(論文)plc控制交通信號(hào)燈方案設(shè)計(jì)最新優(yōu)秀畢業(yè)論文資料搜集嘔血奉獻(xiàn)

西安工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)題 目：PLC控制交通信號(hào)燈方案設(shè)計(jì)系 部：工業(yè)自動(dòng)化系專 業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化姓 名：指導(dǎo)老師：目 錄摘 要- 4 -引 言- 5 -第一部分 課題背景- 6 -一、 交通信號(hào)燈自動(dòng)控制發(fā)展的歷史- 6 -二、 PLC的應(yīng)用與未來發(fā)展- 8 -1. PLC的國內(nèi)外狀況- 8 -2. PLC未來展望- 9 -3. 本文的主要工作- 10 -第二部分 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)和工作原理- 11 -一、 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)- 11 -1. PLC的概述- 11 -2. PLC的定義- 11 -3. PLC的結(jié)構(gòu)- 12 -4. PLC的特點(diǎn)- 19 -二、 PLC的工作原理- 20 -1. PLC的掃描工作方式及分時(shí)處理- 20 -2. I/O滯后時(shí)間- 21 -3. PLC與繼電器控制電路工作原理的差別- 22 -第三部分 PLC十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 23 -一、 設(shè)計(jì)選題- 23 -二、 系統(tǒng)流程圖- 23 -三、 硬件設(shè)計(jì)- 27 -1. 輸入/輸出分配表- 27 -2. 外部接線圖- 28 -四、 軟件設(shè)計(jì)- 29 -1. 梯形圖- 29 -2. 指令表- 32 -3. 狀態(tài)波形圖- 35 -第四部分 元件的選用及調(diào)試運(yùn)行- 37 -一、 PLC的選用- 37 -1. PLC的選用- 37 -2. PLC使用中需要注意的問題- 38 -二、 傳感器的使用- 42 -1. 感應(yīng)線圈（電感式傳感器）- 42 -2. 電路- 42 -3. 傳感器的鋪設(shè)- 43 -4. 車流量的計(jì)量- 43 -三、 數(shù)碼管的使用- 44 -1. 驅(qū)動(dòng)方式- 45 -2. 主要參數(shù)- 46 -3. 數(shù)碼管應(yīng)用- 46 -4. 常見問題- 46 -四、 觸摸屏的介紹- 47 -1. 觸摸屏的定義與簡(jiǎn)介- 47 -2. 觸摸屏的工作原理 - 48 -3. 觸摸屏的分類- 49 -4. 觸摸屏發(fā)展趨勢(shì)- 52 -五、 PLC的檢查調(diào)試及所遇問題的解決- 52 -1. 接線檢查- 52 -2. 設(shè)備檢查- 53 -3. 試運(yùn)行過程- 54 -4. 所遇問題及解決方法- 54 -第五部分 設(shè)計(jì)總結(jié)- 55 -致 謝- 56 -參考文獻(xiàn)- 57 - 3 -摘 要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月異更新。它是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CADCAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，客隊(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多的將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。同時(shí)，PLC本身還具有通訊連網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號(hào)燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制的PLC5應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅PLC方面還不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。十分形象的顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用?！娟P(guān)鍵字】：PLC 交通燈 程序 設(shè)計(jì) 自動(dòng)化引 言據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產(chǎn)生如下弊端:當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長時(shí)間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。因此如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市交通道路，解決城區(qū)主干道與支道的交通擁堵現(xiàn)象，越來越多的成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的問題，且尤為需要一種能夠根據(jù)車流量的變化情況自適應(yīng)的控制交通燈時(shí)間的長短。這也是我們本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)突破問題。目前，有多種對(duì)十字路口交通燈的改良設(shè)計(jì)。智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國家已采用智能方式來控制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用GPS全球定位系統(tǒng)等。有一種利用PLC和傳感器的配合，較好的解決了車流量的不均衡、不穩(wěn)定的問題，也解決了本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題。因此十字路口交通燈控制的設(shè)計(jì)存在非常廣闊的前景。出于便捷和效果的綜合考慮，我們可用如下方案來控制交通路況:制作傳感器探測(cè)車輛數(shù)量來控制交通燈的時(shí)長。具體如下:在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測(cè)出汽車的通過，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC計(jì)數(shù)，按一定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長。比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。第一部分 課題背景一、交通信號(hào)燈自動(dòng)控制發(fā)展的歷史城市道路交通自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展是以城市交通信號(hào)控制技術(shù)為前導(dǎo)，與汽車工業(yè)并行發(fā)展的。在其各個(gè)發(fā)展階段，由于交通的各種矛盾不斷出現(xiàn)，人們總是盡可能地把各個(gè)歷史階段當(dāng)時(shí)的最新科技成果應(yīng)用到交通自動(dòng)控制中來，從而促進(jìn)了交通自動(dòng)控制技術(shù)的不斷發(fā)展。早在1850年，城市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕，1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。1914年及稍晚一些時(shí)候，美國的克利夫蘭、紐約和芝加哥才重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈，它們采用電力驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)在意義上的信號(hào)燈已經(jīng)相差無幾。1926年英國人第一次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來控制交通信號(hào)燈，這是城市交通自動(dòng)控制的起點(diǎn)。早期的交通信號(hào)燈使用“固定配時(shí)”方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的“固定配時(shí)”方中國智能交通網(wǎng)式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。除了多時(shí)段多方案定時(shí)控制的使用，為了避免各交叉路口之間“各自為政”的孤立控制方式對(duì)交通流造成的頻繁停車，還必須把相鄰的交叉路口作為一個(gè)系統(tǒng)來統(tǒng)一地加以控制。1917年，在美國鹽湖市開始使用聯(lián)動(dòng)式信號(hào)系統(tǒng)，把六個(gè)交叉路口作為一個(gè)系統(tǒng)，以人工方式加以集中控制。1922年，美國休斯頓市建立了一個(gè)同步系統(tǒng)，它以一個(gè)交通亭為中心控制十二個(gè)交叉路口。1928年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)，形成“靈活步進(jìn)式”定時(shí)系統(tǒng);由于它簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)格便宜，很快在美國推廣普及。這種系統(tǒng)以后不斷改進(jìn)、完善，成為當(dāng)今的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。20世紀(jì)30年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國，當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測(cè)器是氣動(dòng)橡皮管檢測(cè)器。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測(cè)器測(cè)量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。車輛感應(yīng)控制的這一特點(diǎn)刺激了車輛檢測(cè)器技術(shù)的發(fā)展。繼氣動(dòng)橡皮管式檢測(cè)器之后，雷達(dá)、超聲波、光電、地磁、電磁、微波、紅外以及環(huán)形線圈等檢測(cè)器相繼問世。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測(cè)和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測(cè)器。超聲波檢測(cè)器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)為交通控制技術(shù)的發(fā)展注入了新的活力，1952年，美國科羅拉多州丹佛市首次利用模擬計(jì)算機(jī)和交通檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通信號(hào)機(jī)網(wǎng)的配時(shí)方案自動(dòng)選擇式信號(hào)燈控制，而加拿大多倫多市于1964年完成了計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，建立了一套由IBM650型計(jì)算機(jī)控制的交通信號(hào)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，成為世界上第一個(gè)具有電子數(shù)字計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市。這是道路交通控制技術(shù)發(fā)展的里程碑。伴隨著城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展。人們認(rèn)識(shí)到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進(jìn)，還必須同時(shí)在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。傳統(tǒng)的城市道路交通控制指的是區(qū)域交叉口信號(hào)燈控制，而城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制，是在整個(gè)城市范圍內(nèi)對(duì)交通進(jìn)行控制，這無論是從理論角度還是實(shí)踐角度，都是一個(gè)極其復(fù)雜的大系統(tǒng)控制問題。國外對(duì)城市區(qū)域交通控制的研究，開始于20世紀(jì)60年代初。1967年，英國運(yùn)輸與道路實(shí)驗(yàn)室(TRRL)成功開發(fā)出TRANsYT(TraffioNetworkStudyTools)交通控制系統(tǒng)，后來又在TRANsYT的基礎(chǔ)上開發(fā)了seOOT(split Cyele and offset OPtimization Technique)系統(tǒng)。澳大利亞在70年代末也開發(fā)了基于配時(shí)方案實(shí)時(shí)選擇方法來實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)己經(jīng)在西方國家的城市網(wǎng)絡(luò)交通中取得了成功的應(yīng)用。 進(jìn)入20世紀(jì)80年代后期，隨著城市化進(jìn)程的加快和汽車的普及，城市交通擁擠、阻塞現(xiàn)象日趨惡化，由此引發(fā)的事故、噪聲和環(huán)境污染己成為日益嚴(yán)重的社會(huì)問題，交通問題成為困擾世界各國的普遍性難題。人們對(duì)交通系統(tǒng)的規(guī)模復(fù)雜性和開放性特征有了更深一層的認(rèn)識(shí)，并開始意識(shí)到單獨(dú)考慮車輛或道路方面很難從根本上解決交通擁擠現(xiàn)象，只有把路口交通流運(yùn)行與信號(hào)控制的藕合作用綜合考慮，且賦以現(xiàn)代的各種高新技術(shù)方可徹底消除有關(guān)問題。于是，智能交通系統(tǒng)(ITS)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅猛發(fā)展。除在技術(shù)和功能上得到增強(qiáng)和完善的SCOOT和SCATS以外，STREAM、ITACA、MOTION、RT-TRACS、SURFZ000、PRODYN和UTOPIA等新一代城市交通控制系統(tǒng)相繼推出并投入應(yīng)用。 目前城市交通控制研究的新發(fā)展主要體現(xiàn)在城市交通網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面:區(qū)域交通信號(hào)燈和城市快速公路匝道口雜道口扎道口的新的控制方法上;實(shí)現(xiàn)區(qū)域和快速公路的集成控制;采用動(dòng)態(tài)路由導(dǎo)航與交通網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合:以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)車輛控制系統(tǒng)AvcS為主的智能交通系統(tǒng)(ITS);以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)交通管理系統(tǒng)ATMS和先進(jìn)駕駛員信息系統(tǒng)ATIS為主的城市多智能體交通控制系統(tǒng);以及一些輔助的交通策略如道路自動(dòng)計(jì)費(fèi)、公共交通優(yōu)先等。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、手動(dòng)控制到自動(dòng)控制再到智能控制、單點(diǎn)控制(點(diǎn)控)到干線控制(線控)再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡(luò)控制(面控)的過程。二、PLC的應(yīng)用與未來發(fā)展1. PLC的國內(nèi)外狀況世界上公認(rèn)的第一臺(tái)PLC是1969年美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制的。限于當(dāng)時(shí)的元器件條件及計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡(jiǎn)單的邏輯控制及定時(shí)、計(jì)數(shù)功能。20世紀(jì)70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。此時(shí)的PLC為微機(jī)技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。 20世紀(jì)70年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實(shí)用化發(fā)展階段，計(jì)算機(jī)技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、PID功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀(jì)80年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個(gè)階段的另一個(gè)特點(diǎn)是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 20世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機(jī)械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的CF系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的DKK及D系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的S系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的YZ系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的PLC生產(chǎn)廠家。可以預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入，PLC在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。2. PLC未來展望21世紀(jì)，PLC會(huì)有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技術(shù)的新成果會(huì)更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計(jì)和制造上，會(huì)有運(yùn)算速度更快、存儲(chǔ)容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會(huì)進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會(huì)更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會(huì)更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場(chǎng)合的需求；從市場(chǎng)上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會(huì)隨著國際競(jìng)爭(zhēng)的加劇而打破，會(huì)出現(xiàn)少數(shù)幾個(gè)品牌壟斷國際市場(chǎng)的局面，會(huì)出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS（Distributed Control System）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。三、本文的主要工作 第一部分，回顧交通燈的歷史，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通管制的要求越來越高，采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)，才會(huì)滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。第二部分，敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程，通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點(diǎn)、 卓越性能、結(jié)構(gòu)、原理，有一個(gè)感性的總體認(rèn)識(shí)。第三部分，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。第四部分，通過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)以及元器件的選用，再進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。第二部分 PLC的基礎(chǔ)知識(shí)和工作原理一、PLC的基礎(chǔ)知識(shí)1. PLC的概述可編程控制器（Programmable Logic Controller, 簡(jiǎn)稱PLC）是計(jì)算機(jī)家族的一員是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。它是以微處理器為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的一種專門為適應(yīng)惡的工業(yè)環(huán)境下面設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置，涉及很多自動(dòng)控制、電氣方面的知識(shí)。它主要用來代替電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國家工業(yè)自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。 2. PLC的定義 國際電工委員會(huì)（IEC）于1982年11月頒發(fā)了PLC標(biāo)準(zhǔn)草案第1稿，1985年1月發(fā)表了第2稿，1987年2月有辦法了第3稿。在草案中對(duì)PLC定義如下：可編程控制器（Programmable Logic Controller,，PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)計(jì)數(shù)和算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)外圍設(shè)備，都按易于工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體，按易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。此定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，即它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的計(jì)算機(jī)。這種工業(yè)計(jì)算機(jī)采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)操作等，它還具有“數(shù)字量或模擬量的輸入輸出控制”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)連成一體”，易于“擴(kuò)充”，PLC的整體認(rèn)識(shí)如圖2-1所示。邏輯運(yùn)算定時(shí)、計(jì)數(shù) 實(shí) 實(shí) 現(xiàn) 現(xiàn)數(shù)字量或模擬量的輸入輸出控制工業(yè)領(lǐng)域 PLC 面向用戶 實(shí) 現(xiàn) 的指令 實(shí) 實(shí) 現(xiàn) 現(xiàn)順序控制算術(shù)操作 圖2-1 PLC的整體認(rèn)識(shí) 3. PLC的結(jié)構(gòu)PLC的結(jié)構(gòu)與一般計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，下面分別對(duì)PLC的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行介紹。一、 PLC的硬件系統(tǒng) 不管是整體式、模塊式還是混合式結(jié)構(gòu)的PLC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體上都是相似的，其硬件系統(tǒng)基本上由基本單元包括中央處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（用戶程序儲(chǔ)存器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）、（IO）接口、通信接口、電源和外部設(shè)備等組成。其中，CPU是PLC的核心，I/O接口電路是連接現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備與CPU之間的橋梁，通信接口用于與編程器、上位計(jì)算機(jī)等外圍設(shè)備連接.PLC的基本結(jié)構(gòu)，如圖2-2所示。下面是對(duì)PLC各主要組成部分逐一進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。1. 中央處理單元（CPU）同一般的微機(jī)一樣，CPU是PLC的核心。PLC中所配置的CPU隨機(jī)型輸入接口輸出接口 CPU接收 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 負(fù)載電源CPU圖2-2 PLC的基本結(jié)構(gòu)不同而不同，常用有三類，通用微處理器（如Z80、8086、80286等）、單片微處理器(如8031、8096等)和位片式微處理器（如AMD29等）。小型PLC大多采用8位通用處理器和單片微處理器，中型PLC大多采用16位通用微處理器或單片微處理器，大型PLC大多采用高速位片式微處理器。目前，小型PLC為單CPU系統(tǒng)，而中、大型PLC則大多為雙PLC系統(tǒng)，甚至有些PLC中多達(dá)8個(gè)CPU。對(duì)于雙CPU系統(tǒng)，一般一個(gè)為字處理器，通常采用8位或16位處理器，另一個(gè)為位處理器，采用由各廠商設(shè)計(jì)制造的專用芯片。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編輯器進(jìn)行控制等。位處理器為從處理器，主要用于處理位操作指令和實(shí)現(xiàn)PLC編輯語言向機(jī)器語言的轉(zhuǎn)換。為處理器的采用提高可PLC得速度，使PLC更好的滿足實(shí)時(shí)控制的要求。在PLC中，CPU按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮PLC有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：（1） 接收從編輯器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。（2） 診斷電源、PLC內(nèi)部電路的工作故障和編輯中的語言錯(cuò)誤等。（3） 通過輸入接口接收現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入輸入映像寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。（4） 從存儲(chǔ)器逐條讀取用戶程序，經(jīng)過解釋后執(zhí)行。（5） 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實(shí)現(xiàn)輸出控制。有些PLC還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主要有兩種，一種是可讀/寫操作的隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），另一種是只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可編程只讀存儲(chǔ)器（PROM）、和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)和電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)。在PLC中，存儲(chǔ)器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)程序是由PLC的制造廠商編寫的，與PLC的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運(yùn)算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供PLC運(yùn)行的平臺(tái)。系統(tǒng)程序關(guān)系到OLC性能，而且在PLC使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠商直接固化在ROM、PROM或EPROM中，用戶不能訪問和修改。用戶程序是隨PLC的控制對(duì)象而定的，有用戶根據(jù)對(duì)象生產(chǎn)工藝的控制要求而編制的應(yīng)用程序。為了便于讀出、檢查和修改，用戶程序一般存于CMOSA靜態(tài)RAM中，用鋰電池作為后備電源，以保證掉電時(shí)不會(huì)丟失信息。為了防止干擾對(duì)RAM中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運(yùn)行正常不需要改變時(shí)，可將其固化在EPROM中?，F(xiàn)在有許多PLC直接采用EEPROM或閃速（Fish）ROM作為用戶存儲(chǔ)器。工作數(shù)據(jù)是PLC運(yùn)行過程中經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的一些數(shù)據(jù)，它存放在RAM中，以適應(yīng)隨機(jī)存取的要求。在PLC的工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，設(shè)有存放I/O繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等邏輯器件的存儲(chǔ)區(qū)，這些器件的狀態(tài)都是由用戶程序的初始設(shè)置和運(yùn)行情況而確定的。根據(jù)需要部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電的時(shí)用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電的可保存數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在PLC產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量一般指用戶程序存儲(chǔ)器。當(dāng)PLC提供的用戶程序存儲(chǔ)容量不夠用時(shí)，許多PLC還提供存儲(chǔ)器擴(kuò)張功能。3. I/O接口電路I/O接口電路通常也稱為I/O單元或I/O模塊，是PLC與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的連接部件。PLC通過輸入接口也可以檢測(cè)被控對(duì)象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為PLC對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的依據(jù)。同時(shí)PLC又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對(duì)象，以達(dá)到控制目的。由于外圍輸入設(shè)備和輸出設(shè)備所需的信號(hào)電平是多種多樣的，而PLC內(nèi)部CPU的處理的信息只能是標(biāo)準(zhǔn)電平，所以I/O接口可以實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換。I/O接口一般都具有光隔離和濾波功能，以提高PLC的抗干擾能力。另外，I/O接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況能夠直觀的顯示出來，以便于維護(hù)。PLC提供了多種操作電平和驅(qū)動(dòng)能力的I/O接口以便于用戶選用。I/O接口（模塊）的主要類型有：開關(guān)量（數(shù)字量）輸入、開關(guān)量輸出和模擬量輸入、模擬量輸出等。其中模擬量I/O接口模塊屬于三菱公司PLC的特殊功能模塊，如不特別說明，I/O接口是指開關(guān)量I/O接口。開關(guān)量輸入是把現(xiàn)場(chǎng)各種開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)化為PLC能處理的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制信號(hào)。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口/交流輸入接口。開關(guān)量輸出是把PLC的內(nèi)部信號(hào)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種開關(guān)信號(hào)，如指示燈的亮滅、電動(dòng)機(jī)的汽艇和正反轉(zhuǎn)、設(shè)備的轉(zhuǎn)動(dòng)、平移、升降和閥門的開閉。常用的開關(guān)量輸出接口按其輸出功率開關(guān)器件分為三種類型：繼電氣輸出、晶體管輸出和雙向晶閘管輸出。模擬量輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣，如溫度、壓力、速度、流量、位移以及酸堿度等都是相對(duì)于電壓電流的模擬量值，再通過一定運(yùn)算（PID）后，控制生產(chǎn)過程達(dá)到一定的目的。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過變換后得到的，輸入信號(hào)為420mA、020mA、05V、010V、-5+5V、-10+10V等不同范圍的信號(hào)。模擬量輸入就是將模擬量信號(hào)（電壓電流）轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，然后送到CPU模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制。模擬量輸入框圖如圖2-3所示。模擬量輸出是將PLC與運(yùn)算后的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)（420mA、020mA的電流輸出信號(hào)或05V、010V、-5+5V、-10+10V的電壓輸出信號(hào)）輸出，然后通過信號(hào)轉(zhuǎn)化為外圍設(shè)備需要的信號(hào)來控制外圍設(shè)備，例如繼電器、接觸器、電動(dòng)閥和伺服電機(jī)等，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)信號(hào)的控制要求。模擬量輸出框圖如圖2-4所示。4通信接口通信接口是PLC主機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話或機(jī)機(jī)對(duì)話的通道。PLC配有各種通信接口，這些通信接口一般都帶有通信處理器。PLC通過這些通信接口可與打印機(jī)、監(jiān)視器、其他PLC、計(jì)算機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信。PLC與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。與監(jiān)視器連接可將控制過程圖像顯示出來。與其他PLC連接，可組成多級(jí)系統(tǒng)或連成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的控制。與計(jì)算機(jī)連接， 內(nèi)部電路 光電耦合隔離 A/D轉(zhuǎn)換器 濾波圖2-3 模擬量輸入框圖 D/A轉(zhuǎn)換器 信號(hào)轉(zhuǎn)換 光電 耦合隔離 內(nèi)部電路 圖2-4 模擬量輸出框圖可組成多級(jí)分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信結(jié)構(gòu)模塊。5. 電源PLC中的電源有些是與CPU模塊（包括中央處理器CPU、電源和I/O接口）合而為一的，有些事分不開的。與普通電源相比，PLC電源的穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)。內(nèi)部：開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)、外部傳感器供電，如三菱F1、F2、FX2和FX2N系列等。外部：可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。6外部設(shè)備外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 （1） 編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 （2） 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 （3） 存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。 （4） 輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等。 了解了PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫徺I程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳。二、 軟件系統(tǒng)PLC僅有硬件系統(tǒng)是不行的，它還需要軟件系統(tǒng)的支持，沒有軟件系統(tǒng)，PLC是什么事情都做不成的。在PLC的軟件系統(tǒng)中，軟件分為系統(tǒng)程序和用戶程序兩大部分。 運(yùn)行管理 程序管理 生成用戶元件 系統(tǒng)程序 用戶指令解釋程序 內(nèi)部自檢等 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用 圖2-5 系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)1. 程序部分系統(tǒng)程序是每個(gè)PLC成品必須包含的部分，是由PLC的制造廠商提供，可由制造廠商編制，也可由軟件制造廠商編制。它被固化在ROM或EPROM中，安裝在PLC的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器內(nèi)，隨產(chǎn)品提供給用戶，主要用于控制PLC本身運(yùn)行。系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分，如圖2-5所示。（1） 管理程序是監(jiān)控程序中最重要的部分，管理整個(gè)PLC的運(yùn)行。它的功能又分為進(jìn)行時(shí)間分配的運(yùn)行管理，用于PLC控制收入、輸出、運(yùn)算、自檢及通信的時(shí)序；進(jìn)行存儲(chǔ)空間的分配管理，用于生成用戶環(huán)境，規(guī)定各種參數(shù)、程序存放地址，將用戶使用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址轉(zhuǎn)換為實(shí)際數(shù)據(jù)格式及物理存放地址等；進(jìn)行系統(tǒng)自檢，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行出錯(cuò)檢驗(yàn)、用戶程序語法檢驗(yàn)、句法檢驗(yàn)、監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行等。（2） 用戶指令解釋程序用于將用戶通過各種編輯語言（梯形圖、語句表等）編制的用戶應(yīng)用程序變成機(jī)器能執(zhí)行的機(jī)器語言程序。（3） 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用是由多個(gè)獨(dú)立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能，PLC的各種具體工作都由這部分程序完成。由于通過改進(jìn)系統(tǒng)程序可以在不改變硬件系統(tǒng)的情況下大大改善PLC的性能，所以，制造廠商對(duì)系統(tǒng)程序的編制極其重視，其產(chǎn)品的系統(tǒng)程序也在不斷升級(jí)和完善。2用戶程序用戶程序是根據(jù)生產(chǎn)過程控制的要求由用戶使用制造廠商提供的編語言自行編制的應(yīng)用程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量邏輯運(yùn)算控制程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。開關(guān)量邏輯控制程序是PLC用戶程序中重要的一部分，一般采用梯形圖、語句表或功能塊圖等編程語言編制。模擬量運(yùn)算控制程序和閉環(huán)控制程序通常都是在大中型PLC上運(yùn)行的程序，由用戶根據(jù)控制要求按PLC供應(yīng)商提供的軟件和硬件功能進(jìn)行編制。操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序是大型PLC系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)后，由用戶為進(jìn)行信息交換和管理而編制的程序，包括各類畫面顯示和操作程序等，一般采用功能塊或其他高級(jí)編程語言編制。PLC的編程和計(jì)算機(jī)編程一樣，用戶程序需要一個(gè)用戶環(huán)境、用戶程序結(jié)構(gòu)、用戶編程語言。(1) 用戶環(huán)境用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成的。它包括用戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶存儲(chǔ)器（元件區(qū)）分配等。(2) 用戶程序結(jié)構(gòu)。如圖2-6所示。(3) 用戶編輯語言。如2-7所示。 線性程序 把一個(gè)工程分為多個(gè)小的程序塊，這些程序塊依次放在一個(gè)主程序中用戶程序 分塊程序 各個(gè)程序塊獨(dú)立與主程序之外 結(jié)構(gòu)化程序 具有相同功能的程序?qū)懗赏ㄓ霉δ艹绦驂K圖2-6 用戶程序結(jié)構(gòu)PLC編輯語言梯形圖（LAD） 語句表（STL） 功能塊圖（FBD）畫法是從左母線開始 由不同的指令組成 類似于電子線經(jīng)過觸電和線圈，終 格式：操作碼+操作數(shù) 路的邏輯電路圖于有母線 的一種編程語言 10000 10001 10100 LD 10000 10000 10100 （ ） AND 10001 OUT 10100 10001圖2-7 用戶編輯語言4. PLC的特點(diǎn)1.可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。PLC由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。使用PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC帶有硬件故障自我檢測(cè)功能，出現(xiàn)故障時(shí)可及時(shí)發(fā)出警報(bào)信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除PLC以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護(hù)。這樣，整個(gè)系統(tǒng)將極高的可靠性。2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng)PLC發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。除了邏輯處理功能以外，PLC大多具有完善的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。多種多樣的功能單元大量涌現(xiàn)，使PLC滲透到了位置控制、溫度控制、CNC等各種工業(yè)控制中。加上PLC通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用PLC組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人從事工業(yè)控制打開了方便之門。4. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，工作量小，維護(hù)方便，容易改造PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合二、PLC的工作原理1. PLC的掃描工作方式及分時(shí)處理PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)和停止（STOP）狀態(tài)。RUN狀態(tài)是執(zhí)行應(yīng)用程序的狀態(tài)。STOP狀態(tài)一般用于程序的編制、修改和下載。為了使PLC的輸出能夠及時(shí)地響應(yīng)可能隨時(shí)變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不停地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP狀態(tài)，因此PLC采用的是周期循環(huán)掃描工作方式。在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不完全相同的，一個(gè)掃描周期可分為一下5個(gè)階段：內(nèi)部處理階段、通信服務(wù)階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。1 內(nèi)部處理階段 CPU對(duì)PLC內(nèi)部的硬件作故障檢查，復(fù)位監(jiān)控定時(shí)器等。2 通信服務(wù)階段 是掃描周期的信息處理階段，PLC與外圍設(shè)備、編程器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等進(jìn)行通信，CPU處理從通信端口接收到的信息。當(dāng)PLC處于STOP狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上兩個(gè)階段的操作。當(dāng)PLC處于RUN狀態(tài)時(shí)，還要完成一下階段。3 輸入采樣階段 每次掃描周期開始時(shí)，先讀取輸入端子的當(dāng)前值，然后寫到輸入映像寄存器中。在隨后的用戶執(zhí)行程序的過程中，CPU訪問輸入映像寄存器，而并非讀取寄存器的狀態(tài)。4 程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段，PLC按照梯形圖的順序，自坐而右、自上而下地逐行掃描，在這一階段中，CPU從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié)束，程序運(yùn)行結(jié)果放入輸出映像寄存器和其他軟元件映像寄存器中。5 輸出刷新階段 每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)，CPU先把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫入輸出鎖存器中，再輸出到數(shù)字量輸出端子，以更新輸出狀態(tài)。然后PLC進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期，重新執(zhí)行輸入采樣階段，周而復(fù)始。2. I/O滯后時(shí)間I/O滯后時(shí)間又稱為系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間，是指從PLC外部輸入信號(hào)發(fā)燒呢個(gè)變化的時(shí)刻起至由它控制的有關(guān)外部輸出信號(hào)發(fā)生變化的時(shí)刻止之間的間隔。這個(gè)時(shí)間由輸入電路的濾波時(shí)間、輸出模塊的滯后時(shí)間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時(shí)間三部分組成。輸入模塊的RC濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸電動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)引起的不良影響。濾波時(shí)間常數(shù)決定了輸入濾波時(shí)間的長短，其典型值為10ms左右。輸出模塊的滯后時(shí)間與輸出模塊開關(guān)器件的類型有關(guān)。若是繼電器型輸出電路，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時(shí)的最大滯后時(shí)間為10ms；雙向晶閘管輸出電路的滯后時(shí)間約為1ms。掃描工作方式引起的滯后時(shí)間，最長可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。3. PLC與繼電器控制電路工作原理的差別PLC與繼電器控制電路工作原理的差別，主要是下列幾點(diǎn)。（1） 組成元件的差別 繼電器控制電路由許多真正的硬件繼電器組成而梯形圖則由許多所謂“軟繼電器”及軟元件或編程元件組成。（2） 觸電數(shù)量的差別 硬繼電器的觸電數(shù)量有限，用于控制的繼電器的觸電數(shù)一般只有4-8對(duì)；而提醒途中每個(gè)軟元件供編程使用的觸電數(shù)在理論上有無限對(duì)。（3） 邏輯關(guān)系的差別 繼電器控制電路圖使用低壓電器的接線表達(dá)邏輯控制關(guān)系的，PLC則主要使用梯形圖來表達(dá)這種邏輯關(guān)系。（4） 運(yùn)行時(shí)序的差別 在運(yùn)行時(shí)序上，對(duì)于繼電器控制電路來說，忽略電磁滯后及機(jī)械滯后，同一個(gè)繼電器所有觸電的總做和它的先驅(qū)通電或斷電可認(rèn)為是同時(shí)發(fā)生的。但在PLC中，由于程序的循環(huán)掃描，同一個(gè)器件的線圈工作和它的各個(gè)觸電的動(dòng)作并不同時(shí)發(fā)生。第三部分 PLC十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)選題在十字路口的東西、南北主干道上裝設(shè)紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機(jī)動(dòng)車輛和非機(jī)動(dòng)車輛，并用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。其控制過程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)，提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時(shí)直行禁止通行，只有綠燈亮?xí)r該方向車輛方可通行。主干道到車輛通行時(shí)交通燈信號(hào)的變化規(guī)律為：南北方向綠燈亮40秒，黃燈亮5秒，左轉(zhuǎn)綠燈亮20秒，然后綠燈黃燈全部熄滅紅燈亮65秒，反之，為東西方向通行。當(dāng)各條路上任意一條出現(xiàn)特殊情況，例如：急救車、消防車或其他需要優(yōu)先通行的車輛時(shí)，各方向上均為紅燈，當(dāng)特殊運(yùn)行狀態(tài)結(jié)束后，控制器恢復(fù)原來運(yùn)行狀態(tài)。若某方向上的車流量較大而另一方向較少時(shí)，則用傳感器測(cè)車流量的多少，從而控制紅綠燈的變化，使其正常通行。該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠周期性的連續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)輸入信號(hào)分別控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。PLC選用三菱FX2N系列。二、系統(tǒng)流程圖正?？刂疲合到y(tǒng)受一個(gè)啟動(dòng)開關(guān)控制。當(dāng)開關(guān)SB1啟動(dòng)后，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)開關(guān)SB2啟動(dòng)后，所有燈熄滅。系統(tǒng)工作時(shí)，南北紅燈先點(diǎn)亮，同時(shí)東西綠燈點(diǎn)亮。南北紅燈點(diǎn)亮持續(xù)65S，東西綠燈點(diǎn)亮40S后熄滅，東西黃燈閃爍5S（周期為1S），東西左轉(zhuǎn)點(diǎn)亮20S，20S后東西左轉(zhuǎn)綠燈熄滅,東西紅燈點(diǎn)亮持續(xù)65S，南北綠燈點(diǎn)亮40S后熄滅，南北黃燈閃爍5S（周期為1S），南北左轉(zhuǎn)點(diǎn)亮20S，20S后南北左轉(zhuǎn)熄滅，開始第二周期的動(dòng)作，周而復(fù)始的循環(huán)。正常時(shí)序流程圖，如圖3-1所示。異常時(shí)序：十字路口的交通異常狀況現(xiàn)象是指正常交通信號(hào)燈控制可能與實(shí)際的交通運(yùn)行狀況不相符合。在現(xiàn)實(shí)生活中的交通狀況可能是東西方向的車輛過多發(fā)生堵塞，而南北方向的車輛卻很稀少，這時(shí)正常的交通信號(hào)燈時(shí)序控制將會(huì)使實(shí)際的交通狀況惡化。為了解決這個(gè)問題，可以采用一種能夠根據(jù)車流