PLC交通燈的控制設(shè)計(jì)方案文檔

課程設(shè)計(jì)(論文)題目名稱交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)課程名稱PLC原理及應(yīng)用學(xué)生姓名學(xué)號(hào)系專業(yè)電氣工程系、自動(dòng)化指導(dǎo)教師楊波2011年12月28日邵陽(yáng)學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書年級(jí)專業(yè)09級(jí)自動(dòng)化學(xué)生姓名學(xué)號(hào)題目名稱交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間2011年12月19日-2011年12月30日課程名稱PLC原理及應(yīng)用課程編號(hào)121200107設(shè)計(jì)地點(diǎn)數(shù)字控制與PLC實(shí)驗(yàn)室（306）課程設(shè)計(jì)（論文）目的主要是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解一般電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)要求、應(yīng)完成的工作內(nèi)容和具體設(shè)計(jì)方法。培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立地解決實(shí)際問(wèn)題的能力；掌握初步掌握PLC電氣電路的設(shè)計(jì)方法及其編程方法和程序的調(diào)試；通過(guò)設(shè)計(jì)也有助于復(fù)習(xí)、鞏固以往所學(xué)的知識(shí)，達(dá)到靈活應(yīng)用的目的。已知技術(shù)參數(shù)和條件利用PLC設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)1.按下啟動(dòng)按鈕，東西方向紅燈亮保持20S，同時(shí)南北方向綠燈亮保持15S后，閃爍3S綠燈熄滅，黃燈亮2S后熄滅，南北方向紅燈亮；同時(shí)東西方向紅燈熄滅，黃燈亮，綠燈亮。2．南北方向紅燈亮保持22S，同時(shí)東西方向綠燈亮保持17S后，閃爍3S綠燈熄滅，黃燈亮2S后熄滅，東西方向紅燈亮，同時(shí)南北方向紅燈熄滅，黃燈亮，綠燈亮。3．當(dāng)南北方向綠燈亮?xí)r，人行道的綠燈亮，行人可通過(guò)馬路；當(dāng)南北方向紅燈亮?xí)r人行道的紅燈亮，行人停止通過(guò)馬路。4．實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)循環(huán)控制，按下停止按鈕，系統(tǒng)停止工作。任務(wù)和要求1.設(shè)計(jì)系統(tǒng)的PLC外部接線圖2.系統(tǒng)的操作面板3.設(shè)計(jì)好順序功能圖4.系統(tǒng)的T形圖5.按照要求書寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。四、參考資料和現(xiàn)有基礎(chǔ)條件（包括實(shí)驗(yàn)室、主要儀器設(shè)備等）實(shí)驗(yàn)室有EL型PLC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)4套，F(xiàn)X2N系列實(shí)驗(yàn)裝置8臺(tái)，以及相關(guān)的軟件。FX2N系列、S7系列產(chǎn)品說(shuō)明書；FX2N系列實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；五、進(jìn)度安排2011年12月19日20日：收集和課程設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，熟悉課題任務(wù)何要求2011年12月21日：總體方案設(shè)計(jì)2011年12月22日23日：外部接線圖2011年12月24日-27日：T形圖設(shè)計(jì)2011年12月28日-29日：系統(tǒng)調(diào)試改進(jìn)2011年12月30日：整理書寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書2012年1月4日：答辯六、教研室審批意見(jiàn)教研室主任（簽字）：年月日七|、主管教學(xué)主任意見(jiàn)主管主任（簽字）：年月日八、備注指導(dǎo)教師（簽字）：學(xué)生（簽字）：摘要本設(shè)計(jì)交通燈系統(tǒng)以三菱FX2N-32MR型PLC為核心，能實(shí)現(xiàn)交通燈系統(tǒng)的控制。介紹了交通燈的基本原理以及工作流程，從硬件和軟件上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了較詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)分別設(shè)計(jì)了不同的模塊系統(tǒng)功能，分別對(duì)程序塊編寫梯形圖程序，最后完成了總個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使所設(shè)計(jì)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。利用PLC控制的交通燈控制系統(tǒng)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證交通燈能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。關(guān)鍵詞：交通燈；PLC；梯形圖ABSTRACTThisdesigntrafficlightsystemwithmitsubishiFX2N-32MRtypePLCasthecore,canrealizethecontroloftrafficlightsystem.Thispaperintroducesthebasicprincipleofthetrafficlightsandtheworkingprocess,fromthehardwareandsoftwareofthesystemisadetaileddesign.Inthesoftwaredesignofdifferentmodulesaredesignedrespectivelysystemfunctionrespectively,theblockwriteladderdiagramprogram,finallycompletedatotalthedesignofthesystem,designthesystemtoachievethedesignrequirements.UseofPLCcontroloftrafficlightcontrolsystemimprovesthestabilityofsystem,ensurethetrafficlightscanhavealong-termstableoperation.Keywords：trafficlights;PLC;Ladderdiagram目錄1緒論41.1交通燈簡(jiǎn)介41.2交通燈的功能42系統(tǒng)方案論證52.1PLC的特點(diǎn)52.2PLC控制交通燈的優(yōu)點(diǎn)63系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)73.1系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)及PLC選型73.2I/O地址分配73.3PLC控制外部接線圖84系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)94.1系統(tǒng)順序功能圖94.2系統(tǒng)流程圖94.3程序梯形圖114.4梯形圖對(duì)應(yīng)的指令表115總結(jié)13參考文獻(xiàn)141緒論1.1交通燈簡(jiǎn)介隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來(lái)越成為一個(gè)國(guó)家支撐其他事業(yè)的發(fā)展的必要條件。所以要致富，先修路。交通業(yè)的發(fā)展加速了我們的生活節(jié)奏。道路的規(guī)劃也是不可忽略的一項(xiàng)技術(shù)，其中行人及乘客、駕駛員的安全問(wèn)題也是無(wú)法忽視的問(wèn)題，有規(guī)矩才成方圓，所以對(duì)于一些地帶必須裝設(shè)有交通燈來(lái)使得大家形成一個(gè)道路規(guī)矩，以免帶來(lái)不必要的麻煩。1.2交通燈的功能當(dāng)我們行走在一些十字交叉路口的地方，我們可以看見(jiàn)的交通燈的控制及其所產(chǎn)生的作用。交通燈的基本功能就是對(duì)各個(gè)方向的來(lái)往車輛進(jìn)行一種規(guī)矩。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明，例如：當(dāng)其他三個(gè)方向的車輛要往同一方向行駛時(shí)，如果沒(méi)有形成一套相應(yīng)的秩序系統(tǒng)，那么，我們見(jiàn)到的就是一片混亂，車輛阻塞，這樣子的話就很麻煩了。北北南東西圖1-1交通指揮燈示意圖綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠紅黃2系統(tǒng)方案論證2.1PLC的特點(diǎn)PLC是一種用于工業(yè)自動(dòng)化控制的專用計(jì)算機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于計(jì)算機(jī)控制方式。PLC與普通微機(jī)一樣，以通用或?qū)Ｓ肅PU作為字處理器，實(shí)現(xiàn)通道(字)的運(yùn)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，另外還有位處理器(布爾處理器)，進(jìn)行點(diǎn)(位)運(yùn)算與控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、維修、編程簡(jiǎn)單、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。(1)可靠性:對(duì)可維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性。A.PLC不需要大量的活動(dòng)元件和接線電子元件，它的接線大大減少，與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短。B.PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，冗余設(shè)計(jì)，斷電保護(hù)，故障診斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。C.PLC有較高的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易等特點(diǎn)，一般不易發(fā)生操作的錯(cuò)誤。D.PLC是為工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用計(jì)算機(jī)控制更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了精簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，編程出錯(cuò)率大大降低，而為工業(yè)惡劣操作環(huán)境設(shè)計(jì)的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先進(jìn)的工藝制造流水線制造;對(duì)干擾的屏蔽、隔離和濾波等;對(duì)電源的斷電保護(hù);對(duì)存儲(chǔ)器內(nèi)容的保護(hù)等。F.PLC的軟件方面，也采取了一系列提高系統(tǒng)可靠性的措施。例如，采用軟件濾波;軟件自診斷;簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表現(xiàn)在下列幾個(gè)方面:A、操作方便對(duì)PLC的操作包括程序輸入和程序更改的操作。大多數(shù)PLC采用編程器進(jìn)行輸入和更改的操作。編程器至少提供了輸入信息的顯示，對(duì)大中型的PLC，編程器采用了CRT屏幕顯示，因此，程序的輸入直接可以顯示。更改程序的操作也可直接根據(jù)所需要的地址編號(hào)或接點(diǎn)號(hào)進(jìn)行搜索或順序?qū)ふ遥缓筮M(jìn)行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上顯示。B、編程方便PLC有多種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言可供使用。對(duì)電氣技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，由于梯形圖與電氣原理圖較為接近，容易掌握和理解。采用布爾助記符編程語(yǔ)言時(shí)，十分有助于編程人員的編程。C、維修方便PLC具有的自診斷功能對(duì)維修人員維修技能的要求降低。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)硬件和軟件的自診斷，維修人員可以很快的找到故障的部位，以便維修。(3)靈活性，PLC的靈活性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:A.編程的靈活性。PLC采用的編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊和語(yǔ)句描述編程語(yǔ)言。編程方法的多樣性使編程方便、應(yīng)用面拓展。B.擴(kuò)展的靈活性。PLC的擴(kuò)展靈活性是它的一個(gè)重要特點(diǎn)。它可根據(jù)應(yīng)用的規(guī)模不同，即可進(jìn)行容量的擴(kuò)展、功能的擴(kuò)展、應(yīng)用和控制范圍的擴(kuò)展。C.操作的靈活性。操作十分靈活方便，監(jiān)視和控制變得十分容易。2.2PLC控制交通燈的優(yōu)點(diǎn)PLC控制自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有：(1)在交通燈控制系統(tǒng)中采用PLC，用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其運(yùn)行的自動(dòng)控制，可靠性大大提高。(2)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，外部線路簡(jiǎn)化。(3)PLC可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制系統(tǒng)，方便地增加或改變控制功能。(4)PLC可進(jìn)行故障自動(dòng)檢測(cè)與報(bào)警顯示，提高運(yùn)行安全性，并便于檢修。(6)更改控制方案時(shí)不需改動(dòng)硬件接線。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)的輸入/輸出信號(hào)及PLC選型根據(jù)I/O信號(hào)數(shù)量、類型以及控制要求，選擇日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC，其16個(gè)輸入端子和16個(gè)輸出端子能夠很好的滿足控制要求。FX2N型機(jī)具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：(1)專用于開(kāi)關(guān)量控制，其體積小，安裝起來(lái)節(jié)省空間；(2)其功能較強(qiáng)，具有2kHz的高速計(jì)數(shù)器，可作為定位控制的標(biāo)準(zhǔn)硬件使用;在指令方面，具有編碼、譯碼、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、可逆計(jì)數(shù)等功能。從結(jié)構(gòu)上看：包括主機(jī)單元、I/O擴(kuò)展單元、I/O鏈接單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元等；(3)采用的是箱體結(jié)構(gòu)，其價(jià)格便宜，可靠性高；(4)其任一種CPU箱和任一種擴(kuò)展箱均可配置在一起，因此，用戶可根據(jù)所需的I/0點(diǎn)數(shù)進(jìn)行選件配置，使用靈活、方便。3.2可編程控制器I/O口分配

根據(jù)對(duì)交通指揮信號(hào)燈系統(tǒng)控制要求分析，系統(tǒng)采用自動(dòng)控制方式，輸入有系統(tǒng)開(kāi)啟與停止按鈕信號(hào)；輸出有東西方向、南北方向各兩組指示信號(hào)和故障指示驅(qū)動(dòng)信號(hào)。由于每一個(gè)方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈同時(shí)工作，為了節(jié)省輸出點(diǎn)數(shù)，可采用并聯(lián)輸出方法。由此可知，該系統(tǒng)所需的輸入點(diǎn)數(shù)為2，輸出點(diǎn)數(shù)為7，全部是開(kāi)關(guān)量，則可將I/O分配用表3-1表示。表3-1交通指揮燈的I/O分配表輸入元件輸入地址輸出元件輸出地址開(kāi)啟按鈕SB10.00南北綠燈Y410.00停止按鈕SB20.01南北黃燈Y510.01南北紅燈Y610.02警燈（故障指示）Y310.03東西綠燈Y010.04東西黃燈Y110.05東西紅燈Y210.063.3PLC的外部接線圖根據(jù)上述I/O表可知，I/O所需點(diǎn)數(shù)只有9點(diǎn)，故選用CPM2AH微型PLC即可。PLC外部輸入輸出的信號(hào)接線如圖3-1所示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用PLC的同一個(gè)輸出點(diǎn)。COMCOMCOM10.0010.0110.0210.0310.0410.0510.06000000M0.01北綠南綠北黃南黃南紅北紅警燈東綠西綠東黃西黃西紅東紅圖3-1系統(tǒng)的I/O接線圖電源SB1SB2Y5Y4Y6Y3Y0Y1Y2

4系統(tǒng)軟件件設(shè)計(jì)4.1順序功能圖根據(jù)交通燈的實(shí)際控制情況，可得出順序功能圖如下：M8002S0S0X0啟動(dòng)Y0T4M6Y6T0M1Y0T4M6Y6T0M1T0T4Y0T5M7Y4T1M2Y0T5M7Y4T1M2T1T5Y1T6Y2T7M9M8Y6M5Y5T3M4Y4T2M3Y1T6Y2T7M9M8Y6M5Y5T3M4Y4T2M3T2T6Y1Y0M10T3T7Y1Y0M10X14.2系統(tǒng)流程圖啟動(dòng)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)東西紅燈亮東西綠燈亮東西綠燈閃20S17S3S南北綠燈亮南北綠燈閃南北紅燈亮15S3S22S南北行人道東西行人道結(jié)束15S3S2S22S20S17S3S2S東西主干道啟動(dòng)開(kāi)關(guān)南北綠燈亮南北綠燈閃南北黃燈亮南北紅燈亮南北主干道東西紅燈亮東西綠燈亮東西綠燈閃東西黃燈亮結(jié)束交通燈模擬控制系統(tǒng)流程圖4.3程序梯形圖根據(jù)對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求及PLC控制系統(tǒng)的I/O分配的定義，可對(duì)PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，其梯形圖如圖所示。下面對(duì)所設(shè)計(jì)的梯形圖作幾點(diǎn)說(shuō)明：(1)當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕，0.00接通，中間繼電器200.00接通，10.02線圈得電，東西紅燈亮，與此同時(shí)，10.02的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，10.04線圈得電，南北綠燈亮。(2)延時(shí)15秒后，TIM006的常閉觸點(diǎn)接通，與該接點(diǎn)串聯(lián)的TIM008的常開(kāi)接點(diǎn)共同控制產(chǎn)生0.5秒的鐘脈沖信號(hào)，使南北綠燈閃爍3s（閃爍6次）。(3)經(jīng)過(guò)3秒后，TIM007的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，10.04線圈失電，南北綠燈熄滅。此時(shí)TIM007的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，10.05線圈接通，南北黃燈亮2s。(4)經(jīng)過(guò)2秒后，TIM005的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，10.05線圈失電，南北黃燈滅，這是啟動(dòng)TIM000進(jìn)入延時(shí)。(5)延時(shí)20s后，TIM000的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，10.02線圈失電，東西紅燈滅；同時(shí)，TIM000的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，10.06接通，南北紅燈亮；由于10.06的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，10.00線圈得電，東西綠燈亮。南北綠燈工作17s后，系統(tǒng)的工作情況與上述類同。如果發(fā)生南北、東西綠燈同時(shí)亮，則系統(tǒng)出現(xiàn)故障，應(yīng)立即報(bào)警處理。當(dāng)系統(tǒng)需要停止工作時(shí)，只要按下停止按鈕即可。交通燈控制的PLC梯形圖如下

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