基于PLC控制的十字路口紅綠燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、25十字路口交通指示燈plc的控制系統(tǒng)摘要：可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護(hù)方便，用法簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)，本文用歐姆龍的可編程控制器控制十字路口信號(hào)燈來(lái)說(shuō)明可編程控制器硬件、軟件的設(shè)計(jì)。解決好公路交通燈控制問題將是保障交通有序、安全、快捷運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。關(guān)鍵詞：plc 智能交通燈 指令系統(tǒng) 前 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問題

2、之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高

3、速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。 根據(jù)交通燈工藝控制要求與特點(diǎn)，我們采用了歐姆龍plc。歐姆龍plc有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)，可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(plc)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用plc是基于以下四個(gè)原因：plc具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間都在30萬(wàn)小時(shí)以上；編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；抗干擾能力強(qiáng)，目前

4、空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的plc；近年來(lái)plc的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，使得實(shí)際應(yīng)用成為可能。目錄緒論1（一）本課題研究的目的和意義1（二）城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀11 智能交通系統(tǒng)的基本概念12 智能交通的發(fā)展簡(jiǎn)史13 我國(guó)的its的建設(shè)現(xiàn)狀2第一章 概述3第二章 可編程控制器簡(jiǎn)介4（一） 可編程序控制器的產(chǎn)生與發(fā)展4（二） 可編程控制器的組成8圖2-1. plc的組成81. 輸入寄存器92. 輸出寄存器93. 存儲(chǔ)器94. cpu單元95. 其它接口單元9（三） 可編程控制器的工作原理9（四）可編程控制器的特點(diǎn)

5、11（五）可編程控制器的主要功能12（六） 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)16第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)18（一）裝置結(jié)構(gòu)與工藝要求18(二) 統(tǒng)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇plc型號(hào)19（三）分配plc的輸入/輸出端子19（四）交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)功能表圖20（五） 交通信號(hào)燈的控制系統(tǒng)梯形圖21(六).將梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表程序25（1）交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)公共程序指令表：26(2)信號(hào)燈在東西方向控制指令表：26（3）信號(hào)燈在南北方向控制指令表27總結(jié)29謝 辭30緒論（一）本課題研究的目的和意義隨著我國(guó)交通事業(yè)的迅速發(fā)展，各種公交、運(yùn)輸汽車和汽車進(jìn)入家庭的步伐加快使得城市的汽車數(shù)量逐年增加，城市道路交通堵塞、擁

6、擠問題顯得越來(lái)越突出，交通在許多城市已經(jīng)成為“瓶頸”問題。在馬路上經(jīng)常會(huì)看到這種現(xiàn)象：如果一輛汽車發(fā)生故障，則該條線路將陷入癱瘓；一但某個(gè)路口的信號(hào)燈出現(xiàn)故障，就有可能在此路口塞車。交通發(fā)展的狀況是衡量一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代化程度的重要標(biāo)志之一，從經(jīng)濟(jì)的發(fā)展形式看，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度比主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家年平均增長(zhǎng)速度都要高，隨著我國(guó)現(xiàn)代化發(fā)展的進(jìn)程，經(jīng)濟(jì)必將持續(xù)增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)的速度繼續(xù)在世界處于領(lǐng)先地位，高速度的持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，必然帶來(lái)嚴(yán)重的運(yùn)輸和交通問題。車如水、人如潮，這是我國(guó)城市交通的真實(shí)寫照。人員和物資的流通量猛烈的增長(zhǎng)，使得交通車輛的擁擠問題明顯得暴露了出來(lái)。要解決交通擁擠的狀況，道路的建設(shè)、拓寬和

7、增加車行道固然重要，而現(xiàn)代化交通控制系統(tǒng)的建設(shè)，卻可大幅度的提高現(xiàn)有道路的利用率，其重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是不可言語(yǔ)的。目前絕大部分的交通的時(shí)間都是單一的、固定的，不管是車流高峰還是低谷，紅綠燈的時(shí)間都是固定不變的；還有一些交通燈只是能夠按照固定的時(shí)間來(lái)劃分高峰和低谷，簡(jiǎn)單地進(jìn)行時(shí)間段的調(diào)整，這比起以前的交通燈是有所進(jìn)步。但是控制起來(lái)不夠靈活，還不能解決相對(duì)擁擠、混亂的交通次序。本文的設(shè)計(jì)正是針對(duì)這個(gè)弊端進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)實(shí)時(shí)的車流量對(duì)個(gè)路口的紅綠燈進(jìn)行調(diào)整，大大加強(qiáng)了其靈活性和實(shí)時(shí)性，真正實(shí)現(xiàn)了智能的交通燈控制。（二）城市智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1 智能交通系統(tǒng)的基本概念 智能交通系統(tǒng)也稱為i

8、ts；目前世界上對(duì)智能交通系統(tǒng)尚沒有統(tǒng)一的定義，其大體的含義是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊技術(shù)、人工智能及電子自動(dòng)控制技術(shù)等有效地綜合運(yùn)用于整個(gè)交通管理系統(tǒng)，將人、路、車有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，以達(dá)到最佳的和諧統(tǒng)一，從而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的交通運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)。2 智能交通的發(fā)展簡(jiǎn)史 its的研究始于上世紀(jì)70年代，由于信息處理技術(shù)的不成熟曾一度陷入低谷。在80年代中期后，隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，許多國(guó)家對(duì)智能交通系統(tǒng)的研究投入了大量的人力和物力。并建立以美、日和歐洲為代表的三大研究中心。美國(guó)對(duì)its的研究起步較晚，但由于投入較多，目前已處于該領(lǐng)域的領(lǐng)先

9、水平。出現(xiàn)了很多龐大的連續(xù)開發(fā)計(jì)劃。1991年，開始對(duì)its研究進(jìn)行投資，僅1994年至1995年就確定了104項(xiàng)目研究，并成立了專門組織，著手制定its的研究計(jì)劃，到1997年投資近7億美元；1998年6月9日美國(guó)前總統(tǒng)克林頓簽署了“面向21世紀(jì)運(yùn)輸權(quán)益法案”。該法案的確定為美國(guó)公路系統(tǒng)的繼續(xù)發(fā)展和重建帶來(lái)了創(chuàng)記錄的投資。歐洲在its的研究方面采取整個(gè)歐洲一體化的方針，由政府、企業(yè)和個(gè)人三方面共同出資進(jìn)行智能化交通系統(tǒng)的研究，著名的項(xiàng)目有prometheu和drive等。日本從70年代就開始了對(duì)汽車交通綜合控制系統(tǒng)的研究，并成立了全國(guó)性的推進(jìn)組織，是its進(jìn)行研究最早、實(shí)用化程度最高的國(guó)家。

10、目前已建立了較為完備的交通控制、信息服務(wù)等綜合體系，并基本完成了覆蓋全國(guó)的電子地圖的繪制工作。3 我國(guó)的its的建設(shè)現(xiàn)狀 我國(guó)its的研究和推進(jìn)還處于起步階段，但its作為跨世紀(jì)經(jīng)濟(jì)點(diǎn)和交通系統(tǒng)的建設(shè)必然選擇的重要性已得到國(guó)家相關(guān)部門的高度重視,1995年中國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局iso/ic204為交通部門正式批準(zhǔn)成立了iso/ic204中國(guó)委員會(huì)，該委員會(huì)把推進(jìn)中國(guó)its標(biāo)準(zhǔn)化為主要任務(wù)，1997年在北京召開its發(fā)展趨勢(shì)國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)。1998年交通部正式批復(fù)成立交通智能運(yùn)輸系統(tǒng)工程研究中心（itsc）。加快了對(duì)its領(lǐng)域的研究步伐，北京、上海、沈陽(yáng)等大城市陸續(xù)從國(guó)外引進(jìn)了一些較為先進(jìn)的城市交通

11、控制、道路監(jiān)控系統(tǒng)；我國(guó)也自行組織開發(fā)了實(shí)時(shí)自適應(yīng)城市交通控制系統(tǒng)ht-utcs，上海交通大學(xué)與上海交警總隊(duì)合作開發(fā)的suts系統(tǒng)等；并且從2000年起在全國(guó)6個(gè)城市實(shí)施以實(shí)現(xiàn)城市交通智能控制為主要內(nèi)容的“暢通工程”，并逐步推廣到全國(guó)。第一章 概述可編程控制器（plc）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。plc是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)等操作指令，并通過數(shù)字式、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具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，p

12、lc的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（又稱平均故障間隔時(shí)間mtbf）已經(jīng)高達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。其次，plc具有通用性強(qiáng)，使用方便的特點(diǎn)。由于plc產(chǎn)品的系列化和模塊化，plc配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定plc的硬件配置和i/o的外部接線。一個(gè)控制對(duì)象的硬件配置確定以后，可以通過修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。plc還具有功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣的特點(diǎn)，現(xiàn)代plc不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對(duì)開關(guān)量進(jìn)行控制，也可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，既可控制一臺(tái)

13、生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)生產(chǎn)過程。plc還具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，可與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。用戶只需根據(jù)控制的規(guī)模和要求，適當(dāng)選擇plc的型號(hào)和硬件配置，就可以組成所需的控制系統(tǒng)。隨著交通的不斷發(fā)展和汽車化進(jìn)程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問題之一。交通問題不僅的發(fā)展中國(guó)家，就在發(fā)達(dá)國(guó)家也是一個(gè)令人困擾的嚴(yán)重問題。眾所周知，緩解交通擁擠的最直接和最有效辦法是提高路網(wǎng)的通信能力。但無(wú)論哪個(gè)國(guó)家的大城市，不可能無(wú)限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無(wú)節(jié)制增長(zhǎng)。因此，不可能通過無(wú)限制地修建道路難滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。與此

14、同時(shí)，通過限制車輛增加削減交通需求也因受到客觀因素的制約而無(wú)法取得滿意的結(jié)果。事實(shí)上，由于交通系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無(wú)論單獨(dú)從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。早在19世紀(jì)，人們就開始研究交通信號(hào)，用信號(hào)指揮車通行，控制車輛進(jìn)出交叉口的次序。據(jù)文獻(xiàn)記述，早在1868年，英國(guó)倫敦的威斯特明斯特(westminster)街就安裝了紅、綠色兩色的交通信號(hào)燈。到1917年，美國(guó)的鹽湖城開始使用由人工控制的紅、黃、綠3色的信號(hào)燈。1925年，這種由人工控制的3色信號(hào)燈也首次出現(xiàn)在英國(guó)倫敦的皮克的時(shí)路口。次年，英國(guó)人研制出了自己的自動(dòng)控制信號(hào)機(jī)。道路通交通系統(tǒng)是一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城

15、市的主要組成部份，這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何，直接反映了一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市的現(xiàn)代化管理水平。在這一系統(tǒng)中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機(jī)性。只有對(duì)這一系統(tǒng)的組成及其運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行科學(xué)客觀的分析研究，對(duì)能制定出科學(xué)有效的管理和控制對(duì)策，從而保障系統(tǒng)的有效運(yùn)行。隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高澎路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速

16、道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路藕合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門待解決的主要問題。第二章 可編程控制器簡(jiǎn)介（一） 可編程序控制器的產(chǎn)生與發(fā)展可編程控制器（plc）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)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)。特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因此在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之

17、一。可編程控制器是一種存儲(chǔ)器控制器，支持控制系統(tǒng)工作的程序存放在存儲(chǔ)器中利用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯，完成控制任務(wù)。在可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)中，要實(shí)現(xiàn)一個(gè)控制任務(wù)，首先要針對(duì)具體的被控對(duì)象，分析它對(duì)控制系統(tǒng)的要求，然后編制出相應(yīng)的控制程序，利用編程器將控制程序?qū)懭肟删幊炭刂破鞯某绦虼鎯?chǔ)器中。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可編程控制器依次讀取程序存儲(chǔ)器中的程序語(yǔ)句，對(duì)它們的內(nèi)容加以解釋并執(zhí)行。根據(jù)輸入設(shè)備的狀態(tài)和其他條件，可編程控制器將其程序執(zhí)行結(jié)果輸出給相應(yīng)的輸出設(shè)備，控制被控對(duì)象工作?？删幊炭刂破魇抢密浖?lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯的，能夠適應(yīng)不同的控制任務(wù)的需要，通用、靈活、可靠性高。它是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的

18、數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它的內(nèi)部存儲(chǔ)器可以執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。plc是在繼電器控制邏輯基礎(chǔ)上，與3c技(computer control communication)相結(jié)合，不斷發(fā)展完善的。目前已從小規(guī)模單機(jī)順序控制，發(fā)展到包括過程控制、位置控制等場(chǎng)合的所有控制領(lǐng)域。plc早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大 . 可編程控制器(programmable logical controller)簡(jiǎn)稱pc或plc，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司(dec )

19、為美國(guó)通用公司(gm)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，plc軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代plc已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備。最初，plc主要是用在生產(chǎn)線控制和大型機(jī)械的控制上。但不久，西德的西門子(siemens)公司、bbc公司就開始研制plc，當(dāng)時(shí)主要是用于軋鋼機(jī)、升降設(shè)備等大型設(shè)備上。70年代初，日本的omron也推出了他們的plc。三菱、日立、富土、東芝、橫河、日電等公司也先后加入了plc制造者的行列。70年代中期，美國(guó)和西德首先出現(xiàn)了微電腦化的小型plc

20、。由于plc是為工業(yè)控制所生產(chǎn)的通用性很強(qiáng)，適合于大批量生產(chǎn)的裝置，所以成本迅速下降;加上其是專為工業(yè)控制所設(shè)計(jì)，所以具有極好的抗干擾性能;并且他的使用和維護(hù)都極為方便，實(shí)現(xiàn)了低水平的操作、高性能的控制，所以在機(jī)械制造業(yè)深受歡迎。小型plc開始步入諸如塑料注塑機(jī)、包裝機(jī)械、橡膠機(jī)械、紡織機(jī)械等輕工機(jī)械的控制領(lǐng)域，其成本的低廉和性能的優(yōu)良對(duì)直接使用微機(jī)作為控制單元的做法構(gòu)成了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)，更有全面取代傳統(tǒng)繼電器控制屏的趨勢(shì)。據(jù)國(guó)外資料介紹:1982年美國(guó)plc用戶中，有48%來(lái)自自動(dòng)程序操作部門(如汽車、拖拉機(jī)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等)、13%來(lái)自石油化工業(yè)、9%來(lái)自食品飲料業(yè)、7%來(lái)自冶金工業(yè)、其余部

21、分來(lái)自造紙、采礦、污水處理等部門“。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)外開放，日、美、西德等國(guó)生產(chǎn)的plc己通過多種途徑進(jìn)入了我國(guó)，引起了各方面的重視并得到應(yīng)用。如寶鋼工程應(yīng)用了數(shù)百臺(tái)plc，首鋼、武鋼、開灤煤礦也分別應(yīng)用了美國(guó)和西德的plc。20世紀(jì)80年代至90年代中期是plc發(fā)展最快的時(shí)期。plc發(fā)展至今，已有30多年的歷史。伴隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有了翻天覆地的變化，plc亦再不斷發(fā)展變化中，plc正朝著新的技術(shù)發(fā)展。近年來(lái)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)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的plc應(yīng)用系統(tǒng)中，plc往往是作為一

22、個(gè)核心部件來(lái)使用，僅plc方面知識(shí)是不夠的，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。交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國(guó)加入wto，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際接軌。plc在世界各地得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，plc的功能也不斷完善。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、控制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和用戶需求的不斷提高，plc在開關(guān)量處理的基礎(chǔ)上增加了模擬量處理和運(yùn)動(dòng)控制等功能。今天的plc不再局限于邏輯控制，在運(yùn)動(dòng)控制、過程控制等領(lǐng)域也發(fā)揮著十分重要的作用。 作為離散

23、控的制的首選產(chǎn)品，plc在二十世紀(jì)八十年代至九十年代得到了迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)的plc年增長(zhǎng)率保持為20%30%。隨著工廠自動(dòng)化程度的不斷提高和plc市場(chǎng)容量基數(shù)的不斷擴(kuò)大，近年來(lái)plc在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的增長(zhǎng)速度放緩。但是，在中國(guó)等發(fā)展中國(guó)家plc的增長(zhǎng)十分迅速。綜合相關(guān)資料，2004年全球plc的銷售收入為100億美元左右，在自動(dòng)化領(lǐng)域占據(jù)著十分重要的位置。 plc是由摸仿原繼電器控制原理發(fā)展起來(lái)的，二十世紀(jì)七十年代的plc只有開關(guān)量邏輯控制，首先應(yīng)用的是汽車制造行業(yè)。它以存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令；并通過數(shù)字輸入和輸出操作，來(lái)控制各類機(jī)械或生產(chǎn)過程。用戶編制的控

24、制程序表達(dá)了生產(chǎn)過程的工藝要求，并事先存入plc的用戶程序存儲(chǔ)器中。運(yùn)行時(shí)按存儲(chǔ)程序的內(nèi)容逐條執(zhí)行，以完成工藝流程要求的操作。plc的cpu內(nèi)有指示程序步存儲(chǔ)地址的程序計(jì)數(shù)器，在程序運(yùn)行過程中，每執(zhí)行一步該計(jì)數(shù)器自動(dòng)加后再返回起始步循環(huán)運(yùn)算。plc每完成一次循環(huán)操作所需的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。不同型號(hào)的plc，循環(huán)掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。plc用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現(xiàn)出快速的優(yōu)點(diǎn)，在微秒量級(jí)，解算1k邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當(dāng)成開關(guān)量來(lái)處理，16位（也有32位的）為一個(gè)模擬量。大型plc使用另外一個(gè)cpu來(lái)完成模擬量的運(yùn)算。把計(jì)算結(jié)果送給plc的控制器。 相同i/

25、o點(diǎn)數(shù)的系統(tǒng)，用plc比用dcs，其成本要低一些（大約能省40%左右）。plc沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護(hù)成本比dcs要低很多。一個(gè)plc的控制器，可以接收幾千個(gè)i/o點(diǎn)（最多可達(dá)8000多個(gè)i/o）。如果被控對(duì)象主要是設(shè)備連鎖、回路很少，采用plc較為合適。plc由于采用通用監(jiān)控軟件，在設(shè)計(jì)企業(yè)的管理信息系統(tǒng)方面，要容易一些。 近10年來(lái)，隨著plc價(jià)格的不斷降低和用戶需求的不斷擴(kuò)大，越來(lái)越多的中小設(shè)備開始采用plc進(jìn)行控制，plc在我國(guó)的應(yīng)用增長(zhǎng)十分迅速。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和基礎(chǔ)自動(dòng)化水平的不斷提高，今后一段時(shí)期內(nèi)plc在我國(guó)仍將保持高速增長(zhǎng)勢(shì)頭。 通用plc應(yīng)

26、用于專用設(shè)備時(shí)可以認(rèn)為它就是一個(gè)嵌入式控制器，但plc相對(duì)一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩(wěn)定性。實(shí)際工作中碰到的一些用戶原來(lái)采用嵌入式控制器，現(xiàn)在正逐步用通用plc或定制plc取代嵌入式控制器(在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，可編程控制器(plc)作為自動(dòng)控制的三大技術(shù)支柱（plc、機(jī)器人、cad/cam）之一，成為大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備基礎(chǔ)。由于綜合了計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)，使它發(fā)展日新月異，大大超過其出現(xiàn)時(shí)的技術(shù)水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。特別是超大規(guī)模

27、集成電路的迅速發(fā)展以及信息、網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)，擴(kuò)展了plc的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。1. 向高性能、高速度、大容量發(fā)展大型plc大多采用cpu結(jié)構(gòu)，不斷向高性能、高速度、大容量發(fā)展。ana系列plc使用了世界上第一個(gè)在一塊芯片上實(shí)現(xiàn)plc全部功能的32位微處理器、即順序控制芯片，其掃描時(shí)間為每條基本指令0.15us。2. 增強(qiáng)小型plc的功能小型plc一般指i/o點(diǎn)數(shù)小于256的plc，大多數(shù)采用整體結(jié)構(gòu)，小型plc價(jià)格便宜，性價(jià)比不斷提高，很使用單機(jī)自動(dòng)化，或組成分布式系統(tǒng)。近年來(lái)，plc廠商不斷推出功能更強(qiáng)的小型plc，更新?lián)Q代的周期越來(lái)越短。除了開關(guān)量

28、邏輯控制功能以外，現(xiàn)代小型plc還具有中斷功能、脈沖捕獲功能、內(nèi)置的實(shí)時(shí)鐘、用eeprom代替ram和鋰電池，使plc成為完成完全免維護(hù)的設(shè)備，將過去許多需要特殊功能模塊完成的功能軟件化，如用pid指令實(shí)現(xiàn)pid控制，用定位控制實(shí)現(xiàn)位置控制。各plc廠家近年來(lái)推出一些價(jià)格便宜的專用人機(jī)接口裝置，用來(lái)監(jiān)視plc的內(nèi)部變量和修改參數(shù)。與西門子s7-200配套的td200文本顯器可顯示兩行中文，每行10或20個(gè)字符，可用s7-200編程軟件設(shè)置td200的顯示內(nèi)容。3. 不斷提高編程軟件的功能（1）編程軟件日益普及（2）編程軟件功能不斷完善（3）編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化（4） 編程軟件配備仿真功能，如西門子

29、s7-200與step7編程軟件配套使用的s7-plcsim仿真軟件。（5） 通訊功能的增強(qiáng)和標(biāo)準(zhǔn)化（6）plc的軟件化與pc（二） 可編程控制器的組成如圖所示，plc與通用計(jì)算機(jī)沒有什么區(qū)別，只是一臺(tái)增強(qiáng)了i/o功能的可與控制對(duì)象方便連接的計(jì)算機(jī)。其完成控制的實(shí)質(zhì)是按一定算法進(jìn)行io變換，并將這個(gè)變換物理實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 圖2-1. plc的組成1. 輸入寄存器輸入寄存器可按位進(jìn)行尋址，每一位對(duì)應(yīng)一個(gè)開關(guān)量，其值反映了開關(guān)量的狀態(tài)，其值的改變由輸入開關(guān)量驅(qū)動(dòng)，并保持一個(gè)掃描周期。cpu可以讀其值，但不可以寫或進(jìn)行修改。2. 輸出寄存器輸出寄存器的每一位都表明了plc在下一個(gè)時(shí)間段的輸出

30、值,而程序循環(huán)執(zhí)行開始時(shí)的輸出寄存器的值,表明的是上一時(shí)間段的真實(shí)輸出值。在程序執(zhí)行過程中,cpu可以讀其值,并作為條件參加控制,還可以修改其值,而中間的變換僅僅影響寄存器的值。只有程序執(zhí)行到一個(gè)循環(huán)的尾部時(shí)的值才影響下一時(shí)間段的輸出，即只有最后的修改才對(duì)輸出接點(diǎn)的真實(shí)值產(chǎn)生影響。3. 存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器分為系統(tǒng)存儲(chǔ)器和用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的是系統(tǒng)程序，它是由廠家開發(fā)固化好了的，用戶不能更改，plc要在系統(tǒng)程序的管理下運(yùn)行。用戶存儲(chǔ)器中存放的是用戶程序和運(yùn)行所需要的資源，i/o寄存器的值作為條件決定著存儲(chǔ)器中的程序如何被執(zhí)行，從而完成復(fù)雜的控制功能。4. cpu單元cpu單元控制著io寄存器的

31、讀、寫時(shí)序，以及對(duì)存儲(chǔ)器單元中程序的解釋執(zhí)行工作，是plc的大腦。5. 其它接口單元其它接口單元用于提供plc與其它設(shè)備和模塊進(jìn)行連接通信的物理?xiàng)l件。（三） 可編程控制器的工作原理cpu連續(xù)執(zhí)行用戶程序、任務(wù)的循環(huán)序列稱為掃描。如下圖所示，cpu的掃描周期包括讀輸入、執(zhí)行程序、處理通信請(qǐng)求、執(zhí)行cpu自診斷測(cè)試及寫輸出等內(nèi)容。plc可被看成是在系統(tǒng)軟件支持下的一種掃描設(shè)備。它一直周而復(fù)始地循環(huán)掃描并執(zhí)行由系統(tǒng)軟件規(guī)定好的任務(wù)。用戶程序只是掃描周期的一個(gè)組成部分，用戶程序不運(yùn)行時(shí)，plc也在掃描，只不過在一個(gè)周期中去除了用戶程序和讀輸入、寫輸出這幾部分內(nèi)容。典型的plc在一個(gè)周期中可完成以下5個(gè)

32、掃描過程。1.自診斷測(cè)試掃描過程。為保證設(shè)備的可靠性，及時(shí)反應(yīng)所出現(xiàn)的故障，plc都具有自監(jiān)視功能。自監(jiān)視功能主要由時(shí)間監(jiān)視器完成。wdt是一個(gè)硬件定時(shí)器，每一個(gè)掃描周期開始前都被復(fù)位。wdt的定時(shí)可由用戶修改，一般在100200ms之間。其它的執(zhí)行結(jié)果錯(cuò)誤可由程序設(shè)計(jì)者通過標(biāo)志位進(jìn)行處理。2.與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的掃描過程。一般小型系統(tǒng)沒有這一掃描過程，配有網(wǎng)絡(luò)的plc系統(tǒng)才有通信掃描過程，這一過程用于plc之間及plc與上位計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備之間的通信。3.用戶程序掃描過程。機(jī)器處于正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一掃描周期內(nèi)部包換掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是可控的，即用戶可以通過軟件進(jìn)行設(shè)定。用戶程序的長(zhǎng)短

33、，會(huì)影響過程所用的時(shí)間.4.讀輸入與寫輸出掃描過程。機(jī)器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，每一時(shí)間。個(gè)掃描周期內(nèi)都包含這個(gè)掃描過程。該過程在機(jī)器運(yùn)行中是否被執(zhí)行是可控的。cpu在處理用戶程序時(shí)，使用的輸入值不是直接從輸入點(diǎn)讀取的運(yùn)算的結(jié)果也不直接送到實(shí)際輸出點(diǎn)，而是在內(nèi)存中設(shè)置了兩個(gè)映像寄存器：一個(gè)為輸入映像寄存器，另一個(gè)為輸出映像寄存器。用戶程序中所用的輸入值是輸入映像寄存器的值，運(yùn)算結(jié)果也放在輸出映像寄存器中。在輸入掃描過程中，cpu把實(shí)際輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入到輸入映像寄存器；在輸出過程中，cpu把輸出映像寄存器的值鎖定到實(shí)際輸出點(diǎn)。為了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便，plc具有i/o控制功能，用戶可以通過編程器封鎖或開放io

34、。封鎖io就是關(guān)閉io掃描過程。下圖描述了信號(hào)從輸入端子到輸出端子的傳遞過程。在讀輸入階段，cpu對(duì)各個(gè)輸入端子進(jìn)行掃描，通過輸入電路將各輸入點(diǎn)的狀態(tài)鎖入輸入映像寄存器中。緊接著轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行階段，cpu按照先左后右、先上后下的順序?qū)γ織l指令進(jìn)行掃描，根據(jù)輸入映像寄存器和輸出映像寄存器的狀態(tài)執(zhí)行用戶程序，同時(shí)將執(zhí)行結(jié)果寫入輸出映像寄存器中。在程序執(zhí)行期間，即使輸入端子狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變輸入端子狀態(tài)變化只能在下一個(gè)工作周期的輸入階段才被集中讀入。在寫輸出階段，將輸出映像寄存器的狀態(tài)集中鎖定到輸出鎖存器，再經(jīng)輸出電路傳遞到輸出端子。由上述分析得出循環(huán)掃描有如下特點(diǎn)：1掃

35、描過程周而復(fù)始地進(jìn)行，讀輸入、寫輸出和用戶程序是否執(zhí)行是可控的。2輸入映像寄存器的內(nèi)容是設(shè)備驅(qū)動(dòng)的，在程序執(zhí)行過程中的一個(gè)工作周期內(nèi)輸入映像寄存器的值保持不變，cpu采用集中輸入的控制思想，只能使用輸入映像積存的值來(lái)控制程序的執(zhí)行。3程序執(zhí)行完后的輸出映像寄存器的值決定了下一個(gè)掃描周期的輸出值，而在程序執(zhí)行階段，輸出映像寄存器的值即可以作為控制程序執(zhí)行的條件，同時(shí)又可以被程序修改用于存儲(chǔ)中間結(jié)果或下一個(gè)掃描周期的輸出結(jié)果。此時(shí)的修改不會(huì)影響輸出鎖存器的現(xiàn)在輸出值，這是與輸入映像寄存器完全不同的。4對(duì)同一個(gè)輸出單元的多次使用、修改次序會(huì)造成不同的執(zhí)行結(jié)果。由于輸出映像寄存器的值可以作為程序執(zhí)行的

36、條件，所以程序的下一個(gè)掃描周期的集中輸出結(jié)果是與編程順序有關(guān)的，即最后一次的修改決定了下一個(gè)周期的輸出值，這是編程人員要注意的問題。各個(gè)電路和不同的掃描階段會(huì)造成輸入和輸出的延遲，這是plc的主要缺點(diǎn)。各plc廠家為了縮小延遲采取了很多措施，編程人員應(yīng)對(duì)所使用型號(hào)的plc的延遲時(shí)間的長(zhǎng)短很清楚，它是進(jìn)行plc選型時(shí)的重要指標(biāo)。（四）可編程控制器的特點(diǎn)自1969年第一臺(tái)可控編程控制器問世以來(lái)，目前可編程控制器已經(jīng)成為一種最重要、最普及、應(yīng)用場(chǎng)合最多的工業(yè)控制器。 plc之所以被廣泛應(yīng)用，是由它的突出特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)的性能分不開的，為了滿足工業(yè)生產(chǎn)對(duì)工業(yè)控制設(shè)備安全可靠的要求，plc采用了微電子技術(shù)，大

37、量的開關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸電的的半導(dǎo)體電路來(lái)完成，plc選用的電子器件一般是工業(yè)機(jī)，有的甚至是軍用機(jī)，平均無(wú)故障時(shí)間很長(zhǎng)。plc具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，可用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。再電源瞬間斷電的情況下仍可以正常工作，具有很強(qiáng)的的抗空間電磁干擾能力，可以抗峰值高達(dá)1000v、脈寬10us的矩形波空間電磁干擾，具有良好的抗震能力和抗沖擊能力。一般對(duì)環(huán)境溫度要求不高，在環(huán)境溫度-2065度、相對(duì)濕度為35%-85%情況下仍可正常工作?？删幊绦蚩刂破鞑捎胹iemens的s7-200系列cpu-224主機(jī)，i/o點(diǎn)數(shù)為40點(diǎn)(14個(gè)輸入點(diǎn)和10個(gè)輸出點(diǎn))，具有2個(gè)rs-485通訊/編程口，具有ppi通訊協(xié)議、mp

38、i通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。自由通訊口方式是s7-200 plc的一個(gè)很有特色的功能，它使s7-200 plc可以由用戶自己定義通訊協(xié)議。利于自由通訊口方式，在本系統(tǒng)中plc可以與變頻器和觸摸屏方便連接。模擬量輸入采用4路12位a/d模擬量輸入的em231模塊，具有較高的精度。plc編程采用step7-micro/win編程軟件，它提供一個(gè)完整的編程環(huán)境，可進(jìn)行離線編程和在線連接和調(diào)試，并能實(shí)現(xiàn)梯形圖與語(yǔ)句表的互相轉(zhuǎn)換。可編程控制器能如此迅速的發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不具備的特點(diǎn)：1.可靠性可編程控制器采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如：冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)設(shè)計(jì)、故障診斷、和

39、信息保護(hù)和恢復(fù)等，提高了mtbf，降低了mttr，使可靠性得到提高。可編程序控制器是為了工業(yè)生產(chǎn)過程控制而專門設(shè)計(jì)的控制裝置，它具有比通用的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)更簡(jiǎn)單的編程語(yǔ)言和更可靠的硬件。采用了簡(jiǎn)化的編程語(yǔ)言，變成出錯(cuò)率大大降低。在可編程控制器的軟件方面，也采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用軟件過濾；軟件自診斷；簡(jiǎn)化編程語(yǔ)言；信息保護(hù)和恢復(fù)。報(bào)警和運(yùn)行信息的顯示等。2 易操作性著體現(xiàn)在它的操作方便、編程方便、維護(hù)方便。3靈活性編程的靈活性。編程語(yǔ)言有梯形圖、布爾助記符、功能表圖、功能模塊圖、和語(yǔ)句表。這種編程的靈活性是繼電器順序控制所不能比擬的，正是由于編程的柔性特點(diǎn)，再柔性制造單元fmc

40、、柔性制造系統(tǒng)fms、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)cims和計(jì)算機(jī)集成流程工業(yè)系統(tǒng)cips，可編程控制系統(tǒng)成為主要的控制設(shè)備。擴(kuò)展的靈活性。它不僅可通過增加輸入輸出卡件增加點(diǎn)數(shù)，通過擴(kuò)展單元來(lái)擴(kuò)大容量和功能，甚至可通過與集散控制系統(tǒng)dcs或其他上位機(jī)的通信來(lái)擴(kuò)展功能，并與外部設(shè)備進(jìn)行交換等。 （五）可編程控制器的主要功能plc的外部設(shè)備中，最重要的就是編程器，它用來(lái)對(duì)用戶程序進(jìn)行寫入，檢查，修改和調(diào)試，也可以在線監(jiān)視 plc的運(yùn)行，它經(jīng)過編程器接口與cpu聯(lián)系，完成人-機(jī)對(duì)話。目前，有很多plc都可以利用 微型計(jì)算機(jī)作為編程工具，這時(shí)應(yīng)配上相應(yīng)的編程軟件及接口，由于微機(jī)的強(qiáng)大功能，使plc的編程和調(diào)試更

41、為方便。另外，plc的外部設(shè)備中還包括打印機(jī)：在用戶程序編制階段用來(lái)打印帶注解的梯形圖或指令語(yǔ)句表程序，以利于維修和系統(tǒng)的改造 ；外存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)部分程序或改變生產(chǎn)工藝流程時(shí)需要調(diào)用的程序，它所存的程序也可重新裝入內(nèi)存，有利于plc的內(nèi)存程序的恢復(fù)；eprom寫入器：用語(yǔ)將用戶程序?qū)懭氲絜prom中去，它提供了一個(gè)非易失性的用戶程序保存方法。plc是一種微機(jī)控制系統(tǒng)，工作原理也與微機(jī)相同，但它在應(yīng)用時(shí)一般將其等效成輸入，輸出和內(nèi)部控制電路三部分。輸入部分用于接受被控設(shè)備的信息或操作命令等外部信息或操作命令等外部輸入信息。輸入接線端是plc與外部的開關(guān)，按鈕，傳感器轉(zhuǎn)換信號(hào)等連接的端口，每個(gè)端子可

42、等效為一個(gè)內(nèi)部繼電器線圈，線圈號(hào)即輸入接點(diǎn)號(hào)，這個(gè)由接到輸入端的外部信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源可由plc的電源部件提供，也可由獨(dú)立的交流電源供給，每個(gè)輸入繼電器可以有無(wú)數(shù)多個(gè)內(nèi)部觸電（動(dòng)合，動(dòng)斷的形式均可），供用戶設(shè)計(jì)plc的內(nèi)部控制電路時(shí)使用。內(nèi)部控制電路是是用戶根據(jù)控制要求編制的程序，作用是運(yùn)算和處理由輸入部分得到的信息并判斷應(yīng)產(chǎn)生哪些輸出。plc的程序一般用梯形圖表示，而梯形圖是以繼電器控制的電氣原理圖演變而來(lái)的，plc中的動(dòng)合、動(dòng)斷觸點(diǎn)、線圈等概念與繼電器控制電路相同，在plc內(nèi)部還有定時(shí)器、技術(shù)器、移位器、內(nèi)部輔助繼電器等。繼電器控制系統(tǒng)中沒有器件，他們的線圈自動(dòng)合，動(dòng)斷觸點(diǎn)只能在plc

43、內(nèi)部控制電路中使用，如要與外部電路相連，則必須通過輸出部分。輸出部分作用是驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載，在plc內(nèi)部，有若干能與外部設(shè)備直接相連的輸出繼電器（有繼電器形、雙向硅形，晶體管形等三種形式），它也有無(wú)限多個(gè)軟件實(shí)現(xiàn)的動(dòng)合，動(dòng)斷觸點(diǎn)，可在plc內(nèi)部控制電路中使用，但對(duì)應(yīng)每個(gè)輸出只有一個(gè)硬件的動(dòng)合觸點(diǎn)與之相連，用以驅(qū)動(dòng)需要操作的外部負(fù)載，外部復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電源接在輸出公共端（com）上?？傊谑褂胮lc時(shí)，可以把輸入端為一個(gè)繼電器線圈，其相應(yīng)的繼電器結(jié)點(diǎn)可以在內(nèi)部控制電路中使用，而輸出端又可以等效為內(nèi)部輸出繼電器的一個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。plc一般采用循環(huán)掃描方式工作，在plc加電后，先進(jìn)行初始化處理

44、、開始運(yùn)行之后，串行的執(zhí)行器存儲(chǔ)器中的程序用plc 設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)時(shí)，必須知道有一個(gè)輸入信號(hào)后plc要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間才能有一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，這樣才能精確的解決系統(tǒng)各個(gè)不見之間配合問題。從plc受到一個(gè)輸入信號(hào)到plc向輸出端輸出一個(gè)控制信號(hào)所需的plc i/o響應(yīng)時(shí)間，一般在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)都要對(duì)此進(jìn)行一定的考慮。順序控制是plc最基本、應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域。由于它具有編程設(shè)計(jì)靈活、速度快、可靠性高、成本低、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，所以在實(shí)現(xiàn)單機(jī)控制、多機(jī)群控制、生產(chǎn)流程控制中可以完全取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)。如：有色冶金行業(yè)的冶煉廠和選礦廠的物料輸送及配料、井下采礦皮帶輸送系統(tǒng)、選礦廠球磨機(jī)及各潤(rùn)滑站

45、系統(tǒng)、冶煉廠余熱鍋爐振打系統(tǒng)、電收塵輸灰系統(tǒng)、冶煉廠轉(zhuǎn)爐本體聯(lián)鎖和加料系統(tǒng)等，其它行業(yè)如汽車生產(chǎn)線、印刷機(jī)械、加工機(jī)床、包裝機(jī)以及日常生活的電梯控制等。 用于順序控制的plc編程語(yǔ)言既不同于高級(jí)語(yǔ)言，也不同于匯編語(yǔ)言，它是面向現(xiàn)場(chǎng)、面向問題、面向用戶的簡(jiǎn)單直觀的程序控制語(yǔ)言。它可分為邏輯型和動(dòng)作型兩大類。前者可由傳統(tǒng)的繼電器電路變換而來(lái)，如梯形圖；后者由機(jī)械設(shè)備動(dòng)作變換而來(lái)，如流程圖。梯型圖同繼電器電路相似，易于掌握，便于維修。在順序控制中應(yīng)用的較為廣泛。即使不經(jīng)過特殊的培訓(xùn)，一般工程技術(shù)人員也能很快掌握。對(duì)于過程控制的模擬量均采用硬件電路構(gòu)成的pid模擬調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)開、閉環(huán)控制。而現(xiàn)在完全可

46、以采用plc控制系統(tǒng)，選用模擬量控制模塊，其功能由軟件完成，系統(tǒng)的精度由位數(shù)決定，不受元件影響，因而可靠性更高，容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制和先進(jìn)的控制方法，可以同時(shí)控制多個(gè)控制回路和多個(gè)控制參數(shù)。例如生產(chǎn)過程中的溫度、流量、壓力、速度等。功能說(shuō)明：1邏輯控制功能邏輯控制功能實(shí)際上就是位處理功能，是plc的最基本功能之一。plc設(shè)置有“與”（and）、“或”（or）、“非”（not）等邏輯指令，根據(jù)外部現(xiàn)場(chǎng)（開關(guān)、按鈕或其它傳感器）的狀態(tài)，根據(jù)指定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算處理后，將結(jié)果輸出到現(xiàn)場(chǎng)的被控對(duì)象（電磁閥、電機(jī)等）。因此，plc可代替繼電器進(jìn)行開關(guān)控制，完成接點(diǎn)的串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)、并串聯(lián)等各種連接。另外

47、，在plc中一個(gè)邏輯位的狀態(tài)可以無(wú)限次的使用，邏輯關(guān)系的修改和變更也十分方便。2定時(shí)控制功能定時(shí)控制功能是plc的最基本功能之一。plc中有許多可供用戶使用的定時(shí)器，其功能類似于繼電器線路中的時(shí)間繼電器。定時(shí)器的設(shè)定值（定時(shí)時(shí)間）可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需要進(jìn)行修改，使用方便靈活。程序執(zhí)行時(shí)，plc將根據(jù)用戶用定時(shí)器指令指定的定時(shí)器對(duì)某個(gè)操作進(jìn)行限時(shí)或延時(shí)控制，以滿足生產(chǎn)工藝的要求。3計(jì)數(shù)控制功能計(jì)數(shù)控制功能是plc的基本功能之一。plc為用戶提供了許多計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器記到某一個(gè)數(shù)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，利用該狀態(tài)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)操作的計(jì)數(shù)控制。計(jì)數(shù)器的設(shè)定值可以在編程時(shí)設(shè)定，也可以

48、在運(yùn)行過程中進(jìn)行修改。程序執(zhí)行時(shí)，plc將根據(jù)用戶用計(jì)數(shù)器指令指定的計(jì)數(shù)器對(duì)某個(gè)控制信號(hào)的狀態(tài)改變次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以完成對(duì)某個(gè)計(jì)數(shù)過程的計(jì)數(shù)控制。4步進(jìn)控制功能plc為用戶提供了若干個(gè)移位寄存器，可以實(shí)現(xiàn)由時(shí)間、計(jì)數(shù)或其他指定邏輯信號(hào)為轉(zhuǎn)步條件的步進(jìn)控制。即在一道工序完成以后，在轉(zhuǎn)步條件控制下，自動(dòng)進(jìn)行下一道工序。有些plc還專門設(shè)置了用于步進(jìn)控制的步進(jìn)指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。5數(shù)據(jù)處理功能plc大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實(shí)現(xiàn)算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、譯碼編碼等操作。中、大型plc數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、pid運(yùn)算、浮點(diǎn)運(yùn)算等操作，還

49、可以和crt、打印機(jī)相聯(lián)、實(shí)現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示的打印。6回路控制功能有些plc具有a/d、d/a轉(zhuǎn)換功能，可以方便的完成對(duì)模擬量的控制和調(diào)節(jié)。7通訊聯(lián)網(wǎng)功能有些plc采用通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程i/o控制、多臺(tái)plc之間的同位鏈接、plc與計(jì)算機(jī)之間的通訊等。8監(jiān)控功能 plc設(shè)置了較強(qiáng)的監(jiān)控功能，利用編程器或監(jiān)視器，操作人員對(duì)plc有關(guān)部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。利用編程器可以調(diào)整定時(shí)器、計(jì)數(shù)器的設(shè)定值和當(dāng)前值，并可以根據(jù)需要改變plc內(nèi)部邏輯信號(hào)的狀態(tài)及數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為調(diào)試和維護(hù)提供了極大的方便。9停電記憶功能 plc內(nèi)部的部分存儲(chǔ)器所使用的ram設(shè)置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲(chǔ)器

50、中信息能夠長(zhǎng)期保存。利用某些記憶指令，可以對(duì)工作狀態(tài)進(jìn)行記憶，以保持plc斷電后的數(shù)據(jù)內(nèi)容不變。plc電源恢復(fù)后，可以在原工作基礎(chǔ)上繼續(xù)工作。10故障診斷功能 plc可以對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進(jìn)行自診斷，發(fā)現(xiàn)異常情況，發(fā)出報(bào)警并顯示錯(cuò)誤類型，如屬嚴(yán)重錯(cuò)誤則自動(dòng)終止運(yùn)行。plc的故障自診斷功能大大提高了plc控制系統(tǒng)的安全性和可維護(hù)性。（六） 可編程控制器的發(fā)展趨勢(shì)隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化愈來(lái)愈高的需求，可編程控制技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其技術(shù)和產(chǎn)品日趨完善。僅僅將plc理解為開關(guān)量控制的時(shí)代己經(jīng)過去，plc不僅以其良好的性能滿足了工業(yè)生產(chǎn)的廣泛需要，而且將通信技術(shù)和信息

51、處理技術(shù)融為一體，其功能也日趨完善。今后，plc將主要朝著以下兩個(gè)方向發(fā)展:一個(gè)是向超小型專用化和低價(jià)格方向發(fā)展;另一個(gè)是向高速多功能和分布式自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展?？偟内厔?shì)如下階：1.可編程控制技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化在工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品繁花似錦的今天，各生產(chǎn)廠商既互相競(jìng)爭(zhēng)又互相合作。一種自動(dòng)化產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力除表現(xiàn)在其技術(shù)上的個(gè)性外，更重要的還在于其滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的程度和水平。標(biāo)準(zhǔn)化一方面保證了產(chǎn)品的出廠質(zhì)量，另一方面也保證了各個(gè)廠家產(chǎn)品的互相兼容。出廠檢驗(yàn)時(shí)各可編程控制產(chǎn)品的廠家都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作依據(jù)。按照這些標(biāo)準(zhǔn)，各種型號(hào)的plc產(chǎn)品對(duì)工業(yè)應(yīng)用環(huán)境、抗干擾性等條目都給出了明確的規(guī)定。但是，這些標(biāo)準(zhǔn)目前只能是

52、統(tǒng)一區(qū)域性的產(chǎn)品，而不能實(shí)現(xiàn)全球的統(tǒng)一性。為了使各廠家的產(chǎn)品有一個(gè)共同的參考平面，制定了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2. cpu處理速度進(jìn)一步加快 目前plc的cpu與微型計(jì)算機(jī)的cpu相比，還處在比較落后的地步，最高的也僅僅處在80486一級(jí)。將來(lái)會(huì)全部使用64位risc芯片，實(shí)現(xiàn)多cpu并行處理或分時(shí)處理或分任務(wù)處理，實(shí)現(xiàn)各種模塊智能化，且部分系統(tǒng)程序用門陣列電路固化。這樣plc執(zhí)行指令的速度將達(dá)到納秒級(jí)。3.可編程控制技術(shù)的智能化提高一個(gè)系統(tǒng)的智能程度不僅提高系統(tǒng)的品質(zhì)，在某種意義上也提高了系統(tǒng)的可靠性。4.系統(tǒng)的開放性和兼容性 開放性和兼容性是不可分割的而且是相輔相成的概念。一方面是某一產(chǎn)品和第三家同類

53、產(chǎn)品在通信上的兼容程度，另一方面是指某系統(tǒng)尤其是軟件上的開發(fā)平臺(tái)對(duì)使用者有多大的開放程度。當(dāng)今可編程控制產(chǎn)品種類繁多，加上自動(dòng)化項(xiàng)目越來(lái)越大，致使常常在一個(gè)工程項(xiàng)目中出現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品做主從站的現(xiàn)象，這就要求每一廠家的產(chǎn)品族中，都要考慮到和其他廠家產(chǎn)品的兼容性問題;另一方面，可編程控制器與工業(yè)控制機(jī)等其他裝置的通信難易也體現(xiàn)了開放性的特點(diǎn)。除此之外，同一廠家產(chǎn)品族中的各系列產(chǎn)品兼容性也代表了可編程控制產(chǎn)品的水平。5.通用性和專業(yè)化的結(jié)合 可編程控制產(chǎn)品是通用的。但是工業(yè)的每一領(lǐng)域都有其自己的特點(diǎn)。怎樣才能使一個(gè)系統(tǒng)既具有通用性又具備專業(yè)化呢?硬件系統(tǒng)的模塊化便是解決這一矛盾的鑰匙。這樣，適合于

54、某個(gè)行業(yè)或某些特殊問題的專用模塊就可以很容易地集成到通用系統(tǒng)中去。常用的專用模塊包括:定位模塊、溫度測(cè)量模塊、高速采樣模塊、網(wǎng)絡(luò)接口模塊等。6.可靠性進(jìn)一步提高 隨著plc進(jìn)入過程控制的領(lǐng)域，對(duì)plc可靠性的要求進(jìn)一步提高。硬件冗余的容錯(cuò)技術(shù)將進(jìn)一步得到應(yīng)用，不僅會(huì)有cpu單元冗余、通信單元冗余、電源單元冗余、i/0單元冗余、而且整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)實(shí)現(xiàn)冗余。但從根本上來(lái)講，系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)單元的可靠程度。要保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量要得到保證。mtbf(平均無(wú)故障時(shí)間)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)。縱觀各著名廠商，其plc產(chǎn)品都有不同程度的冗余功能，而且發(fā)展越來(lái)越完善。7.控

55、制系統(tǒng)分散化 根據(jù)分散控制、集中管理的原則，plc控制系統(tǒng)的i/0模塊將直接安裝在控制現(xiàn)場(chǎng)，通過通信電纜或光纖與主cpu進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。這樣使控制更有效，系統(tǒng)更可靠。8.控制與管理功能一體化 為了滿足現(xiàn)代化大生產(chǎn)的控制與管理的需要，plc將廣泛采用計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)，使plc系統(tǒng)的生產(chǎn)控制功能和信息管理功能融為一體。 綜上所述，我們不難得出下面幾個(gè)結(jié)論:（1）.工控機(jī)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)及plc正在走著一條相互融合的道路。（2）.智能分布式控制是可編程控制系統(tǒng)基于現(xiàn)場(chǎng)總線的新型控制思想。（3）.系統(tǒng)的智能性將越來(lái)越重要，因此系統(tǒng)的分析運(yùn)算能力將越來(lái)越強(qiáng)。（4）.基于標(biāo)

56、準(zhǔn)化的開放性和兼容性是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的重要判據(jù)。（5）.通用性、高度專業(yè)化的融合是可編程控制系統(tǒng)的新特征。第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)（一） 裝置結(jié)構(gòu)與工藝要求1. 起動(dòng)正常程序時(shí)，將起停開關(guān)sa1至于接通位置。把sa1至于斷開位置，當(dāng)前循環(huán)結(jié)束后停止工作。2. 東西方向綠燈hl11亮（車輛通行）20s后，閃爍3s后黃燈hl12亮2s（東西與南北兩個(gè)方向都停止通行，準(zhǔn)備換向），接著紅燈hl13亮（車輛停止）25s。3. 南北方向與東西方向相反，如圖3-1所示。4. 有應(yīng)急控制功能，若東西方向需應(yīng)急強(qiáng)通，將開關(guān)sa2置于接通位置，東西方向綠燈hl11亮，南北方向紅燈hl23亮。應(yīng)急強(qiáng)通結(jié)束，將開關(guān)sa2復(fù)位置斷開狀態(tài)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入正常程序的下一個(gè)動(dòng)作。若需南北方向應(yīng)急強(qiáng)通，則使用開關(guān)sa3。 圖3-1 交通信號(hào)燈示意圖(二) 統(tǒng)計(jì)輸入/輸出點(diǎn)數(shù)并選擇plc型號(hào)輸入信號(hào)共有3個(gè)，考慮到有15%的備用點(diǎn)，即3*(1+15%)=3.45,取整數(shù)4，因此共需4個(gè)輸入點(diǎn)。輸入信號(hào)共有6個(gè)，考慮到有15%的備用點(diǎn)，即6*(1+15%)=6.9,取整數(shù)7，因此共需7個(gè)輸出點(diǎn)。因此可選用c28p