带倒计时显示的十字路口交通信号灯控制课设plc.doc
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1、电气工程学院课 程 设 计 说 明 书 设计题目:十字路口带倒计时显示交通信号灯控制系统 系 别: 电气工程及其自动化系 年级专业: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 电气工程学院课程设计任务书课程名称: 电气控制与PLC课程设计 基层教学单位:电气工程及自动化系 指导教师: 郭忠南等学号学生姓名(专业)班级设计题目十字路口带倒计时显示交通信号灯控制系统设计技术参数采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。控制要求查阅相关文献。设计要求1) 根据控制要求,进行电气控制系统硬件电路设计,包括PLC硬件配置电路。2) 根据控制要求,编制PLC控制程序3) 按要求编写设
2、计说明书并绘制A1幅面图纸一张。参考资料1、PLC电气控制技术 漆汉宏主编 机械工业出版社 20082、图书馆各类期刊文献相关数据库3、相关电气设计手册周次第一周第二周应完成内容完成全部方案设计:周一、二:查、阅相关参考资料周二至周五:方案设计周六、日:设计方案完善周一、二:完成设计说明书周三、四:绘制A1设计图纸周五:答辩考核指导教师签字基层教学单位主任签字 摘 要 本文采用三菱FX2N-MR80的可编程控制器,通过对交通信号灯控制时序要求的分析以及对PLC硬件电路及梯形图的设计,完成十字路口带倒计时显示交通信号等控制系统。对于顺序控制,因为步进指令具有条理清楚、编程方便、直观、易于实现等特
3、点,本文以三菱PLC指令系统的步进指令控制交通信号灯,并列出了步进梯形指令的状态转移图、梯形图以及指令表。该系统可完成十字路口交通信号灯的启停、自动循环工作、手动东西交通信号灯常绿以及手动南北交通信号灯常绿,并用数码管显示交通灯显示剩余时间倒计时。关键词: PLC 交通灯 步进指令 倒计时目录绪论1第一章 PLC的特点及工作原理21.1 PLC的定义与特点21.2 PLC的结构31.3 PLC的工作原理41.4 PLC的应用4第二章 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制52.1 设计目的52.2 控制要求52.3 交通灯工作时序图62.4 系统总体方案设计62.5 PLC的选择72.6 设计思
4、路72.7 流程图92.8 状态转移图102.9 步进梯形图112.10 指令13第三章 外部硬件实现183.1 PLC的I/O端口分配表183.2 电气设备明细表193.3 PLC硬件接线图193.4 参数设计20结论21心得体会21参考文献22致谢22 绪论 随着社会经济的发展,城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调,已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统,它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 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
5、交通事故有明显效果。解决好公路交通灯控制问题将是保障交通有序、安全、快捷运行的重要环节。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。
6、交通信号灯的控制是一种自动循环执行的控制系统,红、绿灯的控制是以时间顺序为基础,然后按设定的程序点亮红灯、绿灯、黄灯。像这种以时间为基础,各个状态层次比较分明的顺序控制系统,采用步进指令编程就比较方便,条理清楚,易于理解。第一章 PLC的特点及工作原理1.1 PLC的定义与特点 可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时,计数和算术运算等操作的指令,并通过数字式和模拟式的输入和输出,控制各种类型机械的生产过程。可编程序的控制器及其有关外围设备,都按易于与工业系统连成一个整体,易于扩充其功能的原则
7、设计。 可编程序控制器简称PLC,是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物,是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器,是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来,迄今己30多年,它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变,但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求,同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯,摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式,独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构,使用户程序的编制清晰直观、
8、方便易学,调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后,只需按说明书或提示,做少量的安装接线和用户程序的编制工作,就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感,推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CADCAM、ROBOT)之一,以其可靠性、逻辑功能强、体积小可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能,易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能,同益取代由大量中间继电器、时间
9、继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统,在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的,这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点:(1)可靠性高,抗干扰能力强; (2)通用性高,使用方便; (3)程序设计简单,易学,易懂; (4)采用先进的模块化结构,系统组合灵活方便; (5)系统设计周期短; (6)安装简便,调试方便,维护工作量小; (7)对生产工艺改变适应性强,可进行柔性生产。1.2 PLC的结构
10、 PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。固定式PLC包括CPU主板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU 模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合装配。 1.3 PLC的工作原理 PLC在确定了工作任务,载入了专用控制程序后,成为一种专用的工业控制计算机,它采用循环扫描工作方式,系统工作任务管理及用户程序执行都是循环扫描方式完成的。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点。用户程序的完成都是分时完成的,可以分为输入处理阶段、程序执
11、行阶段和输出处理阶段。程序执行阶段根据PLC梯形图程序的扫描原则,按先左后右,先上后下的步序,逐句扫描,执行程序。由于PLC的这种循环扫描工作方式,再加上集中输入、集中输出刷新等特点,使PLC控制结果具有输入/输出滞后现象和多重输出不允许的特殊性。1.4 PLC的应用 目前,PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业,使用情况大致可归纳为 :开关量的逻辑控制 、模拟量控制 、 运动控制 、 过程控制 、数据处理 、通信及联网。第二章 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制2.1 设计目的 (1)通过十字路口带带倒计时显示的交通
12、灯控制装置的设计实践, 了解一般电气控制系统的设计过程,设计要求,应完成的工作内容和具体设计方法。 (2)通过设计进一步巩固以往所学的知识,达到灵活应用的目的。在此过程中培养从事设计工作的整体观念,提高编写和调试语言程序水平。 (3)加强自己的科学研究方法训练和实践锻炼,增强分析问题和解决问题的能力,了解电气控制与可编程控制技术及应用的发展。2.2 控制要求 采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后,交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45时,接点SA1-1接通,交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作,按照如图2-1所示工
13、作时序周而复始,循环往复工作。正常运行时,南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0时,接点SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西向红灯常亮,数码管显示99不变。SA1手柄指向右45时,接点SA1-3接通,交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮,数码管显示99不变。 2.3 交通灯工作时序图 2.4 系统总体方案设计 交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行,绿灯表示准许通行,黄灯表示警示。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图2.4所示。正常控制时:它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的,置1表示信号灯点
14、亮。SA1手柄指向左45时,接点SA1-1接通,东西向红灯亮30s,南北向绿灯亮,25s后南北向绿灯闪烁3s,然后熄灭。在绿灯熄灭的同时,南北向黄灯亮2s,然后熄灭。在该灯熄灭的同时,南北向红灯亮及东西向绿灯亮,以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮,东西向红灯亮开始第二个循环,以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。非正常控制时:SA1手柄指向中间0时,接点SA1-2接通,交通指挥系统南北向绿灯常亮,东西向红灯常亮,数码管显示99不变。SA1手柄指向右45时,接点SA1-3接通,交通指挥系统东西向绿灯常亮,南北向红灯常亮,数码管显示99不变
15、。 图2.4十字路口交通灯控制2.5 PLC的选择 本设计用到的是三菱工商FX系列超小型PLC FX2N-80MR,其属于FX2N系列,是具有80个I/O点的基本单元,继电器输出型,使用的电源是DC24V。FX2N系列PLC是三菱公司FX系列中性能优越的小型PLC,除了输入/输出独立用途外,还可以适用于多个基本组件间的连接、运动控制、闭环控制等特殊用途,是一套可以满足广泛需要的、性价比较高的PLC。为了防止输入接口外部的振动噪音和输入线噪声进入PLC内部输入电路,PLC内部的1次和2次输入电路间用光耦合器隔离,2次电路中设有C-R滤波器,因此输入信号从ON到OFF或OFF到ON变化过程会在PL
16、C内形成10ms的应答滞后。2.6 设计思路说明:根据设计要求可知,南北向的指示灯与数码管显示完全相同,东西向亦是如此,为了设计简单明了,本设计中只设计南北向中的一向以及东西向中的一向,实际应用中只要相应的在指示灯与数码管处并联相同的装置,即可完成全部四个方向的显示与指示。 可以设置五个输入X000,X001,X002,X003,X004分别作为系统总启动、总停止、交通灯正常工作控制开关、南北向交通灯常绿控制开关、东西向交通灯常绿控制开关。用其他开关的常闭触点设置互锁,使三个状态不可能同时接通。 进入正常工作状态后,东西方向红灯亮30秒,由定时器T5实现,南北方向绿灯常亮25秒,由定时器T0实
17、现,然后绿灯闪烁3秒,由定时器T1、T2来实现0.5秒振荡,计数器C0计数3次。计数到后,C0的常开触点闭合,可以用来控制使南北方向的黄灯亮,并用T3计时2秒。T3计时到后南北红灯亮30秒,由定时器T4实现,东西方向绿灯常亮25秒,由定时器T6实现,然后闪烁3秒,有定时器T7、T8来实现0.5秒振荡,计数器C1计数3次。计数到后,C1的常开触点闭合,可以用来控制使东西方向的黄灯亮,并用T9计时2秒。 由于在各个方向三种信号灯亮的同时还要利用数码管显示相应指示灯的剩余时间,因此可以利用七段码译码指令SEGD。七段码译码指令SEGD是驱动七段显示器的指令,可以显示一位十六进制数据。源操作数S存储待
18、显示数据,该单元低4位(只用低4位)所确定的十六进制数0-F经解码后存于指定的目的操作数D的低8位,高8位保持不变。源操作数可为K、H、KnM、KnX等。由于译码时只对低位进行译码,所以一般取。使用译码指令输出为十六进制数,而本设计所用到的倒计时显示只是十进制数,使用SEGD译码指令需要在其自减到0时进行人为赋值使其变为9,否则将显示F。可见只使用SEGD指令将使程序变得十分复杂。可以采用数据变换指令中的二进制数转换成BCD码并传送BCD指令。BCD变换指令将源元件中的二进制数转换为BCD码并送到目标元件中。PLC内部的算术运算用二进制数进行,可以用BCD指令将二进制数变换为BCD数后输出到七
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