PLC课程设计十字路口交通灯样本.doc

电气与电子信息工程学院电气控制与PLC实训设计报告名 称： 市中心双向六车道十字路口红绿灯控制 专业名称： 电气工程及其自动化 班 级： 级电气本一班 学号： 4025 姓 名： 彭兴旺 指引教师： 高海洲、胡学芝 设计时间： 4月27日5月8日 设计地点： K3-218 PLC实验室 电气控制与PLC实训成绩评估表姓 名彭兴旺学号专业班级级电气工程及其自动化本一班题目：市中心双向六车道十字路口红绿灯控制答辩记录：1、程序语句ZRST T0 T21作用？答：这条语句作用是将T0到T21共22个时间继电器所有清零，避免程序序在运营过程中产生时间差。2、数码管显示程序是哪一某些，从哪开始到哪儿结束？答：数码管显示程序是从STL S32开始到SET S39结束。成绩评估及根据：1. 考勤状况（10%）：2. 设计调试状况（30%）：3. 设计答辩（20%）：4. 设计报告（完毕状况、报告规范性等状况40%）：最后评估成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评估）： 指引教师签字： 设计任务书 年第2学期学生姓名： 彭兴旺 专业班级： 级电气本一班 指引教师： 胡学芝、高海洲 工作部门： 电气与电子信息工程学院一、设计题目 课题1 ：.电动机综合控制方向课题2 ：竟猜抢答系统设计方向课题3 ：交通灯控制方向课题4 ：电梯控制方向课题5 ：喷泉或彩灯控制方向二、设计内容（含技术指标） 1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，规定模仿实际工况，涉及电机顺序控制、电机连锁和互锁控制，电机间逻辑联系应具备一定复杂限度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，规定不少于5组，有必要组号显示、记时显示和模仿记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。3、用PLC实现各种路口交通信号灯控制，规定与实际交通灯工作状况基本相符，具备必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。4、用PLC实现电梯控制，规定与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。5、用PLC实现喷泉控制，规定花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。6、同组同窗规定不能完全重复，必要有自己亮点，对思路新颖、和用到更多功能指令有加分。7、所有小组均应在开题过程中，由指引教师对与题目有关详细设计控制规定进行审核。三、设计进度安排序 号内 容学时安排（天）1选题、解说设计规定、查资料； 12方案论证、说题及硬件选型和设计23软件设计24程序及系统调试35绘制图纸、撰写和打印设计报告16设计答辩1合 计10设计指引答辩地点：K3PLC实验室四、基本规定设计报告：不少于5000字，幅面，统一复印封面。 封面、设计任务书 目录1）方案选取，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统构成框图、器件选取、电路原理图、功能时序图、I/O分派及接线）3）系统软件设计（各软件模块功能，梯形图及阐明（此某些不是所有梯形图，只是把重要某些分别单独截出来，分别单独简介阐明！） 4）系统调试（调试环节、办法及调试过程中问题及如何解决等）5）成果分析及展望（最后成果成功点和局限性之处、总结及改进等） 附录-参照文献和完整梯形图（梯形图规定要有注释，否则会扣分！）五、设计考核办法与成绩评估依照过程、报告、答辩等拟定设计成绩，成绩按得分0100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。评估项目基本内涵分值设计考勤考勤、自行设计、按进度完毕任务等状况10设计调试软硬件调试过程及完毕状况30设计答辩回答问题等状况20设计报告完毕状况、报告规范性、创新性、雷同率等状况4090100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分如下：不及格教研室主任：胡学芝 2月20日目 录1 方案选取及论证11.1 任务详解及设计思路11.2 PLC选型11.2.1 PLC用途11.2.2 PLC选型22 系统硬件设计4 2.1 系统功能及控制原理4 2.2 系统构成框图5 2.3 功能时序图.5 2.4 I/O分派接线5 2.5 电路原理图.63 系统软件程序设计73.1 定期器、计数器选取7 3.2程序流程图83.3梯形图各重要模块及阐明94 系统调试184.1 调试环节与办法184.2 调试过程中问题及解决185 成果分析及展望195.1调试成果总结195.2功能展望195.3个人总结19参照文献20程序梯形图201方案论证1.1任务详解及设计思路随着社会经济发展，都市交畅通通与否是考量一种都市经济发展水平核心环节，当代化都市推动与私家车数量倍增都使都市交通问题更加突出。合理设定十字路口运营时间，解决交通拥挤、实现各个路段最优控制，提高各个路段运营效率已成为当务之急，而提高交通控制系统效率更是重中之重。为了实现十字路口交通运送管理，力求先进性和科学化，用PLC实现十字路口交通灯控制系统，以及该系统软、硬件设计办法，实验证明该系统实现简朴、经济，可以有效地疏导交通，提高交通路口通行能力。本次课程设计结合十字路口交通实际状况阐述了交通灯控制系统工作原理，给出了一种简朴实用都市十字路口交通灯控制系统PLC设计方案，并在PLC可编程控制器实验台上进行现场调试，满足十字路口交通灯控制性能规定。任务：设计一种可以控制二十六盏交通信号灯模仿系统。并且规定交通信号灯按照交通规则模试来运营。实验通过控制八个交通灯就好了。内容：由于本课程设计是交通灯PLC控制设计，因此要理解实际交通灯变化状况和规律。假设一种十字路口为东西南北走向。先转状态1，南北绿灯通车25S，东西红灯，东西人行道绿灯。过一段时间转状态2，南北绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西依然红灯，东西人行道红灯。再转状态3，东西绿灯通车25S，南北红灯，南北人行道绿灯。过一段时间转状态4，东西绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北依然红灯，南北人行道红灯。再转状态5,南北左转绿灯通行25S，东西红灯。过一段时间转状态6，南北左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西依然红灯。再转状态7，东西左转绿灯通行25S，南北红灯。过一段时间转状态8，东西左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北依然红灯。最后转至状态1循环。1.2 PLC选型1.2.1 PLC用途 PLC初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微解决器芯片及关于元件价格大大下降,使PLC成本下降,同步又由于PLC功能大大增强,使PLC 应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC应用普通可分为五种类型：（1）顺序控制 这是PLC应用最广泛领域，用以取代老式继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、随着电子技术和计算机技术迅猛发展，PLC功能也越来越强大，更多地具备计算机功能，因此又简称PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是为了不和切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。（2）运动控制PLC制造商当前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机单轴或多轴位置控制模版。在多数状况下，PLC把扫描目的位置数据送给模版块，其输出移动一轴或数轴到目的位置。每个轴移动时，位置控制模块保持恰当速度和加速度，保证运动平滑。 相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作以便。（3）闭环过程控制 PLC能控制大量物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块提供使PLC具备闭环控制功能,即一种具备PID控制能力PLC可用于过程控制。当过程控制中某一种变量浮现偏差时,PID控制算法会计算出对的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据解决知名日本FANUC公司推出Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC一某些。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，顾客可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司CNC设备新机种也同样使用了具备数据解决PLC。预测此后几年CNC系统将变成以PLC为主体控制和管理系统。（5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展需要，必要发展PLC之间，PLC和上级计算机之间通信功能。作为实时控制系统，不但PLC数据通信速率规定高，并且要考虑浮现停电故障时对策。1.2.2 PLC选型（1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具备较好抗干扰能力，但使用了大量机械触头，使设备连线复杂，由于器件老化、脱焊、触头抖动及触头在开闭时受电弧损害大大减少了系统可靠性。老式继电器控制系统中使用了大量中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易浮现故障，PLC用软件代替大量中间继电器和时间继电器，仅剩余与输入和输出关于少量硬件，接线可减少互继电器控制系统1/10-1/100，因触点接触不良导致故障大为减少。 而PLC采用微电子技术，大量开关动作由无触点电子存储器件来完毕，大某些继电器和复杂连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。(2) 配套齐全，功能完善，合用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模系列化产品。可以用于各种规模工业控制场合。除了逻辑解决功能以外，当代PLC大多具备完善数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC功能单元大量涌现，使PLC渗入到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力增强及人机界面技术发展，使用PLC构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 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿公司工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言图形符号与表达方式和继电器电路图相称接近，只用PLC少量开关量逻辑控制指令就可以以便地实现继电器电路功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言人使用计算机从事工业控制打开了以便之门。 (4)系统设计、建造工作量小，维护以便，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接线，使控制系统设计及建造周期大为缩短，同步维护也变得容易起来。更重要是使同一设备通过变化程序变化生产过程成为也许。这很适合多品种、小批量生产场合。 (5)体积小，重量轻，能耗低 以超小型PLC为例，新近出产品种底部尺寸不大于100mm，重量不大于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化抱负控制设备。依照详细状况，本次课程设计中用到是三菱FX系列超小型PLC FX2N-48MR ，是具备24个输出口,24个输入口基本单元，继电器输出形式，使用电源是DC 24V。2 系统硬件设计2.1 系统功能及控制原理能实现东西、南北四个路口红、黄、绿灯循环变换，东西方向直行时南北方向禁止通行，南北方向直行时东西方向禁止通行。能实现正常左转弯控制，东西路口车辆左转弯时南北路口车辆禁止通行，南北路口车辆左转弯时东西方向车辆禁止通行。各方向直行和各路口左转弯循环交替。能实现东西、南北四个路口人行道通行与禁止交替，东西方向人行道在东西方向机动车直行时可以通行，南北方向人行道在南北方向机动车直行时可以通行，其她时间禁止通行。同步还能实现两位数码管倒计时显示，倒计时显示与红绿灯变化相相应，能让通行车辆更好地掌握路口交通灯变化状况。十字路口东南西北四个路口各设有一套直行红、黄、绿灯，由于所选用PLC输出口个数限制因此左转灯与直行灯共用同一组灯，当东西南北都执行完之后就开始执行左转，此时将绿灯设为以两秒为周期闪动来代表左转，也是由于受PLC输出端口数量限制人行横道也只设绿灯，绿灯灭则禁止通行。交通灯状态控制如下：南北路口东西路口数码管倒计时显示直行绿直行红、人行道绿倒计时25S直行绿闪直行红、人行道绿闪3S直行黄直行红2S直行红、人行道绿直行绿25S直行红、人行道绿闪直行绿闪3S直行红直行黄2S左转绿（两秒周期闪）左转红25S左转绿闪（一秒为周期）左转红3S左转黄左转红2S左转红左转绿（两秒周期闪）25S左转红左转绿闪（一秒为周期）3S左转红左转绿闪（一秒为周期）2S都执行完后再进行循环。2.2系统构成框图系统构成框图如下：2.3功能时序图直行时段南北方向时序图：X0Y22Y27Y20Y21Y25直行时段东西方向时序图与南北方向基本相似，只是东西方向是接在南北方向背面，如下：2.4 I/O分派接线依照控制规定PLCI/O口分派为：X0启动按键X0Y20南北直行/左转红灯X1停止按键X1Y21东西路口人行道绿灯Y0Y7数码管十位Y23东西直行/左转绿灯Y10Y17数码管个位Y24东西直行/左转黄灯Y22南北直行/左转绿灯Y25东西直行/左转红灯Y27南北直行/左转黄灯Y26南北路口人行道绿灯2.5 电路原理图依照控制规定设计电路原理图如下：停止按钮X1启动按钮X0X001X000Y021Y026Y023Y024Y025Y022Y027Y020FX2N48MRY007Y000Y006COMY017Y016Y010COM13 系统软件程序设计3.1 定期器、计数器选取在PLC内定期器是依照时钟脉冲累积形式，当所计时间达到设定值时，其输出触点动作，时钟脉冲有1ms、10ms、100ms。定期器可以用顾客程序存储器内常数K作为设定值，也可以用数据寄存器（D）内容作为设定值。在后一种状况下，普通使用有掉电保护功能数据寄存器。虽然如此若备用电池电压减少时，定期器或计数器往往会发生误动作。定期器通道范畴如下：100 ms定期器T0T199， 共200点，设定值：0.1 3276.7秒；10 ms定期器T200TT245，共46点，设定值：0.01327.67秒；1 ms积算定期器 T245T249，共4点，设定值：0.00132.767秒；100 ms积算定期器T250T255，共6点，设定值：0.13276.7秒； 定期器指令符号及应用如下图所示： 当定期器线圈T200驱动输入X000接通时，T200当前值计数器对10 ms时钟脉冲进行累积计数，当前值与设定值K123相等时，定期器输出接点动作，即输出触点是在驱动线圈后1.23秒（10 * 123ms = 1.23s）时才动作，当T200触点吸合后，Y000就有输出。当驱动输入X000断开或发生停电时，定期器就复位，输出触点也复位。每个定期器只有一种输入，它与常规定期器同样，线圈通电时，开始计时；断电时，自动复位，不保存中间数值。定期器有两个数据寄存器，一种为设定值寄存器，另一种是现时值寄存器，编程时，由顾客设定累积值.计数器用于合计计数输入端接受到由断开到接通脉冲个数，其设定计数值由程序设立。本设计中用到计数器只是用于普通计数功能，故选用普通加计数器，其地址范畴为C0C99。3.2程序流程图启动 显示42倒计时3S显示295倒计时25S南北直行绿闪3S、东西红、东西路口人行道绿闪3S南北直行绿亮25S、东西红、东西路口人行道绿 显示10倒计时2S南北直行黄亮2S、东西红 显示295倒计时25S东西直行绿亮25S、南北红、南北路口人行道绿显示42倒计时3S东西直行绿闪3S、南北红、南北路口人行道绿闪3S显示10倒计时2S东西直行黄亮2S、南北红显示295倒计时25S南北左转绿亮25S（以2S周期闪）、东西红显示42倒计时3S南北左转绿闪3S（以1S周期）、东西红南北左转黄亮2S、东西红显示10倒计时2S显示295倒计时25S东西左转绿亮25S（以2S周期闪）、南北红显示42倒计时3S东西左转绿闪3S（以1S周期）、南北红显示10倒计时2S东西左转黄亮2S、南北红停止3.3梯形图各重要模块及阐明1、启动按键按下，进入并行程序。2、 先是南北直行绿灯亮25S、东西红、东西路口人行道绿灯亮。3、 南北直行绿灯和东西路口人行道绿灯以1S为周期闪3S、东西红。4、 南北直行黄灯亮2S、东西红。5、 东西直行绿灯亮25S、南北红、南北路口人行道绿灯亮。6、 东西直行绿灯和南北路口人行道绿灯以1S为周期闪3S、南北红。7、 东西直行黄灯亮2S、南北红。8、 南北左转绿灯亮25S（以2S为周期闪烁）、东西左转红。9、 南北左转绿灯以1S为周期闪3S、东西左转红。10、 南北左转黄灯亮2S、东西左转红。11、 东西左转绿灯亮25S（以2S为周期闪烁）、南北左转红。12、 东西左转绿灯以1S为周期闪3S、南北左转红。13、 东西左转黄灯亮2S、南北左转红。14、 控制数码管显示倒计时，从29倒计时到0。从这开始：到这结束就是数码管显示程序：15、 停止按键，按下时所有停止。16、 控制周期为1S闪烁程序。17、 控制周期为2S闪烁程序。4系统调试4.1调试环节与办法（1）将PLC与相应输入输出设备连接起来。（2）用GX Works2软件编制图梯形图程序，将编制无误程序分别下载到PLC中，并将模式选取开关拨至RUN状态。（3）调试运营。按下启动开关，先转状态1，南北绿灯通车25S，东西红灯，东西人行道绿灯。过一段时间转状态2，南北绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西依然红灯，东西人行道红灯。再转状态3，东西绿灯通车25S，南北红灯，南北人行道绿灯。过一段时间转状态4，东西绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北依然红灯，南北人行道红灯。再转状态5,南北左转绿灯通行25S，东西红灯。过一段时间转状态6，南北左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西依然红灯。再转状态7，东西左转绿灯通行25S，南北红灯。过一段时间转状态8，东西左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北依然红灯。最后转至状态1循环。（4）监控运营。当PLC运营时，可以使用GX Works2软件中监视功能监控整个程序运营过程，以以便调试程序。在GX Works2软件上，单击 “PLC写入”“监视”“监视开始”，可以全画面监控PLC运营，这时可以观测到定期器定期值会随着程序运营而动态变化，通电闭合触点和线圈会变蓝。借助于GX Works2软件监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序提供协助。4.2 调试过程中问题及解决在PLC实验台上按十字路口交通灯控制硬件电路原理图接线，之前觉得交通灯很难，变化诸多，不好把握，在接触之后发现其实是有规律可循。通过比较，最后依照实验仪器既有条件和需要实现功能规定作出了自己设计。 在第一次程序上机调试，发现程序进行到一半去无法再继续下去，检查发现本来是时间继电器用混了，导致计数无法完毕，程序无法跳转。更改后发现程序并行过程中数码管显示某些可以正常循环，但是交通灯某些就只能走一遍而无法进行循环，通过仔细排查后发现，本来是数码管显示某些控制循环计数器清零位置不对，导致计数器无法记满，从而是程序不能跳出并行进入大循环。通过不断改进最后调试成果符合方案设计预期效果。5成果分析及展望5.1调试成果总结诸多时候想一次性把程序完毕是非常困难，我在调试运营中也遇到不少错误。刚开始时候把程序写进去然后运营却发现发现程序进行到一半去无法再继续下去。那时候真不懂得从哪里下手，只得一条一条检查指令，才发现我把时间继电器用混了，导致计数无法完毕，程序无法跳转。尚有灯虽然亮起来了，但是又发现程序并行过程中数码管显示某些可以正常循环，但是交通灯某些就只能走一遍而无法进行循环，梯形图又仔细看了一次却看不出什么问题，最后发现本来是数码管显示某些控制循环计数器清零位置不对，导致计数器无法记满，从而是程序不能跳出并行进入大循环。日后就这样把加上其她功能浮现错误页找出来了，虽然找错误是枯燥无味工作，但只要你耐心去做话，你必定能学到有用东西。5.2功能展望 当前设计交通灯方案有诸多，应用PLC设计实现交通信号灯控制器办法居多。当前，国内交通灯普通设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色批示灯。加上一种倒计时显示计时器来控制行车。对于普通状况下安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但依照实际行车过程中浮现状况，还存在如下缺陷：1，两车道车辆轮流放行时间相似，导致一边堵车堵得厉害，一边车流量却很少。时间不能自动调节。 2，两条干道红绿时间不能随时间变化而修改。 尚有如果能将交通路口车流量数据集中起来，做到数据共享，从而依照几种交通路口数据来智能控制交通灯，那么这样话，缓和车流量效果会更加明显，效果会更好，智能化限度会更高。同步，本设计是通过光电计数器来记录车辆数，进而进行比较。如果能记录出出流量来进行比较，那么将会更加接近实际状况，控制效果也会更好。5.3个人总结为期两周PLC课程设计，我热情高涨。十字路口交通灯控制设计课题特点是思路清晰、构造明了，中间产生错误也让我明白必要严谨。这次课程设计重要是使我懂得了理论与实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才干真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。在设计过程中遇到问题，在教师协助、成员合伙和自己努力下都得到了圆满解决，同步在设计过程中发现了自己对所学知识理解得不够透彻，掌握得不够牢固，本次课程设计重新加深了我对这某些知识掌握限度。局限性是本次十字路口交通灯控制设计还不够完善。这次实训我收获颇丰，此后也会更加努力提高自己能力。参照文献1李仁主编，电气控制，北京：机械工业出版社，2陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，3王仁祥主编，惯用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，4郑萍主编，当代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，5 佟为明等编，低压电器继电器及其控制系统，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，6 王海，李洪奎，刘晓。基于PLC多轴控制研究J。机械工程学报, 6(4):470-472.7 杨东,黄永红,张新华,吉敬华.用PLC基本指令实现自动运动定位控制 研究J. 微计算机信息,26(2-1):62-64。 8 秦琴，王忠庆.。运用PLC高速计数功能实现轴精准定位控制.。电气技术。(3)。9 陈婵娟,薛恺.基于PLC步进电动机单双轴运动控制实现.机械设计与制造.(3)。10 杨涛,王启江等。基于PLC绕线机控制系统设计J。组合机床与自动化加工技术，(8)：58-59。程序梯形图