基于plc的交通灯设计课程设计

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1、课程设计用纸目 录1.变频器的调速参数设定.21.1变频器的面板操作与运行.21.2变频器的外部运行操作.21.3变频器的模拟信号操作.101.4变频器对电机的运动控制.131.5模拟量采集与数据处理的综合应用.142.交通灯控制系统的设计.162.1课题背景.162.2基本要求.162.3输入/输出点分配.172.4十字路口交通灯时序图.182.5硬件接线图.192.6PLC梯形图.202.7程序运行效果图.243.心得体会.274.参考文献.281变频器的调速参数设定1.1变频器的面板操作与运行任务目的：1. 熟悉变频器的面板操作方法。2. 熟练变频器的功能参数设置。3. 熟练掌握变频器的

2、正反转、点动、频率调节方法。任务引入：变频器MM420系列（MicroMaster420）是德国西门子公司广泛应用与工业场合的多功能标准变频器。它采用高性能的矢量控制技术，提供低速高转矩输出和良好的动态特性，同时具备超强的过载能力，以满足广泛的应用场合。对于变频器的应用，必须首先熟练对变频器的面板操作，以及根据实际应用，对变频器的各种功能参数进行设置。相关知识点：一变频器面板的操作利用变频器的操作面板和相关参数设置，即可实现对变频器的某些基本操作如正反转、点动等运行。二基本操作面板修改设置参数的方法MM420在缺省设置时，用BOP控制电动机的功能是被禁止的。如果要用 BOP 进行控制，参数 P

3、0700应设置为 1，参数 P1000 也应设置为 1。用基本操作面板(BOP)可以修改任何一个参数。修改参数的数值时，BOP有时会显示“busy”，表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。下面就以设置P1000=1的过程为例，来介绍通过基本操作面板(BOP)修改设置参数的流程，见表1-1。表1-1 基本操作面板(BOP)修改设置参数流程操作步骤BOP显示结果1按键，访问参数2按键，直到显示P10003按键，直到显示in000，即P1000的第0组值4按键，显示当前值25按键，达到所要求的值16按键，存储当前设置7按键，显示r00008按键，显示频率任务训练 ：一、训练内容通过变频器操作面板对电

4、动机的启动、正反转、点动、调速控制。二、操作方法和步骤1按要求接线系统接线如图1-1所示，检查电路正确无误后，合上主电源开关QS。 图1-1 变频调速系统电气图2参数设置（1）设定P001030和P09701，按下P键，开始复位，复位过程大约3min，这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。（2）设置电动机参数，为了使电动机与变频器相匹配，需要设置电动机参数。电动机参数设置见表1-2。电动机参数设定完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。表1-2 电动机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设定用户访问级为标准级P001001快速调试P010000功率以KW表示，

5、频率为50HzP0304230380电动机额定电压（V）P03053.251.05电动机额定电流（A）P03070.750.37电动机额定功率（KW）P03105050电动机额定频率（Hz）P031101400电动机额定转速（r/min）（3）设置面板操作控制参数，见表1-3。表1-3面板基本操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P001000正确地进行运行命令的初始化P000407命令和数字I/OP070021由键盘输入设定值（选择命令源）P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100021由键盘（电动电位计）输入设定值P1

6、08000电动机运行的最低频率(Hz)P10825050电动机运行的最高频率(Hz)P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P1040520设定键盘控制的频率值(Hz)P1058510正向点动频率(Hz)P1059510反向点动频率(Hz)P1060105点动斜坡上升时间（s）P1061105点动斜坡下降时间（s）3变频器运行操作（1）变频器启动：在变频器的前操作面板上按运行键，变频器将驱动电动机升速，并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560rmin的转速上。（2）正反转及加减速运行：电动机的转速（运行频率）及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键

7、减少键（/）来改变。（3）点动运行：按下变频器前操作面板上的点动键，则变频器驱动电动机升速，并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键，则变频器将驱动电动机降速至零。这时，如果按下一变频器前操作面板上的换向键，在重复上述的点动运行操作，电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。（4）电动机停车：在变频器的前操作面板上按停止键，则变频器将驱动电动机降速至零。1.2 变频器的外部运行操作任务目的：1掌握MM420变频器基本参数的输入方法。2掌握MM420变频器输入端子的操作控制方式。3熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。任务引入：变频器在实际使用中，电动

8、机经常要根据各类机械的某种状态而进行正转、反转、点动等运行，变频器的给定频率信号、电动机的起动信号等都是通过变频器控制端子给出，即变频器的外部运行操作，大大提高了生产过程的自动化程度。下面为变频器的外部运行操作相关知识。相关知识点：一MM420变频器的数字输入端口MM420变频器有3个数字输入端口，具体如图2-1所示。图2-1 MM420变频器的数字输入端口二数字输入端口功能MM420变频器的3个数字输入端口（DIN1DIN3），即端口“5”、“6”、“7”，每一个数字输入端口功能很多，用户可根据需要进行设置。参数号P0701P0703为与端口数字输入1功能至数字输入3功能，每一个数字输入功能

9、设置参数值范围均为099，出厂默认值均为1。以下列出其中几个常用的参数值，各数值的具体含义见表2-1。表2-1 MM420数字输入端口功能设置表参数值功能说明0禁止数字输入1ON/OFF1（接通正转、停车命令1）2ON/OFF1(接通反转、停车命令1)3OFF2（停车命令2），按惯性自由停车4OFF3（停车命令3），按斜坡函数曲线快速降速9故障确认10正向点动11反向点动12反转13MOP（电动电位计）升速（增加频率）14MOP降速（减少频率）15固定频率设定值（直接选择）16固定频率设定值（直接选择+ON命令）17固定频率设定值（二进制编码选择+ON命令）25直流注入制动任务训练：一、训练内

10、容用PLC控制MM420变频器的运行，实现电动机正转和反转控制。其中端口“5”（DIN1）设为正转控制，端口“6”（DIN1）设为反转控制。对应的功能分别由P0701和P0702的参数值设置。二、操作方法和步骤1按要求接线变频器外部运行操作接线图如图2-2所示。图2-2 外部运行操作接线图2参数设置在变频器在通电的情况下，完成相关参数设置，具体设置见表2-2。表2-2 变频器参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P000407命令和数字I/OP070022命令源选择“由端子排输入”P000312设用户访问级为扩展级P000407命令和数字I/O*P070111ON接通

11、正转，OFF停止*P070212ON接通反转，OFF停止*P0703910正向点动P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100021由键盘（电动电位计）输入设定值*P108000电动机运行的最低频率(Hz)*P10825050电动机运行的最高频率(Hz)*P1120105斜坡上升时间（s）*P1121105斜坡下降时间（s）P000312设用户访问级为扩展级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器*P1040520设定键盘控制的频率值*P1058510正向点动频率(Hz)*P1059510反向点动频率(Hz)*P1060105点动斜坡上升时间（s）*P

12、1061105点动斜坡下降时间（s）3变频器运行操作（1）正向运行：当PLC输出使变频器数字端口“5”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。放开按钮SB1，变频器数字端口“5”为OFF，电动机按P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。（2）反向运行：当PLC输出使变频器数字端口“6”为ON，电动机按P1120所设置的5S斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在560r/min的转速上，此转速与P1040所设置的20Hz对应。放开按钮SB2，变频器数字端口“6”为OFF，电动机按

13、P1121所设置的5S斜坡下降时间停止运行。（3）电动机的点动运行正向点动运行：当PLC输出使变频器数字端口“7”为ON，电动机按P1060所设置的5S点动斜坡上升时间正向启动运行，经5S后稳定运行在280r/min的转速上，此转速与P1058所设置的10Hz对应。放开按钮SB3，变频器数字端口“7”为OFF，电动机按P1061所设置的5S点动斜坡下降时间停止运行。（4）电动机的速度调节分别更改P1040和P1058、P1059的值，按上步操作过程，就可以改变电动机正常运行速度和正、反向点动运行速度。1.3变频器的模拟信号操作控制任务目的：1掌握MM420变频器的模拟信号控制；2掌握MM420

14、变频器基本参数的输入方法；3熟练掌握MM420变频器的运行操作过程。任务引入：MM420变频器可以通过3个数字输入端口对电动机进行正反转运行、正反转点动运行方向控制.可通过基本操作板,按频率调节按键可增加和减少输出频率,从而设置正反向转速的大小。也可以由模拟输入端控制电动机转速的大小。本任务的目的就是通过模拟输入端的模拟量控制电动机转速的大小。相关知识点：MM420变频器的“1”、“2”输出端为用户的给定单元提供了一个高精度的+10V直流稳压电源。可利用转速调节电位器串联在电路中,调节电位器, 改变输入端口AIN1+给定的模拟输入电压,变频器的输入量将紧紧跟踪给定量的变化,从而平滑无极地调节电

15、动机转速的大小。MM420变频器为用户提供了模拟输入端口，即端口“3”、“4”，通过设置P0701的参数值，使数字输入“5”端口据有正转控制功能；通过设置P0702的参数值，使数字输入“6”端口具有反转控制功能；模拟输入“3”、“4”端口外接电位器，通过“3”端口输入大小可调的模拟电压信号，控制电动机转速的大小。即由数字输入端控制电动机转速的方向，由模拟输入端控制转速的大小。任务训练：一、训练内容用自锁按钮SB1控制实现电动机起停工能，由模拟输入端控制电动机转速的大小。二、操作方法和步骤1按要求接线变频器模拟信号控制接线如图3-1所示。图3-1 MM420变频器模拟信号控制接线图2. 参数设置

16、（1）恢复变频器工厂默认值，设定P0010=30和P0970=1，按下P键，开始复位。（2）设置电动机参数，电动机参数设置见表3-1。电动机参数设置完成后，设P0010=0，变频器当前处于准备状态，可正常运行。表3-1 电动机参数设置参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P001001快速调试P010000工作地区：功率以KW表示，频率为50HzP0304230230电动机额定电压（V）P03053.250.9电动机额定电流（A）P03070.750.4电动机额定功率（KW）P030800.8电动机额定功率（COS）P03105050电动机额定频率(Hz)P031110140

17、0电动机额定转速(r/min)（3）设置模拟信号操作控制参数，模拟信号操作控制参数设置见表3-2。表3-2 模拟信号操作控制参数参数号出厂值设置值说明P000311设用户访问级为标准级P000407命令和数字I/OP070022命令源选择由端子排输入P000312设用户访问级为扩展级P000407命令和数字I/OP070111ON接通正转，OFF停止P070212ON接通反转，OFF停止P000311设用户访问级为标准级P0004010设定值通道和斜坡函数发生器P100022频率设定值选择为模拟输入P108000电动机运行的最低频率（HZ）P10825050电动机运行的最高频率（HZ）3. 变

18、频器运行操作（1）电动机正转与调速按下电动机正转自锁按钮SB1,数字输入端口DINI为”ON”,电动机正转运行,转速由外接电位器RP1来控制,模拟电压信号在010V之间变化，对应变频器的频率在050Hz之间变化，对应电动机的转速在01500 rmin之间变化。当松开带锁按钮SB1时，电动机停止运转。（2）电动机反转与调速按下电动机反转自锁按钮SB2，,数字输入端口DIN2为”ON”,电动机反转运行,与电动机正转相同，反转转速的大小仍由外接电位器来调节。当松开带锁按钮SB2时，电动机停止运转。1.4变频器对电机的运行控制一）实训目的1、进一步巩固掌握PLC基本指令功能的及其运用方法；2、根据实训

19、设备，熟练掌握PLC的外围I/O设备接线方法；3、掌握异步电动机变频调速原理，熟悉变频器的用法。二)实训设备PLC主机单元模块、电位器、MM440(或MM420)变频器、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三)工艺控制要求使用变频器实现异步电动机的可逆调速控制，即可以电动机可正反向运行、调速和点动功能。速度控制有两种方式：（1）由外接的电位器控制，（2）由PLC的模拟量输出通道控制。变频器参数设置见附表1。四)实训步骤1、进行PLC的I/O地址分配，并画出变频器对电机控制的PLC控制系统的接线图。 2、设计由PLC 控制的梯形图程序。3、输入自编程序，上机调试、运行直至符合动作要求。1.

20、5模拟量采集与数据处理的综合应用一） 实训目的1、掌握PLC中模拟量输入、输出的基本工作原理；2、掌握数据处理指令的运用方法；3、熟悉触摸屏的基本用法。二）实训设备PLC主机单元模块、电位器、万用表、EVIEW 5000触摸屏、个人计算机 PC、PC/PPI 编程电缆。三）实训项目原理与要求 1、用扩展模块中的电位器模拟温度测量变送器，假设当温度是0时，对应电位器输出0V电压，假设当温度是100时，对应电位器输出电压10V电压。用FX2N-2AD、2DA的模拟量输入通道采集电位器电压，进行标度变换，将转换后的温度值存储在变量存储器中，并在触摸屏上显示出具体温度。2、用PLC模拟量输出通道控制电

21、动执行器，执行器开度设置为0%时，输出电压为0V，执行器开度为100%时，输出电压10V。执行器开度控制量的多少采用触摸屏输入，观察模拟量输出的数值，并用万用表测量输出电压值。 四）实训项目的步骤1、根据项目要求拟定I/O地址分配表，画出外部接线图，并进行接线图线路连接。 2、设计梯形图程序，调试并记录数据。输 入 FX2N-2AD 输 出FX2N-2DA 电压CH2 温度值执行器开度CH1 电压V0V000 004V163740 40%16003.996V24006060%24005.998V324080 80%32007.9910V4000100100%40009.992.交通信号灯控制系

22、统的设计2.1课题背景由于我国经济的快速发展从而导致了汽车数量的猛增，大中型城市的城市交通，正面临着严峻的考验，从而导致交通问题日益严重，其主要表现如下：交通事故频发，对人类生命安全造成极大威胁；交通拥堵严重，导致出行时间增加，能源消耗加大；空气污染和噪声污染程度日益加深等。日常的交通堵塞成为人们司空见惯而又不得不忍受的问题，在这种背景下，结合我国城市道路交通的实际情况，开发出真正适合我们自身特点的智能信号灯控制系统已经成为当前的主要任务。随着电子技术的发展，利用PLC技术对交通灯进行智能化管理，已成为目前广泛采用的方法。2.2基本要求本课题要求设计一个带左转弯的交通灯控制系统，具体指标是：1

23、）南北主干道：左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯闪3S，黄灯2S，红灯45S；2）东西人行道：红灯13S，绿灯27S，绿灯闪3S，红灯47S；3）东西主干道：红灯45S，左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯闪3S，黄灯2S。4）南北人行道：红灯58S，绿灯27S，绿灯闪3S，红灯2S。说明 ：交通灯单循环时间90S。当南北主干道为红灯（45S）时，东西主干道控制的顺序为：左转绿灯10S，直行30S，绿灯闪3S，黄灯2S。直行绿灯亮3S后，南北人行道控制的顺序为：绿灯27S，绿灯闪3S，其余时间为红灯。当东西主干道为红灯（45S）时，南北主干道控制的顺序为：左转绿灯10S，直行绿灯30S，绿灯

24、闪3S，黄灯2S。直行绿灯亮3S后，东西人行道控制的顺序为：绿灯27S，绿灯闪3S其余时间为红灯。2.3输入/输出点分配输入/输出点分配输入信号输出信号名称代号输入点编号名称代号输出点编号启动按钮SBIX1直行红灯（南北）HL1Y1左转绿灯（东西）HL2Y2直行绿灯（东西）HL3Y3直行黄灯（东西）HL4Y4人行绿灯 (东西)HL5Y5人行红灯（东西）HL6Y6直行红灯（东西）HL7Y7左转绿灯（南北）HL8Y8直行绿灯（南北）HL9Y9直行黄灯（南北）HL10Y10人行绿灯（南北）HL11Y11人行黄灯（南北）HL12Y12 2.4十字路口交通灯时序图2.5硬件接线图2.6PLC梯形图十秒钟

25、后东西左转绿灯灭东西直行绿灯亮南北直行红灯亮东西左转绿灯亮二十七秒后东西直行绿灯灭东西人行绿灯灭三秒钟后东西人行绿灯亮东西直行绿灯闪三秒东西人行绿灯闪三秒东西直行黄灯亮两秒东西人行红灯亮两秒二十七秒后南北人行绿灯灭南北直行绿灯灭三秒钟后南北人行绿灯亮十秒钟后南北左转绿灯灭南北直行绿灯亮南北直行红灯灭东西直行红灯亮南北左转绿灯亮南北直行绿灯闪三秒南北人行绿灯闪三秒南北直行黄灯亮两秒南北直行红灯亮两秒循环运行2.7程序运行效果图 3.心得体会通过这次交通灯的课程设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决现实问题的能力。使我在PLC的基本原理、PLC应用学习过程中，以及在常用编程设计思路技巧

26、的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为一名合格的应用型人才打下良好的基础。综合课程设计让我把以前学习到的知识得到巩固和进一步的提高认识，对已有知识有了更深层次的理解和认识。在此，由于自身能力有限，在实训中碰到了很多的问题，我通过查阅相关书籍、资料以及和周围同学交流得到解决。 从书中和资料中大概了解了下交通信号灯的设计思路，从一些实例中找灵感。应先合理的布局，并认真检查每个元器件，确保无误。软件设计与调试，通过几次反复调试过程，使得我对PLC有了更深刻的理解，要多从资料中理解并知道程序的使用编写。掌握了电子系统设计的流程，熟悉了各种硬件电路以及软件编程方法。理解了PLC的各部分组成及特性。熟练

27、使用了各种计算机辅助设计工具完成设计，充分掌握了这些工具的使用。还有交通灯是我们生活中非常常见的一种东西，对于我们学以致用的这种能力得到了很好锻炼，能够为我们以后的工作于学习打下基础。4.参考文献1 齐从谦，王士兰 PLC技术及应用机械工业出版社，20002 贾德胜PLC应用开发使用子程序人民邮电出版社，20063 余国亮PLC原理与应用：三菱FX系列清华大学出版社，20054 钱锐PLC应用技术科学出版社，20065 李建厚PLC原理与应用设计化学工业出版社，20056 廖常初PLC基础及应用机械工业出版社，20037 高钦和可编程控制器应用技术与设计实例人民邮电出版社，20048 张进秋，陈永利，张中民可编程控制器原理应用实例机械工业出版社，200428