PLC课程设计

课程设计(论文)

题 目 名 称 交通信号灯PLC控制系统设计 课 程 名 称 PLC原理及应用 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气 指 导 教 师

2015年 2月 12日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年级专业 题目名称 课程名称 学生姓名 学号 设计时间 设计地点 数字控制与PLC实验室（306） 交通信号灯PLC控制系统设计 PLC原理及应用 课程编号 121200107 一、课程设计（论文）目的 PLC原理及应用课程设计是电气工程及其自动化专业领域重要的实践环节之一，主要以小型实用性PLC控制系统的软、硬件设计为主。 课程设计的目的和任务：全面熟练掌握PLC的硬件组成以及各种指令的应用，使学生掌握小型PLC应用系统设计的步骤，熟悉和掌握PLC开发系统的应用和软件调试过程，通过设计过程中对故障的分析、判断、检修进一步锻炼和培养学生的动手能力。 二、已知技术参数和条件 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。城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行以及行人4种通行指示灯。执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车，延时一段时间后路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车，延时一段时间后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始闪烁，闪烁若干次后，再切换到东西路口方向，之后重复以上过程。 技术参数：请调研邵阳市某个十字路口的运行状况。 三、任务和要求 1、设计系统的PLC外部接线图 2、系统的操作面板 3、系统的T形图 按照要求书写课程设计报告 注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效； 2．此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等） 实验室有EL型PLC实验系统4套， FX2N系列实验装置8台，以及相关的软件。 FX2N系列、S7系列产品说明书； FX2N系列实验装置实验指导书； 五、进度安排 年月日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求 年月日-日：总体方案设计 年月日-日：外部接线图 年月日-日：T形图设计 年月日-日：系统调试改进 年月日：整理书写设计说明书 年月日：答辩 六、教研室审批意见 教研室主任（签字）： 年 月 日 七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日 八、备注 指导教师（签字）： 学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 学 号 系 电气系 专业班级

题目名称 交通信号灯PLC控制系统设计 课程名称 PLC原理及应用 一、学生自我总结

通过这次课程设计，加深了对书本知识的认识，同时很好的锻炼了我理论与实践相结合的能力。在这次课程设计中，我学会了电路设计的基本流程和方法，对今后的学习设计会有很大的帮助。 学生签名： 年 月 日 二、指导教师评定 评分项目 权 重 单项成绩 指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面； 2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

平时成绩 30 论文 40 答辩 30 综合成绩 摘要

自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进。设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。可编程控制器(PLC)以微处理器为核心，普遍采用依据继电接触器控制系统电气原理图 编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活,而且结构简单，抗干扰能力强。三菱可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备和通信设备更是符合交通灯控制系统的要求与特 点，能够方便地联网通信。

本文选择三菱可编程控制器FX2N 为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形 图和语句表进行编程，实现了十字路口交通灯控制系统的自动化。

关键词: PLC；交通控制；自动化 ；

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目录

摘要………………………………………………..…………………..………I

1 设计方案………………………………………….…....…………………..1 1.1设计要求…………………………………………………...……………..1 1.2 设计方案分析………………………………………………………..…..1 2 PLC的基本知识…………………………………………………….……..3 2.1 PLC产生和定义…………………………………………………………3 2.2 PLC的基本组成……………………………………………..…………..3 2.3 PLC的基本工作原理……………………………………………………4 2.4 PLC的特点…………………………………………………………..…..4 2.5 PLC的应用与前景 ……………………………………………….…….4 3 系统设计……………………………………………………………..…….5 3.1 硬件设计………………………………………………………….……..5 3.2 PLC接线………………………………………………….………..……6 3.3 系统程序分析………………………………………………………..….7

结束语…………………………………………………………………...…..11 参考文献…………………………………………………………………….12 附录……………………………………………………………………….…13

1 设计方案

1.1设计要求

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。城市路口交通灯控制系统用于十字路口的车辆以及行人的交通管理，每个方向具有左拐、右拐、直行以及行人4种通行指示灯，以及每个路口绿灯亮时有倒计时显示屏。

1.2 设计方案分析

按照交通灯系统控制要求下，结合三菱FX2N系列可编程控制器的特性， 选择适合的型号。设计思想分析如下：结合当前所学知识，确定已转换为中心的程序设计方法更简单方便的达到设计要求

图1.1 程序流程图

执行程序，初始态为四个路口的红灯全亮之后，所有右拐绿灯全亮；路口的直行

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左拐绿灯亮，西南北路口的红灯亮，东路口方向通车，延时9S后路口的绿灯熄灭，黄灯开始亮3S，东路口红灯亮；同时西路口的直行和左拐绿灯亮，西路口方向开始通车，延时9S后，西路口的绿灯熄灭，黄灯开始亮3S，而在东西路口通车期间，南北路口的人行道一直都亮绿灯，东西路口人行道亮红灯；西路口红灯亮，同时南路口直行和左拐绿灯亮，南路口方向通车，延时9S候，南路口绿灯熄灭，黄灯开始亮

3S ，南路口红灯亮；同时北路口的直行和左拐绿灯亮，北路口方向开始通车，延时9S候，北路口绿灯熄灭，黄灯开始亮3S，而在南北路口通车期间，东西路口人行道

一直都亮绿灯，东西路口人行道亮红灯。如此重复以上过程。

这种设计方案源于我们的课本上已转换为中心的程序设计。 首先从理论上可行，由于用到的都是较为简单的PLC程序，程序以顺序控制为主线，以及多个子程序共同组成，从而可以把总程序分为多个，这样就可以降低编程难度。其次是硬件上来说，所需要的元件都是一些低端常用产品。总之采用这种设计，是经过了深思的，经过分析才得出来的可行性。

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2 PLC的基本知识

2.1 PLC产生和定义

1968年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969年有美国数字设备公司（DEC）

研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为PLC（programmable logic controller）。

80年代，由于计算机技术的发展，PLC采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种

算术运算，PLC运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）1987年颁布的可编程逻辑控制器的定义如下：

可编程逻辑控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作的电子装置，是带有存储器、可以编制程序的控制器。它能够存储和执行命令，进行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关的外围设备，都应按易于工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则设计。

2.2 PLC的基本组成

目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的PLC以及同一家生产的不同型号的PLC其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支持。

PLC的主机由微处理器（CPU）、存储器（EPROM、ROM）、输入/输出模块、外设I/O接口、通信接口及电源组成。

编程器 输 入 电 路 系统程序存储器 用户程序存储器 处理器（CPU） 输出电路 电源

图2.1 PLC的组成

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2.3 PLC的基本工作原理

PLC是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序

后，编程器将程序键入PLC的用户存储器中存储。PLC的控制功能就是运用用户程序来实现的。

PLC运行程序的方式与微型机算计相比有较大的不同，微型计算机运行程序时，

一旦执行到END指令，程序运行结束。而PLC从0000存储地址所存放的第一条拥护指令开始，在无中断或跳转的情况下，按存储地址好递增的方向顺序执行拥护程序，直到END指令结束。然后再从头开始，并周而复始的重复，直至到停机或运行（RUN）切换到停止（STOP）工作状态。我们把PLC这种执行程序的方式成为扫描工作方式。每扫描完一次程序就构成一个扫描周期。

2.4 PLC的特点

PLC是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和

发展的,这就使PLC具有许多其他控制器所无法相比的优点。 （1）可靠性高，抗干扰能力强。 （2）通用性强，使用方便。

（3）采用模块化结构，使系统组合灵活方便。 （4）编程语言简单、易学，便于掌握。 （5）系统设计周期短。 （6）对生产工艺改变适应性强。

（7）安装简单、调试方便、维护工作量小。 （8）体积小、重量轻、功耗低。

2.5 PLC的应用与前景

为了适应市场的各方面的需求,各生产厂家对PLC不断进行改进,推出功能更加强大、结果更加完美的新产品。这些新产品总体来说，朝两个方向发展：一个向超小型、专用化和低价格的方向发展，以进行单机控制；另一个是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自动网络化方向发展，以适应现代化的大型工厂、企业自动化的需要。

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3 系统设计

3.1 硬件设计

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，I/O分配如下表：

表3.1 I/O分配表

输入 交通灯控制开关 东路口直行左拐红灯 东路口直行左拐绿灯 东路口直行左拐黄灯 西路口直行左拐红灯 西路口直行左拐绿灯 西路口直行左拐黄灯 南路口直行左拐红灯 南路口直行左拐绿灯 南路口直行左拐黄灯 北路口直行左拐红灯 北路口直行左拐绿灯 北路口直行左拐黄灯 东西人行道红灯 东西人行道绿灯 南北人行道红灯 南北人行道绿灯 所有路口右转绿灯 数码管显示 X0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 Y21-Y27 3S 9S 输出100ms 100ms T0 T2 T4 T6 T8 T1 T3 T 5 T7

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3.2 PLC接线

硬件电路图连接：如图3.1所示

图3.1 硬件电路图连接

图3.2 系统顺序功能图

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3.3 系统程序分析

（1）启动电源 M8002接通 所有继电器复位，然后启动M200,逐步触发后面指令。启动程序:

（2）以转换为中心的顺序程序设计逐步触发指令，如下：

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（3）东路口红灯程序触发：

（4）西路口红灯程序触发：

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（5）南路口红灯程序触发：

（6）北路口红灯程序触发:

（7）人行道红绿灯触发程序：

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（8）程序启动后开始定时以及数码管倒计时显示程序：

（9）东路口亮绿灯以及倒计时显示程序：

（10）东路口亮黄灯以及倒计时显示程序：

以及西路口、南路口、北路口程序均与上同理。

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系统整体梯形图件附录。

结束语

在此次课程设计中，我们将课本理论知识与实际应用联系起来。按照书本上的知识和王老师讲授的方法，首先和同学一起分析研究此次课程设计任务和要求，然后按照分析的结果进行实际连接电路和编写程序操作，检测和校正，再进一步完善电路和程序。在其中遇到一些不解和疑惑的地方，还有出现的一些未知问题，我们都认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我们也认真向王老师询问请教，和王老师一起探讨解决。

通过此次电路和程序设计，我们加深了对课本知识的认识理解，对电路设计方法和实际电路连接也有了一定的初步认识。也对PLC应用技术有了更深的认识。

感谢王老师的细心教导，感谢团队的积极合作，团队的力量是无限的。

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参考文献

[1]孙平主编《可编程控制器原理及应用》. 2002.5.

[2]王永华主编《现代电气及可编程控制技术》北京航空航天大学. 2002.5. [3]胡学林主编《可编程控制器应用技术》.高等教育出版社.2000.4. [4]张运波.《工厂电气控制技术》. 2001. [5]田瑞庭.《可编程控制器应用技术》 1994. [6]曲非非.《 PLC应用技术200例》 2003.

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附录

系统梯形图

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