PLC 课程设计模板.docx

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PLC课程设计模板

长春建筑学院电气信息学院

课程设计

课程名称：

电气控制与可编程控制技术

设计题目：

基于PLC的交通灯设计

*********

学生学号：

*********

专业班级：

自动化1201

指导教师：

***

起止日期：

2015.11.9～2015.12.4

学生姓名

班级

学号

设计期间表现

总评

指导

教师

综合

评语

成绩

指导教师

第1章设计目的

在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

美国首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称PC。

但是为了避免与个人计算机的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。

PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,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。

交通信号灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。

为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。

用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。

分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。

.

第2章设计要求

由于PLC具有对使用环境适应性强的特性,同时其内部定时器资源十分丰富,可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制,特别对多岔路口的控制可方便地实现。

因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。

同时,PLC本身还具有通讯联网功能,将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的PLC设计方案。

可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。

随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。

本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制,用组态王软件或WinCC组态软件在计算机屏幕上设计交通灯监控界面。

在界面上能实现启动|停控制，在控制屏上也能实现启动|停控制。

控制对象有八个：

东西方向红、黄、绿灯各两个，南北方向红、黄、绿灯各两个，以及东西方向左转弯绿灯和南北方向左转弯绿灯各两个。

第3章总体方案

1． PLC的硬件结构 

PLC 实质是一种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。

其结构如图2-1所示。

  中央处理单元（CPU）是PLC 的控制中枢，它按照PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器I/O以及警戒定时器的状态；并能诊断用户程序中的语法错误。

当PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O 映象区或数据寄存器内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。

如图：

2． PLC的工作原理  

它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。

PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。

用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，

就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。

PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。

PLC的硬件系统结构如下图所示：

PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。

即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。

然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。

在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

 PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段.PLC在输入采样阶段：

首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。

随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：

按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：

当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

3.程序内容设计

PLC程序设计方法与嵌入式计算机汇编语言编程方法相类似，编程工作主要对硬件进行控制，因此程序设计必须在硬件设计基本完成以后进行。

程序设计需要完成的内容为：

程序设计前对系统的理解和技术准备工作；程序框图设计；编写程序；模拟仿真和测试；编写程序说明书。

1.程序设计前对系统的理解和技术准备工作程序设计准备工作可分为4个方面：

（1）了解系统概况，对系统有整体概念，通过系统设计方案和软件规格说明书了解控制系统的全部功能、操作方式、输入采样方式和数量、输出信号种类和数量、特殊功能接口、互连设备关系、通信内容及方式等。

（2）熟悉被控制对象，熟悉生产工艺说明书，信号响应要求、信号用途，确定检测设备和控制设备的物理位置，深入分析和理解每一个检测信号和控制信号的形式、功能、规模、相互关系和可能出现的问题。

（3）硬件电路设计的详细分析，化整为零，分析每一部分硬件电路的原理、结构、作用及特点。

对生疏的电路还要做出单独的实验程序对控制方式的可行性进行验证。

（4）软件工具的运用，充分利用计算机资源，利用编程软件、仿真软件及组态软件等。

利用可编程软件可在编程过程中找出错误并提示使用者。

2.程序框图设计根据软件设计规格书的总体要求和控制系统具体情况，确定应用程序的基本结构，按计算机程序设计标准绘制结构框图，同时结合工艺要求，绘制出各个功能单元的详细功能框图。

3.编写程序编写程序就是根据程序框图逐条地编写程序，编写程序是程序设计工作的核心内容。

梯形图语言是最普遍使用的编程语言，其特点是直观、易懂。

在编写程序时可借助典型电路及梯形图例子并且避免重复低水平的设计工作。

注意编程时随书写程序注释，以便阅读和调试。

4.模拟仿真和测试利用仿真软件对流程框图的线路进行搜索，并可检测和测试程序。

程序的许多功能是在测试中修改和完善的。

现场测试时要把现场现场的高压、大电流与PLC区隔离开来，当一切正常后再分段接通实际电路，避免相互关联影响而损坏硬件设备。

5.编写程序说明书程序说明书是对程序的综合说明，是整个程序设计工作的总结，程序说明书是使用者操作和调试系统的依据，程序说明书也是系统设计的重要组成部分，因此程序说明书必须要符合操作要求、工艺流程和控制要求。

PLC程序设计流程图

4. I/O分配表

序号

输入设备

端号

输出设备

端号

1

启动按钮SB1

Ｘ0

南北绿灯

Y000

2

南北黄灯

Y001

3

南北红灯

Y002

4

南北左转向灯

Y003

5

东西绿灯

Y004

6

东西黄灯

Y005

7

东西红灯

Y006

8

东西左转向灯

Y007

表I/O分配表

通过上述的分析，可以看到，系统需要1个输入和7个输出，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，可以选择FX2-48MR型PC机。

5PLC智能化控制交通灯的方法

传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发 生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控 制灯实现模糊控制传统的十字路口交通控制灯，通常是事先经过交通流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿 灯的延时预先设置好。

然而实际上交通流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、适用的方案，仍然会发 生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交 通现状，需要有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。

而模糊控制恰恰具有这方面的优势。

此系统就是应用可编程序控制器（PLC）对十字路口交通控制灯实现模糊控制此控制系统的输入量是指十字路口各方向上车辆数的动态变化量。

具体由传感器采集后送入可编程序控制器。

在十字路口的四个方向（E、S、W、N）的近端J（斑马线附近）和远端Y（距斑马线约100米处）各设置一个传感器，分别统计通过该处的车辆数。

如图

近端的传感器用于记录绿灯期间通过路口的车辆数（记为x）；远端的传感器用于记录红灯期间进入路口排队等候的车辆数（记为y）。

为了简化运算，可以将两个相对的方向（n与s、w与e）的x、y值合并为一组，分别取两个方向之最大者。

由于该系统控制的设计要求很高，涉及范围较广要有很好的单片机知识，所以只能简要概述一下。

第4章具体实现

1. 交通信号灯控制的实现 

1.1 控制要求 

信号灯受启动开关控制。

当启动开关接同时，信号灯系统开始工作，先南.北红灯亮，在东.西绿灯亮。

当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。

（1）南.北绿灯和东.西绿灯不能同时亮，如果同时亮则应关闭信号灯系统，并立刻报警。

（2）南.北红灯亮维持25s，在南.北红灯亮的同时东.西灯也亮，并维持20s，到20s时，东.西绿灯闪亮，闪亮3s 后熄灭。

在动系绿灯熄灭时，东.西黄灯亮，并维持2s。

到2s时，东.西黄灯熄灭 ，东.西红灯亮。

同时，南.北红灯熄灭，绿灯亮。

 （3）东.西红灯亮维持30s，南北绿灯亮维持25s，然后闪亮3s后熄灭，同时南.北黄灯亮，维持2s后熄灭，这时南.北红灯亮，东.西绿灯亮。

 （4）上述动作循环进行。

1.2 交通灯工作时序图

交通灯的版面示意图

该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其标号分别为MG、MY、MR和SG 、SY、SR。

其中，其中，交通灯选用5V直流电，COM端为交通灯的公共端。

而灯与程控器之间的接线图如下

灯与程控器接线图

 从上图可看出，控制器的公共端接5V电源的负极，而灯的公共端接电源的正端，灯的另一端接到程控器的输出端，如Y000，Y001 „„ 等。

1.3 梯形图 

1.4 指令表

总结

PLC具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富。

可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。

因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。

同时,PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理,可缩短车辆通行等候时间,实现科学化管理。

PLC可编程序控制器是以微处理器为基础,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。

本设计是用PLC来实现对十字路口交通信号灯的控制，其控制方法是采用西门子的S7-300PLC对东西南北的红、黄、绿灯实现有规律的循环闪亮，以达到对交通信号灯的控制。

控制过程中采用了顺序控制设计法用了六个计数器分时段分频率自动实现对八个控制对象的控制。

控制程序包括有顺序功能图（SFC）、梯形图（LAD）、指令表（STL）。

系統调试运行是用组态软件进行仿真的，最终经过多次调试实现了我们所需的全部设计要求。

心得体会

通过这次设计，我对PLC设计控制有了深刻的认识，对以前学的PLC又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知。

交通灯的调试是在组态软件上进行仿真的，与现实还存在一定的差距。

从仿真的结果来看，基本的功能都实现了，但设计也存在一些不足,不能满足现实需求，希望今后的设计者能在此基础上增添一些功能，如:

根据车流量来控制交通灯的时间。

希望这个问题在以后的设计中得到解决。

设计最核心的部分是程序的编写，编写的过程中我发现了很多问题，在编写时，有些语句看似没问题，可就是运行不到想要的结果，经过反复的修改后，程序才能正常运行。

这次的设计也让我们增长了实践技能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益匪浅。

最后，我们觉得，不见风雨，怎么能见彩虹呢？

我把体会用十个字概括：

天下无难事，只怕有心人 。

一次又一次的学习，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于领会到成功的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的成功与失败更加肯定了我们的研究成果。

兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培养出来的。

当前的社会，科技迅速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我们新的力量去打造一片创新的领域。

参考文献

[1]俞国亮.原理及应用.[M].清华大学出版社，2005 

[2]李伟 .机床电器与PLC.[M].西安.西安电子科技大学出版社，2006 

[3]台方 .可编程序控制器应用教程.[M].北京.中国水利水电出版社，2001 

[4]常斗南 .可编程序控制器.原理·应用.[M].实验北京.机械工业出版社，1998

[5]廖常初 .PLC基础及应用.[M].北京.机械工业出版社， 2004

[6]廖常初.PLC编程及应用.[M].北京.机械工业出版社，2010 

[7]田淑珍.S7-300 PLC原理及应用 [M].北京.机械工业出版社，2009 

[8]张运刚等.PLC技术与应用 [M].北京.人民邮电出版社，2011