PLC交通灯的控制设计方案文档

课程设计(论文)题目名称交通信号灯控制系统的设计课程名称PLC原理及应用学生姓名学号系专业电气工程系、自动化指导教师杨波2011年12月28日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业09级自动化学生姓名学号题目名称交通信号灯控制系统的设计设计时间2011年12月19日-2011年12月30日课程名称PLC原理及应用课程编号121200107设计地点数字控制与PLC实验室（306）课程设计（论文）目的主要是通过设计实践，了解一般电气控制系统设计过程、设计要求、应完成的工作内容和具体设计方法。培养学生独立地解决实际问题的能力；掌握初步掌握PLC电气电路的设计方法及其编程方法和程序的调试；通过设计也有助于复习、巩固以往所学的知识，达到灵活应用的目的。已知技术参数和条件利用PLC设计交通信号灯控制系统1.按下启动按钮，东西方向红灯亮保持20S，同时南北方向绿灯亮保持15S后，闪烁3S绿灯熄灭，黄灯亮2S后熄灭，南北方向红灯亮；同时东西方向红灯熄灭，黄灯亮，绿灯亮。2．南北方向红灯亮保持22S，同时东西方向绿灯亮保持17S后，闪烁3S绿灯熄灭，黄灯亮2S后熄灭，东西方向红灯亮，同时南北方向红灯熄灭，黄灯亮，绿灯亮。3．当南北方向绿灯亮时，人行道的绿灯亮，行人可通过马路；当南北方向红灯亮时人行道的红灯亮，行人停止通过马路。4．实现交通系统循环控制，按下停止按钮，系统停止工作。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.设计好顺序功能图4.系统的T形图5.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2011年12月19日20日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务何要求2011年12月21日：总体方案设计2011年12月22日23日：外部接线图2011年12月24日-27日：T形图设计2011年12月28日-29日：系统调试改进2011年12月30日：整理书写设计说明书2012年1月4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）：摘要本设计交通灯系统以三菱FX2N-32MR型PLC为核心，能实现交通灯系统的控制。介绍了交通灯的基本原理以及工作流程，从硬件和软件上对系统进行了较详细的设计。在软件设计时分别设计了不同的模块系统功能，分别对程序块编写梯形图程序，最后完成了总个系统的设计，使所设计系统达到了设计要求。利用PLC控制的交通灯控制系统提高了系统的稳定性，保证交通灯能够长期稳定运行。关键词：交通灯；PLC；梯形图ABSTRACTThisdesigntrafficlightsystemwithmitsubishiFX2N-32MRtypePLCasthecore,canrealizethecontroloftrafficlightsystem.Thispaperintroducesthebasicprincipleofthetrafficlightsandtheworkingprocess,fromthehardwareandsoftwareofthesystemisadetaileddesign.Inthesoftwaredesignofdifferentmodulesaredesignedrespectivelysystemfunctionrespectively,theblockwriteladderdiagramprogram,finallycompletedatotalthedesignofthesystem,designthesystemtoachievethedesignrequirements.UseofPLCcontroloftrafficlightcontrolsystemimprovesthestabilityofsystem,ensurethetrafficlightscanhavealong-termstableoperation.Keywords：trafficlights;PLC;Ladderdiagram目录1绪论41.1交通灯简介41.2交通灯的功能42系统方案论证52.1PLC的特点52.2PLC控制交通灯的优点63系统硬件设计73.1系统的输入/输出信号及PLC选型73.2I/O地址分配73.3PLC控制外部接线图84系统软件设计94.1系统顺序功能图94.2系统流程图94.3程序梯形图114.4梯形图对应的指令表115总结13参考文献141绪论1.1交通灯简介随着现代科学技术的发展及经济全球化的发展趋势，经济的发展越来越成为一个国家支撑其他事业的发展的必要条件。所以要致富，先修路。交通业的发展加速了我们的生活节奏。道路的规划也是不可忽略的一项技术，其中行人及乘客、驾驶员的安全问题也是无法忽视的问题，有规矩才成方圆，所以对于一些地带必须装设有交通灯来使得大家形成一个道路规矩，以免带来不必要的麻烦。1.2交通灯的功能当我们行走在一些十字交叉路口的地方，我们可以看见的交通灯的控制及其所产生的作用。交通灯的基本功能就是对各个方向的来往车辆进行一种规矩。举一个简单的例子来说明，例如：当其他三个方向的车辆要往同一方向行驶时，如果没有形成一套相应的秩序系统，那么，我们见到的就是一片混乱，车辆阻塞，这样子的话就很麻烦了。北北南东西图1-1交通指挥灯示意图绿黄红绿黄红红黄绿绿红黄2系统方案论证2.1PLC的特点PLC是一种用于工业自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方式。PLC与普通微机一样，以通用或专用CPU作为字处理器，实现通道(字)的运算和数据存储，另外还有位处理器(布尔处理器)，进行点(位)运算与控制。PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。(1)可靠性:对可维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。A.PLC不需要大量的活动元件和接线电子元件，它的接线大大减少，与此同时，系统的维修简单，维修时间短。B.PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如，冗余设计，断电保护，故障诊断和信息保护及恢复等，提高了MTBF，降低了MTTR使可靠性提高。C.PLC有较高的易操作性，它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不易发生操作的错误。D.PLC是为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制更简单的编程语言和更可靠的硬件。采用了精简化的编程语言，编程出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。E.在PLC的硬件方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性的元件:采用先进的工艺制造流水线制造;对干扰的屏蔽、隔离和滤波等;对电源的断电保护;对存储器内容的保护等。F.PLC的软件方面，也采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波;软件自诊断;简化编程语言等。(2)易操作性，PLC的易操作性表现在下列几个方面:A、操作方便对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用了CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT上显示。B、编程方便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，由于梯形图与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。采用布尔助记符编程语言时，十分有助于编程人员的编程。C、维修方便PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快的找到故障的部位，以便维修。(3)灵活性，PLC的灵活性表现在以下几个方面:A.编程的灵活性。PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块和语句描述编程语言。编程方法的多样性使编程方便、应用面拓展。B.扩展的灵活性。PLC的扩展灵活性是它的一个重要特点。它可根据应用的规模不同，即可进行容量的扩展、功能的扩展、应用和控制范围的扩展。C.操作的灵活性。操作十分灵活方便，监视和控制变得十分容易。2.2PLC控制交通灯的优点PLC控制自动售货机的优点有：(1)在交通灯控制系统中采用PLC，用软件实现对其运行的自动控制，可靠性大大提高。(2)控制系统结构简单，外部线路简化。(3)PLC可实现各种复杂的控制系统，方便地增加或改变控制功能。(4)PLC可进行故障自动检测与报警显示，提高运行安全性，并便于检修。(6)更改控制方案时不需改动硬件接线。3系统硬件设计3.1系统的输入/输出信号及PLC选型根据I/O信号数量、类型以及控制要求，选择日本三菱公司的FX2N-32MR型PLC，其16个输入端子和16个输出端子能够很好的满足控制要求。FX2N型机具有以下几方面的优点：(1)专用于开关量控制，其体积小，安装起来节省空间；(2)其功能较强，具有2kHz的高速计数器，可作为定位控制的标准硬件使用;在指令方面，具有编码、译码、数据转换、可逆计数等功能。从结构上看：包括主机单元、I/O扩展单元、I/O链接单元、A/D转换单元、D/A转换单元等；(3)采用的是箱体结构，其价格便宜，可靠性高；(4)其任一种CPU箱和任一种扩展箱均可配置在一起，因此，用户可根据所需的I/0点数进行选件配置，使用灵活、方便。3.2可编程控制器I/O口分配

根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号和故障指示驱动信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，可采用并联输出方法。由此可知，该系统所需的输入点数为2，输出点数为7，全部是开关量，则可将I/O分配用表3-1表示。表3-1交通指挥灯的I/O分配表输入元件输入地址输出元件输出地址开启按钮SB10.00南北绿灯Y410.00停止按钮SB20.01南北黄灯Y510.01南北红灯Y610.02警灯（故障指示）Y310.03东西绿灯Y010.04东西黄灯Y110.05东西红灯Y210.063.3PLC的外部接线图根据上述I/O表可知，I/O所需点数只有9点，故选用CPM2AH微型PLC即可。PLC外部输入输出的信号接线如图3-1所示。其中，每一方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯并联，用PLC的同一个输出点。COMCOMCOM10.0010.0110.0210.0310.0410.0510.06000000M0.01北绿南绿北黄南黄南红北红警灯东绿西绿东黄西黄西红东红图3-1系统的I/O接线图电源SB1SB2Y5Y4Y6Y3Y0Y1Y2

4系统软件件设计4.1顺序功能图根据交通灯的实际控制情况，可得出顺序功能图如下：M8002S0S0X0启动Y0T4M6Y6T0M1Y0T4M6Y6T0M1T0T4Y0T5M7Y4T1M2Y0T5M7Y4T1M2T1T5Y1T6Y2T7M9M8Y6M5Y5T3M4Y4T2M3Y1T6Y2T7M9M8Y6M5Y5T3M4Y4T2M3T2T6Y1Y0M10T3T7Y1Y0M10X14.2系统流程图启动开关启动开关东西红灯亮东西绿灯亮东西绿灯闪20S17S3S南北绿灯亮南北绿灯闪南北红灯亮15S3S22S南北行人道东西行人道结束15S3S2S22S20S17S3S2S东西主干道启动开关南北绿灯亮南北绿灯闪南北黄灯亮南北红灯亮南北主干道东西红灯亮东西绿灯亮东西绿灯闪东西黄灯亮结束交通灯模拟控制系统流程图4.3程序梯形图根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O分配的定义，可对PLC进行控制程序的设计，其梯形图如图所示。下面对所设计的梯形图作几点说明：(1)当按下启动按钮，0.00接通，中间继电器200.00接通，10.02线圈得电，东西红灯亮，与此同时，10.02的常开触点闭合，10.04线圈得电，南北绿灯亮。(2)延时15秒后，TIM006的常闭触点接通，与该接点串联的TIM008的常开接点共同控制产生0.5秒的钟脉冲信号，使南北绿灯闪烁3s（闪烁6次）。(3)经过3秒后，TIM007的常闭接点断开，10.04线圈失电，南北绿灯熄灭。此时TIM007的常开接点闭合，10.05线圈接通，南北黄灯亮2s。(4)经过2秒后，TIM005的常闭接点断开，10.05线圈失电，南北黄灯灭，这是启动TIM000进入延时。(5)延时20s后，TIM000的常闭接点断开，10.02线圈失电，东西红灯灭；同时，TIM000的常开接点闭合，10.06接通，南北红灯亮；由于10.06的常开接点闭合，10.00线圈得电，东西绿灯亮。南北绿灯工作17s后，系统的工作情况与上述类同。如果发生南北、东西绿灯同时亮，则系统出现故障，应立即报警处理。当系统需要停止工作时，只要按下停止按钮即可。交通灯控制的PLC梯形图如下

SETM10SETM0M8002M9T7SETM10SETM0RETM9RETM9SETM1M0X0M1SETM1Y6SETM6Y6SETM6M5Y4RETM0M2Y4RETM0SETM2M1T0M8013M3SETM2T3K20T3RETM1RETM1Y5M4Y5SETM3M2T1SETM3SETM0RETM2M10X1SETM0RETM2RETM5RETM5SETM4M3T2SETM4RETM10RETM3RETM10RETM3Y0SETM5M4T3M6Y0SETM5RETM4M10RETM4M8013M7Y1SETM7M6T4M8Y1SETM7RETM6M10RETM6Y2SETM8M7T5M9Y2SETM8T7RETM7