毕业设计--汽车信号灯控制.doc

摘 要 PLC是一种数字运算操作的一种电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。本设计主要阐述了汽车信号灯控制的工作原理、工作条件。运用可编程序控制器（PLC）对停车场车辆的进出进行管理的，大大提高了工作效率。用PLC控制停车场空位显示，实现全自动运行。利用出口、入口的车辆检测传感器，检测车辆的出入。并利用32位加减法计算器进行计算，从而达到自动控制的目的。关键字：PLC;传感器;自动控制目 录摘要1 PLC概述1.1 PLC的简介1.2 PLC的用途2 汽车信号灯控制系统设计2.1设计任务和内容2.2 系统的变量定义及FX2N-16输入/输出端口地主分配表2.3 系统接线图设计3 汽车信号灯的控制系统设计3.1 控制程序系统设计思路3.2 控制程序系统流程图3.3 控制程序时序图 3.4 控制程序设计4 程序调试4.1 调试步骤4.2 调试运行的显示结束语 参考文献1 PLC概述可编程控制器（PLC）是在继电器控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种新型的工业自动控制设备，它以微处理为核心，集自动化技术、计算机技术、通信技术为一体，广泛应用于自动化的各个领域。PLC从原来具有逻辑控制、顺序控制等功能，发展到现在已具有模拟量输入/输出、定位控制、旋转角度检测、高速计数、数据处理、联网通信等功能。PLC使用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程，适应工业环境，简单易懂，操作方便，是可靠性高的新一代通用工业控制装置。1.1 PLC的简介PLC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。它能够存储和执行指令,进行逻辑运算,顺序控制,定时,计数和算术等操作,并通过数字式和模拟式的输入输出,控制各种类型的机械和生产过程。PLC及其有关的外围设备,都应按易于与工业控制系统形式一体,易于拓展其功能的原则设计。 事实上, PLC就是以嵌入式CPU为核心,配以输入,输出等模块,可以方便的用于工业控制领域的装置。PLC与机器人,计算机帮助设计与制造一起作为现代工业的三大支柱。1.2 PLC的用途与特点1.2.1 PLC的用途PLC的初期由于其价格高于继电器控制装置,使其应用受到限制。但近年来由于微处理器芯片及有关元件价格大大下降,使PLC的成本下降,同时又由于PLC的功能大大增强,使PLC 的应用越来越广泛,广泛应用于钢铁、水泥、石油、化工、采矿、电力、机械制造、汽车、造纸、纺织、环保等行业。PLC的应用通常可分为五种类型：（1）顺序控制这是PLC应用最广泛的领域，用以取代传统的继电器顺序控制。PLC可应用于单机控制、多机群控、生产自动线控制等。如注塑机、印刷机械、订书机械、随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，PLC的功能也越来越强大，更多地具有计算机的功能，所以又简称PC（PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是为了不和切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水线及电梯控制等。 （2）运动控制PLC制造商目前已提供了拖动步进电动机或伺服电动机的单轴或多轴位置控制模版。在多数情况下，PLC把扫描目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。每个轴移动时，位置控制模块保持适当的速度和加速度，确保运动平滑。相对来说，位置控制模块比计算机数值控制（CNC）装置体积更小，价格更低，速度更快，操作方便。 （3）闭环过程控制PLC能控制大量的物理参数，如温度、压力、速度和流量等。PID（Proportional Intergral Derivative）模块的提供使PLC具有闭环控制功能,即一个具有PID控制能力的PLC可用于过程控制。当过程控制中某一个变量出现偏差时,PID控制算法会计算出正确的输出,把变量保持在设定值上。（4）数据处理在机械加工中，出现了把支持顺序控制的PLC和计算机数值控制（CNC）设备紧密结合的趋向。著名的日本FANUC公司推出的Systen10、11、12系列，已将CNC控制功能作为PLC的一部分。为了实现PLC和CNC设备之间内部数据自由传递，该公司采用了窗口软件。通过窗口软件，用户可以独自编程，由PLC送至CNC设备使用。美国GE公司的CNC设备新机种也同样使用了具有数据处理的PLC。预计今后几年CNC系统将变成以PLC为主体的控制和管理系统。 （5）通信和联网为了适应国外近几年来兴起的工厂自动化（FA）系统、柔性制造系统（FMS）及集散控制系统（DCS）等发展的需要，必须发展PLC之间，PLC和上级计算机之间的通信功能。作为实时控制系统，不仅PLC数据通信速率要求高，而且要考虑出现停电故障时的对策。1.2.2 PLC的特点（1）抗干扰能力强，可靠性高 继电接触器控制系统虽具有较好的抗干扰能力，但使用了大量的机械触头，使设备连线复杂，由于器件的老化、脱焊、触头的抖动及触头在开闭时受电弧的损害大大降低了系统的可靠性。传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障，PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件，接线可减少互继电器控制系统的1/10-1/100，因触点接触不良造成的故障大为减少。而PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电子存储器件来完成，大部分继电器和复杂的连线被软件程序所取代，故寿命长，可靠性大大提高。(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、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。 (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。 (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。 (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。2 PLC控制系统设计2.1 设计任务和内容任务：在本课程设计中，其设计任务为设计并制作出PLC汽车信号灯控制系统。控制的信号灯有：表板左/右转弯灯、左右头灯和左右尾灯，共六类灯，在不同的驾驶操作控制下可驱动相对的汽车信号灯闪烁或常亮。内容：在本系统中所需执行的操作为受控灯，其驾驶操作与灯信号对应关系为：(1) 左/右转弯：表板左/右转弯灯、左/右头灯和左/右尾灯闪烁。(2) 紧急开关闭合：所有灯闪烁。(3) 刹车(刹车开关闭合)：左右尾灯亮。(4) 左/右转弯时刹车：表板左/右转弯灯、左/右头灯闪烁，左右尾灯亮。上述闪烁频率2Hz。(5)停靠（合上停靠开关）：头灯、尾灯闪烁，闪烁频率30Hz。2.2 系统的变量定义及FX2N-16输入/输出端口地主分配表2.2.1 系统的变量定义SB1表示左转弯开关, SB2表示右转弯开关, SB3表示紧急开关, SB4表示刹车开关, SB5表示停靠开关。L1、L2、L3、L4、L5、L6、L6分别表示六个发光二极管。分别通过Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6来驱动。R1、R2、R3、R4、R5、 R6分别表示与各个发光二极管串联的限流电阻，用来保护发光二极管的正常运行。RJ为热继电器开关，用力保护整个系统的正常运行。X21、X22、X23、X24、X25为输入接口，分别采集SB1、 SB2、SB3、SB4、SB5 、SB6的信号。2.2.2 FX2N-16输入/输出端口地主分配表输入/输出信号分配如表2-1所示。输入端子分配输出端子分配左转弯开关SB1X21发光二级管L1Y1右转弯开关SB2X22发光二级管L2Y2紧急开关SB3X23发光二级管L3Y3刹车开关SB4X24发光二级管L4Y4停靠开关SB5X25发光二级管L5Y5发光二级管L6Y6表2-1 汽车信号灯控制信号说明2.3 系统接线图设计基于上述的设计思想以及所学PLC知识。我们在设计时，选择了五位限位开关、FX2N-16PLC、6只发光二极管。其中FX2N-16PLC作为控制核心，当5个限位开关的状态发生改变后，PLC检测到开关信号后就通过软件输出相关信号，在经过芯片来驱动6个汽车信号灯根据开关的相应状态闪烁或常亮。PLC外部控制图如图2-2所示 FX2N-16RJX21 COM X22 Y1 X23 Y2 X24 Y3 X25 Y4 COM Y5 Y6 SB1SB2SB3SB4SB5DC24VR1R3R4R5R6R2L1L2L3L4L5L6 图2-2汽车信号灯PLC外部I/O分配及其接线3 汽车信号灯的控制系统设计3.1 控制程序系统流程图本系统中要求设计汽车信号灯控制。在驾驶时有左转弯、右转弯、刹车、紧急开光、停靠五个操作，所以可以用五个开关来模拟。当PLC检测到相关操作后，判断属于哪一类操作，再通过软件来驱动控制相应的信号灯闪烁或常亮，以此来实现对汽车信号灯控制。当合上左/右转弯开关后，表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁。当刹车开关合上时，左/右尾灯常亮；合上停靠开关后，头灯、尾灯以30HZ的频率闪烁；在紧急开关合上后，所有灯都闪烁。当合上左/右转弯开关和刹车开关时，表板左/右转弯灯、左/右头灯以2HZ的频率闪烁、左/右尾灯常亮。闪烁频率通过PLC中的定时器来控制，六类灯用发光二极管来体现。当合上相应的开光后，信号的会有相应的信号。图3-1 系统程序流程图程序入口X21,X22,X23,X24,X25置“1”读入开关SB1，SB2，SB3，SB4，SB5状态判断开关状态X21=1,其余开关为0,驱动L1,L3,L5X23=1,其余开关为0,所有灯闪烁X22=1,其余开关0，L2,L4,L6闪烁X24=1时，灯L5，L6亮X21*x24=1时，L0、L3、L5、L6闪烁。X22*x23=1时，L2、L4闪烁，L5、L6亮。X25=1时，L3、L4、L5、L6闪烁。3.2 控制程序时序图 信号灯动作的时序图如图3-2所示，它是按信号灯置1、置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。M8002 X21 Y1Y3Y5图3-2 汽车信号灯正常工作时序图3.3 汽车信号灯控制程序设计3.3.1 汽车控制的的状态转移所谓“状态”是指特定的功能，因此状态转移实际上就是控制系统的功能转移。机电自控系统中机械的自动工作循环过程就是电气控制系统的状态自动、有序、逐步转移的过程。这种功能流程图完整地表现了控制系统的控制过程，各状态的功能、状态转移顺序和条件，它是PLC应用控制程序设计的极好工具。3.3.2 系统顺序功能图图中用M8002激活初始步M0，M0变为活动步后，当转换X21为1时，即左转弯开关闭合，M1变为活动步，从而驱Y1、Y3、Y5、T0,从而驱动相应的信号灯闪烁或常亮。或当X22为1时，即右转弯闭合时，M2变为活动步，从而驱动Y2、Y4、Y6、T0，从而驱动相应的信号灯闪烁或常亮。或当X23变为1时，即紧急开关闭合时，M3变为活动步，从而驱动Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6，从而驱动相应的信号灯闪烁或常亮。或当X24变为1时，即合上刹车开关时，M4变为活动步，从而驱动Y5、Y6，从而驱动相应信号灯闪烁或常亮。或当X24*X21为1时，即左转弯时刹车，M5变为活动步，从而驱动Y1、Y3、Y5、Y6、T0, 从而驱动相应信号灯闪烁或常亮。或当X25*X21为1时，即右转弯时刹车，M6变为活动步，从而驱动Y2、Y4、Y5、Y6、T0, 从而驱动相应信号灯闪烁或常亮。或当X25变为1时，即停靠开关闭合时，M7变为活动步，从而驱动Y3、Y4、Y5、Y6、T201, 从而驱动相应信号灯闪烁或常亮。图3-3 汽车信号灯的顺序功能图3.3.3 系统梯形图图中用X1的常闭触点与左转弯闪烁电路串联，用X0的常闭触点与右转弯的闪烁电路串联，进行这种互锁连接可以防止左右转弯的信号灯混乱。 4 程序调试4.1 调试步骤若用图形编程器或软件包编程，则可直接编程，若用手持编程器编程，应先画出梯形图，然后编程，这样可少出错，速度也快。编程结束后先空调程序，待各个动作正常后，再在设备上调试。为了准确发现系统存在的问题，需要进行系统调试，调试的顺序按照先硬件后软件，先局部后整体的顺序来完成。（1）硬件调试接通电源，检查三菱FX2N-48MR可编程控制器是否可以正常工作，接头是否接触良好，然后把其与电脑的通信口连接。如图4-1所示 图4-1（2）软件调试按要求输入梯形图，转换成指令表，并进行语检查，正确后设置正确的通信口，将指令读入到指定的可编程控制器ROM中，进行下一步的调试。（3）运行调试在硬件调试和软件调试正确的基础上，打开三菱FX2N-48MR可编程控制器的“RUN”开关进行调试；观察运行的情况，看是否是随时按下停止按钮可以停止系统运行，或者等待100个脉冲后，系统是否停止运行。4.2 调试运行的显示将编好的程序输入电脑，检查硬件、软件无误后，可进行运行调试。先确定好PLC型号，写出程序，进行运行监控，可以清晰看出其运行状况。开始只有常闭触点接通及所有辅助编程元件复位，计算器设定在所要求范围，即M0步。当按下启动按钮，系统开始运行。运行结果如图4-2所示 图4-2 结束语经过自己不断的努力以及各位指导老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，各位老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他们的指导使我受益非浅。同时实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对指导老师和实验室的老师表示深深的感谢。通过这次课程设计，深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了我的学习成果。虽然在这次的课程设计中对于知识的运用和衔接还不是很熟练，但是我将在以后的学习中继续努力、不断完善。这将近一个月的课程设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的学习打下了良好的基础。当然由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请老师对我提出批评与指正。参考文献1肖明耀，可编程控制技术 北京 中国劳动社会保障出版社 2004.2汪小平，PLC可编程控制系统开发实例导航 北京 人明邮电出版社 2004.7.3郑成，现代可编程控制器原理及应用 北京 科学出版社 1999.4王红，可编程控制器使用教程 北京 电子工业出版社 2002.5贺哲荣，流行PLC实用程序及设计 西安 西安电子科技大学出版社 2006.3.附录 指令表程序： 序号指令序号指令序号指令0LD M801238AND M276ORB1OUT C039LD X02377LD X0222LD C040AND M278AND X0253OUT T0 K541ORB79ORB4OUT M242LD X02480LD X0245LD T043AND M3081AND M306RST C044ORB82ORB7LD M801145LD X02183OUT Y0058OUT C1 K346AND X02584LD