PLC交通灯课程设计报告(三菱FX系列)-副本解读

1、HUB(lV 01 SClfWCE AHO TECHNOLC*PLCiM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1 绪论 32 PLC及PLC简介 32.1 PLC 简介32.2 PLC的一般结构 42.2.1 可编程控制器的结构分类 42.2.2 可编程控制器的配置 51.4 PLC的应用领域 61.5 PLC的发展趋势 73 系统总体方案及硬件设计 73.1 系统总体方案73.1.1 设计目的 73.1.2 设计任务及要求 73.1.3 设计思路 83.2 硬件设计84 交通灯

2、的软件设计 94.1 顺序功能图 94.2 交通灯工作时的程序 105 交通灯的仿真 116 总 结 12参考文献 13湖北科技学院 PLC课程设计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，在高速公路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况

3、。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，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

4、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。2 PLC及PLC简介2.1 PLOW 介可编程控制器简称 一一PLC是以微处

5、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。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，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

6、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

7、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超大型64点以下64128 点

8、128 512 点512 8192 点8192点以上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：接受输现场信号入 接口 部 件图2-2基本构成2.3 PLC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

9、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，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

10、制、温度控制、 CN%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PLC 作为通用工业控制计算机，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

11、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

12、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

13、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、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.

14、5 PLC的发展趋势(1)向高速度、大容量方向发展为了提高PLC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

15、设计3.1 系统总体方案3.1.1 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行的时间多一倍。其控制要求

16、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。3.2券1黄1南北向黄2东西向红2£图1硬件设计91.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/黑位开关SX2绿1HL3Y2红2HL4Y3黄2HL5Y4绿2HL6Y5湖北科技学院 PLC课

17、程设计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:绿1、红2亮黄1闪、红Z亮红1、绿2亮黄2闪、红1亮图3交通灯顺序功能图10湖北科技学院 PLC课程设计4.2 交通灯工作时的程序如图4所示:11图4交通灯程序湖北科技学院 PLC课程设计ii5交通灯的仿真交通灯仿真图:湖北科技学院 PLC课程设计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

18、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