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I《自动化专业综合课程设计2》课程设计报告题目：基于PLC的交通灯控制系统设计院（系）：机电与自动化学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：李静2013年12月23日至2014年1月10日华中科技大学武昌分校制II《自动化专业综合课程设计2》课程设计任务书一、设计（调查报告/论文）题目基于PLC的交通灯控制系统设计二、设计（调查报告/论文）主要内容本课程设计要求利用实验室的PLC实验台实现按三种模式进行控制的交通灯模拟系统。1.控制要求(1)按下启动按钮，系统开始工作，按下停止按钮，停止工作。(2)交通灯的工作模式由选择开关决定，共有三种模式可供选择（具体见下面的原始资料）。2.主要内容根据控制要求，运用PLC相关知识，拟定课题实施方案，进行控制系统的设计，主要内容包括：进行I/O分配；绘制I/O接线电路；用经验设计法或顺序控制设计法设计软件程序；利用实验室设备完成硬件接线及模拟运行调试。扩展内容：运用组态软件设计系统的监控界面并实现模拟调试。三、原始资料交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯，分为红、黄、绿三种颜色，另外在东西方向和南北方向各有一个行车指示灯甲和乙。系统上电后，交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制其运行模式，具体如下：（1）SA1手柄指向左1位置时，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，按照基本控制规则周而复始，循环往复工作。（2）SA1手柄指向中间2位置时，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。（3）SA1手柄指向右3位置时，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。基本控制规则如下：启动后，南北红灯亮并维持25s。在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，1s后，东西车灯即甲亮，到20s时，东西绿灯闪亮（频率自定），3s后熄灭，在东西绿灯熄灭后东西黄灯亮，同时甲灭。黄灯亮2s后灭，东西红灯亮。与此同时，南北红灯灭，南北绿灯亮。1s后，南北车灯即乙亮。南北绿灯亮了25s后闪亮（频率自III定），3s后熄灭，同时乙灭，黄灯亮2s后熄灭，南北红灯亮，东西绿灯亮，循环。a)交通灯示意图b)控制开关面板图图1示意图四、要求的设计（调查/论文）成果1编写课程设计报告，内容包括：（1）设计方案、课程设计过程和设计思想、方法、原理；（2）I/O分配、I/O接线电路；（3）PLC控制程序（梯形图或指令表），有程序说明；（4）参考资料、参考书及参考手册；（5）其他需要说明的问题，例如上位机监控界面的设计、操作说明、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。2注意事项（1）课程设计报告可以手写，也可以用计算机编排打印，报告格式按照《华中科技大学武昌分校课程设计管理办法》执行，课程设计报告要求内容正确完整，图表清晰，叙述简明，语句通顺，字数不得少于2000汉字。（2）课程设计报告按封面、任务书、设计说明书、图纸、实物照片贴页（实物照片贴在A4复印纸上）、成绩评定表的顺序装订。IV五、进程安排内容时间下达课程设计任务书。讲解课程设计的任务与要求、进度安排、指导时间、注意事项、提供参考资料。学生到实验室熟悉设备。1天搜集资料、方案论证、初步设计。2天系统设计、绘制系统控制原理图、接线图及软件编程。2天利用实验室设备完成控制系统的硬件接线工作，运行控制程序，进行运行调试。7天方案优化、总结完善、整理资料、撰写课程设计报告2天答辩、课程设计总结。1天共计15天（3周）六、主要参考资料[1]马小军．可编程控制器及其应用．南京：中国水利水电出版社，2006．[2]赵俊生，王亚军．电气控制与PLC技术应用．北京：国防工业出版社，2011．[3]熊幸明．电气控制与PLC．北京：机械工业出版社，2011．[4]郁有文，常健，程继红．传感器原理及工程应用．西安：西安电子科技大学出版社，2008．指导教师（签名）：2014年01月10日V目录1绪论..................................................................11.1概述..................................................................11.2可编程控制器的简介....................................................11.2.1PLC的应用..........................................................11.2.2PLC的特点..........................................................21.2.3PLC的结构..........................................................21.2.4PLC编程语言........................................................32PLC控制系统设计概要....................................................32.1设计的基本原则和内容..................................................32.2设计的步骤和实现过程..................................................43交通信号灯控制系统的设计................................................43.1交通信号灯的控制要求..................................................43.2I/O端口的分配和接线图................................................53.3交通信号灯的程序设计..................................................53.3.1经验设计法的设计....................................................53.3.2顺序控制设计法的设计................................................63.3.3调试程序中的问题以及解决方案........................................8总结......................................................................9参考文献.................................................................1011绪论1.1概述据一项对美国主要城市交通状况的调查显示：1982年至2000年，美国城市在上下班高峰期间的交通堵塞状况不断加剧，由交通堵塞造成的时间和汽油浪费而带来的经济损失每年高达680亿美元。以广州为例来讲，现在市区平均车速只有每小时12公里。用这个目标速度代入欧美标准计算，广州人为交通堵塞所付出的经济代价总值：每年耗费1.5亿小时，减少生产总值117亿元。相当于该市整个生产总值的7%。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。可编程序控制器简称为PLC，它的应用面广、功能强大、使用方便，已经成为当代工业自动化的主要支柱之一。PLC已经广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中，PLC在其他领域，例如在民用和家庭自动化设备中的应用也得到了迅速的发展。1.2可编程控制器的简介1.2.1PLC的应用目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几个方面：（1）开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（2）模拟量控制在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（3）运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开2关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（4）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制d等场合有非常广泛的应用。1.2.2PLC的特点继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10--1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。1.2.3PLC的结构PLC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似。PLC按其结构形式可分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。PLC的基本结构框图如下图所示：接受驱动现场信号受控元件图1-1PLC基本结构框图输入接口部件中央处理单元CPU板接口部件输出电源部件31.2.4PLC编程语言采用面向控制过程、面向问题、简单直观的PLC进行编程，其编程语言常用的有：梯形图、语句表、功能图等。（1）梯形图梯形图是使用最多的PLC图形编程语言。梯形图与继电器电路图很相似，具有直观易懂的优点，特别适合于数字量逻辑控制。梯形图由触点、线圈和用方框表示的指令框组成。触点电表逻辑输入条件，例如外部的开关、按钮和内部条件等。线圈通常代表逻辑运算的结果，常用来控制外部的指示灯、交流接触器和内部的标志位等。指令框用来表示定时器、计数器或者数学运算等附加指令。使用编程软件可以直接生成和编辑梯形图，并将它下载到PLC。（2）语句表语句表又叫指令表，它是一种类似于微机的汇编语言中的文本语言，用指令的助记符编程，由多条语句组成一个程序段，可以实现某些不能用梯形图或功能块图表示的功能。（3）功能块图功能块图使用类似于布尔代数的图形逻辑符号来表示控制逻辑。即用类似于