PLC课程设计交通灯教学内容

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。PLC课程设计交通灯电气与电子信息工程学院电气控制与PLC课程设计设计题目：交通信号灯的设计专业班级：电气工程及其自动化2010（专升本）班学号：201020210105姓名：杨中刚指导教师：高海洲胡蔷设计时间：2011/5/32011/5/13设计地点：K3218PLC实验室电气控制与PLC课程设计成绩评定表姓名杨中刚学号201020210105课程设计题目：交通信号灯的设计课程设计答辩或质疑记录：FX2N系列PLC的特点是什么？答：系统配置既固定又灵活，编程简单，指令丰富，品种丰富，高性能，高速运算

2、，多种特殊用途。PLC主要抗干扰措施？答：（1）电源的合理处理，抑制电网引入的干扰（2）安装与布线（3）正确选择接地点，完善接地系统成绩评定依据：课程设计考勤情况（20）：课程设计答辩情况（30）：完成设计任务及报告规范性（50）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：2011年5月20日课程设计任务书20102011学年第2学期学生姓名：杨中刚专业班级：电气工程及其自动化2010（专升本）班指导教师：高海洲胡蔷工作部门：电气学院电气自动化教研室一、课程设计题目电气控制与PLC课题2：交通信号灯的设计二、课程设计内容（含技术指标）课题2：交通信号灯的设计用PLC实验装置设

3、计交通信号灯系统。要求如下：信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，数码管开始倒计时（注：THPLC-A型无此功能），且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。且要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭

4、系统，并立刻报警。三、进度安排设计前准备1天硬件电路设计及方案论证1天控制程序设计2天硬件电路调试1天控制程序调试3天考核，撰写设计报告2天合计10天四、基本要求设计报告：不少于8000字，A4幅面，统一复印封面。封面、课程设计任务书摘要，关键词（中英文）目录方案选择，方案论证系统功能及原理。（系统组成框图、电路原理图）各模块的功能，原理，器件选择结果分析设计小结附录参考文献五、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值设计过程考勤、自行设计、按进度完成任务等情况20分设计报告完成设计任务、报告规范性等情况50分答辩回

5、答问题情况30分90100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格六、课程设计参考资料1PLC编程及应用，廖常初主编,第3版，北京，机械工业出版社2可编程序控制器应用技术,廖常初编，（14版）,重庆大学出版社3求是科技主编PLC应用开发技术人民邮电出版社20054戴一平主编可编和控制器技术及应用机械工业出版社20045PLC原理及应用俞国亮主编，清华大学出版社，20056可编程控制器及其系统邹金慧主编，重庆大学出版社，2002摘要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

6、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重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，自80年代后期,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。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，缓解交通拥堵状况，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。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器实现，结构复杂，可靠性低，故障率高,较难实现功能的变更。而可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，具有可靠性高，控制功能强，使用灵活方便等优点。特别是由PLC实现的控制系统，普遍采用依据继电接触器控制系统电气

7、原理图编制的梯形图语言进行程序设计，结构简单，抗干扰能力强，运行稳定可靠，可方便地设置定时时问，编程容易，功能扩展方便，修改灵活等，并且有完善的自诊断和显示功能，维修工作极为简单。本文就是基于可变成控制通过调试完成对交通信号灯的控制设计。关键词：可编程控制器；交通灯；设计；AbstractAlongwiththedevelopmentofthesocietyeconomy,thecitytransportationproblemcausespeoplesconcernmoreandmore.Thecoordinationoftheperson,car,andtheroadthreesrelat

8、ion,havebecomeoneoftheimportantproblemsthatthetransportationmanagementsectiondemandresolve.Thecitytransportationcontrolsystemisthecalculatorthatusedforthecitytransportationdatamonitor,thetransportationsignalbeaconcontrolandtransportationtoappeasecomprehensivemanagementsystem,itisinthemoderncitytrans

9、portationsupervisionconductorsystemtoconstitutepartmostimportantly.Becauseofthefeaturesincludingvisualprocedures,goodreadability,easytomodifyparametersetc.ButprogrammableprefacecontrollerPLCisprovedthatthiscontrolsystemhasmanyadvantagessuchasreliableoperationandsmallmaintenanceworkloadafterputtingin

10、tooperation.Anditalsorealizedtheautomaticandscientificoperations.Ithashighreferencevalue.Therefore,IchoosetousePLCtocarryoutthedesignofthesystemfunction,completionoriginallytimethelessonestablishoftopic.Keywords:ProgrammableLogicController;Transportationlight;Design;TOCo1-3hzuHYPERLINKl_Toc293391894

11、1PLC简介PAGEREF_Toc293391894h1HYPERLINKl_Toc2933918951.1PLC的概述PAGEREF_Toc293391895h1HYPERLINKl_Toc2933918961.2PLC结构及其工作原理PAGEREF_Toc293391896h2HYPERLINKl_Toc2933918971.2.1PLC结构PAGEREF_Toc293391897h2HYPERLINKl_Toc2933918981.2.2PLC的工作原理PAGEREF_Toc293391898h2HYPERLINKl_Toc2933918992总体方案论证PAGEREF_Toc29339

12、1899h2HYPERLINKl_Toc2933919002.1PLC控制交通灯设计要求PAGEREF_Toc293391900h2HYPERLINKl_Toc2933919012.2PLC型号选择PAGEREF_Toc293391901h3HYPERLINKl_Toc2933919022.3三菱FX系列PLC的概述PAGEREF_Toc293391902h4HYPERLINKl_Toc2933919032.4FX2N系列PLC的特点PAGEREF_Toc293391903h4HYPERLINKl_Toc2933919043PLC编程PAGEREF_Toc293391904h4HYPERLIN

13、Kl_Toc2933919053.1I/O端口分配PAGEREF_Toc293391905h4HYPERLINKl_Toc2933919063.2PLC硬件接线图PAGEREF_Toc293391906h5HYPERLINKl_Toc2933919073.3状况转移图PAGEREF_Toc293391907h5HYPERLINKl_Toc2933919083.3.1状态表PAGEREF_Toc293391908h5HYPERLINKl_Toc2933919093.4梯形图及指令表PAGEREF_Toc293391909h7HYPERLINKl_Toc2933919104PLC工作稳定性及抗干扰

14、措施PAGEREF_Toc293391910h9HYPERLINKl_Toc2933919114.1工作环境PAGEREF_Toc293391911h9HYPERLINKl_Toc2933919124.2控制系统中干扰及其来源PAGEREF_Toc293391912h10HYPERLINKl_Toc2933919134.3主要抗干扰措施PAGEREF_Toc293391913h11HYPERLINKl_Toc2933919145总结PAGEREF_Toc293391914h12HYPERLINKl_Toc293391915参考文献PAGEREF_Toc293391915h131PLC简介1.1

15、PLC的概述可编程控制器（ProgrammableController）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（ProgrammableLogicController），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（PersonalComputer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。60年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。当时汽车的每一次改型都直接导致继电器控制装置的重新设

16、计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常地重新设计和安装，十分费时，费工，费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：1、编程方便，现场可修改程序；2、维修方便，采用模块化结构；3、可靠性高于继电器控制装置；4、体积小于继电器控制装置；5、数据可直接送入管理计算机；6、成本可与继电器控制装置竞争；7、输入可以是交流115V；8、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；9、在扩展时，原系统只要很小变更；10、用户程序存储器容量至

17、少能扩展到4K。1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制。于1977年开始工业应用。1.2PLC结构及其工作原理1.2.1PLC结构PLC实质是一种

18、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。输入接口部件中央处理单元CPU板电源部件接口部件输出接受驱动现场信号受控元件图1.2-1PLC的基本结构框图1.2.2PLC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

19、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总体方案论证2.1PLC控制交通灯设计要求图2.1-1PLC控制交通灯设计版面图信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，数码管开始倒计时（注：THPLC-A型无此功能），且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄

20、灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。且要求南北绿灯和东西绿灯不能同时亮，否则关闭系统，并立刻报警。图2.1-2交通控制状态图2.2PLC型号选择通过上面对系统设计的要求，可以看到要实现如此一个信号灯控制，首先要设置相应的系统启动按钮作为系统的输入控制。其他的就是输出信号了，主要就是各个信号灯的控制输出了。总的有车行灯的绿灯、黄灯、红灯和人行灯的绿灯、红灯。通过上述的分析，可以看到，系统需要1个输入和6个输

21、出，对于这样一个小型的系统可以选择一些小型PLC就可以满足需求，本次设计中我们选择的是三菱FX2N系列PLC。2.3三菱FX系列PLC的概述FX系列PLC是日本三菱公司继F1、F2系列PLC之后推出的小型机。它同时具有单元式PLC的简单易用和模块、式PLC的功能强大、配置灵活的优点，其机型种类较多，主要有FX0S、FX0N、FX1、FX1N、FX2、FX2N、FX2NC等。系统配置既固定又灵活，基本上能满足各种工业控制要求。当控制要求较简单时，可选用容量较小的FX0S或FX0N机型；当控制要求较复杂时，可选用性能高、处理速度快、容量大的FX2N或FX0N机型。FX2N系列是小型化、高速度、高性

22、能等很多方面都是相当于FX系列中最高档次的超小型程序装置。除输入输出16-256点的独立用途外，还可以适用于多个基础组件间的连接、模拟控制、定位控制等特殊用途，是一套可以满足广泛需要的PLC。2.4FX2N系列PLC的特点（1）系统配置既固定又灵活：可进行16-256点的灵活输入输出组合。可连接扩展模块，包括FX0N系列扩展模块。（2）编程简单，指令丰富：功能指令种类多，有高速处理指令、便利指令、数据处理、特殊用途指令等。（3）品种丰富：可选用16/32/48/64/80/128/点的主机，可以采用最小8点的扩展模块进行扩展。也可根据电源及输入输出形式，自由选择。（4）高性能：内置程序容量80

23、00步，最大可扩充至16K步，可输入注释，还有丰富的软主件。（5）高速运算:1个指令的运行时间，基本指令只需0.08us，应用指令在1.52us至几百微秒之间。（6）多种特殊用途:FX2N系列中，1台基本单元最多可连接8台扩展模块或特殊功能模块，连接上相当的特殊功能模块后，可应用在模拟控制、定位控制等特殊场合。3PLC编程3.1I/O端口分配表1人行道与车行道红绿灯PLC控制的I/O端口分配图输入输出名称输入点名称输出点启动按钮SB0X5车道红灯HL0Y30车道黄灯HL1Y31车道绿灯HL2Y32人行道红灯HL3Y33人行道绿灯HL4Y343.2PLC硬件接线图SB0X5COMCOMY30Y3

24、1Y32Y33Y34HL0HL1HL2HL3HL43.3状况转移图3.3.1状态表人行道与车道红绿灯PLC控制的状态表如表3.3.1-1表2人行道与车道红绿灯PLC控制的状态表工步号状态号状态输出/状态功能状态转移原位S0PLC初始化X5：S0-S20S0-S30第1工步S20Y32得电，车行灯绿灯亮T20：S20-S21S30Y33得电，人行灯红等亮T22：S30-S31第2工步S21Y31得电，车行灯黄灯亮T21：S21-S22第3工步S22Y30得电，车行灯红灯亮T26：S22-S0第4工步S31Y34得电，人行灯绿灯亮T23：S31-S32第5工步S32Y34失电，人行灯绿灯暗T25：

25、S32-S33S33Y34得电，人行灯绿灯亮T24：S33-S32C0：S33-S34第6工步S34Y33得电，人行灯红灯亮T26：S34-S0按表3.3.1-1人行道与车行道红绿灯PLC控制的状态表，可以画出等效的并行结构SFC图如下所示。图3.3.1-1状况转移图3.4梯形图及指令表梯形图和指令表如下表所示功能说明：实现图所示的动作要求的梯形图。用定时器T24和T25分别表示人行道绿灯闪光时的接通和断开时间，即闪光时，绿灯（Y34）接通0.5s，断开0.5s，其闪光次数（5次）用计数器C0来计数。当一个周期执行完时，定时器T26的常闭触点断开，使M8002线圈断开，从而使各定时器（T20-

26、T26）和计数器C0均复位，T26的常闭触点又闭合，重复执行上一周期的动作过程。4PLC工作稳定性及抗干扰措施PLC是一种用于工业生产自动化控制的设备，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工业环境中使用。然而，尽管有如上所述的可靠性较高，抗干扰能力较强，但当生产环境过于恶劣，电磁干扰特别强烈，或安装使用不当，就可能造成程序错误或运算错误，从而产生误输入并引起误输出，这将会造成设备的失控和误动作，从而不能保证PLC的正常运行，要提高PLC控制系统可靠性，一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力；另一方面要求设计、安装和使用维护中引起高度重视，多方配合才能完善解决问题，有效地增强系统的抗干扰性

27、能。因此在使用中应注意以下问题。4.1工作环境（1）温度：PLC要求环境温度在055oC，安装时不能放在发热量大的元件下面，四周通风散热的空间应足够大。（2）湿度：为了保证PLC的绝缘性能，空气的相对湿度应小于85%（无凝露）。（3）震动：应使PLC远离强烈的震动源，防止振动频率为1055Hz的频繁或连续振动。当使用环境不可避免震动时，必须采取减震措施，如采用减震胶等。（4）空气：避免有腐蚀和易燃的气体，例如氯化氢、硫化氢等。对于空气中有较多粉尘或腐蚀性气体的环境，可将PLC安装在封闭性较好的控制室或控制柜中。（5）电源：PLC对于电源线带来的干扰具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或电源干扰

28、特别严重的环境中，可以安装一台带屏蔽层的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰。一般PLC都有直流24V输出提供给输入端，当输入端使用外接直流电源时，应选用直流稳压电源。因为普通的整流滤波电源，由于纹波的影响，容易使PLC接收到错误信息。4.2控制系统中干扰及其来源现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见也是最易影响系统可靠性的因素之一，所谓治标先治本，找出问题所在，才能提出解决问题的办法。因此必须知道现场干扰的源头。（1）干扰源及一般分类：影响PLC控制系统的干扰源，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，其原因是电流改变产生磁场，对设备产生电磁辐射；磁场改变产生电流，电磁高速产生电磁波。通常电磁干扰

29、按干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压叠加所形成。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流，亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种干扰叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。（2）PLC系统中干扰的主要来源及途径强电干扰：PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在

30、线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源源边。柜内干扰：控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。来自信号线引入的干扰：与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损

31、伤。来自接地系统混乱时的干扰：接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。来自PLC系统内部的干扰：主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。变频器干扰一是变频器启动及运行过程中产生谐波对电网产生传导干扰，引起电网电压畸变，影响电网的供电质量；二是变频器的输出会产生较强的电磁辐射干扰，影响周边设备的正常工作。4.3主要抗干扰措施（1）电源的合理处理，抑制电网

32、引入的干扰对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。如图1所示（2）安装与布线动力线、控制线以及PLC的电源线和I/O线应分别配线，隔离变压器与PLC和I/O之间应采用双胶线连接。将PLC的IO线和大功率线分开走线，如必须在同一线槽内，分开捆扎交流线、直流线，若条件允许，分槽走线最好，这不仅能使其有尽可能大的空间距离，并能将干扰降到最低限度。PLC应远离强干扰源如电焊机、大功率硅整流装置和大型动力设备，不能与高压电器安装在同一个开关柜内。在柜内PLC应远离动力线（二者之间距离应大于200mm）。与PLC装

33、在同一个柜子内的电感性负载，如功率较大的继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。PLC的输入与输出最好分开走线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送应采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地，接地电阻应小于屏蔽层电阻的1/10。交流输出线和直流输出线不要用同一根电缆，输出线应尽量远离高压线和动力线，避免并行。（3）I/O端的接线输入接线：输入接线一般不要太长。但如果环境干扰较小，电压降不大时，输入接线可适当长些。输入/输出线不能用同一根电缆，输入/输出线要分开。尽可能采用常开触点形式连接到输入端，使编制的梯形图与继电器原理图一致，便于阅读。输出连接：输出端接线分为独立输出和公共输出。在不同

34、组中，可采用不同类型和电压等级的输出电压。但在同一组中的输出只能用同一类型、同一电压等级的电源。由于PLC的输出元件被封装在印制电路板上，并且连接至端子板，若将连接输出元件的负载短路，将烧毁印制电路板。采用继电器电源输出时，所承受的电感性负载的大小，会影响到继电器的使用寿命，因此，使用电感性负载时应合理选择，或加隔离继电器。PLC的输出负载可能产生干扰，因此要采取措施加以控制，如直流输出的续流管保护，交流输出的阻容吸收电路，晶体管及双向晶闸管输出的旁路电阻保护。（4）正确选择接地点，完善接地系统良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在