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1、自动化技术综合实训报告实训题目：十字路口交通灯的PLC控制院 系：信息工程与自动化学院自动化系 专 业：测控技术与仪器 班 级： 081班 姓 名： 学 号： 指导教师： 实训地点： 昆明理工大学 开课时间： 2011年6月27日至2011年7月11日 学生姓名： 实训评分序号评价内容分数序号评价内容分数1出勤（10分）3实训任务完成情况（50分）2课题难度分值（10分）4实训总结报告（30分）实训总成绩： 分指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日目录1、实训的目的及要求11.1 实训的目的11.2 实训的要求12、功能描述13、硬件设计33.1原理分析33.2系统设计43.3设备选型
2、43.4模拟板的制作44、软件设计74.1 I/O分配表74.2程序设计85、系统调试10 5.1仿真调试105.2联机调试126、结论147、总结与体会14致谢14参考文献15附录151、实训目的及要求1.1 实训目的(1)通过亲自对PLC外围电路的设计、制作以及PLC内部软件程序的设计，了解一个PLC项目的设计、开发、制作过程。(2) 通过实践式的实训以弥补上课时对硬件实际设计、调试、运行的认识不足，提升对专业知识的认识和应用能力，让我们能真正的学以致用，为以后毕业参加工作打好实践基础。(3)培养我们的实际动手能力，考验我们对所学知识的掌握、运用能力。(4)提高我们的团队协作能力。1.2
3、实训要求(1) 对一般电气控制线路具有独立分析与设计和改造的能力，掌握可编程序控制器的基础知识、PLC控制系统的硬件配置及程序设计方法。(2) 熟练使用GX Developer编程软件进行程序设计和使用仿真软件GX Simulator进行模拟监视与调试。(3) 完成十字路口交通灯的PLC控制系统的软件及硬件设计，实现其所有功能并进行仿真与调试。(4) 按要求完成实训报告。2、功能描述2.1 控制流程本次设计的十字路口交通灯PLC控制系统，其工艺流程如下： 按下启动按钮，系统开始工作，南北红灯、东西直行绿灯、东西人行道绿灯、南北人行道红灯同时亮。25秒后，东西直行绿灯开始闪烁，闪3秒（3次）后灭
4、，同时东西黄灯亮，亮2秒后灭，然后南北红灯、东西人行道绿灯、南北人行道红灯灭，东西红灯、东西人行道红灯、南北人行道绿灯、南北直行绿灯亮。25秒后，南北直行绿灯开始闪烁，闪3秒（3次）后灭，同时南北黄灯亮，亮2秒后灭，然后南北红灯、南北人行道绿灯、东西人行道红灯灭，东西直行绿灯、东西人行道绿灯、南北人行道红灯亮，至此系统运行一周期。按下停止按钮，系统停止工作。2.2 控制流程图控制流程图如图2.1所示：启动东西红灯灭东西人行道红灯灭东西直行绿灯亮东西人行道绿灯亮南北黄灯灭南北人行道绿灯灭南北红灯亮南北人行道红灯亮25S30S东西直行绿灯闪烁3S东西直行绿灯灭东西黄灯亮2S东西黄灯灭东西人行道绿灯
5、灭东西红灯亮东西人行道红灯亮南北红灯灭南北人行道红灯灭南北直行绿灯亮南北人行道绿灯亮30S南北直行绿灯闪烁25S3S南北直行绿灯灭南北黄灯亮2S东西方向南北方向图2.1 十字路口交通灯控制流程图3、硬件设计3.1原理分析根据控制要求，本系统的控制对象有十个，分别为东西红灯(两个)，南北红灯(两个)，东西黄灯(两个)，南北黄灯(两个)，东西直行绿灯(两个)，南北直行绿灯(两个)，东西人行道绿灯(四个)，南北人行道绿灯(四个)，东西人行道红灯(四个)，南北人行道红灯(四个)。红、黄、绿三种灯均采用发光二极管，绿灯额定电压为3V，红灯和黄灯为2V。由于给发光二极管供电的是PLC的24V直流输出，所以
6、PLC的每个输出端都需要串联限流电阻，如图3.1所示：图3.1 PLC输出端串联电阻示意图由于发光二极管的特性是只要两端压降达到额定电压即可点亮二极管，而绿灯和红灯、黄灯之间额定电压只相差1V，所以，当PLC的一个输出端有两个二极管并联时(如图3.1)，只需按绿灯计算。一般发光二极管的额定电流不超过20mA，此处取20mA为发光二极管的额定电流，取3V为发光二极管的额定电压，则有： I=20mA (3.1) U=3V (3.2)限流电阻的压降为： U=24V-3V=21V (3.3)由欧姆定理有： R= (3.4)把式3.1、式3.3代入式3.4可得： 限流电阻R=1050同理，当PLC输出端
7、有四个发光二极管并联时，限流电阻R为525。3.2 系统设计根据控制要求，本次设计系统应由以下几部分组成：(1)底板：用于支撑整个系统。(2)模拟板：用于布置按钮、接线柱。(2)模拟板表面贴图：形象地描述了十字路口交通灯的分布情况。(3)发光二极管：用于模拟十字路口红绿灯。(4)数码管：用于模拟十字路口倒计时。(5)限流电阻：参看3.1 原理分析。(6)接线柱：便于与PLC连接。(7)按钮：用于系统的启动和停止。(8)导线：用于各元件之间的连接。3.3 设备选型FX2n-32MR PLC(电源电压为AC100240V 50/60Hz)1台； 绿色发光二极管16只；红色发光二极管12只；黄色发光
8、二极管4只；LED七段显示器1只；限流电阻4704个、10008个；红色接线柱16个，黑色接线柱9个；绿色按钮1个，红色按钮1个；透明塑料板(500*500mm)1块、蓝色塑料板(500*500mm)1块。3.4 模拟板制作(1)模拟板表面贴图绘制：模拟板的表面贴图用软件ACDSee V5.0自带的编辑器绘制，如下图所示。模拟板表面贴图如图3.2所示：按钮及接线柱布置区图3.2 模拟板表面贴图(2)模拟板表面布置将模拟板表面贴图贴到模拟板上后，对其打孔，装上各种元件。如图3.3、3.4所示。图3.3 模拟板打孔图3.4 模拟板表面元件布置(3)模拟板背面焊接各元件安装完成后，在模拟板背面对其引
9、脚进行接线和焊接。如图3.5。图3.5 模拟板背面焊接焊接完成后，模拟板背面接线如图3.6所示。图3.6 模拟板背面接线4、软件设计4.1 I/O分配表根据控制要求，PLC控制十字路口交通灯的输入/输出(I/O)分配表如下表所示：表1 I/O分配表名称输入输出启动X0停止X1东西红灯Y0东西黄灯Y1东西绿灯Y2东西人行道绿灯Y3南北红灯Y4南北黄灯Y5南北绿灯Y6南北人行道绿灯Y7南北人行道红灯Y10东西人行道红灯Y11东西左转绿灯Y12南北左转绿灯Y13LED七段显示器Y20Y264.2 程序设计 本系统采用计时器编程，在程序的编写过程中，采用100ms普通定时器来控制个灯的亮灭。绿灯闪烁3
10、秒用特殊辅助继电器M8013来实现。T5既实现计时也实现了系统的周期运行。4.2.1 PLC端口接线图PLC端口接线图如图4.1所示。Y0 Y1Y2Y3Y4Y5Y6 +24V分压电阻FX2n-32MRPLCY1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y10Y11Y12Y13COM1COM2COM3COM4COMX0X1SB1SB24个4个4个4个图4.1 PLC端口接线图 上图中，Y12(东西左转绿灯)和Y13(南北左转绿灯)未进行程序编写；模拟板中的LED七段显示器接口地址设置为Y20Y26，而本系统采用的是32点(16点输入，16点输出)的PLC，因输出点数不够，在上图中并未画出其接口电路。4.2.2 系
11、统时序图 根据控制要求，启动按钮按下（常开触点X0接通）后，可得系统运行时序图如图4.2所示。第一循环周期第二循环周期25S25S25S25S22223333X0南北红灯Y4东西黄灯Y1东西人行道红灯Y11东西绿灯Y2东西人行道绿灯Y3东西红灯Y0南北绿灯Y6南北黄灯Y5南北人行道红灯Y10南北人行道绿灯Y7图4.2 系统运行时序图4.2.3程序梯形图详见附录5、系统调试5.1 仿真调试编程结束后，利用GX Simulator进行模拟监视与调试。调试时，在X0上单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择“软元件测试”选项，弹出如图5.1所示选项框。图5.1 软元件测试如上图所示，利用“软元件测试”中的强
12、制ON和强制OFF，可以实现元件的通断选择。X0强制ON，如图5.2，相当于模拟板上的启动按钮按下。图5.2 系统启动系统启动后，南北红灯(Y4)亮3,东西直行绿灯(Y2)亮，计时器T0开始计时，25秒后，东西直行绿灯(Y2)闪烁，计时器T1开始计时，3秒后，东西黄灯(Y1)亮，计时器T2开始计时，2秒后，南北红灯(Y4)灭，东西红灯(Y0)亮，计时器T3开始计时。如图5.3所示。图5.3 计时器计时截图东西直行绿灯(Y2)亮25秒闪烁3秒后熄灭截图如图5.4所示。图5.4 Y2接通和断开南北红灯(Y4)、东西人行道绿灯(Y3)、南北人行道红灯(Y10)亮30秒控制截图如图5.5所示。图5.5
13、 Y4、Y3、Y10接通截图南北直行绿灯(Y6)亮25秒闪烁3秒后熄灭截图如图5.6所示。图5.6 Y6接通和断开东西红灯(Y0)、南北人行道绿灯(Y7)、东西人行道红灯(Y11)亮30秒控制截图如图5.7所示。图5.7 Y0、Y7、Y11接通截图5.2 联机调试软件调试成功后，把模拟板接上PLC进行联机调试。按下启动按钮X0后，模拟板灯亮情况如图5.8所示。图5.8 南北直行绿灯亮的情况30秒后，模拟板灯亮情况如图5.9所示。图5.9 东西直行绿灯亮的情况按下停止按钮X1系统停止运行。6、结论通过联机调试，本系统实现功能简述如下：按下启动按钮，系统开始工作，南北红灯、东西直行绿灯、东西人行道
14、绿灯、南北人行道红灯同时亮。25秒后，东西直行绿灯开始闪烁，闪3秒（3次）后灭，同时东西黄灯亮，亮2秒后灭，然后南北红灯、东西人行道绿灯、南北人行道红灯灭，东西红灯、东西人行道红灯、南北人行道绿灯、南北直行绿灯亮。25秒后，南北直行绿灯开始闪烁，闪3秒（3次）后灭，同时南北黄灯亮，亮2秒后灭，然后南北红灯、南北人行道绿灯、东西人行道红灯灭，东西直行绿灯、东西人行道绿灯、南北人行道红灯亮，至此系统运行一周期。按下停止按钮，系统停止工作。由于程序设计只设计了直行灯和人行道灯，所以对于用于指示左转的绿灯和用来倒计时的LED七段显示器，我们只做了硬件接线，而没有进行程序设计。7、总结与体会本次课程设计
15、，原以为会比较简单，毕竟我们做的是十字路口的交通灯控制，很贴近我们的生活，而且感觉用PLC实现还是比较容易的。第一周买来模拟板之后，才发现不像我想的那么简单。首先要考虑板子的材质，我们第一次买的板子因为是导电的，而且背部不能焊接，所以我们就没有采用。同时，对于模拟板表面贴图的绘制也在进行，由于以前接触比较少，对好多图像制作和处理软件都不是很熟悉，经过多次修改，终于勉强完成，但是由于绘制贴图所用的软件本身原因，贴图放大打印出来以后，效果不是很好，这也算是本次设计的一个遗憾之处吧。第二周，终于把模拟板和贴图都弄好了，接着就是打孔，接线，焊接，这些步骤虽然说起来简单，但是实际做的时候才知道每个步骤都
16、要全身心投入。打孔的时候，由于钻头不够大，而且模拟板材质是塑料板，所以耗费了很多时间，接线也是，第一次接线我们把所有二极管都接反了，第二次接线由于所接电阻不合适，调试时都不亮，第三次接线是接一根焊一根，完成之后，由于个别二极管坏了，导致调试时又出问题这样多次接线之后，终于完成了。当我们最后一次联机调试时，看到红灯、绿灯、黄灯都按照设定程序依次点亮的时候，心里确实很激动，毕竟这是我们自己设计，自己制作的东西。这次课程设计，让我们对PLC有了系统的认识，而不像以前那样只知其然，不知其所以然。同时，通过硬件的设计和制作，也锻炼了我们的动手能力，相信这次的课程设计，对于不久以后的毕业设计会有很大的帮助
17、。致谢本次课程设计，首先要感谢我们的指导老师邹老师，第一次开会是，邹老师那严谨的治学态度和一丝不苟的工作精神，让我对完成这次课程设计有了很大的信心。而后，每次开会，邹老师都细心给我们讲解设计要求，并给我们提供了很多专业知识上的补充。其次，我要感谢同组的同学胡华和胡崇科，因为有了他们，我才能在一次又一次接线失败之后，依然打起精神反复检查，因为我们坚信我们能成功，而正是由于我们的齐心协力，才使得本次课程设计圆满完成。参考文献1 魏斌,孙健.可编程控制器实验与实训教程.中国水利水电出版社.2009 年9月2 皱金慧，黄宋魏.电器控制与PLC应用技术.电子工业出版社.2010年7月3 郭艳萍电气控制与PLC实训北京师范大学出版社2008年7月4 程子华.PLC原理与编程实例分析国防工业出版社 2006年7月5 张发玉.可编程序控制器应用技术西安电子科技大学出版社2006年8月6 学校图书馆网 万丰期刊附录 交通信号灯控制梯形图
