PLC应用实训说明书-PLC交通灯课程设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除编号： PLC应用实训说明书题 目：PLC交通灯课程设计院（系）： 机电工程学院 专 业： 机械制造工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2012年01月05日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”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。本次课程设计用三菱FX2N的可编程控制器控制十字路口信号灯来说明可编程控制器硬件、软件的设计。为十字路口交通灯控制提供可靠的保障，使交通有序、安全、快捷运行的重要环节。关键词： PLC; 三菱FX2N;交通灯。AbstractIn recent years, with the rapid development of science and technology, the application of PLC is continuously to the deepening, and push the traditional control test on the new beneficial update. It is simple in structure, convenient programming and high reliability etc, are widely used in industrial process and the location of the automatic control. According to the statistics, the programmable controller is used in the industrial automation devices a kind of most equipment. Experts think, programmable controller will be the major means of industrial control and important basic equipment is one of PLC, robots, CAD/CAM will become industrial production the three pillars. Due to the use of PLC has the characteristics of strong adaptability to the environment, and the internal timer is very rich in resources, but the current widely used progressive precise control signal, especially for much of the fork in the control can be realized. So now more and more will PLC in the traffic light system.At the same time, PLC itself also has communication networking function, will be the same path of light a LAN unified dispatching management, can shorten the traffic waiting time, realize scientific management. In real time detection and automatic control of PLC application system, the PLC is often as a core component to use, only PLC aspects knowledge is not enough, should according to the specific hardware structure, and the view of the specific application of the characteristics of the object software combines, perfect. Very image to show that the PLC in the traffic light system in the practical application.This course design with Mitsubishi FX2N programmable controller intersection control signal to illustrate programmable controller hardware, software design.For crossing traffic control provided the reliable safeguard, make traffic orderly and safe, efficient operation of the link.Keywords: PLC; Mitsubishi FX2N; The traffic lights目录一、交通灯简介31.1plc交通灯的作用32.2 plc交通灯的发展前景3二、PLC简介31.1PLC发展过程32.2 PLC的构成31. 输入寄存器3图2-1 PLC的组成32. 输出寄存器33. 存储器34. CPU单元35. 其它接口单元32.3 PLC的运用领域3三、交通灯plc程序设计33.1 交通灯程序设计任务33.2 plc的选型33.3 I/O口的地址分配33.4 PLC的电路连接图1 3.5 交通灯的顺序功能图33.6指令表的编辑33.7 软件仿真出梯形图33.8 程序的现场调试3四、总结3此文档仅供学习与交流一、 交通灯简介1.1 plc交通灯的作用随着交通的不断发展和汽车化进程的加快，交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化，已经成为引人注目的城市问题之一。交通问题不仅的发展中国家，就在发达国家也是一个令人困扰的严重问题。众所周知，缓解交通拥挤的最直接和最有效办法是提高路网的通信能力。但无论哪个国家的大城市，不可能无限制地修建道路，不论是资金因素还是土地因素，都限制了道路的无节制增长。因此，不可能通过无限制地修建道路难满足日益增长的交通需求。与此同时，通过限制车辆增加削减交通需求也因受到客观因素的制约而无法取得满意的结果。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。2.2 plc交通灯的发展前景随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题。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.二、PLC简介1.1 PLC发展过程PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代的PLC只有开关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业2.2PLC的构成如图所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行IO变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。1. 输入寄存器输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。图2-1 PLC的组成2. 输出寄存器输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。3. 存储器存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。4. CPU单元CPU单元控制着IO寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑。5. 其它接口单元其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。2.3 PLC的运用领域近年来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、造纸、纺织、等行业。PLC的应用通常可分为五种类型。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、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线及电梯控制等。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版块，其输出移动一轴或数轴到目标位置。闭环过程控制 PLC能控制大量的物理参数，如温度、速度和流量等。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。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。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。三、 交通灯plc程序设计3.1 交通灯程序设计任务本次课程设计任务是实现十字路口的红路灯设计。十字路口为双向三车道的一个十字路口，每一个路口有各有9个灯，三个红灯，三个黄灯，三个绿灯，分别控制直行，左转，右转的行驶和停止。据观察得出器南北车流量明显大于东西方向的车流量。所以在设计交通灯时，南北方向的绿灯要比东西方向的绿灯要久。交通灯中当绿灯变换时会有相应的闪烁，且有绿灯变为黄灯在变为红灯，此举也是为了方便司机判断。根据车流量的大小设计出一个符合交通情况的交通灯。交通灯的控制程序有三菱的plc程序控制，并完成plc控制程序和接线图。3.2 plc的选型由于本次设计的交通灯控制数目共有三十六个，所以需要三十六个输出口。所以本文选用三菱系列的FX2N-128。FX2N系列拥有无以匹及的速度、高级的功能、逻辑选件以及定位控制等特点，FX2N是从16到256路输入/输出的多种应用的选择方案。价格便宜，功能齐全，比起其他PLC有着速度、逻辑、定位等优越之处。安装简单，维修方便。FX2N-128的I/O总数64，输入/输出各64个，输入类型为漏型，输出类型为继电器或晶体管。FX2N通过储存的程序周期运转。PLC作为控制器件是因为可编程控制器核心是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具有高可靠性丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力;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;它采用模块化结构，编程简单，维修方便。3.3 I/O口的地址分配红Y21 Y22 Y23黄Y11 Y12 Y13绿Y1 Y2 Y3红黄绿绿黄红Y51 Y41 Y31 Y34 Y44 Y54Y52 Y42 Y32 Y35 Y45 Y55Y53 Y43 Y33 Y36 Y46 Y56绿Y4 Y5 Y6黄Y14 Y15 Y16红Y24 Y25 Y26由图可知道本次控制的交通灯中各个灯数目共为36个，成东西南北，每一个方向有九盏灯。每一排有三盏灯，控制着左转，直行，右转的行驶车辆。每个方向又有三排为绿灯、黄灯、红灯，分别控制者通行、提示、停止等信号。本文中选用的plc为FX2N-128，共有64个输出接口，也符合我们本次设计。PLCX0 启动开关北面Y01绿灯 Y02Y03南面Y04绿灯Y05Y06北面Y11黄灯Y12Y13南面Y14黄灯Y15Y16北面Y21红灯Y22Y23南面Y24红灯Y25Y26西面Y31绿灯Y32Y33东面Y34绿灯Y35Y36西面Y41黄灯Y42Y43东面Y44黄灯Y45Y46西面Y51红灯Y52Y53东面Y54红灯Y55Y56 24+ 公共接地COM3.4 PLC的电路连接图3.5 交通灯的顺序功能图S0S20111X0Y02Y04Y21Y03Y05Y06T1 K200Y51Y52Y53Y54Y55Y56S30Y31Y32Y35Y36Y53Y54T11 K200 T1 Y01Y02Y03Y04Y05Y06T2 K50S31S212111Y53Y54T12 K5S32 T2S222111Y01Y06T3 K5Y31Y32Y35Y36Y53Y54T13 K5 C2 K5S33 T3Y01Y02Y03Y04Y05Y06T4 K5 C0 K5S34S232111Y41Y42Y53Y54Y45Y46T14 K30 C0*T4S35S242111 C0*T4Y01Y12Y13Y14Y15Y06T5 K30Y51Y52Y53Y54Y55Y56T15 K30 T5S36S25Y01Y22Y23Y06Y24Y25T6 K80Y33Y34Y51Y52Y55Y56T16 K150 T6Y51Y52Y55Y56T17 K5S37Y22Y23Y24Y25T7 K5S26 T7Y01Y22Y23Y24Y25Y06T8 K5 C1 K5Y33Y34Y51Y52Y55Y56T18 K5 C3 K5S38S27Y43Y51Y52Y44Y55Y56T19 K30S39Y11Y22Y23Y06Y24Y25T9 K30S28 C1*T8 C1*T8S39Y21Y22Y23Y24Y25Y26T10 K50 RET CO, C1Y51Y52Y53Y54Y55Y56T20 K50 RET C2, C3S29 T9T203.6指令表的编辑根据顺序功能图把指令表编辑，指令表如下图所