题 目：课程设计任务书
PLC实现智能交通灯控制
基于PLC的步进电机控制 四层电梯的PLC控制
指导教师（签字） ___________ 系主任（签字） ____________
2010年 6月29日
成绩评定表
口试（答辩）成绩 报告成绩 总评成绩 目录
摘要 .................................................................................. 3 1. ........................................................................................................................................................... PLC实现智能交通灯控制。 ............................................................... 6
1.1 概述 ....................................................................... 6 1.2 系统原理说明 ............................................................... 6 1.3 基本原理 ................................................................... 6 1.4 智能交通灯的选择控制要求 ................................................... 7 1.5 I/O 端子分配图 .............................................................. 7 1.6 软件设计 ................................................................... 8 1.7 智能交通灯梯形图 ........................................................... 8 1.8 课程设计遇到的问题及解决方案 ............................................... 15 2. ...................................................................................................................................................... 基于 PLC 的步进电机控制 ................................................................. 15
2.1 步进电机的要求 ............................................................. 15 2.2 设计思想及其原理图 ......................................................... 15 2.3 I/O 端子分配图 .............................................................. 16 2.4 步进电机 PLC控制梯形图 ................................................... 16 2.5 设计中遇到的问题和解决办法 ................................................. 21 3. 四层电梯的 PLC 控制 ............................................................. 21
3.1 概述 ....................................................................... 21 3.2 系统原理说明 ............................................................... 22 3.3 四层电梯的选择控制要求 ..................................................... 22 3.4 I/O 端子分配图 .............................................................. 23 3.5 四层电梯梯形图 ............................................................. 24 3.6 设计中遇到的问题和解决办法 ................................................. 31 4. 课程设计总结 ..................................................................... 31 5. 参考文献 ......................................................................... 32
摘要
个人计算机（简称 PC发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控
制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller
(PLC 。 PLC是一种用于自动化控制的专用计算机，实质上属于计算机控制方 PLC控制一般具有可靠性高、易操作、维修、编程简单、灵活性强等特点。
PLC
采用了可编程程序的存储器，用来在其内部存储逻辑运算、顺序控制、定时、计 数、和算术运算等操作的指令。 并通过数字式和模拟式的输入和输出， 控制各种 类型机械的生产过程；而有关的外围设备，都应按易与工业系统连成一个整体， 易于扩充其功能的原则设计。PLC存在许许多多的的优点，因此，PLC已经在工 业市场占有一大片领域。 随着我国经济的高速发展， 微电子技术、 计算机技术和 自动控制技术也得到了迅速发展，交流变频调速技术已经进入一个崭新的时代， 其应用越来越广目前，PLC在国内外已经广泛应用于钢铁，石油化工，建材，机 械制造，交通运输等各个行业。
上世纪80年代至90年代中期，是 PLC发展最快的时期，年增长率一 直保持为
30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人 机接口能力和网络能力
得到大幅度提高，
PLC逐渐进入过程控制领域，在某
DCS系统。PLC具有通用
些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的
性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。 PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法 取代的。
关键词 可编程控制器 PLC 控制 应用
Personal computer
summary
( abbreviation for pc ) up for the sake
of convenience and to reflect the functions of the programmable controller,
programmable controller has been named plc programmable controller logic ( plc ). plc automation control is used for the computer,
in essence of computer controlled by the plc control is usually high reliability, easy
operation, maintenance, programming is simple and
flexible as plc programmable. the application of memory, in its internal Plc there are manyadvantages, therefore, the plc have been in the market has a large industrial sector. as our economic development, the microelectronics and computer technology, automatic control technology has developed rapidly and communication technology frequency conversion machinery velocity modulation has already entered a new era, the more and more widespread at present, plc at home and have wide application in steel and petrochemical and machinery manufacturing, building materials, transportation and all the other industries
The 1980s and in the mid-1990s, plc development is the fastest time, growth has been buoying up to 30 ~ 40%. during this period, the plc was measured in the
handling capacity, a mathematical operation, the man-machine interface and network capabilities have been substantially increased, plc into process control, in some
applications superseded in a process in control of dcs. universality of the plc have to face, convenience, and high reliability, anti-jamming ability, Programming
simple as plc automation control. in industry, especially in order to control the position in the foreseeable future. It is impossible to replace
Key words: control of the plc programmable controller;apply
1. PLC实现智能交通灯控制
1.1概述
1. 引言
随着高新技术引入电子行业，电子设备的控制技术面临着挑战与改变。 在自 动化要求越来越高的今天，我们放眼未来，不难发现只有对各种电子设备采用高 新科技的自动化控制才是生存兴旺的唯一途径。
2. 课题任务得提出
交通灯是交通中一种比较普遍的设备，它在工艺生产上起着至关重要作用。 我们负责设计的交通灯控制系统，原是采用继电器线路控制系统，该系统故障率 高，不易维修，另外继电器寿命短，更换元件不方便，综上原因就严重影响生产 效益，因此对本设备进行自动化控制就首当其冲。
3. 自动化控制方案选择
对交通灯采用自动化控制时，可选比较先进而又稳定的单片机和
PLC空制，
但采用单片机控制还要附加配套的集成电路I/O接口，又必须完成大量硬件设计 和制作工作，而且单片机的维修对工人的知识水平要求较高， 选用经济实用的PLC 控制。
1.2系统原理说明 1.3基本原理
信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并
周而复始地循环工作，当按下停止按钮时，系统将停止在初始状态，所有信号灯 都熄灭。并且在南北和东西方向设置人行道过街，并伴有 LED数码管显示。
1.4智能交通灯的选择控制要求
南北方向为主干道，东西方向为次干道。东西方向红灯亮
20s，南北方向绿
灯亮13s，闪4次（每次0.5s亮，0.5s灭），黄灯亮3s;然后，东西方向绿灯 亮8s，闪
3次（每次0.5s亮，0.5s灭），黄灯亮3s，南北方向的红灯亮14s； 再然后，东西方向
红灯亮20s，南北方向绿灯亮13s，闪4oooooo这样东西南北 交通灯循环运行；当人行道上有人要过马路时，按相应人行道按钮，延时4s钟 后（为了给正行驶在马路上的机动车通过时间）
人行道及同向马路变绿灯，而垂
直方向马路灯及人行灯变红灯，延时6s钟后，垂直方向马路灯及人行灯变绿灯 且马路灯恢复正常循环运行。
南北方向的时间用LED显示
1.5 I/O端子分配图
接口 启动/停止 南北红 东西红 东西绿 东西黄 南北绿 南北黄 端子 接口 南北人行道 段码a 段码b 段码c 段码d 段码e 段码f 段码g 端子 I0.0/I0.1 Q0.1 Q0.4 Q0.6 Q0.5 Q0.3 Q0.2 I0.4 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 东西人行道 I0.3 1.6软件设计
1.7智能交通灯梯形图
冋结1 开启和去断 岡貉标题 10.0 T 1 MO.OI M 10.1 —1，——C M0.0 ) —1 I网犒2 设置红绿灯时间 L — 1 --------------------------------------------------------------------------- IN T45 I > 1 MO.O 1 1 T37 TON 13C- PT 100 ms 冋绍 3 I I I T45 d MOLO T3S IN 200- PT TON 100 ms 冋第4 I I I T37 IN T39 TON 4i? PT 100 ms |冋络5 I I J T38 I I I T43 IN TON PT 100 m$ T41
IN TON PT 100 m$ 1冋络11 丨I南北绿灯 T46 I ? I T39 I > I 1 f 1 T37 P 1I 1 ' 1 f IMO.O I I 1 1 T46 _____ 1 / 1Q0.3 T39 T37 _____ 1 1 ________ ____ 1 1 __________ T40 _____ 1 1_________ T46 1 1 ------------------
冋络13
I南北董灯
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网络14 1东西绿灯 T44 1 / 1 T46 I I I T44 1 T46 1 1 * T46 I j T40 I I T38 Q0.6 1 1 1 1 I T43 1 I 1 1 1 - T43 1 1 T46 T38 M)1 ------- 1) ---- 1 M 冋络15 东西董灯
T46 T45 Q0.5
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冋络16
I东西走向的人行道红灯
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冋络17
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1.8课程设计遇到的问题及解决方案
由于数码显示问题在前一课题中成功得到解决， 该课题最大的难题是如何实 现人行道交通灯的手动控制和红绿的的闪烁问题。 在该问题中我们利用中间继电 器的通断和自锁功能，经过我们的不断调试和具体分析，跨过了这一难题。
2. 基于PLC的步进电机控制
2.1步进电机的要求
学习步进电机的工作原理，提供的设备中南京工学院仪器为三相六拍的， 设计程 序实现对步进电机启动、停止、正转、反转的控制，及用 1个按键实现3档调 速即快速、中速、慢速。同时用一位数码管显示当前的速度状态：快、中、慢分 别用1、2、3表示。
2.2设计思想及其原理图
步进电机的转速与输入脉冲的频率有关。 频率越高则转动越快，反之则越慢；正 反转则是通过控制脉冲相序来实现；最难的就是通过一个按键去实现调速功能； 我们设计的是通过按一次按键产生一次脉冲，产生一次上升沿则改变一次转速， 低一中一高依次循环，实验中用到移位寄存器。
步进电机原理图
2.3 I/O端子分配图
接口 起动 停止 正转 反转 变速 端子 接口 端子 I0.0 I0.4 I0.1 I0.2 I0.3 Q1.0 Q1.1 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 a b c d e f g 2.4步进电机PLC控制梯形图
网络1 祠络标题 启动停止按钮
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M1.0
冋绍3 1 1成转
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遷示程厚模块
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MOV B M61 1 I 1 1 EN 2- IN ENO A OUT
2.5 设计中遇到的问题和解决办法
设计中如何实现单键按钮的调速？一直困扰着我们； 有同学采用了定时器， 但是我们才有的 是逻辑更为简单得传送指令去完成它。 即传送一个字节， 通过判断这个字节的位置来实现高 中低速的转化。 在现实的操作中， 我们没有认识到这个字节是个 8 位的， 循环一次以后后面 的调速发生错落。 后来经过多次的实验之后， 把其他位置的信号并入之后， 达到了理想的效 果。
3. 四层电梯的 PLC 控制
3.1 概述
PLC是一种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现 逻辑运
算、顺序运算、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过 程进行控制。
目前，在电梯的控制方式上，主要有继电器控制、 PLC控制和微型计算机控 制三种。而 PlC 实际上是一种专用计算机， 它采用巡回扫描的方式分时处理各项 任务，而且依靠程序运行， 这就保证只有正确的程序才能运行， 否则电梯不会工 作；又由于PLC中的内部辅助继电器及保持继电器等实际上是 PLC系统内存工作 单元，即无线圈又无触点，使用次数不受限制，属无触点运行，因此，它比继电 器控制有着明显的优越性， 运行寿命更长， 工作更加可靠安全， 自动化水平更高。 PLC控制是三种控制方式中最具有可靠性、实用性和灵活性的控制方式，它更适 合于用在电梯的技术改造和控制系统的更新换代， 是电梯控制系统中理想的控制 新技术。
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，在满足控制要求的前提下， 一方面要注意不断地扩大工程的效益， 另一方 面也要注意不断地降低工程的成本。
总之，电梯的控制是比较复杂的， 可编程控制器的使用为电梯的控制提供了 广阔的空间。PLC是专门为工业过程控制而设计的控制设备，随着 PLC应用技术 的不断发展，将使得它的体积大大减小，功能不断完善，过程的控制更平稳、可 靠，抗干扰性能增强、机械与电气部件有机地结合在一个设备内。因此，它已经 成为电梯运行中的关键技术。
3.2系统原理说明
楼层指示? ? ? ?
]1 L2 L3 14
上升中下舁中
Z ▽ JF □ IN4 / 可△ 3F 口 INi V A 2F □ IN2 *
△ IF □ INI 呼叫按钮内选按紀 M
采用PLC构成四层简易电梯电气控制系统。电梯的上、下行由一台电动机拖动， 电动机正转为电梯上升，指示灯
Q2.2，反转为下降指示灯 Q2.1。一层有上升呼
叫按钮I0.3，二层有上升呼叫按钮10.2以及下降呼叫按钮10.4，三层有上升呼 叫按钮
I0.2以及下降呼叫按钮I0.5，四层有下降呼叫按钮I0.0 。一至四层有到 位行程开关11.1?11.4。电梯内有一至四层呼叫按钮,分别为I0.6、I0.7、11.5、 I1.0。一层至四层外部有指示灯，用数码管显示楼层，分别为
四层电梯的选择控制要求
Q0.0?Q0.6， 3.3
(1) 电梯上行：
① 当电梯停于1楼 仆或2F、3F时，4F呼叫，则上行到4楼，碰行程开 关后停止。
② 当电梯停于1F或2F时，3F呼叫，则上行到3F，碰行程开关后停止。 ③ 当电梯停于1F时，2F呼叫，则上行到2F，碰行程开关后停止。
④ 当电梯停于1F时，2F、3F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒种，继 续上行到3F后停止。
⑤ 当电梯停于1F时，3F、4F同时呼叫，则上行到3F后，停5秒后，继 续上行到4F后停止。
⑥ 当电梯停于1F时，2F、4F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒后，继 续上行到4F后停止。
⑦ 当电梯停于1F时，2F、3F、4F同时呼叫，则上行到2F后，停5秒后, 继续上行到3F后，停5秒后，继续上行到4F后停止。
⑧ 当电梯停于2F时，3F、4F同时呼叫，则上行到3F后，停5秒后，继 续上行到4F后停止。 （2） 电梯下行
① 当电梯停于4F或3F、2F时，1F呼叫，则下行到1F,碰行程开关后停 止。 ② 当电梯停于4F或3F时，2F呼叫，则下行到2F，碰行程开关后停止。 ③ 当电梯停于4F时，3F呼叫，则下行到3F，碰行程开关后停止。
④ 当电梯停于4F时，3F、2F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒种，继 续下行到2F后停止。
⑤ 当电梯停于4F时，3F、1F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒后，继 续下行到1F后停止。
⑥ 当电梯停于4F时，2F、1F同时呼叫，则下行到2F后，停5秒后，继 续下行到1F后停止。
⑦ 当电梯停于4F时，3F、2F、1F同时呼叫，则下行到3F后，停5秒后, 继续下行到2F后，停5秒后，继续下行到1F后停止。
⑧ 当电梯停于3F时，2F、1F同时呼叫，则下行到2F后，停5秒后，继 续下行到1F后停止。
（3） 各楼层运行时间应在15秒以内，否则认为有故障。 （4） 电梯停于某一层时，数码管应显示该层的楼层数。 （5） 电梯上、下行时，相应的标志灯应亮。
（6） 启动时，当电梯没有停在任何楼层，可自动向上或向下停靠。 （7） 有逆向呼叫时，先到达最顶层或最底层，然后响应。例：电梯响应 梯，电
梯上行，若上行过程中，1楼又有人呼叫，电梯先上升到最高层，然后再下行。 （8） 设定关闭电梯的功能，当电梯完成最后一个呼叫请求后，延时 返回1F。
3层电
3秒后，自 动
3.4 I/O端子分配图 主机 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 I0.6 I0.7 I1.6 I1.1 I1.2 I1.3 注释 4层外呼 3层外呼上行 2层外呼上行 1层外呼 2层外呼下行 3层外呼下行 1楼内呼 2楼内呼 4楼内呼 实验模块 4F* 3F 2F 1F 2F* 3F* SW1 SW2 SW4 1层传感器输入 2层传感器输入 3层传感器输入 I1.4 I1.5 11.7 12.0 Q0.0 Q0.1 Q1.0 Q1.1 Q0.4 Q0.5 Q1.2 Q1.3 Q1.4 Q1.5 Q1.6 4层传感器输入 3楼内呼 顶层行程开关 底层行程开关 电梯上行正极 电梯下行正极 数码管显示a 数码管显示b 电梯上行负极 SW3 SB1 SB2 电机下行负极 数码管显示c 数码管显示d 数码管显示e 数码管显示f 数码管显示g 3.5四层电梯梯形图
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h萤行程开关；丽盲显奈1
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SEG rhj ENO OUT
1- IN ■QB1
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I激行程幵去，数码背显示2
SEG 匚IM 匚IT ENO IN , 2- OUT -QB1 I樂行程开关，数玛管显示3
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3.6设计中遇到的问题和解决办法
使用中用到很多的I/O 口，有些线是坏的。试验中学会用万用表去检查线断是否完好。 口无法触发时，学会去检查电路。这个电梯的功能和实际电梯还相差很多， 上下功能，其中复杂的按键判断无法完成，时间有限。
当I/O
只能满足一般的
4. 课程设计总结
本设计利用PLC实现了对电梯和步进电机以及智能交通灯的控制，通过合理 的软件设计、仿真和模型接线，以及反复的调试，实现了程序的可靠运行。
这次课程设计的总体思路如下： （1） 思考总体设计方案。
（2） 画出总体设计方案流程图：用流程图的形式来表现自己的设计思想。 （3） 流程图具体化：即将流程图中的几大模块的具体实现思考清楚，可以 用流程图的形式展现?并想好实及应用以及接线。
（4） 用软件设计梯形图：这是一个至关重要复杂而且需要反复修改的环节， 在此环节中你将发现总体设计和模块思想会存在很多问题，
需不断改进.如何实 现
各限时功能，达到预期效果也将是一项繁复的工作。
（5）接线工作：将对应的接线与模型连接，确保设计的实际运行实现。 （6）最后工作：程序可以正确运行之后，再不影响程序功能的情况下，运 用各种辅助性功能， 使设计更加美观， 操作更人性化．增强程序的新意与可行性。 本设计中有很多的不足处如： 电梯的多重响应问题， 在一次响应执行中， 加 入二次响应电梯可能停止运行。 在以后的工作学习中我会更加努力， 相信这个问 题在不久的将来会得到完美的解决。
在此，非常感谢韩耀振老师的指导帮助我完成这次设计。 他对本设计提出了 很多宝贵的建议。
通过这次课程设计，我们强化了我们的编程能力，使我更加熟悉的掌握了
PLC的运用，使我深刻感受到PLC是如此的强大，如此的贴近我们的日常生活。 熟悉了
更多PLC的功能，大大提高了动手能力，学到了许多解决实际问题的宝贵 经验，自己对于知识的了解不再局限于理论．同时也挖掘出了我们潜在的能力， 对控制设计也更有兴趣。
5. 参考文献
1?《现代电气控制及PLC应用技术》 王永华
二版）
北京航天航空大学出版社（第
2. 3. 4.
《PLC原理及应用》 李长久 《PLC应用技术》
机械工业出版社
徐国林 机械工业出版社
高鸿斌，孔美静，赫孟合 电子工
《西门子PLC与工业控制网络应用》
业出版社
PLC实现智能交通灯控制 - 图文
