PLC课程设计十字路口交通灯

湖北理工学院 电气与电子信息工程学院 电气控制与PLC课程设计报告名 称： 电气控制与PLC课程设计 专业班级： 电气工程及其自动化2016专升本（2）班 学号： 5 姓 名： 张贤哲 指导教师： 杨毅 陈学珍 设计时间： 2017年5月8日2017年5月19日 设计地点： K2414 电气控制与PLC课程设计成绩评定表姓 名张贤哲学号5专业班级2016级电气工程及其自动化专升本（2）班题目：市中心双向六车道十字路口红绿灯控制答辩记录：1、程序语句ZRST T0 T21的作用？答：这条语句的作用是将T0到T21共22个时间继电器全部清零，避免程序序在运行过程中产生时间差。2、数码管显示程序是哪一部分，从哪开始到哪儿结束？答：数码管显示程序是从STL S32开始到SET S39结束。成绩评定及依据：1. 考勤情况（10%）：2. 设计调试情况（30%）：3. 设计答辩（20%）：4. 设计报告（完成情况、报告规范性等情况40%）：最终评定成绩（以分数和优、良、中、及格、不及格评定）： 指导教师签字： 设计任务书20162017 学年第2学期学生姓名： 张贤哲 专业班级： 电气工程及其自动化专升本（2）班 指导教师： 胡学芝、高海洲 工作部门： 电气与电子信息工程学院一、设计题目 课题1 ：.电动机的综合控制方向课题2 ：竟猜抢答系统的设计方向课题3 ：交通灯控制方向课题4 ：电梯控制方向课题5 ：喷泉或彩灯控制方向二、设计内容（含技术指标） 1、用PLC实现四台以上电动机综合控制，要求模拟实际的工况，包括电机的顺序控制、电机的连锁和互锁控制，电机间的逻辑联系应具有一定的复杂程度，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。2、用PLC实验装置设计竟猜抢答系统，要求不少于5组，有必要的组号显示、记时显示和模拟记分系统，有优先抢答功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。3、用PLC实现各种路口的交通信号灯控制，要求与实际交通灯工作情况基本相符，具有必要显示和通过外部设备进行设定功能，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。4、用PLC实现电梯控制，要求与实际基本相符，电梯层数不少于4层，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。5、用PLC实现喷泉控制，要求花样不少于6种，能自动循环、单循环、和手动控制，画出主电路和接线图，接好线，编程并进行调试。6、同组同学要求不能完全重复，必须有自己的亮点，对思路新颖的、和用到更多功能指令的有加分。7、所有小组均应在开题的过程中，由指导老师对与题目相关的具体的设计控制要求进行审核。三、设计进度安排序 号内 容学时安排（天）1选题、讲解设计要求、查资料； 12方案论证、说题及硬件选型和设计23软件设计24程序及系统调试35绘制图纸、撰写和打印设计报告16设计答辩1合 计10设计指导答辩地点：K3PLC实验室四、基本要求设计报告：不少于5000字，幅面，统一复印封面。 封面、设计任务书 目录1）方案选择，方案论证（综述、任务详解及设计思路，PLC选型等）2）系统硬件设计（系统功能及原理、系统组成框图、器件选择、电路原理图、I/O分配及接线）3）系统软件设计（各软件模块的功能，梯形图及说明） 4）系统调试（调试步骤、方法及调试过程中的问题及如何解决等）5）结果分析及展望（最后的结果成功点和不足之处、总结及改进等） 附录-参考文献五、设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩按得分0100分，可分为优、良、中、及格、不及格五等。评定项目基本内涵分值设计考勤考勤、自行设计、按进度完成任务等情况10设计调试软硬件调试过程及完成情况30设计答辩回答问题等情况20设计报告完成情况、报告规范性、创新性、雷同率等情况4090100分：优；8089分：良；7079分：中；6069分，及格；60分以下：不及格目 录1 方案论证12 系统硬件设计2 2.1 系统的功能及控制原理2 2.2 系统组成框图3 2.3 功能时序图.3 2.4 I/O分配接线3 2.5 电路原理图.43 系统软件程序设计64 系统调试74.1 调试步骤与方法74.2 现场图片95 课程设计总结13附录 参考资料141方案论证1任务详解及设计思路任务：设计一个能够控制二十六盏交通信号灯的模拟系统。并且要求交通信号灯按照交通规则的模试来运行。实验通过控制八个交通灯就好了。内容：因为本课程设计是交通灯的PLC控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。先转状态1，南北绿灯通车25S，东西红灯，东西人行道绿灯。过一段时间转状态2，南北绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西仍然红灯，东西人行道红灯。再转状态3，东西绿灯通车25S，南北红灯，南北人行道绿灯。过一段时间转状态4，东西绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北仍然红灯，南北人行道红灯。再转状态5,南北左转绿灯通行25S，东西红灯。过一段时间转状态6，南北左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西仍然红灯。再转状态7，东西左转绿灯通行25S，南北红灯。过一段时间转状态8，东西左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北仍然红灯。最后转至状态1循环。2 系统硬件设计2.1 系统的功能及控制原理能实现东西、南北四个路口的红、黄、绿灯循环变换，东西方向直行时南北方向禁止通行，南北方向直行时东西方向禁止通行。能实现正常的左转弯控制，东西路口车辆左转弯时南北路口车辆禁止通行，南北路口车辆左转弯时东西方向车辆禁止通行。各方向直行和各路口左转弯循环交替。能实现东西、南北四个路口人行道通行与禁止交替，东西方向人行道在东西方向机动车直行时可以通行，南北方向人行道在南北方向机动车直行时可以通行，其他时间禁止通行。同时还能实现两位数码管的倒计时显示，倒计时显示与红绿灯的变化相对应，能让通行车辆更好地掌握路口交通灯的变化情况。十字路口东南西北四个路口各设有一套直行红、黄、绿灯，由于所选用PLC的输出口个数的限制所以左转灯与直行灯共用同一组灯，当东西南北都执行完之后就开始执行左转，此时将绿灯设为以两秒为周期闪动来代表左转，也是由于受PLC输出端口数量的限制人行横道也只设绿灯，绿灯灭则禁止通行。交通灯状态控制如下：南北路口东西路口数码管倒计时显示直行绿直行红、人行道绿倒计时25S直行绿闪直行红、人行道绿闪3S直行黄直行红2S直行红、人行道绿直行绿25S直行红、人行道绿闪直行绿闪3S直行红直行黄2S左转绿（两秒周期闪）左转红25S左转绿闪（一秒为周期）左转红3S左转黄左转红2S左转红左转绿（两秒周期闪）25S左转红左转绿闪（一秒为周期）3S左转红左转绿闪（一秒为周期）2S都执行完后再进行循环。2.2系统组成框图系统组成框图如下：2.3功能时序图直行时段南北方向时序图：X0Y22Y27Y20Y21Y25直行时段东西方向时序图与南北方向的基本相同，只是东西方向的是接在南北方向的后面，如下：2.4 I/O分配接线根据控制要求PLC的I/O口分配为：X0启动按键X0Y20南北直行/左转红灯X1停止按键X1Y21东西路口人行道绿灯Y0Y7数码管十位Y23东西直行/左转绿灯Y10Y17数码管个位Y24东西直行/左转黄灯Y22南北直行/左转绿灯Y25东西直行/左转红灯Y27南北直行/左转黄灯Y26南北路口人行道绿灯2.5 电路原理图FX2N通过储存的程序周期运转。正常时序和急车强通可由可编程控制器(PLC)来实现。选用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。根据上述选型及控制要求，绘制PLC控制交通灯的电路接线原理图，该模拟交通信号灯分为南北和东西两个方向，分别由绿、黄、红三种颜色，其中，COM端为交通灯的公共端。PLC的外部接线图如图。根据控制要求设计电路原理图如下：停止按钮X1启动按钮X0X001X000Y021Y026Y023Y024Y025Y022Y027Y020FX2N48MRY007Y000Y006COMY017Y016Y010COM13 系统软件程序设计3.1程序流程图启动 显示42倒计时3S显示295倒计时25S南北直行绿闪3S、东西红、东西路口人行道绿闪3S南北直行绿亮25S、东西红、东西路口人行道绿 显示10倒计时2S南北直行黄亮2S、东西红 显示295倒计时25S东西直行绿亮25S、南北红、南北路口人行道绿显示42倒计时3S东西直行绿闪3S、南北红、南北路口人行道绿闪3S显示10倒计时2S东西直行黄亮2S、南北红显示295倒计时25S南北左转绿亮25S（以2S周期闪）、东西红显示42倒计时3S南北左转绿闪3S（以1S周期）、东西红南北左转黄亮2S、东西红显示10倒计时2S显示295倒计时25S东西左转绿亮25S（以2S周期闪）、南北红显示42倒计时3S东西左转绿闪3S（以1S周期）、南北红显示10倒计时2S东西左转黄亮2S、南北红停止4系统调试4.1调试步骤与方法（1）将PLC与对应输入输出的设备连接起来。（2）用GX Works2软件编制图的梯形图程序，将编制无误的程序分别下载到PLC中，并将模式选择开关拨至RUN状态。（3）调试运行。按下启动开关，先转状态1，南北绿灯通车25S，东西红灯，东西人行道绿灯。过一段时间转状态2，南北绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西仍然红灯，东西人行道红灯。再转状态3，东西绿灯通车25S，南北红灯，南北人行道绿灯。过一段时间转状态4，东西绿灯先闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北仍然红灯，南北人行道红灯。再转状态5,南北左转绿灯通行25S，东西红灯。过一段时间转状态6，南北左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，东西仍然红灯。再转状态7，东西左转绿灯通行25S，南北红灯。过一段时间转状态8，东西左转绿灯闪3S然后灭，黄灯亮2S，南北仍然红灯。最后转至状态1循环。（4）监控运行。当PLC运行时，可以使用GX Works2软件中的监视功能监控整个程序的运行过程，以方便调试程序。在GX Works2软件上，单击 “PLC写入”“监视”“监视开始”，可以全画面监控PLC的运行，这时可以观察到定时器的定时值会随着程序的运行而动态变化，通电闭合的触点和线圈会变蓝。借助于GX Works2软件的监控功能可以检查哪些线圈和触点该通电时没通电，从而为进一步修改程序提供帮助。静态调试 静态调试是在用户系统未工作时的一种硬件检测。 第一步：目测。检查外部的各种元件或者是电路是否有断点。 第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象。 第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值。 第四步：是联机检查。因为只有用可编程控制器开发系统才能完成对用户系统的调试。 动态调试 动态调试是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。 由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。 由近及远是将信号流经的各器件按照距离可编程控制器的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。软件调试：软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。编辑程序后，查看程序是否有逻辑的错误。如果出现故障，应返回编程环境，检查梯形图的错误并修改程序再进行调试，如此反复直到调试成功。4.2现场图片4.2-1系统整体4.2-2东西红灯南北黄灯4.2-3PLC工作时的状态4.2-4软件监控PLC运行4.2-5南北红灯东西绿灯4.2-6南北黄灯东西红灯4.2-7数码管显示程序4.2-8停止按键 按下全部停止5课程设计总结为期两周的PLC课程设计，我热情高涨。十字路口交通灯控制设计课题的特点是思路清晰、结构明了，中间产生的错误也让我明白必须严谨。这次课程设计重要的是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。在设计过程中遇到的问题，在老师的帮助、组员的合作和自己的努力下都得到了圆满的解决，同时在设计的过程中发现了自己对所学的知识理解得不够透彻，掌握得不够牢固，此次课程设计重新加深了我对这部分知识的掌握程度。不足的是本次十字路口交通灯控制设计还不够完善。这次实训我收获颇丰，今后也会更加努力提高自己的能力。参考资料1李仁主编，电气控制，北京：机械工业出版社，20002陈立定等主编，电气控制与可编程控制器，广州：华南理工大学出版社，20013王仁祥主编，常用低压电器原理及其控制技术，北京：机械工业出版社，20024郑萍主编，现代电气控制技术，重庆：重庆大学出版社，20015 佟为明等编，低压电器继电器及其控