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1、湖南工學院課程設計（論文）交通信號燈PLC控制系統(tǒng)設計摘 要本設計是用PLC來實現(xiàn)對十字路口交通信號燈的控制，其控制方法是采用三菱的FX2N系列PLC編程軟件對東西南北的紅、黃、綠、左綠燈實現(xiàn)有規(guī)律的循環(huán)閃亮，以達到對交通信號燈的控制?？刂七^程中采用了順序控制設計法用了八個定時器六個計數(shù)器分時段分頻率自動實現(xiàn)對八個控制對象的控制?？刂瞥绦虬ㄓ许樞蚬δ軋D（SFC）、梯形圖(LAD)、指令表(STL)。關鍵詞：三菱FX2N，交通信號燈，順序功能圖，梯形圖，調試，自動控制目 錄第1章 緒論11.1 PLC的發(fā)展及現(xiàn)狀11.2 本人的主要工作1第2章 十字路口交通信號燈的PLC控制線路設計22.1
2、十字路口交通信號燈的工作原理及設計要求22.2 十字路口交通信號燈所選PLC的I/O點統(tǒng)計32.3 PLC的選型及技術參數(shù)32.3.1 PLC的選型原則42.3.2 十字路口交通信號燈所選類型PLC的技術參數(shù)72.4 十字路口交通信號燈的接線圖和接線電路設計72.4.1 十字路口交通信號燈的I/O分配表72.4.2 十字路口交通信號燈的外部接線圖設計8第3章 十字路口交通信號燈的PLC系統(tǒng)的程序設計93.1 常用梯形圖的設計方法93.2 PLC內部繼電器的分配103.3 十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)的SFC圖、梯形圖及指令表103.3.1 十字路口交通信號燈PLC控制的SFC圖103.3.2 十
3、字路口交通信號燈梯形圖設計143.3.3 十字路口交通信號燈分離指令表143.4 在實驗室的調試和仿真14結束語15參考文獻16附錄117 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）湖南工學院課程設計（論文）第1章 緒論1.1 PLC的發(fā)展及現(xiàn)狀在工業(yè)生產過程中，大量的開關量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術的控制裝置，首次采用程序化的手段應用于電氣控制，這就是第一代可編程序控
4、制器，稱ProgrammableController（PC）。 PLC的定義有許多種。國際電工委員會（IEC）對PLC的定義是：可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。它采用可編程序的存貯器，用來在其內部存貯執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程序控制器及其有關設備，都應按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則設計。 從技術上看，計算機技術的新成果會更多地應用于可編程控制器的設計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產品規(guī)模上看，會進一步
5、向超小型及超大型方向發(fā)展；從產品的配套性上看，產品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設備會更好地適應各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產多品種產品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術的發(fā)展方向。伴隨著計算機網(wǎng)絡的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡和國際通用網(wǎng)絡的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領域發(fā)揮越來越大的作用。1.2 本人的主要工作根據(jù)設計任務書要求，進行十字路口交通信號燈的設計，經過反復閱讀看
6、懂了交通信號燈的時序圖，確定程序的設計方法，編譯程序，觀察仿真結果是否正確，假使運行出現(xiàn)錯誤，則檢查進行糾正。第2章 十字路口交通信號燈的PLC控制線路設計2.1十字路口交通信號燈的工作原理及設計要求2.1.1 十字路口交通信號燈的工作原理2.1.2 設計內容及要求1系統(tǒng)工作受開關控制，起動開關 ON 則系統(tǒng)工作；起動開關 OFF 則系統(tǒng)停止工作。2控制對象有八個：東西方向紅燈兩個 , 南北方向紅燈兩個，東西方向黃燈兩個 , 南北方向黃燈兩個，東西方向綠燈兩個 , 南北方向綠燈兩個，東西方向左轉彎綠燈兩個，南北方向左轉彎綠燈兩個。3控制規(guī)律：1） 高峰時段、正常時段及晚上時段的時序分配按圖2.
7、1運行。圖2.1 各時段運行分配時序圖2） 高峰時段按圖2.2運行圖2.2 高峰時段運行時序圖3） 正常時段按圖2.3運行圖2.3 正常時段運行時序圖4） 晚上時段按提示警告方式運行，規(guī)律為： 東、南、西、北四個黃燈全部閃亮，其余燈全部熄滅，黃燈閃亮按亮 0.4 秒，暗 0.6 秒的規(guī)律反復循環(huán)。2.2 十字路口交通信號燈所選PLC的I/O點統(tǒng)計本設計采用的是三菱FX2N系列32MR的PLC控制系統(tǒng)，總共有32個I/O點。2.3 PLC的選型及技術參數(shù)2.3.1 PLC的選型原則1.規(guī)模要適當輸入.輸出點數(shù)以及軟件對PLC功能及指令的要求是選擇PLC機型規(guī)模大小的重要依據(jù)。首先要確保有足夠的輸
8、入.輸出點數(shù)，并留有一定的余地（要有10%的備用量）。如果只是為了實現(xiàn)單機自動化，或機電一體化產品，可選用小型PLC。如果控制系統(tǒng)較大，輸入.輸出點數(shù)較多，被控設備較分散，可以選用中型或大型PLC。還應確定用戶程序存儲器的容量。一般粗略的估計方法：（輸入+輸出）*（10-12）=指令步數(shù)。特別要注意因控制較復雜，數(shù)據(jù)處理量較大，可能出現(xiàn)存儲器容量不夠的問題。2.功能要相當，結構要合理對于以開關量進行控制的系統(tǒng)，一般的低檔機就能滿足要求。對于以開關量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，應選用帶A/D.D/A轉換，加減運算.數(shù)據(jù)傳送功能的低檔機。對于控制比較復雜，控制性能要求較高的系統(tǒng)，例如要求實現(xiàn)
9、PID運算.閉環(huán)控制.通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復雜的程度，選用中檔或高檔機。其中高檔機主要用于大規(guī)模過程控制.全PLC的分布式控制系統(tǒng)以及整個工廠的自動化。對于工藝過程比較固定.環(huán)境條件較好（維修量較?。┑膱龊?，選用整體式結構PLC。其他情況則選用模塊式結構PLC。3.輸入.輸出功能及負載能力的選擇選擇哪一種功能的輸入.輸出形式或模塊，取決于控制系統(tǒng)中輸入和輸出信號的種類.參數(shù)要求和技術要求，選用具有相應功能的模塊。為了提高抗干擾能力，輸入.輸出均應選用具有光電隔離的模塊。對于輸出形式，分為無觸點和有觸點兩種形式。無觸點輸出大多使用大功率三極管（直流輸出）或雙向可控硅（交流輸出）電路，其優(yōu)點
10、是可靠性高.響應速度快.壽命長，缺點是價格高.過載能力差。有觸電輸出是使用繼電器觸點輸出，其優(yōu)點是適用電壓范圍寬.導通壓降損失小.價格便宜，缺點是壽命短.響應速度慢。此外，還應考慮輸入.輸出的負載能力，要注意承受的電壓值和電流值。應該指出的是，輸出電流值和導通負載電流值是不同的概念。輸出電流值是指每一個輸出點的驅動能力。導通負載電流值是指整個輸出模塊驅動負載時所允許的最大電流值，即整個輸出模塊的滿負荷能力。4.使用環(huán)境條件在選擇PLC時，要考慮使用現(xiàn)場的環(huán)境條件是否符合它的規(guī)定。一般考慮的環(huán)境條件有：環(huán)境溫度.相對濕度.電源允許波動范圍和抗干擾等指標。2.3.2 所選類型PLC的技術參數(shù)根據(jù)以
11、上PLC的選型原則，再結合設計任務要求。本次設計PLC選用的是三菱FX2N系列的PLC，F(xiàn)X2N系列PLC是FX系列中最高級的模塊。它擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，F(xiàn)X2N是從16到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案。說明: I/O范圍，16-256點（基本單元：16/32/48/64/80/128點）。高速演算：基本命令：0.8us/命令。應用命令：1.52-數(shù)100us/命令。寬裕的記憶體容量：內藏8K EEPROM，最大可擴充至16K。2.4 十字路口交通信號燈PLC的接線圖和接線電路設計2.4.1 十字路口交通信號燈PLC的I/O分配表表2.1 I/O
12、分配表2.4.2 十字路口交通信號燈的外部接線圖設計十字路口交通信號燈接線圖如圖2.4所示：圖2.4 十字路口交通信號燈接線圖第3章 十字路口交通信號燈PLC系統(tǒng)的程序設計3.1 常用梯形圖的設計方法常見的設計方法包括翻譯法，啟-保-停，邏輯代數(shù)法，時序圖，SFC圖，模塊法。在系統(tǒng)設 計中對不同的環(huán)節(jié)，可根據(jù)具體情況，采用不同的設計方法。通常在全局上采用程序框圖及功能模塊方法設計；在舊設備改造中，采用替代法設計；在局部或具體功能的程序設計上，采用邏輯代數(shù)法和經驗法。3.2 PLC內部繼電器的分配PLC內部繼電器包括內部輔助繼電器(M)和內部狀態(tài)繼電器。（1）PLC內部有很多輔助繼電器。輔助繼電
13、器的線圈與輸出繼電器一樣，由PLC內各軟元件的觸點驅動。輔助繼電器的動合和動斷觸點使用次數(shù)不限，在PLC內可以自由使用。但是，這些觸點不能直接驅動外部負載，外部負載的驅動必須由輸出繼電器執(zhí)行。在邏輯運算中經常需要一些中間繼電器作為輔助運算用。這些元件不直接對外輸入、輸出，但經常用作狀態(tài)暫存、移位運算等。它的數(shù)量比軟元件X、Y多。內部輔助繼電器中還有一類特殊輔助繼電器，它有各種特殊功能，如定時時鐘、進/借位標志、啟動/停止、單步運行、通信狀態(tài)、出錯標志等。FX2N系列PLC的輔助繼電器按照其功能分成以下三類。a.通用輔助繼電器M0M499（500點） 通用輔助繼電器元件是按十進制進行編號的，F(xiàn)X
14、2N系列PLC有500點，其編號為M0M499。b.斷電保持輔助繼電器M500M1023（524點） PLC在運行中發(fā)生停電，輸出繼電器和通用輔助繼電器全部成斷開狀態(tài)。再運行時，除去PLC運行時就接通的以外，其它都斷開。但是，根據(jù)不同控制對象要求，有些控制對象需要保持停電前的狀態(tài)，并能在再運行時再現(xiàn)停電前的狀態(tài)情形。斷電保持輔助繼電器完成此功能，停電保持由PLC內裝的后備電池支持。c.特殊輔助繼電器M8000M8255（256點） 這些特殊輔助繼電器各自具有特殊的功能，一般分成兩大類。一類是只能利用其觸點，其線圈由PLC自動驅動。例如：M8000（運行監(jiān)視）、M8002（初始脈沖）、M8013
15、（1s時鐘脈沖）。另一類是可驅動線圈型的特殊輔助繼電器，用戶驅動其線圈后，PLC做特定的動作。例如，M8033指PLC停止時輸出保持，M8034是指禁止全部輸出，M8039是指定時掃描。（2）內部狀態(tài)繼電器是PLC在順序控制系統(tǒng)中實現(xiàn)控制的重要內部元件。它與后面介紹的步進順序控制指令STL組合使用，運用順序功能圖編制高效易懂的程序。狀態(tài)繼電器與輔助繼電器一樣，有無數(shù)的動合觸點和動斷觸點，在順控程序內可任意使用。狀態(tài)繼電器分成四類，其編號及點數(shù)如下：初始狀態(tài)：S0S9（10點）；回零：S10S19（10點）；通用：S20S499（480點）；保持：S500S899（400點）；報警：S900S9
16、99（100點）。有關狀態(tài)繼電器的應用，參考項目十STL指令的內容。3.3 十字路口交通信號燈PLC系統(tǒng)的SFC圖、梯形圖及指令表3.3.1 十字路口交通信號燈PLC控制的SFC圖SFC圖如圖3.1所示：圖3.1 交通信號燈SFC圖3.3.2 十字路口交通信號燈梯形圖設計梯形圖如附錄1所示3.3.3 十字路口交通信號燈指令表指令表如附錄2所示3.4 在實驗室的調試和仿真3.4.1 調試中遇到的問題及解決方法1.在開始階段按下起動按鈕后無法實現(xiàn)黃燈閃爍。措施：用計時器的常閉觸點放在前面，實現(xiàn)當計時完后常閉觸點自動斷開，實現(xiàn)復位，這樣就可以實現(xiàn)自動置位、復位，達到循環(huán)計時的目的。2.程序進入正常時
17、段后，停留在正常時段循環(huán)中，即使計數(shù)完畢，但下面的計數(shù)器無法計數(shù)，程序無法前進。要使計數(shù)器導通，就要在計數(shù)完畢后使其有個通斷過程，產生脈沖使其計數(shù)。3.4.2 仿真結束語經過本次課程設計，讓我更加深刻的學習和鞏固了電氣控制及PLC這門課程，不僅從理論上掌握了課堂上沒有學懂的知識，還從實踐中拓寬了我的知識面，讓我對我們專業(yè)的知識有了更加全面的認識，更加清晰的認識到我們專業(yè)知識的實用性是如此的強，可以通過平時學的知識自己設計很多有意思的電子產品，不僅能培養(yǎng)我們的興趣愛好，更對我們今后的發(fā)展起到至關重要的作用。在這次課程設計中遇到了很多問題，也獲得了很多意想不到的知識。在每次突破一個問題后都有種久違
18、的滿足感，甚至對每發(fā)現(xiàn)一個問題都有種莫名的興奮。雖然這次的課程設計整整花了我一個星期的時間，每天從早到晚，頭腦中就只有這個設計，甚至屢次因為忙于修改方案，調試程序，想解決問題的方法而忘記吃飯、休息，這種感覺不像高中時段那樣被人追著學習，而這是自主的去思考突破，是自身的能動力起了作用。因此，這次的課程設計很有意義，感謝我們院上的領導為我們精心安排了這次課程設計，讓我們在短時間內掌握了很多知識，以及知識以外的許多東西，比如吃苦耐勞的精神、鉆研問題的韌勁等等，在此特別感謝我們PLC課程的陸秀令老師每天來到教室為我們傳授他豐富的知識和經驗，感謝陸老師的悉心教導才有了我們的設計取得突破性進展。參考文獻1
19、陳立定，吳玉香，蘇開才電氣控制與可編程控制器廣州：華南理工大學出版社，2001 （介紹西門子S7系列PLC）2金廣業(yè)，李景學編可編程序控制器原理與應用北京：電子工業(yè)出版社，1991 （TP301/5） （著重介紹PLC的內部結構及編程技巧）3 鐘肇新，彭侃可編程控制器原理及應用（第3版）廣州：華南理工大學出版社，2005 4陸島編工業(yè)電腦的安裝與使用北京：印刷工業(yè)出版社，1994 （TP305/1） （介紹日本立石公司OMRON（又稱歐姆龍）C系列PLC）5楊振興，陳登順可編程序控制器原理和應用長沙：中南工業(yè)大學出版社，1993（介紹三菱F1、F2、A系列PLC及與PLC與計算機的通訊）6呂景
20、泉可編程控制器技術教程北京：高等教育出版社，2001（介紹西門子S7系列PLC）7胡學林可編程控制器應用技術北京：高等教育出版社，2001（介紹日本立石公司OMRON（又稱歐姆龍）SYSMAC-C系列PLC）8郁漢琪機床電氣及可編程序控制器實驗、課程設計指導書北京：高等教育出版社，2001 9 鄭忠等編.新編工廠電氣設備手冊. 北京：兵器工業(yè)出版社，199410 刑郁甫、楊天民、趙積善編.新編實用電工手冊, 北京：地質出版社，1997 11工廠常用高低壓電氣設備手冊增補本12工廠常用高低壓電氣設備手冊上下冊附 錄 1十字路口交通信號燈的程序梯圖湖南工學院課程設計（論文）附 錄 2- 6 -湖南工學院課程設計（論文）I/O指令表- 2 -
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