PLC控制的十字路口交通燈設(shè)計(jì)論文

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1、 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)（論文）報(bào)告專用紙 目 錄引言11 交通燈控制系統(tǒng)概述21.1 智能交通燈系統(tǒng)的發(fā)展背景21.1.1英國(guó)TRANSYT路面交通控制系統(tǒng)21.1.2澳大利亞SCAT路面控制系統(tǒng)21.1.3英國(guó)SCOOT路面控制系統(tǒng)21.1.4日本城市路面控制系統(tǒng)31.2 交通控制存在的問(wèn)題31.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容42 PLC功能介紹42.1 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu)42.1.1 PLC的基本概念42.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)42.2 PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域62.2.1 PLC的特點(diǎn)62.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域72.3 PLC的工作原理72.3.1輸入采樣階段82.3.2.用戶程序

2、執(zhí)行階段82.3.3.輸出刷新階段82.4 PLC的性能指標(biāo)和軟件系統(tǒng)92.4.1 PLC的性能指標(biāo)92.4.2 PLC的軟件系統(tǒng)92.5 PLC編程語(yǔ)言102.5.1梯形圖102.5.2語(yǔ)句表102.6 PLC基本編程指令122.6.1輸入輸出指令（LD/LDI/OUT）122.6.3電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB）132.6.4程序結(jié)束指令（END）142.7 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要142.7.1設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容142.7.2設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過(guò)程153 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)153.1 PLC型號(hào)的選定以及可行性分析153.1.1FX2N-64MR控制器主要性能指標(biāo)163.2 設(shè)計(jì)

3、思路163.3 模擬十字路口交通燈規(guī)則設(shè)計(jì)實(shí)物模型設(shè)計(jì)183.3.1控制要求184 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)244.1 PLC程序流程圖設(shè)計(jì)244.2 PLC程序?qū)崿F(xiàn)244.2.1 梯形圖程序（狀態(tài)步進(jìn)形式的梯形圖）264.2.2 指令表（梯形圖對(duì)應(yīng)的指令語(yǔ)句）405 總結(jié)475.1 設(shè)計(jì)總結(jié)475.2 檢測(cè)和調(diào)試475.2.1硬件調(diào)試475.2.2軟件調(diào)試48謝 辭49參考文獻(xiàn)50大學(xué)畢業(yè)（論文）報(bào)告專用紙 摘 要隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，當(dāng)今城市的基礎(chǔ)設(shè)施處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，尤其交通問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，解決交通問(wèn)題已是城市管理者面對(duì)一大挑戰(zhàn)，人、車、路三者關(guān)系協(xié)調(diào)程度決定著交通狀況的重要因素。而交通燈是人，車

4、，路三者聯(lián)系的紐帶，引入智能控制技術(shù)對(duì)交通燈進(jìn)行控制很有必要，傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線路和繼電器實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高,較難實(shí)現(xiàn)功能的變更，本文利用可編程控制器PLC作為交通燈系統(tǒng)控制中心，PLC可編程序控制器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(lái)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),已廣泛用于工業(yè)過(guò)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)自動(dòng)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、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PL

5、C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,可對(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(lái)越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中控制功能強(qiáng)大，使用靈活方便，編程容易，功能擴(kuò)展方便，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通控制系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用城市交通燈控制系統(tǒng)方案。與此同時(shí)，PLC 本身還具有通訊聯(lián)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。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性，較高的智能化，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：PLC;交通燈;十字路口AbstractWith the d

6、evelopment of economic and social infrastructure of todays state of the city is seriously overloaded , especially the traffic problem is getting worse , to solve the traffic problem is a major challenge facing the city manager , people, vehicles , road decide the relations between the degree of coor

7、dination important factor in the transport position . The traffic light is the link people, vehicles , road three links , the introduction of intelligent control technology necessary to control traffic lights , traffic signal control is generally conventional electronic circuits and relays , complex

8、 structure, low reliability , the failure rate high , difficult to achieve change function , we use a programmable controller (PLC) as the traffic light system control center , PLC programmable logic controller is a microprocessor -based , integrated computer technology, automatic control technology

9、 and communication technology development to a new type of industrial control devices. It has a simple structure, easy programming, high reliability, has been widely used for automatic control of industrial processes and location. According to statistics, the programmable controller is a device for

10、industrial automation applications up to a device . Experts believe that the programmable controller will become one of the primary means of future industrial control and critical infrastructure , PLC, robotics , CAD / CAM will be the three pillars of industrial production. Due to the use of PLC has

11、 strong environmental adaptability characteristics , while its internal timer resources are very rich, the current widespread use of progressive signal for precise control , especially for multi- fork can be easily controlled . So now increasingly used in the PLC control system of traffic lights pow

12、erful, flexible and easy to use , easy to program , easy functionality expansion , combined with the actual situation of traffic elaborated works traffic control system , designed a simple practical urban traffic light control system solutions . Meanwhile , PLC communication itself also has networki

13、ng capabilities , will form a road with lights on the unified management of a local area network , you can shorten the waiting time for vehicles to achieve scientific management. Experimental verification of the system has a high stability, high intelligence, ease of maintenance and other advantages

14、 .Keywords: PLC; traffic lights; Crossroads引言據(jù)一項(xiàng)對(duì)美國(guó)主要城市交通狀況的調(diào)查顯示：1982年至2000年，美國(guó)城市在上下班高峰期間的交通堵塞狀況不斷加劇，由交通堵塞造成的時(shí)間和汽油浪費(fèi)而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)680億美元。以廣州為例來(lái)講，現(xiàn)在市區(qū)平均車速只有每小時(shí)12公里。用這個(gè)目標(biāo)速度代入歐美標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，廣州人為交通堵塞所付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)總值：每年耗費(fèi)1.5億小時(shí)，減少生產(chǎn)總值117億元。相當(dāng)于該市整個(gè)生產(chǎn)總值的7%。在北美、澳大利亞等大城市，道路面積率高達(dá)35%-40%，而北京只有20%。緩解交通擁堵，加快道路建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。據(jù)悉，到2010年，

15、北京將投資500億元用于城市道路建設(shè)，到2005年，北京僅高速公路通車?yán)锍叹瓦_(dá)到600公里。但一味發(fā)展城市道路，也會(huì)刺激私家車超常規(guī)發(fā)展，兩者發(fā)展速度的失衡，最終還是逃不出“擁堵修路再擁堵”的怪圈。當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，交通燈控制等很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛運(yùn)用，智能設(shè)備有了很大的發(fā)展，是現(xiàn)代科技發(fā)展的主流方向。本設(shè)計(jì)介紹了一個(gè)智能交通燈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能有：對(duì)某市區(qū)的四個(gè)主要交通路口進(jìn)行監(jiān)控；各路口有固定的工

16、作周期，并且在道路擁擠時(shí)中控中心能改變其周期；對(duì)路口違章的機(jī)動(dòng)車能夠即時(shí)拍照，并提取車牌號(hào)。在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。而計(jì)算機(jī)技術(shù)怎樣與實(shí)際應(yīng)用更有效的結(jié)合并有效的發(fā)揮其作用是科學(xué)界最熱門的話題，也是當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域。本文主要從單片機(jī)的應(yīng)用上來(lái)實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過(guò)往車輛的正常運(yùn)作。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。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、

17、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的PLC設(shè)計(jì)方案?？删幊绦蚩刂破骱?jiǎn)稱為PLC，它的應(yīng)用面廣、功能強(qiáng)大、使用方便，已經(jīng)成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各種機(jī)械設(shè)備和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC在其他領(lǐng)域，例如在民用和家庭自動(dòng)化設(shè)備中的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在所有的工業(yè)領(lǐng)域。現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求做出迅速的反應(yīng)，

18、生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品。為了滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具有極高的可靠性和靈活性?？删幊绦蚩刂破鳎≒rogrammable Logic Controller）正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。1 交通燈控制系統(tǒng)概述1.1 智能交通燈系統(tǒng)的發(fā)展背景1.1.1英國(guó)TRANSYT路面交通控制系統(tǒng) 英國(guó)道路研究所花費(fèi)了十幾年的時(shí)間，在大量的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，研制出了TRANSYT路面交通控制系統(tǒng)。被全球400多個(gè)車市廣泛采用，可以說(shuō)TRANSYT系統(tǒng)的成功是顯而易見(jiàn)的。TRANSYT內(nèi)部通過(guò)有線來(lái)經(jīng)行通信。采用靜態(tài)模式來(lái)

19、控制交通信號(hào)燈，這種控制方案中通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)控制綠信比和相位差。但是這種交通控制系統(tǒng)還是存在一定的缺陷，例如它無(wú)法優(yōu)化周期，而且想要獲得最優(yōu)的整體分配方案是相當(dāng)困難的。如果想要經(jīng)行離線優(yōu)化，必須采用大量的路網(wǎng)幾何和交通數(shù)據(jù)流。1.1.2澳大利亞SCAT路面控制系統(tǒng) 70年代末期，澳大利亞開(kāi)發(fā)了SCAT路面控制系統(tǒng) 。SCAT采用分層遞階的計(jì)算機(jī)形式，這是一種較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。SCAT通過(guò)有線來(lái)通信。在地區(qū)聯(lián)機(jī)，在中央即采用聯(lián)機(jī)也采用脫機(jī)模式。在控制的過(guò)程中，SCAT會(huì)預(yù)先設(shè)定幾個(gè)參數(shù)，在對(duì)路面情況經(jīng)行分析的基礎(chǔ)之上，根據(jù)實(shí)際的情況來(lái)選定具體采用那個(gè)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)好改變，控制方案好

20、變換，而SCAT系統(tǒng)充分的利用了計(jì)算機(jī)的這些優(yōu)點(diǎn)。但是，由于SCAT對(duì)于硬件的要求高，這也就限制了它的移植能力，以及信息的無(wú)即時(shí)反饋性。1.1.3英國(guó)SCOOT路面控制系統(tǒng) 在TRANSYT系統(tǒng)改進(jìn)和改良的基礎(chǔ)之上，通過(guò)8年的研究，英國(guó)道路交通研究所又設(shè)計(jì)出了一款自適應(yīng)的SCOOT路面控制系統(tǒng)，其全名為動(dòng)態(tài)交通控制系統(tǒng)。由于采用動(dòng)態(tài)的交通控制方式，其性能各個(gè)方面都要優(yōu)于以靜態(tài)為核心的路面交通控制系統(tǒng)。這種交通控制方式同樣被許多國(guó)家大量的采用。 SCOOT路面控制系統(tǒng)以有線的方式進(jìn)行通信。通過(guò)聯(lián)機(jī)的方式來(lái)控制各個(gè)路口的交通信號(hào)燈，這與傳統(tǒng)的控制方式來(lái)比，其效率大大提高。但是SCOOT路面控制系統(tǒng)

21、依然有他的缺點(diǎn)，其一它的相位一旦確定之后就不能自動(dòng)的增減了，其二他對(duì)于固定的路口只有固定的相序，其三它的安裝困難度也過(guò)高。1.1.4日本城市路面控制系統(tǒng)日本設(shè)計(jì)的路面控制系統(tǒng)有交通控制中心和VICS中心，交通控制中心主要在東京等地區(qū)運(yùn)營(yíng)，它極具代表意義，在控制一般城市路面交通的同時(shí)有著顯著的高效性。通過(guò)收集，處理和發(fā)布交通信息，控制中心不僅可以對(duì)交通信號(hào)進(jìn)行控制還可以進(jìn)行信息交流等。通過(guò)對(duì)超聲波、雷達(dá)、紅外檢測(cè)器、直升機(jī)、攝像機(jī)等信息收集系統(tǒng)收集來(lái)的信息進(jìn)行分析，該控制系統(tǒng)可以利用后臺(tái)許許多多的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行高速的運(yùn)算，通過(guò)這種流量分析以及提前的預(yù)定方案的選擇，可以實(shí)時(shí)的指揮路面各個(gè)交通燈路口

22、的紅綠燈情況。在指揮的同時(shí)，他還會(huì)以各種方式將車流量、堵塞情況等信息通過(guò)各種方式向社會(huì)發(fā)布。 1.2 交通控制存在的問(wèn)題我國(guó)城市交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，借鑒國(guó)外城市交通管理的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)調(diào)建立城市交通管理體制的重要性，提出加強(qiáng)城市交通研究的交通規(guī)劃，建立穩(wěn)定的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的資金出道，實(shí)行公交優(yōu)先政策，建立先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)等對(duì)策。隨著城市機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)速度的加快。1994年臥軌城市機(jī)動(dòng)車保有量已接近500完輛。20世紀(jì)90年代以來(lái)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展加快，從1985年到1995年，機(jī)動(dòng)車增長(zhǎng)率達(dá)13%左右，近幾年更是增多。然而，在此同時(shí)，城市道路建設(shè)規(guī)模也在加大，我國(guó)城市普遍存在道路密度，道路面積

23、率偏低的問(wèn)題，這是我國(guó)城市喲其是大城市有機(jī)的一個(gè)重要原因。我國(guó)城市道路的密度只有6.8km每平方千米，而在20世紀(jì)80年代，世界發(fā)達(dá)國(guó)家就已到達(dá)20km每平方千米。20世紀(jì)90年代，我國(guó)部分城市道路面積率，北京為5.9%，上海為6.4%，而國(guó)外東京為13.8%，巴黎為25%，普遍高于我國(guó)。近幾年，國(guó)家雖加大城市道路建設(shè)的力度，但仍趕不上車輛的增長(zhǎng)速度，且與世界其他國(guó)家相比，差距仍很大。出租車以及公交的發(fā)展運(yùn)營(yíng)情況并不盡如人意，雖然車輛和線路長(zhǎng)度增長(zhǎng)，但運(yùn)營(yíng)速度成了瓶頸，新增的運(yùn)力被運(yùn)輸效率低下所抵消。交通管理方面水平還欠發(fā)展，隨著交通需求越來(lái)越旺盛，而我國(guó)城市中小交通管理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)施

24、卻做得不足。在車輛，道路和交通管理系統(tǒng)，城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)，城市交通管制中應(yīng)用人工智能技術(shù)，信息采集和信息提供技術(shù)等方面都與發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距。近幾年，雖然有部分城市研究和引進(jìn)一些國(guó)外先進(jìn)的交通信號(hào)管理系統(tǒng)，但是由于交通管理設(shè)施不足等原因，我國(guó)交通事故率居高不下。城市車流行駛速度逐年下降，目前不少城市交通運(yùn)量年年增長(zhǎng)，但運(yùn)輸速度普遍下降，這都源于交通通行不佳。1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容此次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是在傳統(tǒng)的交通燈基礎(chǔ)之上，通過(guò)PLC進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)出一款能夠根據(jù)車流量的變化來(lái)智能化調(diào)整交通燈讀秒時(shí)間的交通燈控制系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的的初期設(shè)想是在十字路口東西南北各個(gè)方向上安裝光電計(jì)數(shù)器，

25、以此來(lái)統(tǒng)計(jì)各個(gè)路口的車流量，再將數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)中央控制系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，智能化的判斷各個(gè)交通路口的擁堵情況，從而通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整紅綠燈的讀秒時(shí)間。并且在此基礎(chǔ)之上，若交通燈路口遇到特殊車輛或者緊急情況，該系統(tǒng)也能切換到人工控制模式，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)通控制，從而保證路面交通的正常運(yùn)行。此系統(tǒng)不僅成本低，維護(hù)方便，而且能在最大程度上緩解交通壓力，節(jié)約交通資源。 2 PLC功能介紹2.1 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu)2.1.1 PLC的基本概念可編程控制器（ProgrammableController）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作

26、可編程邏輯控制器（ProgrammableLogicController），簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)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)（PersonalComputer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn)稱PLC。2.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu)（1）中央處理器（CPU）CPU是PLC的核心部件，CPU模塊在PLC中相當(dāng)于大腦和心臟，是整個(gè)PLC控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。它的主要功能如下：1）接受和儲(chǔ)存用戶程序和數(shù)據(jù)2）掃描現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，存入數(shù)據(jù)區(qū)3）檢測(cè)和診斷電源，PLC內(nèi)部電路

27、工作狀態(tài)和程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤4）從存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)指令解釋后，去開(kāi)啟或關(guān)閉相關(guān)控制電路，完成相關(guān)的邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算。5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新相關(guān)標(biāo)識(shí)位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制，制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。PLC中采用的CPU一般有三大類：通用處理器、單片機(jī)芯片和微處理器。其中小中型PLC一般采用微處理器或單片機(jī)，而大型的PLC大多采用高速位片式處理器。檔次越高，PLC的位次也越多，運(yùn)行的速度越快，功能也會(huì)更強(qiáng)大。（2）存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器一般分兩種：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(kāi)發(fā)固化好了的，用戶不能更改，PLC要在系統(tǒng)程序的管理

28、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。常用的存儲(chǔ)器類型有CMOS RAM、EPROM、EEPROM.由于系統(tǒng)程序用來(lái)管理PLC系統(tǒng)，用戶不能直接存儲(chǔ)，因此PLC產(chǎn)品中所說(shuō)的存儲(chǔ)類型及其容量，是指用戶程序存儲(chǔ)器而言。PLC中所配用的用戶存儲(chǔ)器的容量大小有較大差別，小型的在8K以下，大型的可以達(dá)到256K.（3）輸入輸出（I/O）模塊輸入模塊和輸出模塊簡(jiǎn)稱I/O模塊，他是聯(lián)系外部設(shè)備和CPU模塊的橋梁。PLC的對(duì)外功能，主要是通過(guò)各種I/O接口模塊與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模

29、塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)，輸出模塊用來(lái)送出PLC運(yùn)算后得出的控制信息，并通過(guò)機(jī)外的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各類控制。PLC有多重I/O模塊，常見(jiàn)的有數(shù)字I/O模塊、模擬量I/O模塊、快速響應(yīng)模塊，高速計(jì)數(shù)模塊和PID控制模塊等。（4）電源PLC配有開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源，用來(lái)將外部供電電源轉(zhuǎn)換成供PLC內(nèi)部的CPU、存儲(chǔ)器和I/O接口等電路工作所需的直流電源。PLC使用AC 220V電源或DC 24V電源。內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為

30、各模塊提供不同等級(jí)的直流電源。小型的PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器（例如接近開(kāi)關(guān)）提供DC 24V電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。小型PLC的電源往往和CPU單元合為一體，大中型PLC都有專門的外部電源部件，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。為防止PLC內(nèi)部重要數(shù)據(jù)的丟失，PLC還帶有鋰電池作為后備電源。（5）編程器編程器用來(lái)生成用戶程序，一般分為手持式編程器和圖形編程器。手持式編程器不能直接輸入和編輯梯形圖，只能輸入好編輯指令表程序，因此又叫做指令編輯器。它的體積小，價(jià)格便宜，一般用來(lái)給小型的PLC編程，或者用與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)。圖形編程器既可以用指令語(yǔ)句進(jìn)行編程，

31、又可以用梯形圖編程；既可聯(lián)機(jī)編程，又可脫機(jī)編程，操作方便、功能強(qiáng)?，F(xiàn)在，很多PLC都可以用計(jì)算機(jī)作為編程工具，在計(jì)算機(jī)上直接生成和編輯梯形圖或指令表，并可以實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)換。最重要的是這種程序可以存盤或者打印，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳送。圖2.1 硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2 PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域2.2.1 PLC的特點(diǎn)（1）編程方法簡(jiǎn)單易學(xué)。PLC采用一種面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的梯形圖語(yǔ)言。梯形圖和繼電器原理圖相似，易學(xué)易懂，一般工程師或者工藝人員都可以在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。（2）功能完善、適應(yīng)性強(qiáng)。PLC產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化，具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、A/D轉(zhuǎn)化、網(wǎng)絡(luò)通信和生產(chǎn)監(jiān)控等功能。若工藝條件發(fā)生改

32、變，修改相應(yīng)的用戶程序既可滿足要求。（3）安裝、設(shè)計(jì)、調(diào)試的工作量少。大量中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器的使用使得安裝、設(shè)計(jì)、接線的工作大大減少。并且PLC具有完善的自診斷和顯示功能，故障率很低。（4）可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)。由于采用微電子技術(shù)和大量的無(wú)觸點(diǎn)半導(dǎo)體電路來(lái)控制開(kāi)關(guān)動(dòng)作，其可靠性比使用機(jī)械觸電的繼電器高很多。PLC的輸入輸出部分采用了光電隔離，有效的隔離了PLC內(nèi)部的電路和輸入、輸出間的電關(guān)系。有效避免了干擾信號(hào)引起的誤操作。并且PLC還具有防治空間電磁干擾的功能。（5）體積小、重量輕、功率低、性價(jià)比高。大量的使用半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路，這個(gè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、功率低。與

33、相同功能的繼電器系統(tǒng)相比，PLC具有很高的性價(jià)比，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。2.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域（1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制。這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（2）模擬量與過(guò)程控制。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A

34、轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制等。（3）運(yùn)動(dòng)控制。PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。（4）過(guò)程控制.過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。

35、PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用（5）數(shù)據(jù)處理?？梢赃M(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)換、排序、查表等一系列操作，也可以通過(guò)通信設(shè)備傳輸?shù)絼e的設(shè)備。（6）通信聯(lián)網(wǎng)。通過(guò)雙絞線或者同軸電纜等可實(shí)現(xiàn)PLC與PLC之間或者PLC與計(jì)算機(jī)之間的信息交換。易于建立工廠的自動(dòng)化辦公網(wǎng)絡(luò)。2.3 PLC的工作原理PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開(kāi)，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn))不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用

36、戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段：2.3.1輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2.3.2.用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯

37、形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。2.3.3.輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。圖2.2描述了信號(hào)從輸入端子到輸出端子的傳遞過(guò)程。圖2.2 PLC工作原理圖 轉(zhuǎn)下頁(yè).2.4 PLC的性能指標(biāo)和軟件

38、系統(tǒng)2.4.1 PLC的性能指標(biāo)（1）編程語(yǔ)言及指令功能.。PLC常用的編程語(yǔ)言有梯形圖、語(yǔ)言表、流程圖等。對(duì)于特定廠家生產(chǎn)的PLC，其編程語(yǔ)言不同，若PLC可用多種語(yǔ)言編程，則其可移植性較好。PLC的指令條數(shù)和綜合性指標(biāo)能夠反映出該P(yáng)LC的功能強(qiáng)弱。（2）I/O點(diǎn)數(shù)。I/O點(diǎn)數(shù)是指系統(tǒng)所能接入和輸出的總的最大數(shù)量。通常用I/O點(diǎn)總數(shù)表示I/O開(kāi)關(guān)量，而用I/O通道數(shù)表示模擬量。（3）用戶程序儲(chǔ)存容量。用戶程序儲(chǔ)存容量是指存放用戶程序的儲(chǔ)存器的容量，用字節(jié)K表示。對(duì)于一般的邏輯操作指令，一條指令占一個(gè)字節(jié)，而對(duì)于計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和位移等則要占用兩個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)操作通常要占用24個(gè)字節(jié)。（4）掃描速度。

39、指執(zhí)行1024條基本指令用時(shí)。（5）內(nèi)部寄存器的配置與容量。輔助繼電器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、移位寄存器、特殊繼電器等都叫做內(nèi)部寄存器。這些內(nèi)部寄存器可用于存放各種數(shù)據(jù)，內(nèi)部寄存器的大小與多少直接影響用戶編程的靈活與方便。（6）其他的功能。例如輸入與輸出方式、特殊功能模塊、自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能、高數(shù)計(jì)數(shù)、遠(yuǎn)程I/O能力和監(jiān)控功能等。2.4.2 PLC的軟件系統(tǒng)PLC的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)是相輔相成的，就像一個(gè)人的骨骼和血肉一樣。骨骼是支撐整個(gè)身軀的硬性指標(biāo)，沒(méi)有骨骼其他的就無(wú)從說(shuō)起，而血肉也是一個(gè)人正?；顒?dòng)所必須的。PLC的軟件系統(tǒng)分為系統(tǒng)程序和用戶程序。（1）系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序是由PLC生產(chǎn)廠家提

40、供，并且固化在EPROM中，用戶不能直接讀取。系統(tǒng)程序由管理程序、編譯程序、標(biāo)準(zhǔn)程序三個(gè)部分組成。管理程序用于對(duì)PLC輸入、輸出、運(yùn)算等操作的時(shí)間順序的管理，規(guī)定數(shù)據(jù)和程序的存放地址。編譯程序則是把程序語(yǔ)言翻譯成機(jī)器語(yǔ)言的程序。標(biāo)準(zhǔn)模塊程序由多個(gè)獨(dú)立的程序模塊組成，每個(gè)程序模塊完成一種獨(dú)立的功能。根據(jù)要完成不同的共組來(lái)選擇不同的功能模塊。（2）用戶程序用戶程序是指根據(jù)不同的工作要求，用戶用PLC程序語(yǔ)言編制的應(yīng)用程序，以實(shí)現(xiàn)各種控制要求。小型的PLC很簡(jiǎn)單，整個(gè)程序不用分段，按順序編制。但是大型的PLC的用戶程序很復(fù)雜。為了簡(jiǎn)化用戶編程的難度，可以把用戶程序劃分為程序模塊，通過(guò)模塊的組合來(lái)組成

41、一個(gè)大的完整的用戶程序。用戶程序的模塊：1） 組織模塊。用于控制主程序的運(yùn)行方式及個(gè)組織模塊的組織關(guān)系。2）程序模塊。按電氣控制的要求，把不同的控制內(nèi)容劃分為程序段。3） 功能模塊。用來(lái)描述特定功能的程序模塊。它的使用使得PLC超出了傳統(tǒng)的順序邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等功能。4）步進(jìn)模塊。用于步進(jìn)順序操作。5）數(shù)據(jù)模塊?？捎脕?lái)存放數(shù)據(jù)，可以是固定的數(shù)據(jù)或者是可變的數(shù)據(jù)，類似于寄存器。2.5 PLC編程語(yǔ)言 采用面向控制過(guò)程，面向問(wèn)題，簡(jiǎn)單直觀的plc編寫程序語(yǔ)言，常用的有：梯形圖，語(yǔ)句表，功能圖。2.5.1梯形圖由繼電器控制邏輯演變而來(lái)，兩者具有一定程度的相似性，但梯形圖編程語(yǔ)言功能更強(qiáng)更方便。主要特

42、點(diǎn)：(1) 自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。每一邏輯行，起使左母線；(2）梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實(shí)物理繼電器稱為“軟繼電器”;(3）每個(gè)梯級(jí)流過(guò)的是概念電流，從左向右，其兩端母線設(shè)有電源；(4）輸入繼電器，用于接入信號(hào)，而無(wú)線圈，輸入繼電器，通過(guò)輸入接入的繼電器，晶體及晶閘管才能實(shí)現(xiàn)。2.5.2語(yǔ)句表又叫指令表，類似計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言形式，用指令的記助符編程。例：下圖是三菱公司的FX2N系列產(chǎn)品的最簡(jiǎn)單的梯形圖例：圖2.3 梯形圖例它有兩組，第一組用以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止控制。第二組僅一個(gè)END指令，用已結(jié)束程序。梯形圖與助記符的對(duì)應(yīng)關(guān)系：助記符指令與梯形圖指令有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系

43、，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現(xiàn)。一般講，其順序?yàn)椋合容斎耄筝敵觯ê渌幚恚?；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助記符程序，上圖的助記符程序如下所示。 表21 助記符程序 轉(zhuǎn)下頁(yè).2.6 PLC基本編程指令2.6.1輸入輸出指令（LD/LDI/OUT） 下面把LD/LDI/OUT三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說(shuō)明：符號(hào)功能梯形圖表示操作元件LD（?。┏ｉ_(kāi)觸點(diǎn)與母線相連X，Y，M，T，C,SLDI（取反）常閉觸點(diǎn)與母線相連X，Y，M，T，C,SOUT（輸出）線圈驅(qū)動(dòng)Y，M，T，C，S,F表22輸入輸出指令LD與LDI指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此

44、外還可用于分支電路的起點(diǎn)。OUT指令是線圈的驅(qū)動(dòng)指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續(xù)使用多次。轉(zhuǎn)下頁(yè).2.6.2觸點(diǎn)串連指令（AND/ANDI）、并聯(lián)指令（OR/ORI） 表23觸點(diǎn)串并連指令符號(hào)（名稱）功能梯形圖表示操作元件AND（與）常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)連接X(jué)，Y，M，T，C,SANDI（與非）常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接X(jué)，Y，M，T，C,SOR（或）常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)連接X(jué)，Y，M，T，C，SORI（或非）常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接X(jué)，Y，M，T，C，SAND、ANDI指令用于一個(gè)觸點(diǎn)的串聯(lián)，但串聯(lián)觸點(diǎn)的數(shù)量不限，這兩個(gè)指令可連續(xù)使用。OR、

45、ORI是用于一個(gè)觸點(diǎn)的并聯(lián)連接指令。2.6.3電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB） 表24電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令符號(hào)（名稱）功能梯形圖表示操作元件ORB（塊或）電路塊并聯(lián)連接 無(wú) ANB（塊與）電路塊串聯(lián)連接無(wú)含有兩個(gè)以上觸點(diǎn)串聯(lián)連接的電路稱為“串聯(lián)連接塊”，串聯(lián)電路塊并聯(lián)連接時(shí)，支路的起點(diǎn)以LD或LDNOT指令開(kāi)始，而支路的終點(diǎn)要用ORB指令。ORB指令是一種獨(dú)立指令，其后不帶操作元件號(hào)，因此，ORB指令不表示觸點(diǎn)，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個(gè)電路塊并聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)并聯(lián)電路塊之后使用一個(gè)ORB指令，用這種方法編程時(shí)并聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制；也可將所有要并聯(lián)的電路塊依次寫

46、出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出ORB的指令，但這時(shí)ORB指令最多使用7次。2.6.4程序結(jié)束指令（END） 表25程序結(jié)束指令符號(hào)（名稱）功能梯形圖表示操作元件（END） 程序結(jié)束指令 無(wú)在程序結(jié)束處寫上END指令，PLC只執(zhí)行第一步至END之間的程序，并立即輸出處理。若不寫END指令，PLC將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步，因此，使用END指令可縮短掃描周期。另外。在調(diào)試程序時(shí)，可以將END指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動(dòng)作，確認(rèn)無(wú)誤后，再依次刪去插入的END指令。2.7 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)概要2.7.1設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容我們?cè)趯W(xué)習(xí)了PLC的大量相關(guān)知識(shí)后，要能夠把其運(yùn)用

47、在實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中。當(dāng)然，要設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)、可靠、簡(jiǎn)潔的PLC控制系統(tǒng)，需要豐富的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)。那么，我們首先來(lái)看一下PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容。(1)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則1)最大限度地滿足被控對(duì)象的控制要求；2)保證控制系統(tǒng)的高可靠、安全；3)滿足上面條件的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用和維修方便；4)選擇PLC時(shí)，要考慮生產(chǎn)和工藝改進(jìn)所需的余量。(2)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容1)選擇合適的用戶輸入設(shè)備、輸出設(shè)備以及輸出設(shè)備驅(qū)動(dòng)的控制對(duì)象；2)分配I/O，設(shè)計(jì)電氣接線圖，考慮安全措施；(3)選擇適合系統(tǒng)的PLC；(4)設(shè)計(jì)程序；(5)調(diào)試程序，一個(gè)是模擬調(diào)試，一個(gè)是

48、聯(lián)機(jī)調(diào)試；(6)設(shè)計(jì)控制柜，編寫系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說(shuō)明書、電氣圖、電氣元件明細(xì)表。(7)驗(yàn)收、交付使用。2.7.2設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過(guò)程(1)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟1)對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最好繪制編程流程圖，相當(dāng)于設(shè)計(jì)思路；2)設(shè)計(jì)梯形圖；3)程序輸入PLC模擬調(diào)試，修改，直到滿足要求為止；4)現(xiàn)場(chǎng)施工完畢后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試，直至可靠地滿足控制要求；5)編寫技術(shù)文件；6)交付使用。(2)我們?cè)谠O(shè)計(jì)流程圖時(shí)，也要遵循以下過(guò)程：1)分析生產(chǎn)工藝過(guò)程；2)根據(jù)控制要求確定所需的用戶輸入、輸出設(shè)備，分配I/O；3)選擇PLC；4)設(shè)計(jì)PLC接線圖以及電氣施工圖；5)程序設(shè)計(jì)和控制柜接線施工。3

49、交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC型號(hào)的選定以及可行性分析在對(duì)PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先，要了解各個(gè)控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)要求，如：驅(qū)動(dòng)電壓的等級(jí)、負(fù)載的性質(zhì)等；其次，要分析對(duì)象的控制要求，確定輸入/輸出接口（I/O）數(shù)量；再次，要確定所控制參數(shù)的精度及類型，如：對(duì)開(kāi)關(guān)量、模擬量的控制、用戶程序存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量等。根據(jù)上述原則，我們要選擇適合的PLC機(jī)型及外設(shè)，完成相應(yīng)的PLC硬件結(jié)構(gòu)配置。因此，PLC的選型是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。目前，國(guó)內(nèi)外PLC生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PLC品種可達(dá)數(shù)百個(gè)，其性能各有特點(diǎn)。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)首先要盡可能考慮采用便于學(xué)習(xí)、掌握、維護(hù)方便、備品配件通用性強(qiáng)的PLC。我國(guó)市

50、場(chǎng)上流行的PLC產(chǎn)品有以下幾家：德國(guó)西門子(Siemens)公司的產(chǎn)品，目前有SIMATIC S7-400/300/200系列產(chǎn)品；美國(guó)羅克韋爾(Rockwell)公司所屬的AB(Allen&Bradly)公司的產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logix、Control Logix等產(chǎn)品；GE-Fanuc公司的產(chǎn)品；法國(guó)施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品；日本三菱的FX2N系列PLC具有繼電器屬于接點(diǎn)開(kāi)關(guān)型，輸出信號(hào)可以控制各種高低壓信號(hào)，可以直接通過(guò)PLC輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)燈負(fù)載，驅(qū)動(dòng)單相馬達(dá)，而不再需要借助外部繼電器中轉(zhuǎn)，因?yàn)楸旧砭褪抢^電器型的。3.1.1FX2N-64MR控制器主要性能指標(biāo)本

51、次設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的主要任務(wù)和內(nèi)容集中在程序編寫和梯形圖的繪制，由于在本設(shè)計(jì)中用到了大量的開(kāi)關(guān)量、繼電器、計(jì)數(shù)器以及計(jì)時(shí)器等。并且，在目前相關(guān)領(lǐng)域的控制設(shè)計(jì)中，日本三菱公司產(chǎn)品的應(yīng)用比較廣泛。另外從經(jīng)濟(jì)性，擴(kuò)展性，容量以及I/O模塊來(lái)考慮，三菱FX2N都比較合適。綜上所述，我們采用的是三菱公司的FX2N系列的FX2N-64MR控制器，它的主要性能指標(biāo)如下：（1） 內(nèi)置8K容量的RAM存儲(chǔ)器，最大可以擴(kuò)展到16K（2） CPU運(yùn)算處理速度0.08S/基本指令（3） 在FX2N系列右側(cè)可連接輸入輸出擴(kuò)展模塊和特殊功能模塊（4） 基本單元內(nèi)置2軸獨(dú)立最高20kHz定位功能(晶體管輸出型）端子

52、排型高性能標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型。（5） 以高速、強(qiáng)大的基本性能，適用于一般邏輯控制以及其他廣泛用途（6） 控制規(guī)?？蛇_(dá)64點(diǎn),采用繼電器方式可達(dá)輸入32點(diǎn)/輸出32點(diǎn)3.2 設(shè)計(jì)思路 設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制電路，根據(jù)設(shè)定好的周期時(shí)間能夠指揮車輛在十字路口完成左轉(zhuǎn)和直行交替運(yùn)行。往南和往北的信號(hào)一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時(shí)亮或同時(shí)熄滅。用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯示被點(diǎn)亮的指示燈還將點(diǎn)亮多久。往東和往西方向的信號(hào)一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個(gè)數(shù)碼管來(lái)倒計(jì)時(shí)。當(dāng)南北方向?yàn)榫G燈和黃燈時(shí)，東西向的紅燈點(diǎn)亮禁止通行；而東西方向?yàn)榫G燈和黃燈時(shí)，南北向的紅燈點(diǎn)亮禁止通行。程序開(kāi)始運(yùn)行先南北段通行、東西段禁止75s

53、，后東西段通行、南北段禁止75s，依此循環(huán)。首先南北直行方向通行25秒（綠燈亮15秒，綠燈閃5秒，黃燈亮5秒）、其他方向禁止通行（亮紅燈）；具體過(guò)程是南北直行綠燈亮15秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北直行方向正常通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)15秒）；15秒計(jì)時(shí)完畢后，南北直行綠燈開(kāi)始閃爍（閃爍頻率為1Hz），閃爍持續(xù)時(shí)間為5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北直行方向5秒加速通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）；綠燈閃爍5秒后，南北直行黃燈點(diǎn)亮，維持時(shí)間是5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北直行方向5秒黃燈通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）。其次南北左行方向通行25秒（綠燈亮15秒，綠燈閃5秒，黃燈亮5秒）、其他方向禁止通行（亮紅燈）；具體過(guò)程是南北左行綠燈亮15秒

54、，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北左行方向正常通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)15秒）；15秒計(jì)時(shí)完畢后，南北左行綠燈開(kāi)始閃爍（閃爍頻率為1Hz），閃爍持續(xù)時(shí)間為5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北左行方向5秒加速通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）；綠燈閃爍5秒后，南北左行黃燈點(diǎn)亮，維持時(shí)間是5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示南北左行方向5秒黃燈通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）。然后東西直行方向通行25秒（綠燈亮15秒，綠燈閃5秒，黃燈亮5秒）、其他方向禁止通行（亮紅燈）；具體過(guò)程是東西直行綠燈亮15秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西直行方向正常通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)15秒）；15秒計(jì)時(shí)完畢后，東西直行綠燈開(kāi)始閃爍（閃爍頻率為1Hz），閃爍持續(xù)時(shí)間為5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西直行方向5秒加

55、速通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）；綠燈閃爍5秒后，東西直行黃燈點(diǎn)亮，維持時(shí)間是5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西直行方向5秒黃燈通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）。最后東西左行方向通行25秒（綠燈亮15秒，綠燈閃5秒，黃燈亮5秒）、其他方向禁止通行（亮紅燈）；具體過(guò)程是東西左行綠燈亮15秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西左行方向正常通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)15秒）；15秒計(jì)時(shí)完畢后，東西左行綠燈開(kāi)始閃爍（閃爍頻率為1Hz），閃爍持續(xù)時(shí)間為5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西左行方向5秒加速通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）；綠燈閃爍5秒后，東西左行黃燈點(diǎn)亮，維持時(shí)間是5秒，同時(shí)數(shù)碼管顯示東西左行方向5秒黃燈通行時(shí)間（倒計(jì)時(shí)5秒）。至此，一個(gè)循環(huán)完成，重新南北直行方向

56、通行25秒，開(kāi)始新的一個(gè)循環(huán)。下圖3.1南北直行通行,圖3.2南北左拐通行，圖3.3東西直行通行，圖3.4東西左拐通行，所示為其對(duì)應(yīng)紅綠燈規(guī)則的狀態(tài)圖。 圖3.2 狀態(tài)S2南北左拐通行圖3.1 狀態(tài)S1南北直行通行 轉(zhuǎn)下頁(yè). 圖3.3 狀態(tài)S3東西直行通行圖3.4 狀態(tài)S4東西左拐通行基本轉(zhuǎn)換共四種狀態(tài)，分別設(shè)定為如上圖的S1、S2、S3、S4四狀態(tài)，交通燈以這四種狀態(tài)為一個(gè)周期，循環(huán)執(zhí)行如下圖3.5所示。圖3.5 交通燈狀態(tài)循環(huán)圖3.3 模擬十字路口交通燈規(guī)則設(shè)計(jì)實(shí)物模型設(shè)計(jì)3.3.1控制要求(1)信號(hào)燈由一個(gè)按鈕控制其啟動(dòng)，一個(gè)按鈕控制其停止; (2)信號(hào)燈分為南北雙向直行紅黃綠指示燈和雙向左轉(zhuǎn)彎紅黃綠指示燈，共12個(gè)指示燈 ，東西雙向直行紅黃綠指示燈和雙向左轉(zhuǎn)彎紅黃綠指示燈，共12個(gè)指示燈，交通燈時(shí)序表如表31所示(3)倒計(jì)時(shí)采用兩位數(shù)碼管靜態(tài)顯示南北直行倒計(jì)時(shí)；表31交通燈時(shí)序表南北直行信號(hào) 綠燈亮 綠燈閃 黃燈亮 紅燈亮 時(shí)間 15秒5秒5秒75秒南北左行信號(hào) 紅燈亮 綠燈亮 綠燈閃 黃燈亮 紅燈亮 時(shí)間 25秒 15秒5秒5秒50秒東西直行 信號(hào) 紅燈亮 綠燈亮 綠燈閃 黃燈亮 紅燈亮?xí)r間 50秒15秒5秒5秒25秒東西左行信號(hào) 紅燈亮 綠燈亮 綠燈閃 黃燈亮 時(shí)間 75秒 15秒5秒5秒 轉(zhuǎn)下頁(yè).