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1、课 程 设 计课程名称电气控制与电气控制与 PLCPLC 课程设计课程设计课题名称按钮式人行横道指示灯的控制按钮式人行横道指示灯的控制 专 业班 级学 号姓 名指导老师 刘星平，赖指南，谭梅，沈细群刘星平，赖指南，谭梅，沈细群2016 年 6 月 17 日等级:0电电气气信信息息学学院院课课程程设设计计任任务务书书课题名称按钮式人行横道指示灯的控制 姓 名专业班级学号指导老师沈细群课程设计时间2016 年 6 月 6 日2016 年 6 月 17 日（第 1516 周）教研室意见同意开题。 审核人：汪超 林国汉一.任务及要求设计任务：按 X0 或 X1，人行道和车道指示灯按如图 1 所示的示意
2、图点亮。图 1 示意图二.进度安排1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。2.第一周星期二星期四：详细了解金属压铸机的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择 PLC 型号。绘制金属压铸机控制系统的 PLC I/O 接线图。设计 PLC 梯形图程序，列出指令程序清单。3.第一周星期五：上机调试程序。4.第二周星期一：指导编写设计说明书。5.第二周星期二星期四：编写设计说明书。16.第二周星期五：答辩。三.参考资料1 刘星平.PLC 原理及工程应用M.北京：中国电力出版社，2014 年。2 廖常初.S7-200 PLC 编程及应用M.北京：
3、机械工业出版社，2014 年。3 王阿根.西门子 S7-200 PLC 编程实例精解M.北京：电子工业出版社，2013 年。4 赖指南.PLC 原理与应用补充教材（内部使用），本校自编教材，2010 年。目 录第 1 章 人行横道指示灯概述 .11.1 可编程控制器的特点及应用.11.2 按钮式人行横道指示灯的作用与研究意义.1第 2 章 控制方案选择 .22.1 PLC 工作原理.22.2 PLC 控制系统设计的基本原则.22.3 PLC 控制系统设计的一般步骤.3第 3 章 控制系统具体设计 .43.1 设计要求 .43.2 硬件配置 .43.2.1 I/O 地址分配.43.2.2 PLC
4、 外部接线图.53.3 按钮式人行横道系统设计.63.3.1 系统的闪烁电路 .63.3.2 系统顺序功能图的设计.73.4 控制系统梯形图 .83.5 控制系统的指令应用程序 .12第 4 章 PLC 程序的调试.15第 5 章 结束语 .170第 1 章 人行横道指示灯概述1.1 可编程控制器的特点及应用PLC 可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高和抗干扰能力强等优点，已广泛应用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程序控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程序控
5、制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设施之一。PLC、机器人、CAD/CAM 将成为工业生产的三大支柱。由于 PLC 具有对使用环境适应强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别是对多岔路口的控制亦可方便的实现。因此，现在越来越多的将 PLC 应用于交通灯系统中。1.2 按钮式人行横道指示灯的作用与研究意义近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重。因此，提高城市路网的通过能力，实现交通的科学化管理迫在眉睫。传统的十字路口交通灯，通常采用的是定时控制，即事先对经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好
6、。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。这种流量变化的偶然性是无法建立起准确模型的。不对实际情况进行实时监控的方法，已不能适应迅猛发展的交通状况。而更为现实的需要是能有一种可以根据实际情况控制调节的交通灯。本课题所研究的这种智能交通控制系统，正是源自这种需求，并能够较好的改善当前十字路口马路交通的尴尬局面。1第 2 章 控制方案选择2.1 PLC 工作原理PLC 是采用“循环逐行”扫描的“串行”方式工作的，即在 PLC 运行时，CPU
7、根据用户依控制要求编制好的程序，按指令步序号从第一条指令开始逐条顺序执行，直至程序结束；然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。这种工作方式是在系统软件控制下，顺次扫描各输入点的状态，并按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应的控制信号。整个过程可分为五个阶段：自诊断、通信处理、扫描输入、执行程序、刷新输出。其中，在扫描输入阶段：PLC 的中央处理器对各个输入端进行扫描，将所有输入端的状态送到输入映像寄存器。在执行程序阶段：中央处理器将逐条执行用户指令程序，即按程序要求对数据进行逻辑、算数计算，再将正确的结果送到输出状态寄存器中。在刷新输出阶段：当所有的指令执行完毕时，集中把输出映
8、像寄存器的状态，通过输出部件转换成被控设备所能接受的电压或电流信号，以驱动被控设备。2.2 PLC 控制系统设计的基本原则任何一种控制系统都是为了实现被控对象的工艺要求，以提高生产效率和产品质量。因此，在设计 PLC 控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度的满足被控对象的控制要求充分发挥 PLC 的功能，最大限度的满足被控对象的控制要求，使设计 PLC 控制系统的首要前提，也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场调查研究，收集控制现场的资料，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术员、现场操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计
9、中的重点问题和疑难问题。（2）保证 PLC 控制系统安全可靠保证 PLC 控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证 PLC 程序不仅在正常条件下运行，而且在非正常情况下（如突然掉电再上电、按钮按错等）也能正常工作。（3）在满足控制要求的前提下，力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维护也将导致运行资金的增加。因此，在满足控2制要求的前提下，一方面要注意不断地扩大工程的效益，另
10、一方面也要注意不断地降低工程的成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维护方便，成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，应适当留有扩充的裕量由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断地提高，设计时要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择 PLC、输入/输出模块、I/O 点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.3 PLC 控制系统设计的一般步骤（1）分析生产工艺过程，明确工艺过程对电气控制的要求分析生产工艺过程，是了解被控对象要求的前提。在这一过程中，要详细调查被控对象的工作性质，
11、明确其功能要求，弄清系统是以逻辑量控制为主还是以模拟量控制为主，并绘制出工艺控制流程图。（2）确定控制方案在分析被控对象的基础上，根据 PLC 的特点，与继电接触器控制系统、微型计算机控制系统比较。如果被控对象的工业坏境较差，而安全性、可靠性要求较高，用人工进行控制工作量大、操作复杂、容易出错或者操作过于频繁时，往往与 PLC 控制。（3）选择可编程序控制器机型机型选择的基本原则是在满足生产工艺要求的情况下，保证运行可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑这几个方面：结构合理、功能合理、机型统一、是否在线编程等。（4）硬、软件设计选择机型后，就可根据控制系统的要求具体安排输入、输出的
12、配置，并对输入、输出进行地址分配，然后分头对控制系统进行硬、软件的设计。硬件设计是对可编程序控制器外围电路的设计，而软件设计是指根据工艺要求使用 PLC 编程语言进行用户程序的设计。（5）总装调试首先对可编程序控制器外部线路做仔细检查。检查时，常将主电路断开，通过一些简单的实验程序对其进行通电扫描，查找故障。确认无误后接主电路，将模拟调试好的程序进行调试，直到各部分的功能都正常，并能协调一致为止。（6）编制技术说明书将控制系统的性能用文字形式详细的作出说明，同时给出必要的电气原理图3和接线图。第 3 章 控制系统具体设计3.1 设计要求由于设计要求中信号灯亮有时间限制及闪烁，故采用定时器进行时
13、间控制，闪烁电路完成闪烁，在程序中使用顺序控制继电器来控制灯的亮灭，利用自锁、互锁实现顺序控制。在正常情况下公路上只允许车辆通行，车道保持绿灯，人行道也一直保持红灯，当有人需要过马路时，按下车道两侧设有的开关 X0 或 X1，人行道收到信号送入端子任选SL-200 PLC 中，SL-200 PLC 在接受信号后开始执行相应程序。3.2 硬件配置3.2.1 I/O 地址分配输入信号端：2 个人行道手动按钮（X0、X1），作为有人要过马路时的输入指令。输出信号端：5 个信号灯，分别控制车道和人行道的信号灯。如表 3.1 所示表 3.I/O 地址分配 输入作用输出作用I0.0人行道按钮 X0Q0.0车行道红灯I0.1人行道按钮 X1Q0.1车行道黄灯Q0.2车行道绿灯Q0.3人行道红灯Q0.4人行道绿灯43.2.2 PLC 外部接线图根据控制要求，设计分析及 I/O 地址分配表，外部硬件
