《可编程控制器技术》

课程设计

题目：交通信号灯控制设计

学院：信息工程与自动化

系 ：通信工程

专业：通信工程

年级：061班

姓名：***

学号：8

分数：

一、需求分析

1．1 需求分析

随着社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，而且道路建设往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通问题日益突出，经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，出现交通混乱。在这个时候道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保障。而以往的交通灯大都采用继电器或者单片机来实现，存在着功能少，可靠性差，维护量大等缺点。而采用PLC编程简单，易维护，稳定性高，可以随着不同场合的需要灵活改变程序实现不同的功能需求，而且可靠性高性价比较好，最重要的是plc很适合来控制交通信号灯这类的时序控制系统，从而实现稳定可靠的有条不紊的交通灯控制系统。

1.2 设计原理

根据实际交通灯原理，红灯亮的时间等于黄灯与绿灯亮的时间之和。采用顺序控制法和顺序功能图来实现，基本思路就是将控制系统的一个完整的工作周期划分为若干个顺序相连的阶段，这些阶段称为步（step），采用内部编程元件（如开关，定时器等）使其状态按照一定的时间顺序变换，最终输出相应控制。在交通灯的应用中，即下一盏灯亮来控制这一盏灯的灭，依次下去。实际中绿灯一般闪烁2～3秒后才熄灭，是来自脉冲波形的控制，但软件中没有找到PDF发生器，就没有实现这样功能，采用继续亮2～3秒来代替此功能。

1.3 实现目标

本文设计了一种PLC控制的城市十字路口交通灯的控制系统，该交通灯由东西和南北四个方向的信号灯组成，每个方向有三盏灯，信号灯受到启动开关的控制，当启动开关按钮时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，禁止通行；东西绿灯亮，允许通行。 并周而复始地循环工作，当启动开关断开时，系统所有的信号灯熄灭。实现的具体效果如下：

1 、南北红灯亮，维持 20 秒，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持 17秒，绿灯灭。在东西绿灯熄灭的同时，东西黄灯亮，并维持 3 秒，到 3 秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮。同时，南北红灯熄灭，南北绿灯亮。

2 、东西红灯亮，维持 20秒。南北绿灯亮，维持17秒熄灭。同时南北方向黄灯亮，并维持 3 秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。

3、 接下去周而复始，直到停止按钮被按为止，所有信号灯才熄灭。实现的功能图如下：

图1 设计实现功能图

二、系统设计

2.1 流程图及分析

信号灯时序控制流程图如下：

图2 控制流程图

控制图分析：当按下启动开关系统进入工作，南北红灯亮、东西绿灯亮，17秒后东西绿灯熄灭，东西黄灯亮，东西黄灯亮3秒后熄灭的同时南北红灯灭；然后东西红灯亮、南北绿灯亮，17秒后南北黄灯亮，南北绿灯灭，3秒后南北红灯亮，同时南北黄灯灭、东西红灯灭，东西绿灯亮。，系统循环执行。

2.2时序图及分析

系统的各信号灯的时序图如下：

图 3 信号灯 时序图

时序图分析：根据控制流程图画出如下的时序图，启动开关开启后，其电平保持为高电平，各信号灯的一个周期为40秒，用“1”表示高电平，“0”表示低电平，各信号灯的过程为：

南北红灯：20秒的“1”，20秒的“0”

南北绿灯：20秒的“0”，17秒的“1”，3秒的“0”

南北黄灯：37秒的“0”，3秒的“1”

东西绿灯：17秒的“1”，23秒的“0”

东西黄灯：17秒的“0”，3秒的“1”，20秒的“0”

东西红灯：20秒的“0”，20秒的“1”

经过一个周期后各信号灯又开始循环各自的动作。

2.3 接线图及分析

1．输入/输出分配表: 表1 交通信号灯控制电路输入/输出分配表

2．输入/输出接线图:

图4 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图

接线图分析：采用 ABB公司的PLC，CPU为07KT97的型号，由24V的直流电源供电，启动和关闭开关都是X，启动输入为X0，关闭输入为X1，当按下X0时系统进入工作，信号灯亮的顺序依次为:

当按下X1时系统停止运行，所有信号灯熄灭

2.4 梯形图及分析

根据交通信号灯控制系统的控制要求，采用定时器实现步进控制功能设计出梯形图程序如下图5：

采用ABB公司的PLC编程软件中的AC1131软件，首先在电脑上安装AC1131，根据需求分析现在纸上画出梯形图，然后再在电脑上实现，并观察效果。

梯形图分析：

设计思路:用输出作为下一级的输入或常开开关来控制上一级的灯灭。当有输出时常开开关断开信号灯熄灭。

分析： 当开关X按下后，常开触点T4接通，定时器time1和time2开始计时，同时南北红灯NS_Y和东西绿灯WE_G亮，当定时器time1的et2输出时间为17s时，输出线圈T2 ，T2作为常开触点控制东西绿灯的开关，常开T2触点断开，东西绿灯熄灭；T2作为东西黄灯的输入，WE_Y亮，常闭触点T2和常开触点T1控制东西黄灯，东西黄灯亮的时间为time1和time2的差值为3s。当time1的et1输出时间为20s时，输出线圈T1，常开触点T1断开，东西黄灯（NS_Y）和南北红灯（NS_R）熄灭。东西红灯（WE_R）和南北绿灯（NS_G）亮。T1作为T4和T5的输入来控制（WE_R）和（NS_G）的熄灭，定时器time3和time4开始计时，控制原理同T1和T2，et4输出为17s时输出线圈T5，常开触点T5断开，南北绿灯（NS_G）熄灭，南北黄灯（NS_Y）亮；T5作为南北黄灯的输入与常闭触点T4之间的差值（即黄灯亮的时间）共同控制其熄灭。当et3输出时间为20s时，输出线圈T4，常开触点T4断开，东西红灯（WE_R）和南北黄灯（NS_Y）熄灭。此系统的循环设计为线圈T4，T4作为常开触点来控制线圈T4输出，即T4输出只是一瞬间就熄灭，常开触点T4接通，系统又回到开始，进行循环。

结论：本系统的设计简单明了，采用四个的定时器就实现了四个路口信号灯的循环控制，采用不同路口之间的红绿的所亮时间的差值作为黄灯亮的时间。考虑到系统的稳定性，各信号灯作为独立的输出！就没有作为控制触点输入，这是本系统的独到之处！

图6 变量地址分配图

三、总结

3．1 总结 ： 本系统采用PLC顺序循环控制设计法设计，很容易接受，提高设计的效率，节省大量的设计时间，提高交通控制效率，是一种智能的交通控制系统，他可以依据道路与季节的变化情况修改红绿灯的时间长度，减少十字路口的车辆滞留情况，缓解交通拥挤，实现交通控制的最优系统的最优控制，有了它便可以方便地对传统的定时交通控制系统进行改造升级。由于其结构简单，可靠性搞，且成本较低，特别适合与交通繁忙，无立交的十字路口，经济效益十分明显，具有较高的推广价值。

3．2 收获体会： 对于本次PLC课程设计，自己学到了很多的东西，通过对实际交通灯的观察，在纸上设计出梯形图，在电脑上运行、调试，查看结果，再对梯形图进行改造，设计出模拟的交通灯控制系统，整个过程培养了自己独立思考、细心严谨的能力，通过不断的学习和改进，使自己对PLC有了更多的了解，掌握了很多PLC的编程方法和技巧，对PLC的自动控制系统、应用范围了解甚多。通过本次的系统设计不仅对课本知识的进一步加深，而且提高了自己的动手能力，对今后自己有很大的帮助。最后十分感谢老师对此次课程设计的指导。

 

第二篇：可编程控制器课程设计报告

可编程控制器课程设计报告

题 目：基于PLC的自动洗衣机控制系统设计

年 级： 20##级

班 级： 自动化1班

学 号： ***

成 绩：

完成时间：20XX 年 4 月 20 日

基于PLC的自动洗衣机控制系统设计

摘 要

可编程控制器(PLC)是以计算机技术为核心的通用自动化控制装置,它的功能性强,可靠性高,编程简单,使用方便,体积小巧,近年来在工业生产中得到广泛的应用,被誉为当代工业自动化主要支柱之一。

在现代的社会，全自动洗衣机进入各个家庭，本文介绍了PLC用于全自动洗衣机的控制系统，其可改进现有技术的不足，简化结构，有利于降低成本和提高可靠性。

关键词: 全自动洗衣机;可编程控制器;简化结构;降低成本

1、导言

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这类洗衣机均采用套筒式结构，其进水，排水都采用电磁阀，由程序控制器按人们预先设计好的程序不断发出指令，驱动各执行器件动作，整个洗衣过程自动完成。所用的程序控制器可分为电动机驱动式和单片机式。从控制方式的发展阶段上分：

全自动洗衣机可分为两大类：

第一类电动控制洗衣机，它的程序控制器由电动元件组成。

第二类是电脑控制洗衣机，它的程序控制器由微型计算机组成。电动控制全自动洗衣机是较早出现的自动控制类家用电器，其产品类型还属于传统的机械产品，是自动控制的初级阶段。随着计算机的及微电子技术的发展，自动控制系统正在逐步实现硬件化。因此，电动控制洗衣机将逐步退出家电舞台。

可编程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。它采用可编程序的存贮器, 用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令, 并通过数字的、模拟的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程. 可编程序控制器及其有关设备, 都应按易于与各种控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。

2、课题意义

从古到今，洗衣服都是一项难于逃避的家务劳动，在洗衣机出现以前，这项劳动并不像田园诗描绘的那样充满乐趣、手搓、脚踩、棒击、冲刷、摔打。这些不断重复的简单的体力劳动，留给人的感受常常是辛苦劳累。

全自动洗衣机其特点是能自动完成洗涤，漂洗和脱水的转换，整个过程不需要人工操作。这既将人从辛苦劳累的体力活中解脱出来、节省了人的时间，又能为人类带来大大的便利。该设计描述了洗衣机由进水、洗涤、排水、脱水、的循环过程，并设计相应的系统软件，结合相应的硬件系统，提高控制系统的可靠性，全自动洗衣机应用了可编程控制器，它的功能强、可靠性极强、编程简单、使用方便、体积小。它结合全自动洗衣机控制系统的要求，进行程序的设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。从而实现对可编程控制。

3、设计任务及要求

1)、 下达起动指令后, 进水控制器打开进水；

2)、 水满, 进水器开关关闭, 停止进水, 洗涤电动机正转起动；

3)、 洗涤电动机正转10s 后, 反转运行10s；

4)、 洗涤10 次后洗涤电动机停转, 排水控制器开关打开进行排水；

5)、 10s 后, 脱水电动机起动进行脱水；

6)、 10s 后, 停机。

4、全自动洗衣机动作流程图

5、方案说明

当按下启动按钮，进水阀开启，并开始进水。在感应器检测到水位到达指定要求的位置时，进水阀关闭。此时电机开始正转10秒然后反转10秒。在循环10次后电机停止，开始排水，历时10秒后电机启动开始脱水。10秒后停机。

6、 PLC的选择及I/O分配

欧姆龙PLC是一种功能完善的紧凑型PLC,能为业界领先的输送分散控制等提供高附加值机器控制；它还具有通过各种高级内装板进行升级的能力，大程序容量和存储器单元，以Windows环境下高效的软件开发能力。欧姆龙PLC也能用于包装系统，并支持 HACCP（寄生脉冲分析关键控制点）过程处理标准。

可编程序控制器I/O分配表如下

表1 I/O分配表

7 、硬件接线图

洗衣机要实现衣服的洗涤，排水和脱水，就要通过上述动作来实现，而这些动作可以通过PLC控制来实现。同时加上开关和按钮，就可以形成完整的PLC控制系统。通过软件编程达到对整个洗衣过程进行检测控制和用户交互。

此外，在少数全自动洗衣机上，以继电器作各电气工作部件驱动电路的电源开关，由PLC控制继电器触点开关的通断，实现洗衣机的程序运转。

8、程序设计

9、课程设计心得体会

经过几天的努力，plc全自动洗衣机系统的设计完毕，其功能基本达到老师的要求。我们小组在开始做设计之前找了很多关于洗衣机控制系统的资料，首先对全自动洗衣机的工作过程摸索清楚。然后根据课题的要求决定I/O口的分配。准备工作完成之后才进行整个系统程序的设计。虽然我们将程序设计完成的很顺利，但在实物接线时遇到了不少困难。不过在张老师的帮助下以及小组全体成员的努力下，我们小组还是成功完成接线，并能达到预期的实验效果。

经过这次课程设计让我学到了很多知识，不光是知识本身还有思维过程的锻炼。比如，在这次设计中我就发现自己的想法太片面，缺乏开放性，在plc接口上存在不匹配。我明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。