杜春光17211.docx
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杜春光17211
山东交通学院
电控与PLC课程设计
报告书
院（部）别信息科学与电气工程学院
班级电升122
学号120817211
姓名杜春光
指导教师张晓军
时间2013.05.27-2013.06.07
课程设计任务书
题目交通灯显示、挖掘机及机械手的PLC控制
院（部）信息科学与电气工程学院
专业电气工程及其自动化
班级电升122
学生姓名杨庆才
学号120817210
月日至月日共周
指导教师（签字）
院长（签字）
年月日
.
一、设计内容及要求
1.交通灯控制
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4。
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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。
南北方向的剩余红灯时间用LED显示
每次按下人行道按钮后，三相异步电动机自动星三角启动，各交通灯恢复正常时间后，电机停止（停止方式为自由停止），同时，应设有电机独立启动、停止按钮，并设有电机自动启动、手动启动指示灯。
2．挖掘机的控制
参照西门子挖掘机模型。
让挖掘机总共运行30s，时间到做完所有动作，自动停止，完成手自动即可。
3．机械手
启、停按钮合二为一，开始时，按下启动按钮SB后，机械手处于原始位置，Y3亮，过1秒钟，变为放松状态，则Y1亮，Y7亮，准备3秒钟后，机械手开始顺序动作，SW1按键实现“多次循环/一次循环”的切换，“多次循环”可自动循环完成整个过程，直至按停止按钮复原。
“一次循环”实现一次完整工作过程，若仍需工作，则需按键控制。
“停止”按钮应设有两个，一个实现立即完全停止，完全停电，而另一个停止按钮按下时，先完成整个工作过程，然后停止
开始时，机械手处于原始位置，且为放松状态，则Y1亮，Y7亮，按下启动按钮SB后，机械手开始顺序动作：
1、机械手下降：
延时1秒后，Y1灭，到下限位时，按SQ1，则Y2亮。
2、机械手夹紧：
延时3秒后，Y3亮，
3、机械手上升：
延时1秒后，Y2灭，到上限位后，按SQ2，则Y4亮，
4、机械手右行：
延时4秒后，到右限位，按SQ3，则Y5亮，
5、机械手下降：
到下限位后，按SQ1，则Y6亮，
6、机械手放松：
延时3秒后，Y3灭，Y7亮，
7、机械手上升：
Y6灭，到上限位后，按SQ2，则Y8亮，
8、机械手左移：
Y8灭，到左限位后，按SQ4，则Y1亮，回到原始位置。
可重新开始。
二、设计原始资料
交通信号灯自动控制、西门子挖掘机模型、机械手实验装置
三、设计完成后提交的文件和图表
系统原理说明；
I/O端子分配图；
外部接线结构图；
梯形图及每一网络相应的注释；
使用的中间继电器、定时器、计数器等用途说明；
结合具体使用的I/O，定时器，计数器等做系统原理的详细说明；
设计中遇到的问题，解决方法；
设计心得展望等；
四、进程安排
教学内容学时地点
集中学习1天教室
资料查阅与学习讨论1天图书馆、实验室
设计及调试7天实验室
成果验收1天实验室
五、主要参考资料
[1]王永华，现代电气控制及PLC应用技术[M]，北京，北京航空航天大学出版社2007年11月。
[2]所用交通灯、挖掘机、机械手等原理介绍。
成绩评定表
指导教师成绩
答辩小组成绩
总评成绩
摘要
近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制与检测技术的日新月益更新。
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的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，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。
十分形象地显示出了PLC在交通灯系统中的实际应用。
挖掘机作为土石方施工机械的一种,显得越来越重要。
本文就是通过PLC实现挖掘机实物教学模型控制。
使操作人员对挖掘机进行远程监控，远离危险区域，避免在危险区域中施工造成不必要的人员伤亡。
机械手在当今工业中有着举足轻重的作用,能模仿人手和人臂的某些动作功能，用来按照固定的程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。
它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
关键字：
PLC、交通灯、挖掘机、机械手、梯形图
一、PLC概述
1、PLC的定义
可编程控制器（ProgrammableController）是在硬接线逻辑控制技术和计算机技术的基础上发展起来的一种工业控制器。
其早期称为可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController），简称PLC。
世界上第一台可编程控制器是1969年由美国数字设备公司（DEC）为美国通用汽车自动装配线而研制的，主要用于替代传统的继电器逻辑控制。
随着微电子技术的迅猛发展，PLC的功能不断增强，从最初的逻辑运算发展到能实现过程控制、智能控制及网络通讯等的多功能控制器，因此普遍改称为可编程控制器。
但为避免与个人计算机PC相混淆，所以仍简称为PLC。
1987年国际电工委员会（IEC1131-1）对PLC的定义是：
“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，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、定时、计数与算术运算等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器及其有关的外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”PLC具有通用灵活、抗干扰能力强、可靠性高、易于编程、使用方便、安装简单、便于维修、体积小等特点，它的采用，大大缩短了系统的设计和调试周期。
PLC的基本结构框图1如下：
2、PLC的特点
1、高可靠性
2、丰富的I/O接口模块
3、功能强大，成本低
4、编程简单易学
5、安装简单，维修方便
3、PLC的工作原理
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。
完成上述三个阶段称作一个扫描周期。
在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
（一）输入采样阶段在输入采样阶段
（二）用户程序执行阶段
（三）输出刷新阶段
4、PLC的应用领域
（1）、开关量的逻辑控制
（2）、模拟量控制
（3）、运动控制
（4）、过程控制
（5）、数据处理
（6）、通信及联网
二、交通灯控制
1、系统原理说明
十字路口交通灯控制实际情况描述：
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4。
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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。
南北方向的剩余红灯时间用LED显示
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。
2.I/O端子分配图
输入电器
输入点
输出电器
输出点
启动开关
I0.0
南北主干道红灯
Q0.0
停止开关
I0.1
南北主干道绿灯
Q0.1
人行道东西走
I0.2I0.4
南北主干道南北黄灯
Q0.2
人行道南北走
I0.3I0.5
东西次干道红灯
Q0.3
东西次干道绿灯
Q0.4
东西次干道黄灯
Q0.5
东西方向人行道红灯
Q0.6
东西方向人行道绿灯
Q0.7
数码显示
Q1.0-Q1.7
3、外部接线结构图
4、梯形图及每一网络的相应注释
5.中间继电器、定时器、I/O等用途
I/O：
PLC与外部电路连接，外部的输入控制PLC输出相应的结果
数码管的显示：
用于显示绿灯的剩余时间
中间继电器：
网络自锁，可保持长时间通电。
各部分的通断。
定时器：
设定各个交通灯亮的时间，延时工作的时间，符合题目的要求。
6、设计中遇到的问题及解决的方法
经过设计，想一次性把程序完成是非常难的，在调试中就出现了不少的错误。
刚开始的时候把程序写进去然后运行却发现有些灯亮不起来而且在完成了一个周期后就循环不起来了。
那时真的不知道从哪里入手，只好一条一条地检查才发现了一条指令把常闭写成了输出真正的输出口就没有收到信号了。
灯虽然是亮了但仍然循环不起来。
从梯形图又仔细的看了一次却看不出什么问题出来。
突然想起来编程器还可以进行监控于是再在运行的同时进行监控，于是发现了在程序的第一周期一切都运行正常但再运行下去的时候第二周期就再没有反应了，包括里面的辅助继电器，最后发现原来是程序前面没有并上完成这个循环的继电器号。
后来就这样把加上其他功能出现的错误也找出来了。
虽然找错误是一个枯燥无味的工作，但只要你耐心的去做的话，你肯定能学到有用的动西。
三、挖掘机控制
1.系统原理说明
挖掘机分为自动和手动控制，自动时通过定时器，计算每个线圈导通时间，从而控制每个动作。
并且每个动作的时间要合理，以保证挖掘机的正常运行。
手动时则手动接通线圈，驱动每个动作进行。
课程设计中需要注意的是，实验前必须弄清楚，操作台上的每一个接口所对应的动作，千万不能接错。
2I/O端子分配图
输入
I0.0
前进
I0.1
轮子左转
I0.2
身子向右
I0.3
下挖
I0.4
上扬
I0.5
身子向左
I0.6
轮子右转
I0.7
后退
I1.0
手动
I1.1
自动
输出
Q0.0
后退
Q0.1
前进
Q0.2
下挖
Q0.3
上扬
Q0.4
轮子右转
Q0.5
轮子左转
Q0.6
身子向右
Q0.7
身子向左
程序中所用仪器的用途
定时器
功能
T40
实现自动控制
3、外部接线图
4.梯形图及相应的网络注释
5.中间继电器、定时器、I/O等用途
中间继电器：
网络自锁，可保持长时间通电。
各部分的通断。
定时器：
设定各个交通灯亮的时间，延时工作的时间，符合题目的要求。
I/O：
PLC与外部电路连接，外部的输入控制PLC输出相应的结果
6、设计中遇到的问题及解决的方法
挖掘机的工作要分解动作，第一次做的时候，自己匆忙，没有考虑使得挖掘机的各个动作十分的混乱，无法形成一个连贯的动作。
后来，自己修改了程序，使得挖掘机可以正常的工作。
同时，挖掘机的控制，关键是知道挖掘机怎样的工作原理，然后在进行分析，编写程序，但是在编写程序的过程中也有一些不足之处，挖掘机的各个动作必须进行一下和合理的分析与运算。
同时要考虑到用按钮控制，但由于时间有限，本人没有考虑。
通过这次对PLC控制挖掘机的设计，可以说使我对PLC的理解和运用有了更深一步地认识，使我摆脱了单纯的理论知识学习状态，能够和实际设计相结合，锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑仿真等其他专业能力水平，通过这样的实践，使我真正的掌握了本领。
四、机械手控制
1、系统原理说明
机械手电气控制系统，除了有多工步特点之外，还要求有连续控制和手动控制等操作方式。
工作方式的选择可以很方便地在操作面板上表示出来。
当按下恢复按钮时时，系统自动地回到左上角位置待命。
机械手动作原理图，如图1所示。
2.I/O端子分配图
输入电器
输入点
输出电器
输出点
启动按钮SB
I0.0
起始位置
Y1
下限位移SQ1
I0.1
左下限位
Y2
上限位移SQ2
I0.2
抓紧
Y3
右限位移SQ3
I0.3
左上限位
Y4
左限位移SQ4
I0.4
右限位
Y5
右下限位
Y6
放松
Y7
右上限位
Y8
3.外部接线结构图
4、梯形图及相应的网络注释
5.中间继电器、定时器、I/O等用途
I/O：
PLC与外部电路连接，外部的输入控制PLC输出相应的结果
定时器：
设定各个灯亮的时间，延时工作的时间，符合题目的要求。
中间继电器：
网络自锁，可保持长时间通电。
各部分的通断。
6、设计中遇到的问题及解决的方法
机械手的实验过程中，出现了很多的问题。
首先是在试验中，要求用SQ1、SQ2同时来控制Y2等和Y6等的亮灭。
刚刚开始设计的时候，没有考虑这问题，使得调试中出现了很多的问题，按下SQ1和SQ2按钮后，两个灯都亮了。
不符合要求，所以实验宣告失败。
后来，自己和同学讨论后，要是能将两个触点动作的时间分离开，就能实限单独控制，所以在第二次实验时，在那两个按钮的前面加了一个比较的指令，使得其在此时间段是有用的，其他时间段按钮不起作用。
最后问题解决了，自己也是很高兴。
五、设计心得体会
为了提高我们的实践能力，让我们学以致用，能灵活运用所学的知识进行再创造，学校特安排我们进行为期二周的PLC课程设计实习，并安排了指导老师帮助辅导，让我们在规范化、严谨化、实用化上面有了很大进展。
在此次字符统计程序开发过程中，有很多东西值得我们思考并总结。
开发过程大体可分为以下几个步骤：
（1）思考总体设计方案：
总体结构和模块外部设计，功能分配。
思考要实现整个程序大体需要的几个模块和其中用到的PLC模块等。
（2）画出总体设计方案流程图：
用流程图的形式展现你的基本编程思想。
（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．并想好实现所需的模块。
（4）编辑程序：
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．如何实现各程序功能，达到预期效果也将是一项繁复的工作。
（5）程序调试：
在PLC控制台上正确连线并进行调试和正确运行。
在调试过程中会遇到很多需要精化的地方，需要十足的耐心与细心，不断改进完善程序。
（6）最后修饰：
程序可以正确运行之后，再不影响程序功能的情况下精简程序，尽量使程序简洁化。
通过这次课程设计，使我们更加熟悉的掌握了PLC的运用。
帮助我们熟悉了更多PLC的功能，提高了我们的动手能力，学到了许多解决实际问题的宝贵经验．同时也挖掘出了我们潜在的能力，使我们对自己更有自信，对编程也更有兴趣。
我相信，只要努力、勤奋、坚持不懈，就没有什么做不到的事，不能还没开始就退缩，要勇于拼搏，敢于创新。
六主要参考资料
[1]廖常初主编.PLC编程及应用.机械工业出版社，2005
[2]何衍庆，俞金寿编著.可编程序控制器原理及应用技巧.化学工业出版社，2003
[3]杨长能等编著.可编程序控制器（PLC）基础及应用.重庆大学出版社，2002
[4]谢克明等主编．可编程控制器原理与程序设计[M]．电子工业出版社.2002．8．28—29
[5]王兆义.可编程控制器教程.机械工业出版社，1992
[6]张晓坤.可编程控制器原理及应用.西北工业大学出版社，1998
[7]郭宗仁.可编程控制器及其通信网络技术.人民邮电出版社，1999
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