PLC課程設(shè)計(jì)十字路口交通信號燈

集美大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)論文（機(jī)電方向）專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級：機(jī)制姓名、學(xué)號：指導(dǎo)教師：答辯日期：2014年1月15日集美大學(xué)機(jī)制專業(yè)（機(jī)電方向）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名：院（系）：機(jī)械與能源工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化班級、學(xué)號：1115級號任務(wù)起至日期：2014年月日至年月日課程設(shè)計(jì)題目：基于FX2N系列十字路口交通燈控制（帶倒計(jì)時顯示）立題的目的和意義：現(xiàn)代制造業(yè)要求生產(chǎn)設(shè)備和自動化生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的。它已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動化的三大支柱之一?！犊删幊炭刂破髟砑捌鋺?yīng)用》課程是培養(yǎng)學(xué)生具有機(jī)電一體化設(shè)計(jì)能力的技術(shù)基礎(chǔ)課，其專業(yè)課程設(shè)計(jì)是本課程的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，是本專業(yè)方向第一次較全面的設(shè)計(jì)訓(xùn)練。專業(yè)課程設(shè)計(jì)要達(dá)到的如下主要目的：培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本課程及其它有關(guān)先修課程的知識，去分析、解決實(shí)際工程問題的能力，深化、擴(kuò)展本課程的理論知識；能夠?qū)υ械睦^電器接觸控制系統(tǒng)進(jìn)行改造和設(shè)計(jì)新的控制系統(tǒng)；使學(xué)生掌握可編程控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的工程設(shè)計(jì)能力，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，為今后工作打下良好的本專業(yè)工程基礎(chǔ)。通過繪制完整的電器原理圖，端子接線圖，控制流程圖，編制相應(yīng)程序，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，掌握PLC系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，了解這項(xiàng)技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，熟悉國家標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)學(xué)生的基本技能，從而為接下來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)和知識積累。技術(shù)要求與主要內(nèi)容：PLC系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)的一般過程是：從初擬設(shè)計(jì)方案開始，分析設(shè)計(jì)電路圖，控制流程，并編制相應(yīng)的指令程序，然后進(jìn)行必要的實(shí)踐環(huán)節(jié)對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和正確性檢驗(yàn)，最后，編制詳細(xì)、統(tǒng)一格式的技術(shù)文件。繪制輸入輸出端子圖，主電路控制圖以及程序流程圖、控制梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等；根據(jù)前述控制分析，并繪出過程時序圖；按控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖接線，并進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試及問題分析；4）編寫技術(shù)文件。進(jìn)度安排：1．第一周周一：開題階段，動員、布置任務(wù)。根據(jù)題目查閱相關(guān)的資料（包括：圖書資料和網(wǎng)上資料等），初步規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容和步驟。周四：進(jìn)入方案設(shè)計(jì)階段，初步確定設(shè)計(jì)方案。這一階段針對課題本身答疑，不檢查程序。2．第二周周一：1）繪制輸入輸出端子圖，主電路控制圖以及程序流程圖、控制梯形圖、狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖等；2）根據(jù)上述控制分析，編制相應(yīng)指令程序。周四：內(nèi)容同上。這一階段針對編程中個別問題答疑，不檢查程序。3.第三周周一：去電工實(shí)驗(yàn)室調(diào)試程序。周四：檢查論文電子檔，包括內(nèi)容及格式。周五：收設(shè)計(jì)報(bào)告，進(jìn)行答辯。第一、二周的某一天進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)習(xí)，以提高感性認(rèn)識：①到集美大學(xué)現(xiàn)代設(shè)計(jì)與制造技術(shù)中心參觀、分析柔性制造系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)運(yùn)用。②參觀機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室。答辯前成果檢查的教師意見：年月日目錄1緒論…………………………11.1PLC簡介…………………11.2十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)簡介……………………21.2.1任務(wù)敘述………………21.2.2控制要求………………21.2.3十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖……………………31.2.4十字路口交通燈設(shè)計(jì)…………………32硬件設(shè)計(jì)……………………72.1PLC選擇…………………72.2其他硬件選擇…………72.3硬件連接…………………83軟件設(shè)計(jì)…………………93.1軟件的選擇……………94調(diào)試過程…………………104.1程序調(diào)試說明…………104.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試遇到的難點(diǎn)…………11結(jié)束語………………………13致謝…………………………14參考文獻(xiàn)……………………15附錄1指令程序……………16附錄2梯形圖……………17緒論P(yáng)LC簡介1985年，國際電工委員會（IEC）的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿對PLC做出了如下義：“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用可編程序的存貯器，用來在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！倍嗄陙?，人們用電磁繼電器控制順序型的設(shè)備和生產(chǎn)過程。系統(tǒng)很復(fù)雜，查找排除故障往往非常困難，有時可能會花費(fèi)大量的時間?，F(xiàn)代社會要求制造業(yè)對市場需求做出迅速的反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、品種多、規(guī)格高、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，老式的繼電器控制系統(tǒng)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的巨大障礙。顯然，在這種思想下，PLC迅速發(fā)展，并在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。1968年，美國最大的汽車制造廠家——通用汽車公司（GM）提出了研制PLC的基本設(shè)想，即：能用于工業(yè)現(xiàn)場；能改變其控制“邏輯”，而不需要變動組成它的組件和修改內(nèi)部接線；出現(xiàn)故障時，容易診斷和維修。1969年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺PLC。我國有不少廠家研制和生產(chǎn)過PLC，近年來國產(chǎn)PLC有了很大的發(fā)展，但是目前我國使用的PLC主要還是國外的品牌的產(chǎn)品。1、PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊、和編程模塊組成(見圖1-1)。圖1-1PLC組成模塊示意圖2、PLC

的工作原理PLC有兩種工作模式，即運(yùn)行模式和停止模式。在運(yùn)行模式，PLC通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時的響應(yīng)可能隨時變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直到PLC停機(jī)或切換到STOP模式。除了讀取外部輸入信息，執(zhí)行用戶程序和將程序執(zhí)行的結(jié)果送到輸出模塊之外，在每次循環(huán)過程中，PLC還要完成內(nèi)部處理，通信服務(wù)等工作，一次循環(huán)分為5個階段。PLC的這些周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。五個階段：內(nèi)部處理階段;通信服務(wù)階段;輸入處理階段;程序執(zhí)行階段;輸出處理階段。1.2系統(tǒng)簡介1.2.1題目與任務(wù)描述題目：十字路口交通燈控制（帶倒計(jì)時顯示）。信號燈受一個啟動開關(guān)控制，當(dāng)啟動開關(guān)接通時，信號燈系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮，東西和南北的LED數(shù)碼管由25秒開始倒計(jì)時，當(dāng)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅，LED管復(fù)位顯示25。1.2.2控制要求（1）南北紅燈亮維持25秒，在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持20秒；東西和南北的LED管也開始有25秒開始倒計(jì)時，到20秒時，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時，南北紅燈熄滅，綠燈亮，東西和南北的LED數(shù)碼管又由25秒開始倒計(jì)時。（2）東西紅燈亮維持25秒。南北綠燈亮維持20秒，然后閃亮3秒后熄滅。同時南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。（3）依照上述時序，周而復(fù)始1.2.3十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖圖1-2-1交通燈現(xiàn)場示意圖1.2.4十字路口交通燈的設(shè)計(jì)（1）整體工作流程圖如圖2-2所示圖1-2-2交通信號燈流程圖（2）十字路口交通燈時序圖圖1-2-3交通燈時序圖（3）十字路口交通燈I/O分配表（如表1、表2）表1I/O分配表輸入輸出文字符號信號地址說明文字符號信號地址說明SBX0交通燈啟動開關(guān)H1Y0南北紅燈亮H2Y1南北黃燈亮H3Y2南北綠燈亮H4Y3東西綠燈亮H5Y4東西黃燈亮H6Y5東西紅燈亮表2數(shù)碼管O口分配表數(shù)碼管1AY10數(shù)碼管1BY20BY11BY21CY12CY22DY13DY23EY14EY24FY15FY25GY16GY26I/O接線圖圖1-2-4I/O接線圖2硬件設(shè)計(jì)2.1PLC選擇本控制系統(tǒng)選用了三菱的FX2N-48MR這一型號的小型PLC.FX2N-64MR是小型化、高速度、高性能裝置，有48個輸入和輸出點(diǎn)，而我們只需要1個輸入點(diǎn)和20個輸出點(diǎn)，所以相當(dāng)充足。除此之外，這一型號的PLC還適用于在多個基本組件間的連接,模擬控制,定位控制等特殊用途,而且系統(tǒng)配置既固定又靈活是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC。因此本系統(tǒng)選擇了這一型號的PLC。2.2其他硬件選用型號為DZ47-60C10的低壓斷路器和型號為RT14-3232A-380V的熔斷器組合使用來保護(hù)電路，并且使用了上海明緯電子有限公司的220VAC~24DC的轉(zhuǎn)換電源給電路供電。因?yàn)檫@些低壓電器都是現(xiàn)有的東西，我們當(dāng)然要充分利用了。用發(fā)光二級管（串接相應(yīng)電阻保證24V壓降）來代替交通信號燈。二極管在電流約5-30mA都可以正常工作；取電流11mA，計(jì)算得出的串聯(lián)的電阻為2000Ω。硬件名稱型號數(shù)量可編程控制器三菱FX2N-64MR1臺中間繼電器220V,5A12個低壓斷路器DZ47-60C101個熔斷器RT14-3232A-3801個轉(zhuǎn)換電源220VAC~24DC1個電阻2000Ω20個導(dǎo)線0.5mm若干發(fā)光二極管2V12個表3其他硬件選用2.3硬件連接硬件連接需要根據(jù)附錄中的各圖進(jìn)行相應(yīng)的連接，首先要根據(jù)布置圖進(jìn)行大體的硬件布置規(guī)劃，將相應(yīng)的器件安裝到相應(yīng)的地方。然后，根據(jù)PLC的輸入輸出端接線圖進(jìn)行相應(yīng)的連接，并根據(jù)轉(zhuǎn)換電源圖把轉(zhuǎn)換電源和PLC相連接，最后再根據(jù)控制電路電氣原理圖把控制電路和其他部分相連接。同時我們盡量做到線路敷設(shè)平直，固定點(diǎn)位置正確，導(dǎo)線剖削規(guī)范，線路安裝正確，導(dǎo)線壓接規(guī)范，元件安裝整齊、緊固。3軟件設(shè)計(jì)3.1軟件的選擇至于編寫程序的軟件，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用了三菱電機(jī)的SWOPC-FXGP/WIN-C編程軟件，它是專為FX系列PLC設(shè)計(jì)的中文編程軟件，可在Windows9x、Windows3.1以上操作系統(tǒng)運(yùn)行。此軟件可用梯形圖、指令表、順序功能圖符號來創(chuàng)建PLC的程序，并可將程序儲存為文件，用打印機(jī)打印出來?？山o編程元件、程序塊建立注釋、設(shè)置寄存器數(shù)據(jù)。通過串行口，可將用戶程序與PLC進(jìn)行通訊、文件傳送，可實(shí)現(xiàn)各種監(jiān)控和測試功能。所以，我們利用里面的梯形圖和指令表進(jìn)行編程。而且，我們一直學(xué)的就是這個軟件，我們比較熟悉，使用起來也比較方便。至于畫圖軟件本系統(tǒng)當(dāng)然也選用了我們所熟悉且能夠熟練使用的AutoCAD

2004。4調(diào)試過程4.1程序調(diào)試1系統(tǒng)所需的所有定時器設(shè)置2南北紅燈亮25s，東西綠燈亮20s后，閃爍3s，利用M8013產(chǎn)生1s的脈沖信號控制東西綠燈的閃爍。3東西綠燈后，東西黃燈亮2s熄滅。4東西紅燈亮25s，南北綠燈亮20s后，閃爍3s，利用M8013產(chǎn)生1s脈沖信號控制南北綠燈的閃爍。5南北綠燈熄滅后，南北黃燈亮2s。6通過7段數(shù)碼管25s倒計(jì)時顯示，啟動開關(guān)關(guān)閉時數(shù)碼管25s復(fù)位，啟動時，數(shù)碼管25s開始倒計(jì)時。4.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試遇到的難點(diǎn)1綠燈閃爍利用程序構(gòu)成一個閃光信號燈，改變輸入口的置數(shù)開關(guān)可以改變閃光頻率（即信號燈亮ts，熄ts）。利用三菱FX2NPLC中特殊繼電器M8013是1s時間脈沖。2數(shù)碼管倒計(jì)時顯示當(dāng)啟動開關(guān)啟動時，將25值給寄存器D0，并將D0除以10，得到的余數(shù)給D2,整數(shù)給D1,并利用七段碼譯碼指令SEGD功能驅(qū)動數(shù)碼管顯示；再利用M8013每秒給一個脈沖對寄存器D0進(jìn)行減1處理。結(jié)束語通過對本課題的編程設(shè)計(jì)，不但進(jìn)一步鞏固和加深我們對自己所學(xué)的可編程控制器、電工基礎(chǔ)、電子技術(shù)、維修電工等基礎(chǔ)理論知識、基本技能的掌握，使之更系統(tǒng)化，而且增強(qiáng)我們通過所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識和基本技能進(jìn)行分析和解決實(shí)際問題的能力，同時培養(yǎng)自己的自學(xué)能力。而另一方面，我們通過對自己的PLC應(yīng)用能力的訓(xùn)練，使自己能夠進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施。并且掌握了一般自動控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)思路。通過對十字路口交通燈的PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也使我們對國情和工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際有所認(rèn)識，并且擺正了自己設(shè)計(jì)思想，使我們設(shè)計(jì)出的程序更符合實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用（雖然我們只是模擬真正的十字路口交通燈控制系統(tǒng)）。了解了PLC在自動控制中的運(yùn)用，可編程序控制器（簡稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動化控制裝置，它專門為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)，編程簡單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)自動控制中使用越來越廣泛。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會了PLC的基本編程方法，對PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序與到PLC中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我們對PLC的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在設(shè)計(jì)的過程中，對于自己設(shè)計(jì)參數(shù)是一個很讓人頭疼的問題，所以通過本次論文，我也感到自己在這些方面還有很多的不足，要在這方面加強(qiáng)練習(xí)，程序的套路是很多種的，我們要學(xué)會在其中找到最優(yōu)的方案，這樣不僅可以提高自己的編程水平，還可以讓我們編寫的程序達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，為程序節(jié)約運(yùn)行時間是非常重要的，這也讓我明白了時間的重要性。致謝轉(zhuǎn)眼三星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，從開題前的期待，到開題時的激動，再到開題后的迷茫?？芍^是一波三折，這期間多虧了弓老師、雷老師以及王老師悉心指導(dǎo)和解疑，才讓我撥開云層見日月，順利的完成我的課程設(shè)計(jì)。這也讓我明白了，理論與實(shí)際應(yīng)用中間存在著我們自身的這個橋梁，只有當(dāng)我們這座橋梁搭好了，