PLC交通灯课程设计报告(三菱FX系列)-副本解读.pdf

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1、I PLC课程设计 课程设计报告 题目交通信号灯控制 学院电子与信息工程学院 专业电气工程及其自动化 班级 姓名 指导教师 2012 年12 月4 日 电子与信息工程学院 目录 1 绪论 . 3 2 PLC及 PLC简介 . 3 2.1 PLC简介 3 2.2 PLC的一般结构 4 2.2.1 可编程控制器的结构分类 4 2.2.2 可编程控制器的配置 5 2.4 PLC的应用领域 6 2.5 PLC的发展趋势 7 3系统总体方案及硬件设计 7 3.1 系统总体方案 7 3.1.1 设计目的 7 3.1.2 设计任务及要求 7 3.1.3 设计思路 8 3.2 硬件设计 8 4交通灯的软件设计

2、 9 4.1 顺序功能图 9 4.2 交通灯工作时的程序 10 5交通灯的仿真. 11 6总结 . 12 参考文献 . . 13 湖北科技学院PLC 课程设计 3 1 绪论 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人，车，路三者关系的 协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数 据监测， 交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥中 最重要的组成部分。 随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京，上海， 南京等出现了交通超负荷运 行的情况， 因此，自 80 年代后期，这些城市纷纷修建城市高速公路，在高速公路建设完

3、成 的初期， 它们也曾有效地改善了交通状况。然而， 随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路 的系统研究和控制， 高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点， 也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路和普通道路耦合出交通状况的制约。所 以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道 与匝道， 城区与周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解 决的主要问题， 根据交通等工艺控制要求和特点，我们采用了日本三菱公司FX2N_48MR 。三菱 PLC有小 型化，高速度，高性能等特点，三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输入，

4、输出扩充设 备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备是系统所必需的，能够方便地 联网通信。本系统就是应用可编程控制器（PLC ）对十字路口交通控制等实现控制。本系统 采用 PLC是基于以下四个原因： （1）PLC具有很高的可靠性，抗干扰能力。 通常的平均无障碍时间都在30 万小时以上； （2）系统设计周期短，维护方便，改造容易，功能完善，实用性强； （3）干扰能力强，具有硬件故障的自我检查功能，目前空中各种电磁干扰日益严重， 为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC ； （4）近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，是的实际应用成为可能。

5、 2 PLC 及 PLC简介 2.1 PLC简介 可编程控制器简称 PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和 通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、 编程方便、 可靠性高等优点， 湖北科技学院PLC 课程设计 4 已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计， 可编程控制器是工业自动化装置中应用 最多的一种设备。 专家认为， 可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设 备之一， PLC、机器人、 CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。 可编程控制器（PLC ）是用来取代控制系统中的继电器的一种设备，它通过检测输入端 口，并根据输入端口的状态，

6、按照程序控制输出口，可编程控制器的程序一般要使用一定的 软件编写， 使用人员通过输入预先编写的程序，使可编程控制器按预定的控制方案执行控制 任务。 目前大多数城市采用的交通信号灯指挥控制系统，采用电子线路加继电器构成，也有 少数采用单片机构成。对信号灯的要求也越来越高，采用电子线路加继电器的控制方式，则 需要加入大量的中间继电器，时间继电器， 计数器等器件。 而且交通控制智能化需要按实际 情况而改变参数，如使用继电器控制，则很难实现。如使用单片机控制，则需要引入大量 I/O 接口电路、硬件设计，而且这两种控制方式的抗干扰能力十分有限。采用可编程控制器 对交通信号灯进行管理，技能满足控制要求，又

7、具有高的抗干扰和稳定性。 2.2 PLC 的一般结构 2.2.1 可编程控制器的结构分类 (1) 按硬件的结构类型分类：编程控制器是专门为工业生产环境设计的。为了便于在工 业现场安装，便于扩展，方便接线，其结构与普通计算机有很大区别，常见的有箱体式，模 块式，及叠装式三种结构。 箱体式 PLC一般用于规模小，输入输出点数固定，不需要扩展的场合。模块式 PLC一般 用于规模较大， 输入输出点数多，输入输出点数比例灵活的场合。叠装式 PLC具有二者的优 点。 (2) 按应用规模及功能分类：为了适应不同工业生产过程的应用要求，PLC能够处理的 输入信号数量是不一样的。一般将一路信号称作一个店，将输入

8、输出点数的总和称为机器的 点。按照点数的多少，可将PLC分为超小，小，中，打，超大等五类型如下表2-1 所示： 表 2-1 PLC按规模分类 超小型小型中型大型超大型 64 点以下64128 点128512 点5128192 点8192 点以上 湖北科技学院PLC 课程设计 5 2.2.2 可编程控制器的配置 可编程控制器虽然外观各异，但硬件结构大体相同。主要由中央处理器（CPU ），存储 器（ RAM/ROM），输入输出（I/O 接口） , 电源及编程设备几大部分组成。PLC的硬件结构框 图如下图2-2 所示： 接 受驱 动 现 场 信 号受 控 元 件 图 2-2 基本构成 2.3 PLC

9、 的特点 （1）抗干扰能力强，可靠性高 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。 而 PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大 部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长

10、，可靠性大大提高。 (2) 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的 工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各 种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各 种控制系统变得非常容易。 (3)易学易用，深受工程技术人员欢迎 输 入 接 口 部 件 中央处理单元 CPU板 电 源 部 件 接口部 件输出 湖北科技学院PLC 课程设计 6 PLC作为通用工业控

11、制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易 于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、 不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 (4)系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建 造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生 产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。 (5)体积小，重量轻，能耗低 以超小型

12、PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm ， 重量小于150g， 功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 2.4 PLC 的应用领域 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、保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为以下几类： （1）开关量的逻辑控制这是 PLC最基本、最广泛的应用领域，可用它取代传统的继 电器控制电路， 实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，又可用于多机群控制 及自动化流水线。如电梯控制、 高炉上料、 注塑机、 印刷机、 组合机床、 磨床、 包装生产线、 电镀流

13、水线等。 （2）模拟量控制在工业生产过程中，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PLC能处理模拟信号，PLC厂家生产有配套的A/D、D/A 转换模块，使PLC可用于模拟量控制。 （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 期直接用开关量I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在可使用专门的运动控制模块。广 泛的运用于各种机床、机械、机器人、电器等场合。 （4）过程控制这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC 能编制各种控制 算法程序，完成闭环控制。PID 控制时一般闭环控制系统中常用的控制方法。PID 处理一般 是

14、运行专用的PID 子程序。过程控制在冶金、化工、 热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的 湖北科技学院PLC 课程设计 7 应用 （5）数据处理现代 PLC具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作 等功能，可以完成数据采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较。 一般用于大型系统，如无人控制的柔性制造业。 （6）通信及联网 PLC 通信包含PLC之间的通信以及PLC与其他智能设备间的通信。 在工业自动化网络发展加快前提下，厂家都十分重视PLC的通讯功能， 纷纷推出各自的网络 系统，通讯十分方便。 2.5 PLC 的发展趋势 (1) 向高速度、大容量方向发展为了提高PLC

15、的处理能力，要求PLC具有更好的响应速 度和更大的储存容量。 (2) 向超大型、超小型两个方向发展。以适应不同的自动控制系统的需要。 (3)PLC 大力开发智能模块，加强联网通信功能。为了扩大适用范围，厂家还制定了通 用的通信彼岸准，已构成更大的网络系统。 (4) 增强外部故障的检测与处理能力。外部故障的几率很大，因此，PLC 厂家致力于研 制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠。 (5) 编程语言多样化。PLC结构不断发展的同时,PLC 的编程语言也越来越丰富。多种语 言并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。 3 系统总体方案及硬件设计 3.1 系统总体方案 3.1.

16、1 设计目的 （1）掌握十字路口交通信号灯的控制原理。 （2）掌握计数器的工作原理与使用方法。 （3）掌握顺序控制设计法及顺序功能图的画法。 （4）掌握根据系统的顺序功能图设计梯形图的方法。 3.1.2 设计任务及要求 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 湖北科技学院PLC 课程设计 8 进入下一个周期继续运行。 3.1.3 设计思路 某交通信号灯采用PLC 控制。信号灯分东西、南北两组，分别有红黄绿三种颜色，假 设东西方向交通比南北方向繁忙一倍，因此东西方向的绿灯通

17、行的时间多一倍。其控制要求 按照图 1 时序控制图所示，按下启动按钮开始工作，按下停止按钮停止工作，“白天 /黑夜” 选择开关闭合时为黑夜工作状态，这时只有黄灯闪烁，断开时按时序控制图工作。 图 1 3.2 硬件设计 1. 型号选择：输入控制X0，输出端有东西、南北方向红绿黄灯和东西、南北方向左转 弯红绿灯共十个输出点，所以选用日本三菱公司生产的FX2N 系列。 2. I/O 分配表：如表1： 输入信号输出信号 名称代号输入点编号名称代号输出点编号 启动按钮SB1X0红 1HL1Y0 停止按钮SB2X1黄 1HL2Y1 白天 /黑夜开关SX2绿 1HL3Y2 红 2HL4Y3 黄 2HL5Y4

18、 绿 2HL6Y5 湖北科技学院PLC 课程设计 9 3.硬件电路图连接：如图2 所示： 图 2 硬件电路接线图 4 交通灯的软件设计 4.1 顺序功能图 如图 3 所示： 图 3 交通灯顺序功能图 湖北科技学院PLC 课程设计 10 4.2 交通灯工作时的程序 如图 4 所示： 图 4 交通灯程序 湖北科技学院PLC 课程设计 11 5 交通灯的仿真 交通灯仿真图： 湖北科技学院PLC 课程设计 12 6 总结 在近两星期的日子里，经过这次设计我学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过 的知识， 而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。课程设计不仅是对前面所学知识的 一种检验， 而且也是

19、对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识太 理论化了， 面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己 什么东西都会， 什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长 期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够 的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的学到知识， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得 困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入

20、手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此 外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到 用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 总之， 不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入 手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能 实现其价值！ 有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到 真正会用的时候才是真的学会了。 . 湖北科技学院PLC 课程设计 13 参考文献 1 吴明亮、蔡夕忠，可编程控制器实训，化学工业出版社，2010. 2 廖常初， FX系列 PLC编程及应用，机械工业出版社，2005. 3 陈宗梅，交通灯控制系统电路设计，重庆职业技术学院学报，2005. 4 周名侦等，基于PLC控制的交通灯设计，广东交通职业技术学院学报，2005. 5 求是科技， PLC应用开发技术与工程实践. 北京：人民邮电出版社，2005. 6 高钦和，可编程控制器应用技术与设计实例. 北京：人民邮电出版社，2004. 7 张力胜， PLC控制十字交通灯的设计，矿业科学技术，2005.