PLC毕业设计终.doc

湖南信息职业技术学院

学生毕业论文

题 目：基于PLC控制交通指挥灯程序的设计
姓 名 段世垣
学 号 41
系 (部) 机电工程系
专 业 电气自动化
指导教师 石玉明
开题时间 2010.9.10
完成时间 2010.11.10

年 月 日学生毕业设计(论文)答辩表
学生
姓名
段世垣
学号
41
专业
电气自动化
所属
系部
机电工程系
毕业设计课题(论文)题目
基于PLC控制交通指挥灯程序的设计
指导教
师姓名
石玉明
答辩
委员
会成
员
姓 名
(签字)
职 称
工 作 单 位
对毕业设计
打分
(或等级)

答辩委员会对毕业设计的评语:

答辩委员会
主任(签字)

副主任(签字)

年 月 日
答辩成绩:
备注
注：毕业设计答辩评价等级为 优秀（90～100）、良好（80～89）、中（70～79）、及格（60～69）、不及格（60分以下）。

湖南信息职业技术学院教务处制

湖南信息职业技术学院
毕 业 设 计 成 绩 评 定 表
学生
姓名
段世垣
学号
41
专业
电气子动化
所属系部
机电工程系
毕业设
计课题
基于PLC控制交通指挥灯程序的设计
评分

评语：

指导教师（签名）
年 月 日
备注

注：毕业设计评价等级为 优秀（90～100）、良好（80～89）、中（70～79）、及格（60～69）、不及格（60分以下）。

湖南信息职业技术学院教务处制

湖南信息职业技术学院毕业设计（论文）任务书

学生姓名

段世垣
学号
41
专业
电气自动化
所属
系部
机电工程系
通信地址
湖南信息职业技术学院电气0802班

邮政
编码
410200
E—mail地址
121098452@

联系电话号码
15200949420
设计（论文）课题

基于PLC控制交通指挥灯程序的设计
指导教
师姓名
职 称
指导教师工作单位
联系方式
指导教师
所在教研室
主任姓名
电话
电子邮箱

开题时间:
完成时间：

湖南信息职业技术学院教务处制

目录

目录 5
摘要 7
第一章 PLC的特点及应用 8
1.1 概述 8
1.2 PLC的特点 8
1.3 PLC的应用 9
第二章 PLC的结构及原理 11
2.1 PLC的分类 11
2.2 PLC的结构 11
2.3 PLC的工作原理 12
2.4 PLC汇编语言 12
2.5编程器件 13
第三章 梯形图的设计与编程方法 13
3．1 控制要求 13
3．2 控制时序 13
PLC外部接线图 15
3.3硬件及外围元器件 15
第四章 程序设计 17
4.1 顺序功能图 17
4．2 梯形图 18
4．3指令图 20
4.4 流程图 22
4．5软件设计 23
第五章 设计总结 23
参考文献 24

摘要
PLC可编程序控制器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,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。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理.
关键词：交通灯 PLC 程序 设计

第一章 PLC的特点及应用
1.1 概述
　 可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
1.2 PLC的特点
1 可靠性高，抗干扰能力强；
2 通用性高，使用方便；
3程序设计简单，易学，易懂；
4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便；
5系统设计周期短；
6安装简便，调试方便，维护工作量小；
7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产；
1.3 PLC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如下几类。
1开关量的逻辑控制
这是PLC最基本、最广泛的应用领域，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、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。
5 数据处理
现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、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，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。
6 通信及联网
PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。
第二章 PLC的结构及原理
2.1 PLC的分类
1 按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。
2 按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下；3）大型2048点以上。
3按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。
2.2 PLC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从结构上分，PLC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：

接口部件输出

输入接口部件

中央处理单元
CPU板
接受 驱动
现场信号 受控元件

电 源 部 件

2.3 PLC的工作原理
1.plc的工作方式
1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入的信息存入内存，接着进入程序执行阶段，在程序执行时，即使输入信号发生变化，内存中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入信息。
2） 程序执行阶段：plc对用户程序扫描。
3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器，电路是输出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。
2.4 PLC汇编语言
采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：梯形图，语句表，功能图等。
1. 梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但梯形图编程语言功能更强更方便。
主要特点：
1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行，起使左母线。
2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器”
3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。
。
2.5编程器件
一般情况下，X代表输入继电器，Y代表输出继电器，M代表辅助继电器，SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数据寄存器，MOV代表传输等。
第三章 梯形图的设计与编程方法
3．1 控制要求
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯都熄灭。
3．2 控制时序
车行道：东西向绿灯亮30S，绿灯闪烁3次，每次1S，黄灯亮2S，红灯亮35S；南北红灯亮35S，绿灯亮30S，绿灯闪烁3次，每次1S，黄灯亮2S。
人行道：东西绿灯亮30S，绿灯闪烁5次，每次1S，红灯亮35S，南北向红灯亮35S，绿灯亮30S，绿灯闪烁5次，每次1S。
如下图:

PLC外部接线图
3.3硬件及外围元器件
根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱FX2N系列PLC、起动按钮SB1、停止按钮SB2、红黄绿色信号灯各4只，输入／输出端口接线如下图所示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停止按钮SB2接于输入继电器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器Y0端，东西方向黄灯接于输出继电器Y1端，东西方向的红灯接于输出继电器Y2端，南北方向绿灯接于输出继电器Y3端，南北方向的黄灯接于输出继电器Y4，南北方向红灯接于输出继电器Y5。南北人行道红灯接Y10,南北人行道绿灯接Y11.东西人行道红灯接Y6,东西人行道绿灯接Y7.将输出端的COM1及COM2用导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用一个输出点驱动一只信号灯。
3．4 I/O 分配表
启动开关SB1
X0
停止开关SB2
X1
东西主干道红灯
Y2
南北主干道红灯
Y5
东西主干道黄灯
Y1
南北主干道黄灯
Y4
东西主干道绿灯
Y0
南北主干道绿灯
Y3
东西人行道红灯
Y6
南北人行道红灯
Y10
东西人行道绿灯
Y7
南北人行道绿灯
Y11

第四章 程序设计
4.1 顺序功能图

4．2 梯形图

4．3指令图

4.4 流程图启动开关
东西绿灯亮
东西绿灯闪
东西黄灯亮
东西红灯亮
东西主干道
30S
3S
2S

南北红灯亮
南北绿灯亮
南北绿灯闪
南北黄灯亮
南北主干道
35S
30S
3S

启动开关
南北红灯亮
南北绿灯
南北绿灯闪
35S
30S

东西绿灯亮
东西绿灯闪
东西红灯亮
30S
5S

东西行人道
南北行人道
结束
结束
交通灯模拟控制系统流程图

4．5软件设计
初始脉冲M8002对初始位置S0置1后，接通X1，则状态同时转移到S20和S30。S20置1，驱动车道东西绿灯，车道南北红灯，延时30S，状态转移到S21，S21和S22构成闪烁电路，绿灯闪烁3次，状态转移到S23，车道东西道黄灯亮2S。之后状态转移到S24，使车道南北红灯熄灭，车道南北道绿灯亮，车道东西道红灯亮，延时30S，状态转回到S21，车道南北绿灯闪烁3次，之后状态转移到S25，车道南北黄灯亮2S。同理，S30置1，驱动人行东西向亮绿灯，人行道南北向红灯，延时30S后，人行道东西绿灯闪烁5次，状态转移到S33，使人行南北向红灯熄灭，人行南北绿灯亮，人行东西红灯亮。延时30S后，转向回到S31，人行南北闪烁5次。之后，状态转移到S34，使人行南北向绿灯熄灭。两并行支路会合，返回状态S0。由于X1已闭合，又同时驱动S20S30，所以令其置1，开始另一个循环。

第五章 设计总结
在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多.我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
经过两个多月的设计里，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时的满富激情到后来汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
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，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
参考文献
1. 廖常初主编. PLC基础及应用 . 北京：机械工业出版社， 2004
2. 廖常初主编. PLC基础及应用.北京：机械工业出版社，2002
3. 廖常初.PLC梯形图的顺序控制设计法.电工技术杂志，2001
4. 朱献清 编著.物业供用电.北京.机械工业出版社.2003
5. 刘介才主编.实用供配电技术手册.北京：中国水利水电出版社，2002
6. 常斗南主编 可编程序控制器原理*应用*实验.北京:机械工业出版社,2005
7. 求是科技编著 PLC应用开发技术与工程实践.电子工业出版社.2004
8.钟肇新，范建东编. 可编程控制器基础及应用.广州：华东理工大学，2002
9 张万忠《可编程控制器入门与应用实例》北京：中国电力出版社2004
10钱晓龙，李鸿倩《智能电器与Microloeix控制器》北京：机械工业出版社2003
谢 辞
当我以学子的身份踏入大学校门的那天起，便已注定我将在这里度过人生中最美丽的青春年华。提笔写下“谢辞”，我才惊觉自己即将真正离开，人生亦从此展开新的画卷。尽管不舍，却更珍惜，因为我的生命中有那么多可爱的人值得感激。他们使我的大学生活充满了色彩，无论收获、遗憾，对我来说都是一笔宝贵的财富。
三年的大学生活不知不觉中就要结束了，在这段难忘的生活中，有我许多美好的回忆。在这份大学的最后一页里，首先感谢学院给我们提供这个能自我展示的平台，感谢我们的指导教师石玉明老师，你们从一开始的论文方向的选定，到最后的整篇文论的完成，都非常耐心的对我进行指导。给我提供了大量数据资料和建议，告诉我应该注意的细节问题，细心的给我指出错误，修改论文。谢谢我们辅导员老师，从大一到大二是你的悉心教导、孜孜不倦我们才能顺利的完成学业。我要感谢在我二年的学习中无私传授我知识的各位老师，是你们将自己宝贵的财富无私地奉献给了我们，让我们能在学业上有所成绩；是你们让我倍感教师职业的伟大，交给我们知识，又不忘教育我们如何做人！

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