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红绿灯在晚上车辆稀少时
十字路通灯控制模拟_其它_职业教育_教育专区。十字路通灯控制模拟
PLC 课程设计 目录 1. 概述 .................................................................................................................. 1 2. 硬件设计 .......................................................................................................... 2 2.1.控制要求 .................................................................................................. 2 2.2. PLC 介绍 ................................................................................................. 3 2.2.1 PLC 的基本概念 ......................................................................... 3 2.2.2 PLC 的主要特点 ......................................................................... 4 2.2.3 PLC 的结构及其工作原理............................................................ 4 2.4.I/O 分配表 ................................................................................................ 7 2.5.I/O 接线图 ................................................................................................ 8 3. 软件设计 ...................................................................................................... 9 3.1 设计梯形图 .............................................................................................. 9 3.2 设计指令表 ............................................................................................ 12 4. 调试 ................................................................................................................ 15 4.1 . 编程思想 ............................................................................................. 15 4.2. 控制系统的程序调试步骤 .............................................................. 15 4.3. 调试过程遇到的问题及解决方法 .................................................... 15 5. 结束语 ............................................................................................................ 16 6.参考文献 .......................................................................................................... 17 1. PLC 课程设计 1. 概述 十字路通指示灯在日常生活中随处可见，设计安全可靠的交通灯在正常生活中 起着重要作用。应用 PLC 设计满足要求实际要求的十字路口指示灯是一个非常重要的 手段。PLC 是以微处理器为基础，综合了计算机技术.半导体技术.自动控制技术.数字技 术和网络通信技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。PLC 以其可靠性高.灵活性 强.使用方便的优越性，迅速占领了工业控制领域。 本设计介绍了应用 PLC 实现十字路通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的 控制要求分析，对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、 经济、运行可靠，具有很高的实用价值。 1 PLC 课程设计 2. 硬件设计 2.1.控制要求 在十字路口南北方向以及东西方向均设有红，黄，绿 3 只信号灯，6 只信号灯依 一定的时序循环往复工作。 信号灯受电源总开关控制， 接通电源， 信号灯系统开始工作； 关闭电源所有的信号灯都熄灭，程序自动关闭。在晚上车辆稀少时，要求交通灯处于下 班工作状态，即两个方向的黄灯一直闪烁。 在信号灯工作期间， 东西以及南北方向的红灯亮维持 30 秒， 在红灯亮时的后 2s， 东西以及南北方向的黄灯同时闪烁，时间为 2s，东西以及南北方向的绿灯为长亮 25s， 然后闪烁 3s。下图为交通灯示意图 2.2.总体思路 2 PLC 课程设计 东西方向 信号灯 信 号 时 间 信号灯 信 号 时 间 绿 灯 绿灯闪 黄 灯 亮 亮 亮 25s 3s 红灯亮 黄灯亮 2s 2s 绿灯亮 25s 红灯亮 黄灯亮 2s 30s 绿灯闪亮 3s 黄灯亮 2s 南北时间 上表显示了交通灯控制具体要求 启动 I0.0 东西绿灯 Q4.0 东西黄灯 Q4.1 东西红灯 Q4.2 南北绿灯 Q4.3 南北黄灯 Q4.4 南北红灯 Q4.5 30s 此图为交通灯时序图 25s 3s 2s 2.2. PLC 介绍 2.2.1 PLC 的基本概念 可编程控制器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(Programmable Logic Controller)，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。PLC 自 1966 年出现，美国，日本，德国的可编程控制器质量优良，功能 强大。 国际电工委员会（IEC）先后颁布了 PLC 标准的草案稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业 3 PLC 课程设计 环境应用而设计的。它采用一种可编程的存储器，用于存储程序、执行逻辑运算、顺序 控制、定时以及计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式 I/O 控制各种 类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设，都按易于与工业控制系统联 成一个整体，易于扩充其功能的原则设计” 。 2.2.2 PLC 的主要特点 1.可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采 用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。 2.控制系统结构简单，通用性强 在 PLC 控制系统中，只需要在 PLC 输入/输出端子上接入相应的信号线即可，不需 要连接如继电器之类的低压电器和大量而又复杂的硬件接线线路，大大简化了控制系统 的结构。 3.编程方便，易于使用 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设。它接口容易，编程语 言易于为工程技术人员接受。 4.体积小，维护操作方便 PLC 体积小，质量轻，便于安装，不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接 运行。 2.2.3 PLC 的结构及其工作原理 1. PLC 的基本结构 主机 电源 用 户 输 入 设 编程器 输 入 单 元 微 处 理 器 (CPU) 运算器 控制器 输 出 单 元 用 户 输 出 设 外部设 盒式磁带机 打印机 EPROM 写 入 器 图形监控系统 PLC 或 上 位 计 算 机 外设 I/O 接口 I/O EPROM RAM 扩展 (系 统 程 序 ) (用 户 程 序 ) 接 口 存储器 I/O 扩展 接口 4 PLC 课程设计 PLC 专为工业现场而设计，采用了典型的计算机结构，它主要由 CPU、电源、存储 器和专门设计的输入/输出接口电路等组成。 1.中央处理器(CPU) 中央处理器(CPU)一般由控制器运算器和寄存器组成。它们都集成在一个芯片内， CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与存储单元输入/输出接口电路相连接。用户 程序和数据事先存入存储器中，当 PLC 处于运行方式时，CPU 按循环扫描方式执行用 户程序。 2.存储器 PLC 的存储器包括系统存储器和用户存储器两个部分。 (1)系统存储器 系统存储器是指用来存放 PLC 的系统程序的存储器，它由 PLC 生产家编写并固 化在 ROM 内，用户不能直接更改。 (2)用户存储器 用户存储器由用户程序存储器和数据存储器两部分组成，其主要任务作用是用来存 放用户针对具体控制任务用规定的 PLC 编程语言编写的各种用户程序。 3.输入/输出接口单元 PLC 的输入和输出信号类型可以是开关量、模拟量和数字量。 4.扩展接口和通信接口 PLC 具有扩展接口和通信接口的能力，其作用如下： (1)扩展接口的作用是将扩展单元和功能模块与基本单元相连，是 PLC 的配置更加 灵活以满足不同控制的系统需求。 (2)通信接口的作用是通过这些通信接口可以与监视器打印机和其他的， PLC 或计算 机相连从而实现”人-机”或”机-机”之间的对线.电源部分 PLC 一般使用 220 交流电源，内部的开关电源位于 PLC 的中央处理器、存储器等 中。电路提供 5V、12V、24V 等直流电源使 PLC 能正常工作。 6.编程设 编程设的作用是供用户进行程序的编制、标志牌编辑、调试和监视。 5 PLC 课程设计 7.其他部件 有些 PLC 还可以有 ERROM 写入器、存储器卡等其他外部设，用于增强 PLC 的 存储容量和扩展功能。 2. PLC 的工作原理 当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行 和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC 的 CPU 以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。 1.输入采样阶段 在输入采样阶段，PLC 以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入 I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。 在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数 据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周 期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。 2.用户程序执行阶段 在用户程序执行阶段，PLC 总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图） 。 在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先 左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的 结果， 刷新该逻辑线圈在系统 RAM 存储区中对应位的状态； 或者刷新该输出线圈在 I/O 映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即在用户程序执行过程中， 只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化， 而其他输出点和软设在 I/O 映象区或系统 RAM 存储区内的状态和数据都有可能发生 变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数 据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能 到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。 在程序执行的过程中如果使用立即 I/O 指令则可以直接存取 I/O 点。即使用 I/O 指 令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从 I/O 模块取值，标志牌输出过程影 像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。 3.输出刷新阶段 6 PLC 课程设计 当扫描用户程序结束后，PLC 就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU 按照 I/O 映象 区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时 才是 PLC 的线.系统设计流程示意图 停止运行 启动运行 切换夜间按 钮 ON？ N 指示灯按白天设定要求 指示 Y 指示灯按夜间设定 要求闪亮 故障? N Y 东西.南北红 灯亮均亮 2.4.I/O 分配表 输入设 代号 SB1 SB2 SB3 HL2G 输入继电器 功能 工作按钮 停止按钮 下班按钮 东西绿灯 I0.0 I0.1 I0.2 Q4.0 7 PLC 课程设计 HL2Y HL2R HL1G HL1Y HL1R HL 东西黄灯 东西红灯 南北绿灯 南北黄灯 南北红灯 故障指示 Q4.1 Q4.2 Q4.3 Q4.4 Q4.5 2.5.I/O 接线.1 I0.2 SB1 SB2 SB3 8 PLC 课程设计 3. 软件设计 3.1 设计梯形图 9 PLC 课程设计 10 PLC 课程设计 11 PLC 课程设计 3.2 设计指令表 12 PLC 课程设计 13 PLC 课程设计 14 PLC 课程设计 4. 调试 4.1 . 编程思想 本设计是用 PLC 控制十字路通灯，用 PLC 控制可以实现更多功能，同时也比较 简单。由于现在越来越多的人拥有自己的汽车，从而使交通变得很繁忙，而白天晚上交 通的流量有所不同，同时也为了适应不同路段的交通繁忙程度，所以本设计了白天时段 和晚上时段可以切换的程序，从而是本设计的实用性更强。 4.2. 控制系统的程序调试步骤 1） 对于比较复杂的控制系统，需要绘制系统流程图，用以清楚的表明动作的顺序 和条件。由于本控制系统简单就可以省略这一步。 2） 设计梯形图。这是程序设计的关键一步，也是比较困难的一步。要设计好梯形 图，首先要十分熟悉控制要求，同时还要有一定的电气设计的实践经验。 3） 将程序输入到 PLC 的用户存储器，并查找程序是否正确。 4） 对程序进行调试和修改，直到满足要求为止。 4.3. 调试过程遇到的问题及解决方法 1） 在起初情况，按下转换开关，根据设计的要求,应该亮的灯有“南北红灯” 、 “东 西绿灯” ，由于设计中未考虑周全，当按下转换开关时，不仅“南北红灯” 、 “东西绿灯” 亮，而且“南北绿灯” 、 “东西红灯”也亮，断电后，对程序进行检查，发现把程序转换 到高峰时段后，没有对定时器终止，所以才会出现灯亮混乱的情况。 2）设计中，当程序处在早上八点之后的正常时段时，程序运行了一个周期后，就 不再循环了。 断电后对程序进行检查，标志牌 发现程序执行完一个周期后， 定时器没有被复位， 检查得知是因为分段控制不当。对程序进行修改后，调试后都正常。 15 PLC 课程设计 5. 结束语 我趁着做课程设计的同时也对课本知识有了巩固和加强，由于课本上的知识太多， 平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在 这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多 的认识。 经过两个星期的设计里， 过程曲折可谓一语难尽,每个图亲手绘制起来真的好费劲， 花了很多心思，但还是有好多地方不规范，请老师谅解。 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，才能真正为 社会服务， 从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计的过程中遇到问题， 可以说得是困难重重，这毕竟次做，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的 过程中发现了自己的不足之处， 对以前所学过的知识理解得不够深刻， 掌握得不够牢固。 16 PLC 课程设计 6.参考文献 ［1］张立科 《PLC 应用开发技术与工程实践》 ［2］夏辛明 《可编程控制器技术及应用》 ［3］石建华 《PLC 应用技术》 ［4］钟肇新 彭侃 《可编程序控制器原理及应用》 ［5］戴仙金 《西门子 S7-200 系列 PLC 应用与开发》 ［6］罗宇航 《流行 PLC 实用程序及设计》 人民邮电出版社 北京理工大学出版社 电子工业出版社 华南理工大学出版社 中国水利水电出版社 西安电子科技大学出版社 17
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