电气控制与可编程序控制器应用技术课程设计报告X62W型卧式普通铣床PLC的改造.doc

电气控制与可编程序控制器应用技术课程设计报告 设计课题： X62W型卧式普通铣床 的PLC改造 专业班级： 自动化2班 小组成员： 指导教师： 设计时间： 2010-12-25 X62W型卧式普通铣床PLC的改造 一、 设计任务与要求1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。2 应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造：画出I/O分配图，及硬件接线图；画出梯形图和程序指令表。3上机调试程序：对控制线路进行模拟调试；排除实验过程中的软件，硬件故障。4 对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获。5设计过程中应满足如下要求：（1）原有机床的加工工艺步骤保持不变。（2）原有的电气系统的操作方式不变。（3）在改造过程中，机床原有的按钮、行程开关、控制变压器、交流接触器及热继电器等继续使用. （4）将原有的继电器控制线路改为由PLC 来实现，型号为FX1N-40MR。6.改造的必要性：X62W万能铣床是一种通用的多用途机床，可以进行平面、斜面、螺旋面及成型表面的加工。原有的控制电路为继电器、接触器控制，其触点多、线路复杂、故障率高，给操作及维修人员增加了麻烦，并且影响了生产率进一步的提高。PLC专为工业环境应用而设计，其显著的特点之一就是可靠性高，抗干扰能力强。将X62W万能铣床电气控制线路改造为可编程控制器控制，可以提高整个电气控制系统的工作性能，减少维护、维修的工作量.二、 方案设计与论证1 X62W万能铣床电力拖动的特点（1）铣削加工有顺铣和逆铣两种加工方式，要求主轴电动机能正反转，因正反操作并不频繁，所以由床身下侧电器箱上的组合开光来改变电源相序实现。（2）由于主轴传动系统中装有避免震荡的惯性轮，故主轴电动机采用电磁离合器制动以实现准确停车。（3）铣床的工作台要求有前后、左右、上下6个方向的 进给运动和快速移动，所以也要求进给电动机能正反转，并通过操作手柄和机械离合器相配合来实现。进给的快速移动通过电磁铁和机械挂挡来完成。圆形工作台的回转运动是由进给电动机经传动机构驱动的。（4）根据加工工艺的要求，该铣床应具有以下的电气联锁措施：为了防止刀具和铣床的损坏，只有主轴旋转后才允许有进给运动和进给方向的快速运动。为了减小加工表面的粗糙度，只有进给停止后主轴才能停止或同时停止。该铣床采用机械操纵手柄和位置开关相配合的方式实现进给运动6个方向的连锁。主轴运动和进给运动采用变速盘来进行速度选择，为保证变速齿轮进入良好的啮合状态，两种运动都要求变速后顺时点动。当主轴电动机或冷却泵过载时，进给运动必须立即停止，以免损坏刀具和铣床。（5）要求有冷却系统、照明设备及各种保护措施。2.电气控制要求（1）主轴电动机M1有三种控制：正反转起动，反接制动和变速冲动。（2）工作台进给电动机M2有三种控制：进给、快速移动和变速冲动。（3）M3拖动冷却泵提供冷却液，只需单向运行。（4）为了能及时实现控制，机床设置了两套操纵系统，再机床正面及侧都安装了相同的按钮、手轮和手柄，操作方面，以实现两地控制。（5）为了保证安全，防止事故，机床有顺序的动作，采用了联锁。（6）三台电动机都设有过载保护，控制线路设有短路保护，工作台的六个方向，都设有终端保护。由以上特点和控制要求可得到两种方案：方案一：直接用继电器，接触器实现其电气控制原理图如下：方案二:用PLC实现。通过对X62W 万能铣床的电气控制系统详细分析, 可知该系统需要输入点数为13 点,输出点数为6 点, 根据输入输出口的数量, 可选用FX1N-40MR PLC。在实验室里我们使用FX1N-40MR PLC，用FX-20P-E简易编程器向PLC写入程序和监视PLC的运行情况，用按钮来代替相应的行程开关，用彩灯表示相应的负载。三FX1N-40MR PLC和FX-20P-E简介1. FX1N-40MR是功能很强大的普及型微型PLC，共有40个I/O口，采用继电器输出。最多可控制128点，除了可以扩展输入输出，还具有模拟量控制和通讯，链接功能等的扩展性，运算处理速度0.550.7S/基本指令，因而可以广泛应用于一般的顺序控制。2. FX-20P-E是手持型简易编程器，由一个16*4个字符的液晶显示器，11个功能键以及24个指令键和数字键组成.通过电缆与PLC相连，可向程控器写入，读出，修改程序和监视PLC的运行状态。四，控制系统设计该铣床共有三台电动机拖动，M1为主轴电动机，由接触器KM2、KM3控制电动机的起动、制动功能；M2为进给电动机，其正、反转由KM4、KM5控制；M3为冷却泵电动机，由KM1控制。主轴电动机的正、反转是通过组合开关SA5进行手动切换，启动前，由组合开关SA5选定电动机的转向。为使主轴能迅速停车，采用了速度继电器KS实现反接制动。进给电动机的控制是在主轴电动机启动后，进给电动机才能工作。工作台各进给运动之间的联锁控制，可实现水平工作台各运动之间的联锁，也可以实现水平工作台与圆工作台之间的联锁控制。M1、M2、M3为连续工作制，由FR1、FR2、FR3热继电器的常闭触点串在控制电路中实现过载保护。当主轴电动机M1过载时，FR1动作后便切除整个控制电路的电源；冷却泵电动机M3过载时，FR3动作后便切除M2、M3的控制电源；进给电动机M2过载时，FR2动作后便切除了自身控制电源。4.1 PLC相应的 I/O地址分配表分类器件作用器件符号PLC地址分配输入M1启动按钮SB1、SB2X000工作台快速按钮SB5、SB6X002M1停止按钮SB3、SB4X004换刀开关SA5X006圆工作台转换开关SA1X007工作台向右进给SQ1X010工作台向左进给SQ2X011工作台向前、向下进给SQ3X012工作台向后、向上进给SQ5X013进给变速冲动开关SQ6X014主轴变速冲动开关SQ7X015M2热继电器FR2X016M1、M3热继电器FR1、FR3X017输出主轴启动接触器KM3Y000M2正转接触器KM4Y001M2反转接触器KM5Y002主轴制动KM2Y004正常进给YCY005快速进给KM6Y0064.2 PLC外部接线图4.3PLC梯形图4.4PLC梯形图指令表程序LD X000OR Y000ANI X015ANI X004OR X015ANI X006ANI Y004ANI X017OUT Y000LD X004OR Y004ANI X015OR X015ANI Y000ANI X017OUT Y004LD X014ANI X012ANI X013LD X007ANI X010ANI X011ORBAND Y000ANI X007OUT M0LD Y000AND X007ANI X010ANI X011ANI X012ANI X013ANI X014OUT M1LD Y000ANI X007ANI X010ANI X011ANI X012ANI X013AND X014OUT M2LDI X006ANI X015ANI X004AND X002OUT M3LD X010OR X012AND M0OR M1OR M2ANI Y002ANI X016OUT Y001LD X011OR X013AND M0ANI Y001ANI X016OUT Y002LD X009ANI X017OUT Y007LDI M3OUT Y005LD M3OR X002OUT Y006END为了在实验室里方便的模拟PLC对铣床的控制过程，需要把相应的输入输出用开光和指示灯代替。给每个端口分配一个地址，把相应的接口连好即可。其接线表分配如下：接线表输入端口X000X002X004X006X007X010X011X012X013X014X015X016X017输入开关PO1PO2PO3PS1PS2PS3PS4 PS5PS6PO4PO5PS7PS8输出端口Y000Y001Y002Y004Y005Y006负载ZJ1ZJ2ZJ3ZJ4ZJ5ZJ6五、总原理图及元器件清单5.1总原理图5.2基本元件清单符号名称型号主要参数数量备注KM3接触器CJO2020A,110V1主轴启动KM6接触器CJO1010A,110V1快速进给KM4接触器CJO1010A,110V1M2正转KM5接触器CJO1010A,110V1M2反转KS速度继电器JY12A1反接制动SB1、SB2按钮LA2绿色2M1启动按钮SB5、SB6按钮LA2黑色2快速进给按钮SB3、SB4按钮LA2红色2M1停止按钮SA1转换开关HZ110/E16三极1换刀开关SA1转换开关HZ110/E16三极1圆工作台转换SA5转换开关HZ110/E16三极1M1换向开关SQ1限位开关LX111K开启式1向右进给SQ2限位开关LX111K开启式1向左进给SQ3限位开关LX2131单轮，自动复位1向前、向下进给SQ4限位开关LX2131单轮，自动复位1向后、向上进给SQ6限位开关LX311K开启式1快速与进给转换SQ7限位开关LX311K开启式1主轴变速冲动SQ7限位开关LX311K开启式1进给变速冲动QS1转换开关HZ160/E26三极1电源总开关QS2转换开关HZ160/E26三极1冷却泵开关FR1热继电器JRQ4011A、3A1M1过载保护FR2热继电器JR10103A、5A1M3过载保护FR3热继电器JR10100.415A1M2过载保护FU1熔断器RL130A3总电源短路保护FU2熔断器RL110A3进给短路保护FU3、FU6熔断器RL16A2控制电路短路保护FU4、FU5熔断器RL14A2照明电源短路保护VC整流器ZCZX45A，50V1整流作用TC变压器BK50380/36V1照明变压器TC1变压器BK150380/127V1控制电路变压器YC1电磁离合器B1DLIII1主轴制动YC2电磁离合器B1DLII1正常进给YC3电磁离合器B1DLII1快速进给R电阻ZB21 .45W、15.4A2限制制动电阻5.3.电机参数一览符号名称型号规格件数作用M1主轴电动机Y132M4B375KW，380V，1450r/min1主轴传动M2进给电动机Y90L415KW,380V,1400r/min1进给传动M3冷却泵电动机JCB220125KW,380V,2790r/min1冷却泵传动六、安装与调试(1)编程时PLC上的状态开关掷向“STOP”(开关右拨)；(2)编程器初始化，先按RD/WR，使编程器处于“W”工作方式，按着按NOPAGOGO；(3)按编程表输入程序；(4)按接线表在实验系统上联接导线；(5)PLC运行，状态开关掷向“RUN”(开关左拨)，RUN指示灯亮；(6)如果程序出错，PLC上“ERROR”指示灯(红色)闪烁；(7)通过按下开关，观察相应指示灯来模拟X62W铣床的运行。七、性能测试与分析7.1主轴控制：开关PO5断开，不安（主轴冲动开关SQ7），按下点动开光PO1（主轴启动按钮SB1、SB2），ZJ1灯亮，保持一直亮（KM3闭合，表示主轴电机M1启动）。接着按下点动开开光PO3（SB3、SB4），ZJ1灯熄灭（KM2闭合，M1制动）。按下PO5点动开关（SQ7），实现主轴变速的冲动控制。变速完成后，推回手柄，再次启动电动机M1，主轴将在新的转速下旋转。 7.2进给电动机的左右进给运动控制：当M1启动后，进给控制才能起作用，即ZJ1灯亮。PO4不按动（进给冲动SQ6保持闭合)，按下PS3，ZJ2灯亮（KM4闭合，M2正转），松开PS3（向右到达终点行程开关），ZJ2灯熄灭。同样按动PS4，ZJ3灯亮（左转），松开PS4，ZJ3灯灭。行程开关到达终点时，都能自动复位。 7.3进给电动机的横向进给运动控制：按下PS5，ZJ2灯亮（KM4闭合，正转），松开PS5，ZJ2熄灭（工作台上移到终点，行程开关自动复位）。按下PS6，ZJ3灯亮（KM4闭合，正转），松开PS5，ZJ3熄灭（工作台下移到终点，行程开关自动复位）。 7.4 进给电动机的升降进给运动控制：按下PS5，ZJ2灯亮（KM4闭合，M2正转），松开PS5（向前到达终点行程开关），ZJ2灯熄灭。同样按动PS6，ZJ3灯亮（反转），松开PS6，ZJ3灯灭（工作台后移到行程开关）。 进给电动机在每个方向上都有两个速度，以上的六个方向都是慢速自动进给移动。在慢速移动中，按下SB5、SB6，对应开关PO2，快速电磁铁YA通电，则工作台在原方向上快速移动ZJ5亮，同时ZJ2或ZJ3亮，松开SB5、SB6，快速移动停止，ZJ5灯熄灭。 7.5圆形工作台控制：按动PS2（SA1），ZJ2灯亮（KM4），电动机正转带动圆形工作台单向运动，其旋转速度也可通过变速手轮调节。断开主电路后，对硬件部分进行模拟调试，相关端子输出正确。软件部分的调试是借助PLC实验台，利用开关和彩灯模拟现场的输入信号和负载，经过修改和反复测试，输出正确。联机调试仍然在不接通主电路的情况下进行，待结果正确后，接通主电路，经反复测试，设备运行状态良好。现场实践证明，该机PLC 控制系统设计合理、性能稳定，达到了预期的设计目的。八、结论与心得 X62W型卧式万能铣床的电气控制系统,存在线路复杂、故障率高、维护工作量大、可靠性差、灵活性差等缺点, 在不改变主电路、不改变原有的加工工艺步骤以及行程开关位置的前提下，用PLC对X62W型万能铣床的继电器接触式控制系统进行技术改造，电磁阀均由PLC 的输出继电器控制。用PLC 改造后，使电器箱的电器元件减少了，电气控制线路大为简化了，机床电气的故障率降低了，生产效率得到相应的提高 。经过在实验室测试表明，该PLC 控制系统设计合理、性能稳定，达到了预期的设计目的。从而保证了电控系统的快速性、准确性、合理性,更好地满足了实际生产的需要,提高了经济效益。 通过这一X62W铣床由电气控制改为PLC控制实例，使我对PLC的优点和工作原理有了进一步的认识，同时也明白了电气控制设计是一件瞻前顾后的事情，必须要理论联系实际，注意一些工业上的标准和约定，否则可能造成设计出来的图别人不懂从而无法投入实际的应用甚至造成器件的损坏乃至人员伤亡。PLC设计，重在分析电气控制系统的具体要求，从而根据电气要求得出状态图和梯形图，最后选择具体的器件实现特定的电气控制要求. 通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。使我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。同时，我们还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了我们很好的助手。在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼。我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。参考文献 1 郁汉棋 .电气控制与可编程控制器应用技术（第二版）【M】.南京：东南大学出版社 2009.9 2 谭维瑜.电机与电气控制【M】.北京：机械工业出版社 2003.12 3漆汉宏.PLC电气控制技术【M】.北京：机械工业出版社 2006.12 电气控制与可编程序控制器应用技术成绩评定表专业： 自动化 班级： 08自动化 学号： 08111104 姓名： 张涛 课题名称采用PLC技术设计X62W型卧式普通铣床电气控制线路设计任务与要求1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。2 应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造画出I/O分配图，及硬件接线图；画出梯形图和程序指令表。3上机调试程序对控制线路进行模拟调试；排除实验过程中的软件，硬件故障。4 对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获。指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定 评定成绩： 课程负责人：时间：2010 年 12 月 25 日电气控制与可编程序控制器应用技术成绩评定表专业： 08自动化 班级： 0812 学号：08118090 姓名：周剑 课题名称X62W型卧式普通铣床的PLC改造设计任务与要求1认真阅读X62W型卧式铣床的工作原理说明和原电气原理图。2 应用三菱FX2N型PLC对原控制线路进行技术改造画出I/O分配图，及硬件接线图；画出梯形图和程序指令表。3上机调试程序对控制线路进行模拟调试；排除实验过程中的软件，硬件故障。4 对实验结果进行分析、研究，写出课设心得体会和收获指导教师评语 建议成绩： 指导教师：课程小组评定 评定成绩： 课程负责人：时间：2010 年 12 月 25 日 摘 要当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率.PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。由于PLC具有对使用环境适应性强的特性，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，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将PLC应用于交通灯系统中。同时，PLC本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用。第一章 绪 论1.1 PLC及MCGS介绍1.1.1 PLC简单概述（一）什么是PLC可编程序控制器，英文称Programmable Controller，简称PC。但由于PC容易和个人计算机（Personal Computer）混淆，故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以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指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。（二）PLC的结构及各部分PLC的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。PLC的硬件系统结构如下图所示：（三）PLC的工作原理PLC是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC运行时，CPU根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，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。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。1.1.2 MCGS系统介绍（一）什么是MCGSMCGS (Monitor and Control Generated System，通用监控系统)是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在工业控制领域有着广泛的应用。MCGS组态软件功能强大，操作简单，易学易用，普通工程人员经过短时间的培训就能迅速掌握多数工程项目的设计和运行操作。同时使用MCGS组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题，集中精力去解决工程问题本身，根据工程作业的需要和特点，组态配置出高性能、高可靠性和高度专业化的工业控制监控系统。（二）MCGS的构成MCGS系统包括组态环境和运行环境两个部分。用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，它相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与组态结果数据库一起作为一个整体，才能构成用户应用系统。一旦组态工作完成，运行环境和组态结果数据库就可以离开组态环境而独立运行在监控计算机上。支持软件不仅编制PLC程序需要，监控PLC运行，特别是监视PLC所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视PLC工作的功能。 此外，也有专用于监控PLC工作的软件，它多与PLC的监视终端连用。 1.2 十字路口交通灯控制任务信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。1.3 研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强有力的保障。但是随着社会、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先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。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准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，能较好地解决这个问题。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、计量技术、新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过程进行集中监视、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。另外随着众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。1.4 方案比较1.4.1 采用数字逻辑电路设计工作原理:选用十六进制计数器74161和3线-8线译码器74LS138。经过译码后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。基本组成:主要由控制器部分和数字显示部分,秒脉冲发生器等组成。显示控制部分实际上是一个定时控制电路。当绿灯亮时，使减法计数器开始工作（用对方的红灯信号控制），每来一个秒脉冲，使计数器减1，直到计数器为“0”停止。译码显示可用74LS47 驱动BCD码七段译码器，计数器采用可预制加、减计数器，如74LS168、74LS190、74LS193等 数字电路的特点:数字电路的信号是不连续变化的数字信号，所以在数字电路中工作的器件多数工作在开关状态，即工作在饱和区和截止区，而放大区只是过渡状态。数字电路的主要研究对象是电路的输入和输出之间的逻辑关系，因而在数字电路中就不能采用模拟电路的分析方法，例如，微变等效电路法等就不适用了。这里的主要分析工具是逻辑代数，表达电路的功能主要用真值表，逻辑表达式及波形图等。其在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能。 或者在任何时候的输出，不仅取决于电路此刻的输入状态，而且与电路过去的状态有关，它们具有记忆功能。1.4.2 PLC设计采用计算机和FX2N-48M2系列PLC，在计算机上编译调试好交通灯控制程序，启动PLC写入程序，经过运行后，输出十字路口南北、东西二个方向的控制信号。其中黄灯信号必须满足间歇闪耀；在夜间时黄灯一直闪耀，而绿、红灯灭。可编程控制器交通灯控制系统的特点：编程简单，维修方便；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、自动停机控制方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统采用PLC是基于以下四个原因：PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；编程能力强，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；安装简单维修方便，PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需要将现场的各种设备与PLC相应的I/O端连接，系统便可投入运行。第二章 交通信号控制系统实况2.1十字路口交通灯控制实际情况描述2.1.1十字路口交通灯控制实验面板图：实验面板图中，甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况。东西南北四组红绿黄三色发光二极管模拟十字路口的交通灯2.1.2 控制任务要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。 南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮，周而复始。2.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图北 南东西 交通指挥灯示意图绿 黄红绿黄红红黄绿绿红黄 2.3 十字路口交通灯模拟控制时序图 交通指挥信号灯控制系统工作时，对指挥灯的控制要求按一定时序进行，如图6-18所示。启动/停止南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯南北绿灯南北黄灯交通信号灯时序状态示意图2.4交通灯控制流程图根据交通灯的实际控制情况，可得出其流程图如下：第三章 可编程控制器程序设计3.1可编程控制器I/O端口分配根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启与停止按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。甲模拟东西向车辆行驶状况；乙模拟南北向车辆行驶状况由此可知，该系统所需的输入点数为1，输出点数为8，全部是开关量，则可将I/O分配用下表表示。输入元件输入地址输出元件输出地址开启/停止按钮SB0.00南北绿灯Y010.00南北黄灯Y110.01南北红灯Y210.02东西绿灯Y310.03东西黄灯Y410.04东西红灯Y510.05 甲Y610.06乙Y710.07 交通指挥灯的I/O分配表3.2 PLC的外部接线图3.2.1输入/输出接线列表输入接线SDX0输出接线南北G南北Y南北R东西G东西Y东西R甲乙Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y7Y6 3.2.2 PLC外部接线原理图 根据上述I/O表可知，I/O所需点数只有9点，故选用FX2N-48MR微型PLC即可。则PLC外部输入输出的信号接线如图所示。南北GCOM0X0乙灯甲灯东西R东西Y东西G南北RY7Y6Y5Y4Y3Y2Y1Y0COM2COM1南北YSBPLC外部接线原理图3.3程序梯形图及指令语句表3.3.1梯形图程序根据对交通信号灯的控制要求及PLC控制系统的I/O分配的定义，可对PLC进行控制程序的设计，其梯形图如图所示。下面对所设计的梯形图作几点说明： 当启动开关SD合上时，X000触点接通，Y002得电，南北红灯亮；同时Y002的动合触点闭合，Y003线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T12的动合触点闭合，Y007线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T6的动合触点接通，与该触点串联的T22动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T7的动断触点断开，Y003线圈失电，东西绿灯灭；此时T7的动合触点闭合、T10的动断触点断开，Y004线圈得电，东西黄灯亮，Y007线圈失电，模拟东西向行驶车的灯灭。再过2秒后，T5的动断触点断开，Y004线圈失电，东西黄灯灭；此时起动累计时间达25秒，T0的动断触点断开，Y002线圈失电，南北红灯灭，T0的动合触点闭合，Y005线圈得电，东西红灯亮，Y005的动合触点闭合，Y000线圈得电，南北绿灯亮。1秒后，T13的动合触点闭合，Y006线圈得电，模拟南北向行驶车的灯亮。又经过25秒，即起动累计时间为50秒时，T1动合触点闭合，与该触点串联的T22的触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使南北绿灯闪烁；闪烁3秒，T2动断触点断开，