電氣與PLC課程設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書課程名稱：電氣與PLC控制技術(shù)題 目:交通信號燈的控制設(shè)計 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 前言11控制系統(tǒng)硬件設(shè)計2 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 1.1 PLC類型的選擇21.1.1控制要求分析2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)分配5PLC類型的選擇51.2顯示模塊的設(shè)計61.2.1顯示控制原理圖61.2.2顯示控制原理61.3操作面板的設(shè)計72控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計82系統(tǒng)I/O分

2、配己8 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 2.2主要程序設(shè)計8 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 2.2.1按鍵操作說明82.2.2主控制程序2.2.3動態(tài)顯示控制程序2.2.4初值設(shè)定程序 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 2.2.5顯示開?？刂瞥绦?12.2.6時間運(yùn)行程序2.2.7倒計時控制程序 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 2.2.8顯示輸出程序143結(jié)束語16 HYPERLINK l

3、 bookmark96 o Current Document 附錄時間運(yùn)行程序和倒計時程序指令表17交通信號燈的控制設(shè)計前言近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入， 同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、 可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計， 可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。由于PLC具 有對使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可 對目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號燈進(jìn)行精確控制，特別對多岔路口 的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng) 中。交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管

4、制，對于疏導(dǎo)交通流量、 提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。用可編程控制器實(shí)現(xiàn) 交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計方法，實(shí)驗證明該 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能 力。針對選題十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計，本文采用順序控制 設(shè)計法中并行序列的順序功能圖設(shè)計方法，將東西、南北兩個方向的 路燈并行控制，再以轉(zhuǎn)換為中心的方法將順序功能圖轉(zhuǎn)換為梯形圖， 最后利用編程器將指令輸入PLC中進(jìn)行調(diào)試，最終實(shí)現(xiàn)交通燈的自動 控制。1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計1 PLC類型的選擇選用日本三菱公司FX2N型PLC1.1.1交通信號燈的控制要求早上6 : 00起動顯示，晚上22

5、 : 00關(guān)閉顯示；起動接通時，先南北紅燈亮，東西綠燈亮；南北綠燈、東西綠燈同時亮?xí)r，立即關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并報警。南北紅燈亮維持25秒。在南北紅燈亮的期間，東西綠燈亮維持20秒; 綠燈閃亮維持3秒；黃燈亮維持2秒。接著東西紅燈亮維持30秒。在東西紅燈 亮的期間，南北綠燈亮維持25秒；綠燈閃亮維持3秒；黃燈亮維持2秒。上述 動作循環(huán)進(jìn)行。有年、月、日、時、分、秒、星期及倒計時顯示。十字路口交通燈模擬控制時序圖啟動用停止丫 I南北紅燈I東西綠燈LTUTI恭西黃燈I東西紅燈南北綠火 南北黃火交通信號燈時序狀態(tài)示意圖n1.1.2系統(tǒng)I/O點(diǎn)數(shù)的計算輸出點(diǎn)數(shù)計算：年、月、日、時、分、秒、星期及倒計時顯示

6、字形輸出 需輸出點(diǎn)4個點(diǎn)，字位輸出控制需輸出點(diǎn)5個點(diǎn)。信號燈顯示輸出需7個點(diǎn)。 組成距陣式鍵盤(8X3)需3個點(diǎn)。共需輸出點(diǎn)19個輸入點(diǎn)數(shù)的計算：組成距陣式鍵盤(8X3)需8點(diǎn)。1.1.3 PLC型號的選擇目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列PLC,國內(nèi)也 有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種PLC，故PLC系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價格 懸殊。在此情況下，PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價格比，選擇可靠性高， 功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC。據(jù)對多種因素的分析比較及監(jiān)控系 統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選用日本三菱公司FX2N型PLC?；締卧x：FX2n-32MT擴(kuò)展單元選

7、：FX2N-8EYT(地址編號Y20Y27)1.2顯示模塊的設(shè)計1.2.1.硬件的設(shè)計思路采用帶譯碼器和片選輸入點(diǎn)的七段顯示譯碼器，來顯示09十個數(shù) 字。并根據(jù)顯示數(shù)字的位數(shù)及組數(shù)，選用相應(yīng)個數(shù)的七段數(shù)字顯示器件部件，來 顯示1位、2位、3位、4位等多位數(shù)或幾個數(shù)字組。用PLC的4個輸出點(diǎn)形成4條數(shù)據(jù)線。由這4條數(shù)據(jù)線組成顯示數(shù)字 的數(shù)據(jù)總線。數(shù)字量輸出用二進(jìn)制的00001001代表09，各個顯示數(shù)字值傳 輸?shù)较鄬?yīng)的顯示器件。PLC輸出點(diǎn)與地址譯碼器配合控制各顯示器件數(shù)據(jù)輸入的選通或鎖存。 根據(jù)顯示數(shù)字的位數(shù)及組數(shù)，選用相應(yīng)譯碼器的型號和個數(shù)。用PLC的4個(或3個、2個等)輸出點(diǎn)形成4條(

8、或3條、2條等) 地址線。由這4條(或3條、2條等)地址線組成顯示數(shù)字的地址總線。數(shù)字量 輸出用二進(jìn)制的00001111代表015位(或000111代表07位、0011 代表03位等)?？偩€與接口電路框圖如圖21.2.2軟件設(shè)計思路將需要數(shù)字顯示的PLC內(nèi)部數(shù)據(jù)字或數(shù)據(jù)雙字由整數(shù)轉(zhuǎn)化為BCD碼。在BCD碼表示的數(shù)據(jù)中，以個位BCD碼對應(yīng)數(shù)據(jù)總線Y20Y23輸出。 十位、百位、千位等BCD碼通過移位使其數(shù)位與個位數(shù)位對應(yīng)。都在數(shù)據(jù)總線上 傳輸數(shù)字顯示數(shù)據(jù)。通過PLC地址輸出點(diǎn)和地址譯碼器，提供各個數(shù)字顯示器的片選信號， 配合3條地址總線來發(fā)送數(shù)據(jù)，達(dá)到由指定顯示部件的顯示器接收顯示數(shù)據(jù)?？?制各

9、個片選輸入來控制該數(shù)字顯示器件輸入數(shù)據(jù)的選通與鎖存，使各個顯示單元 接收到對應(yīng)的顯示數(shù)據(jù)并予以鎖存顯示。合理地控制片選及鎖存顯示周期，使傳送、顯示能適應(yīng)PLC掃描輸出 速率及顯示器件的響應(yīng)時間，使顯示正常，消除無顯示、顯示閃爍、顯示遲鈍等 現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)多參數(shù)的動態(tài)顯示，只要將地址譯碼器的輸出端與顯示器件的片 選輸入端對應(yīng)聯(lián)接，對PLC數(shù)據(jù)做上述處理后，按時序在數(shù)據(jù)總線上發(fā)送，就可 實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的數(shù)字顯示。1.2.3顯示模塊的電路圖圖1顯示部分電路圖年月日星期時分秒倒計 時圖中：74LS138:3-8 譯碼器。MC14495:七段顯示譯碼器：輸出高電平有效驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。FX2N-32MT：晶體管輸

10、出型基本模塊（PLC），有16個輸出點(diǎn)。|Y0-Y3：輸出字形信號。輸出BCD碼，經(jīng)MC14495譯成顯示碼，送給數(shù)碼管。Y4-Y7:輸出位控信號。經(jīng)74LS138譯碼后控制對應(yīng)位點(diǎn)亮。動態(tài)顯示：Y20-Y23輸出顯示數(shù)據(jù)；Y24-Y26輸出位控信號經(jīng)74LS138譯碼后控制對應(yīng)位 點(diǎn)亮（任一時刻，只有一個管通電）；從而對數(shù)碼管循環(huán)掃描，動態(tài)顯示。1.3操作面板的設(shè)計若采用直接輸入方式，則所需PLC輸入點(diǎn)較多，且成本較高，很不方便，所 以采用矩陣鍵盤式輸入方式。此方式可以節(jié)省輸入點(diǎn)數(shù)，且操作方便。操作輸入 控制原理圖如圖2， 距陣式鍵盤輸入（8X3）表2所示圖2輸入輸出接線圖即為了減少輸入輸出

11、點(diǎn)數(shù)，我們選用(8 X 3)距陣式鍵盤輸入表2距陣式鍵盤輸入(8X3)0123456789年月日時分秒星期開顯示關(guān)顯示設(shè)定復(fù)位起動停止2. 2主要程序的設(shè)計2.2.1按鍵操作說明:按 0 鍵一 2.2.1按鍵操作說明:按 0 鍵一 M50=1按 3 鍵一 M53=1按 6 鍵一 M56=1按 8 鍵一 M60=1按月鍵一 M63=1按分鍵一 M67=1按氣溫鍵一 M70=1按關(guān)顯鍵一 M73=1按起動鍵一 M76=12.2.2主控制程序按 1 鍵一 M51=1按 4 鍵一 M54=1按 7 鍵一 M57=1按 9 鍵一 M61=1按日鍵一 M67=1按秒鍵一 M67=1按星期鍵一 M71=1按

12、設(shè)定鍵一 M74=1按停止鍵 一 M77=1按 2 鍵一 M52=1按 5 鍵一 M55=1按年鍵一 M62=1按時鍵一 M67=1按開顯鍵一 M72=1按復(fù)位鍵一 M75=1o10MbUUUT Ho10MbUUUT HM76T JM78T卜M77pm X010Y015M50 K3 C M78 J接通電源后M8000=1,執(zhí)行矩陣輸入指令。按下起動鍵，M76=1， M78=1并自鎖，系 統(tǒng)起動。按下停止鍵，M77=1, M78=0并解，系統(tǒng)停止。M80000M80000I I-M7G M7710 一I I一r-M78M78 14| 卜M75T卜M28M78 14| 卜M75T卜M28T卜ST

13、D21ESTM27M49DECO D21M30 K4IND21K1M4GINC D21CMP D21 Kie M27OVP KO D211、系統(tǒng)啟動后，按下清零鍵，D21清0, M27-M49復(fù)位。2、DECO指令將D21中的數(shù)進(jìn)行解碼。若D21中為0，則M30=1；若D21中為1，則M31=1；若D21中為2，腳32=1若D21中為15，則M45=1。一個掃描周期解碼一次。一次解碼，M30-M45中只有一個為1，其余為0。可用M30-M45分別控制16字形信號的輸出。3、BIN指令將D21中的數(shù)進(jìn)行二進(jìn)制變換。若D21中為0，貝M49M48M47M46=0000；若 D21 中為 1，則 M

14、49M48M47M46=0001 ；若 D21 中為 15，則M49M48M47M46=1111。一個掃描周期二進(jìn)制變換一次。一次二進(jìn)制變換，M49M48M47M46只有 一個組合狀態(tài)?？捎肕49M48M47M46的16個組合狀態(tài)分別控制8個字位信號的輸出。4、一個掃描周期內(nèi)輸出一個字形信號和與之對應(yīng)的字位信號，即顯示一個字。16個掃描周期即依次顯示16個字。16個掃描周期為一個循環(huán)。即形成動態(tài)循環(huán)顯示。 利用人體視覺延時原理，看上是同時顯示。2.2.4初值設(shè)定程序M78M7554 | |1 卜M78M7459 | |1 |一M79M78M7554 | |1 卜M78M7459 | |1 |一

15、M79I IMSORST DOC M79M79CO M5064 | |訴一| 卜M51 I IM79COM50208 | |1 | 卜M51M52OVPKODO-ADDPKODODOADDPK10DODOADDPK20DODO:9-1 TOC o 1-5 h z M79COM51M52M53M54M55M56M57M 如MSI300I I林拌拌拌拌拌拌拌拌拌一CM89 3M79M89312| |1 |COK2JClK3Jwgci320 | |1 | STCOSTClI M79 Mg?伽VFD0D801伽VFDOD8014伽VFDODS015326 一| |一|一| 卜 推 rk 雁5 I卜M7

16、9脂，M6M64M65MSgM67M71M72MTS0 一| |拓杯拓杯抨杯抨林抨C MSI :| M73M81401| |J4C M80 :圖4初值設(shè)定程序1、系統(tǒng)啟動后，按下清零鍵，星期、年、月、時、時、分、秒及動態(tài)顯示控制等 相關(guān)寄存器均清零。按設(shè)定鍵，可以進(jìn)行星期、年、月、時、時、分、秒、開顯時 間及關(guān)顯時間的初值設(shè)定。2、D8013D8019用于存放星期、年、月、日、時、分、秒的數(shù)據(jù)。D8013秒(0 59)D8017月(1 12)D8014分(0 59)D8018年（公歷后兩位）（0099）D8015時(0 23)D8019星期（06對應(yīng)日六）D8016日(1 31)PLC運(yùn)行后，

17、系統(tǒng)程序根據(jù)初始值進(jìn)行累加計時及年、月、日、星期的轉(zhuǎn)換 協(xié)調(diào)。3、D300用于存放開顯時間的數(shù)據(jù)。D301用于存放關(guān)顯時間的數(shù)據(jù)。4、置初值操作流程：設(shè)定鍵一 數(shù)字鍵（09）-項目鍵（星期、年、月、 時、時、分、秒、開顯及關(guān)顯）。各初值被存入相應(yīng)的寄存器。例：設(shè)定年：先按設(shè)定鍵M74=1 （M79進(jìn)行自鎖），接著進(jìn)行數(shù)字輸入，最后 按年鍵M62=1，設(shè)定的初值便送入D8018儲存。2.2.5顯示開?？刂瞥绦?、開顯示時間的設(shè)定：設(shè)定鍵f 數(shù)字鍵（09）f 開顯鍵。設(shè)定值存 入D300中2、關(guān)顯示時間的設(shè)定：設(shè)定鍵f 數(shù)字鍵（09）f關(guān)顯鍵。設(shè)定值存 入D301中3、定時開關(guān)顯示原理：設(shè)定開關(guān)顯

18、示時間與實(shí)際時間進(jìn)行比較，相等時實(shí) 施開關(guān)顯示動作。例：要求6： 00開顯示，當(dāng)D8015中的內(nèi)容小于D300中的內(nèi)容時,M82=1, 顯示程序不啟動。當(dāng)D8014中的內(nèi)容于D300中的內(nèi)容相等時，即M83=1，顯示 程序啟動啟動。 TOC o 1-5 h z |M78404| |CMPDS00D8014M82CMPD01DS015MS50591421252936404345526063說73818487922.2.6時間運(yùn)行程序啟動X000 T4TIT7T0HT1料TO X000IHT12T10IIY002T6HIT6T7HIT13T11HIK啟動X000 T4TIT7T0HT1料TO X0

19、00IHT12T10IIY002T6HIT6T7HIT13T11HIKXOOQT23HIKT22TIT0K250T4K300T6K200T1OK220T7K30T5K20T1K250T11K270T2K30T3K20C Y002C Y005C Y003T12K10C Y007C Y004C YUOOT13K10C Y006C Y001T22K5T23K5:南北紅燈25秒:東西紅燈30秒:東西綠燈20秒:東西向車22秒:東西綠燈閃爍:東西黃燈2秒南北綠燈25秒:南北向車27秒；南北綠燈閃爍:南北黃燈2秒:南北紅燈工作:東西紅燈工作:東西綠燈工作:東兩向車行駛:東西黃燈工作二南北綠燈工作:南北向車

20、行駛:南北黃燈工作 匚產(chǎn)生1秒脈沖r當(dāng)啟動開關(guān)SD合上時，X000觸點(diǎn)接通，丫002得電，南北紅燈亮；同時Y002的動合觸 點(diǎn)閉合，Y003線圈得電，東西綠燈亮。1秒后，T12的動合觸點(diǎn)閉合，Y007線圈得電，模擬 東西向行駛車的燈亮。維持到20秒，T6的動合觸點(diǎn)接通，與該觸點(diǎn)串聯(lián)的T22動合觸點(diǎn)每 隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使東西綠燈閃爍。又過3秒，T7的動斷觸點(diǎn)斷開，Y003線圈失 電，東西綠燈滅；此時T7的動合觸點(diǎn)閉合、T10的動斷觸點(diǎn)斷開，Y004線圈得電，東西黃燈亮，丫007線圈失電，模擬東西向行駛車的燈滅。再過2秒后，T5的動斷觸點(diǎn)斷開，Y004 線圈失電，東西黃燈滅；此時起動累

21、計時間達(dá)25秒，T0的動斷觸點(diǎn)斷開，Y002線圈失電， 南北紅燈滅，T0的動合觸點(diǎn)閉合，Y005線圈得電，東西紅燈亮，Y005的動合觸點(diǎn)閉合，Y000 線圈得電，南北綠燈亮。1秒后，T13的動合觸點(diǎn)閉合，Y006線圈得電，模擬南北向行駛車 的燈亮。又經(jīng)過25秒，即起動累計時間為50秒時，T1動合觸點(diǎn)閉合，與該觸點(diǎn)串聯(lián)的T22 的觸點(diǎn)每隔0.5秒導(dǎo)通0.5秒，從而使南北綠燈閃爍；閃爍3秒，T2動斷觸點(diǎn)斷開，Y000 線圈失電，南北綠燈滅；此時T2的動合觸點(diǎn)閉合、T11的動斷觸點(diǎn)斷開，Y001線圈得電， 南北黃燈亮，Y006線圈失電，模擬南北向行駛車的燈滅。維持2秒后，T3動斷觸點(diǎn)斷開， Y001

22、線圈失電，南北黃燈滅。這時起動累計時間達(dá)5秒鐘，T4的動斷觸點(diǎn)斷開，T0復(fù)位， Y003線圈失電，即維持了 30秒的東西紅燈滅。上述是一個工作過程，然后再周而復(fù)始地進(jìn)行。2.2.7倒計時控制程序東西方向紅黃綠倒計時顯示程序（南北方向同理）XOOO X001 0M0MO M100411iMMO M100411(Y003 :MOVP K20 DI :DECP DI 一Y003MOW Y003MOW K2DIECP DISETM101Q Y00515 = DI KO| |-M0 Ml0022 T 1M8013Y00434 = DI KO 1 |-M101M1204i THM801353 =DIKOY

23、005I卜(decpdiM801353 =DIKOY005I卜(decpdiSETM120-TpriiD8013K2M1113-TpCTiD8014K2M1213-BCDD8015K2M13132.2.8顯示輸出程序M8M8g MSO553杯抨一I卜2.2.8顯示輸出程序M8M8g MSO553杯抨一I卜M314卜M32T卜-BINK1M111Dll-BINK1M115D12-BINK1M121D13-ECDDllK1Y000BCDD12K1Y000-ECDD13K1Y000嘟 M穴II IC Y004 :M47 一I IC 煩 5 :|M48I IC Yooe :M49 1I IC Y007

24、 J1、在進(jìn)行字形輸出時，將D10-D26中二進(jìn)制數(shù)分時進(jìn)行BCD轉(zhuǎn)換，從Y0-Y3輸出，傳 送至MC14495七段顯示譯碼器，MC14495七段顯示譯碼器譯碼后驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示。2、Y0Y3是字形控制輸出。依次將D10-D26中二進(jìn)制數(shù)所轉(zhuǎn)換的BCD碼輸出。即依次 將星期、年、月、時、時、分、秒個位、十位的字形信號輸出。一個掃描周期只輸出 D10-D26中一個的內(nèi)容。3、Y4Y7是字位控制輸出。依次將星期、年、月、時、時、分、秒的個位、十位 的字位信號輸出。例Y4Y7均為0時，輸出的是秒個位信號。丫4Y7均為1時，輸出的是 南北綠燈倒計時十位信號。一個掃描周期只輸出的字位信號中一個的信號

25、。4、利用Y0-Y3與Y4-Y7的有機(jī)配合，形成循環(huán)動態(tài)掃描，利用人體視覺延時原理，看 上是同時顯示。3結(jié)束語經(jīng)過一周的設(shè)計，終于出現(xiàn)了一點(diǎn)成果，系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試能正常運(yùn)行。而且只 要修改程序就能讓交通燈做出不同的動作。系統(tǒng)的分析與設(shè)計過程也是對學(xué)習(xí)的總結(jié)過程，更是進(jìn)一步學(xué)習(xí)和探索的過 程。在這個過程中我對利用可編程控制器進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)有了深刻的 認(rèn)識，對交通燈的工作原理有了進(jìn)一步的掌握，對控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計有了切 身的認(rèn)識與體會，并在學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中增長了知識。豐富了經(jīng)驗。控制系統(tǒng)的 開發(fā)設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須嚴(yán)格按照系統(tǒng)分析，系統(tǒng)設(shè)計，系統(tǒng)實(shí)施， 系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試的過程來進(jìn)行

26、。系統(tǒng)的分析與設(shè)計是一項很辛苦的工作，同時也 是一個充滿樂趣的過程。在設(shè)計過程中，要邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，遇到新的問題就不斷 探索和努力，即可使問題得到解決。在設(shè)計中體會到理論必須和實(shí)踐相結(jié)合。雖然收集了大量的資料，但在實(shí)際 應(yīng)用中卻有很多的差異，出現(xiàn)了很多意想不到的問題。許多問題在書本上是這樣， 而在實(shí)際運(yùn)用中卻很不一樣，在經(jīng)過多次分析修改后，才設(shè)計出達(dá)到控制要求的 系統(tǒng)。附錄時間運(yùn)行程序和倒計時程序指令表時間運(yùn)行程序指令表步序指令器件號說明步序指令器件號說明0LDX000啟動29LDT11ANIT430OUTT11南北向車27秒2OUTT0南北紅燈25秒K270K25033OUTT2南北綠燈閃爍5LDT0K306OU