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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-datePLC红绿灯序号（学号）：序号（学号）：200840140133黄石理工学院课程设计说明书课程名称可编程控制器课程设计教学院机电工程学院U专 业机械电子工程班 级08机械电子姓 名指导教师目录 摘要第一章 绪论 第二章 PLC基本知识第三章 红绿灯控制系统的设计任务、设计思路及实现方案第四章 基于PLC的红绿灯控制系统的设计内容及应用 4.1 红绿灯PLC:I/O点分
2、配 42 I:O接线图 4.3 程序设计思路4.4 梯形图并生成指令表4.5 调试过程及正常运行现4.6结果分析课程设计小结总结 致谢参考文献摘要近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。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。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
3、”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。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。关键字：PLC 交通灯 程序 报告 设计第一章 绪论当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出
4、现了。1858年，在英国伦敦主要街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿两以旋转式方形玻璃提灯组成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日，煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。电气启动的红绿灯出现在美国，这种红绿灯由红绿黄三色圆形的投光器组成，1914年始安装于纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，一种是把压力探测器
5、安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限
6、度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率. 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。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。第二章PLC的基本知识21PLC的定义PL
7、C即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程.P
8、LC是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有PLC “PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。” 22PLC的特点 .2.2.1可靠性高，抗干扰能力强 高可靠性是电气控制设备的关键性能。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
9、电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。 2.2.2配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、
10、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渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。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。 2.2.3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
11、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。 2.2.4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。 2.2.5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。23PLC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
12、、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：231开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.3.2模拟量控制 在工业生产过程当中，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。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D和D/A转换模块，
13、使可编程控制器用于模拟量控制。 2.3.3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，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.3.4过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
14、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。 24PLC未来展望 21世纪，PLC会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合的需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看
15、，可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统DCS（Distributed Control System）中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。 第三章 红绿灯的设计任务和设计思路3.1课程设计任务书设计名称：可编程控制器课程设计班级：08机械电子地点： CAD3一、课程设计目的本设计的目的是通过课程设计的实践，使学生巩固和深化对相关专业理论知识的理解；培养学生运用所学知识和技能，配合相关技术资料的查询，独
16、立分析和解决生产实际中有关工业控制实际问题的能力；进一步提高学生对PLC控制系统分析、设计的能力。二、课程设计内容（含技术指标）（一）课题一 十字路口交通信号灯PLC控制系统设计A控制要求：1系统工作受开关控制：起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作。2控制对象有八个：东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个；东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个；东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个；东西方向左转弯绿灯两个；南北方向左转弯绿灯两个；正常时段控制按纽1个；高峰时段控制按纽1个；晚上时段控制按纽1个。3控制规律：1）正常时段按时序图1（见附图1）运行； 2）高峰时段按时序图
17、2（见附图2）运行；3）晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮 0.5 秒，暗 0.5 秒的规律反复循环。图1 正常时段时序图 图2 高峰时段时序图B、课题要求：1按题意要求,画出 PLC 端子接线图、控制梯形图。2完成 PLC 端子接线工作, 并利用编程器输入梯形图控制程序，完成调试。3. 完成课程设计说明书。C、思考问题：1讲述程序设计思路、顺序功能图及工作流程。2交通信号灯的闪烁是如何实现的?3初始状态应该注意什么，需完成哪些动作？4顺序功能图中选择单序列还是并行序列，为什么?5若需将黄灯闪烁规律由亮0.5秒、暗0.5秒改为亮0
18、.6秒、暗0.4秒，程序将如何改动？6如果要求：当系统故障使东南西北绿灯同时亮时，系统除自动报警外，自动关闭全部信号灯，梯形图应如何修改？三、进度安排1明确设计任务和控制要求 1天2查阅资料，系统设计方案论证 1天3系统硬件选型及外部连线设计 1天4控制系统控制程序设计调试 2天5设计资料软硬件联机调试 2天6. 设计资料汇总、撰写设计报告 2天7. 答辩 1天 08机械电子系 郑洁 3.2红绿灯的设计思路程序设计思路首先分析所给的任务书，按照任务书上的波形图，我们需要用到选择性分支与汇合，并行性分支与汇合和分支与汇合的组合。由图知交通灯可分为启动与停止两种状态，启动后又分为白天和黑夜，此时应
19、该设置选择性分支与汇合路线，用 代表白天，用 代表黑夜。白天时候又可分为正常时段和高峰时段，此时也设置选择性分支与汇合路线，用 代表正常时段，用 代表高峰时段。正常时段和高峰时段均分为东西方向和南北方向，此时均设置并行性分支与汇合，即分别将正常时段的东西方向和南北方向汇合，同时也将高峰时段的东西方向和南北方向汇合。最后将正常时段和高峰时段汇合。当将按钮设置到黑夜的时候只有一种情况，只需要设置一条分支即可。再将白天和黑夜的情况再汇合，最后返回到启动时的状态。第四章PLC的红绿灯控制系统的设计内容及应用41红绿灯PLC:I/O点分配输入地址输出地址启动按钮X1东西红灯Y1南北红灯Y4白天按钮X2东
20、西绿灯Y2南北绿灯Y5正常时段 X3东西黄灯Y3南北黄灯Y6东西左转灯Y10南北左转灯Y134.2 I:O接线图X1PLC-2可编程控制器Y1 X2Y2 X3Y3Y4Y5Y6Y10Y13COMCOM 0COM5如图所示的是PLC框图，左边是输入点X1、X2、X3 ， RUN、COM；右边是输出点y0-y7、COM0-COM4。左边的X0外引出导线，连接SB1；X1外引出接SB2；RUN外进出接SA，电气符号都是按钮形式的，然后，在SB1、SB2、SA的另一端连成一点接到COM上。右边的Y0-Y7分别引出两展串联的灯，在串联的另一端也都接到一点上a；COM0-COM4连接到一点上，接到交流电AC
21、上，再串联FU,引出一端子b；a，b连接起来。43程序设计思路4.3.1控制要求：系统工作受开关控制：起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF则系工作。4.32控制对象：东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个；东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个；东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个；东西方向左转弯绿灯两个；南北方向左转弯绿灯两个；正常时段控制按纽1个；高峰时段控制按纽1个；晚上时段控制按纽1个。4.3.3控制规律：1）正常时段按时序图1（见附图1）运行； 2）高峰时段按时序图2（见附图2）运行；3）晚上时段按提示警告方式运行，规律为： 东、南、西、北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，
22、黄灯闪亮按亮 0.5 秒，暗 0.5 秒的规律反复循环。我们需要用到选择性分支与汇合，并行性分支与汇合和分支与汇合的组合。由图知交通灯可分为启动与停止两种状态，启动后又分为白天和黑夜，此时应该设置选择性分支与汇合路线。白天时候又可分为正常时段和高峰时段，此时也设置选择性分支与汇合路线。正常时段和高峰时段均分为东西方向和南北方向，此时均设置并行性分支与汇合，即分别将正常时段的东西方向和南北方向汇合，同时也将高峰时段的东西方向和南北方向汇合。最后将正常时段和高峰时段汇合。当将按钮设置到黑夜的时候只有一种情况，只需要设置一条分支即可。再将白天和黑夜的情况再汇合，最后返回到启动时的状态。4.4程序梯形
23、图和指令表指令表-45程序调试及正常运行现象4.5.1程序调试 经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。灯虽然是亮了但仍然循环不起来。从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成
24、这个循环的继电器号。后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。4.5.2程序正常运行现象调试工作完成后，按下启动按钮 X1 ，再按下代表白天的按钮 X2 ，再按下代表正常时段的按钮X3 ，东西方向红灯持续亮45秒，同时南北方绿灯亮25秒后，闪烁五次，每次都是亮0.5秒熄0.5秒的方式闪烁，过后南北黄灯亮五秒，再之后南北左转灯和南北红灯同时亮，红灯一直保持亮，南北左转灯亮五秒后再以亮0.5秒熄0.5秒的方式闪烁五次。接着东西方向绿灯亮25秒再以亮0.5秒熄0.5秒五次，转到东西方向黄灯亮五秒后，东西红灯和东西左传
25、灯同时亮，东西红灯一直保持亮，东西左传灯亮五秒后再以亮0.5秒熄0.5秒五次。最终的状态是东西方向和南北方向的红灯都一直亮。将之前打下的按钮复位，按下代表高峰时段的按钮，灯亮的情况和正常时段一样，只是时间持续长短不一样。东西方向红灯持续亮40秒，同时南北方绿灯亮20秒后，闪烁五次，每次都是亮0.5秒熄0.5秒的方式闪烁，过后南北黄灯亮五秒，再之后南北左转灯和南北红灯同时亮，红灯一直保持亮，南北左转灯亮五秒后再以亮0.5秒熄0.5秒的方式闪烁五次。接着东西方向绿灯亮30秒再以亮0.5秒熄0.5秒五次，转到东西方向黄灯亮五秒后，东西红灯和东西左传灯同时亮，东西红灯一直保持亮，东西左传灯亮五秒后再以
26、亮0.5秒熄0.5秒五次。最终的状态是东西方向和南北方向的红灯都一直亮。将之前打下的按钮复位，按下代表黑夜的按钮，东，南，西，北四个黄灯全部闪亮，其余灯全部熄灭，黄灯闪亮按亮0.5秒，熄0.5秒的规律反复循环。46结果分析在程序正常运行的时候，东西方向的红灯，黄灯，绿灯，左转灯和南北方向的红灯，黄灯，绿灯，左转灯所亮的时间都和所给任务书上的波形图一致，所以程序运行成功。总结通过这次的PLC红绿灯课程设计，让我对交通灯有了更加深刻的理解和认识，通过对它的工作原理的认真分析，我们由题目给出的灯亮的情况设计出了顺序功能图，并依此写出了顺序梯形图和指令表。在对程进行调试的过程中我们遇到了一些问题，但是
27、在小组成员的不断思考与讨论中我们找出了问题所在，这不仅培养了我们的自己动手能力，也有利于我们发现问题解决问题的能力，同时加强了小组成员的合作精神。总之，通过这次红绿灯课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我在PLC的基本原理、PLC应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧（特别是汇编语言）的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。致谢转眼两个星期PLC课程设计已经完成了。在这过去的两个星期的里面，我很感谢黄松林老师，鄢圣华老师，徐庆华老师对我的帮助。最开始真的很担心自己什么都不会，幸亏有这样的老师，帮助我顺利的完成PLC的
28、课程设计。老师们严谨的治学态度和乐观和蔼的为师风格，让我们看到了黄石理工学院学者的风范。有了母校浓厚的文化底蕴的严谨的学术氛围，有了老师们的教诲和指点，我才能在自己的青春舞台上激扬文字，指点江山，才取得了长足的进步，才能在阳光和雨露的滋润下茁壮成长。最后，再次对关心、帮助我的老师表示衷心地感谢！祝你们永远幸福快乐！参考文献1电气控制与PLC 案例教程胡汉文 张鑫主编2PLC应用技术 弭洪涛主编3可编程控制器原理与实践教程 王整风 谢云敏主编4 欧姆龙PLC资料 可从工控网 5 简明维修电工手册 机械工业出版社,19936可编程序控制器原理及实训 王兆明 忘治刚主编7可编程控制器原理及应用 钟肇新 范建东 冯太合 编著8PLC应用技术项目教程 石建华主编