(5)维修方便；(6)体积小，能耗低；(7)功能强，性能价格比高。2.2PLC工作原理当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段,即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶段PLC逐个扫描每个输入端口，将所有输入设备的当前状态保存到相应的存储区。二、用户程序执行阶段在系统程序的指示下，CPU从用户程序存储区逐条读取用户指令，经解释后执行相应动作，产生相应结果，刷新相应的输出映像寄存器，期间需要用到输入映像寄存器、输出映像寄存器的相应状态。三、输出刷新阶段系统程序将输出映像寄存器中的内容传送到输出锁存器中，经过输出接口、输出端子输出，驱动外部负载。3十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制的设计任务书3.1十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制要求采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图9所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示牌同时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。控制信号说明见表5。表11-5十字路口交通灯控制信号说明输入输出文字符号说明文字符号说明SA1-1交通灯正常工作控制开关H1南北向绿灯指示SA1-2南北向交通灯常绿控制开关H2南北向黄灯指示SA1-3东西向交通灯常绿控制开关H3南北向红灯指示H4东西向绿灯指示H5东西向黄灯指示H6东西向红灯指示H11南北向2位七段数码显示管H12东西向2位七段数码显示管SA1-1正常工作SA1转换开关SA1-3东西向绿灯常亮SA1-2南北向绿灯常亮图2.1转换开关示意图3.2十字路口带倒计时显示的交通信号灯设计任务1)根据控制要求，进行电气控制系统硬件电路设计，包括PLC硬件配置电路。2)根据控制要求，编制交通信号灯PLC控制程序，有条件可以利用交通灯模型或模拟开关板调试程序，模拟运行。3)编写设计说明书，内容包括：①设计过程和有关说明。②基于PLC的十字路口交通灯电气控制电路图。③PLC控制程序（梯形图和指令表）。④电器元器件的选择和有关计算。⑤电气设备明细表。⑥参考资料、参考书及参考手册。⑦其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。4总体设计过程4.1总体方案说明1.正常控制时：如图1所示，它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SA1手柄指向左45º时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，东西向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。2.非正常控制时：SA1手柄指向中间0º时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45º时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。T7：2sC1：3次T6：0.5sT5：0.5sT4：25sT3：2sC0：3次T1：0.5sT2：0.5sT0：25s南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯十字路口交通灯正常工作时序图2交通灯控制示意图4.2设计步骤根据控制要求，建立十字路口交通信号灯控制系统流程图，按下图所示步骤进行设计。分析控制要求确定I/O设备选择PLC分配I/O、设计电气图编写流程图设计梯形图编制程序清单输入程序并检查调试满足NY联机调试满足NN编制技术文件交付使用设计控制柜现场连接开始4.3整体工作流程如图5硬件系统设计5.1硬件配置SIMATICS7-300的组成：SIMATICS7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图3.1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7PLC相连。图3交通灯工作流程图东西向黄2s数码管2s倒计时；南北向红30s数码管30s倒计时；东西向红30s数码管30s倒计时；开始选择开关方式手柄左45°？手柄0°？南北向绿、东西向红数码管都为99东西向绿、南北向红数码管都为99南北向绿25s闪3s数码管28s倒计时；东西向绿25s闪3s数码管28s倒计时；南北向黄2s数码管2s倒计时；YYNN（1）CPU模块S7-300有CPU312IFM、CPU313、CPU314、CPU314IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。（2）PS307电源模块PS307是西门子公司为S7-300专配的24VDC电源。PS307系列模块除输出额定电流不同外(有2A、5A、10A三种)，其工作原理和各种参数都相同。PS307可安装在S7-300的专用导轨上，除了给S7-300CPU供电外，也可给I