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 1 1 交通燈控制系統(tǒng)概述 2 1.1 智能交通燈系統(tǒng)的發(fā)展背景 2 1.1.1英國(guó)TRANSYT路面交通控制系統(tǒng) 2 1.1.2澳大利亞SCAT路面控制系統(tǒng) 2 1.1.3英國(guó)SCOOT路面控制系統(tǒng) 2 1.1.4日本城市路面控制系統(tǒng) 3 1.2 交通控制存在的問(wèn)題 3 1.3 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 4 2 PLC功能介紹 4 2.1 PLC的基本概念和基本結(jié)構(gòu) 4 2.1.1 PLC的基本概念 4 2.1.2 PLC的基本結(jié)構(gòu) 4 2.2 PLC的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域 6 2.2.1 PL

2、C的特點(diǎn) 6 2.2.2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 7 2.3 PLC的工作原理 7 2.3.1輸入采樣階段 8 2.3.2.用戶程序執(zhí)行階段 8 2.3.3.輸出刷新階段 8 2.4 PLC的性能指標(biāo)和軟件系統(tǒng) 9 2.4.1 PLC的性能指標(biāo) 9 2.4.2 PLC的軟件系統(tǒng) 9 2.5 PLC編程語(yǔ)言 10 2.5.1梯形圖 10 2.5.2語(yǔ)句表 10 2.6 PLC基本編程指令 12 2.6.1輸入輸出指令（LD/LDI/OUT） 12 2.6.3?電路塊的并聯(lián)和串聯(lián)指令（ORB、ANB） 13 2.6.4?程序結(jié)束指令（END） 14 2.7 PLC控制系統(tǒng)

3、設(shè)計(jì)概要 14 2.7.1設(shè)計(jì)的基本原則和內(nèi)容 14 2.7.2設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過(guò)程 15 3 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 3.1 PLC型號(hào)的選定以及可行性分析 15 3.1.1?FX2N-64MR?控制器主要性能指標(biāo) 16 3.2 設(shè)計(jì)思路 16 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) 18 3.3.1控制要求 18 4 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 24 4.1 PLC程序流程圖設(shè)計(jì) 24 4.2 PLC程序?qū)崿F(xiàn) 24 4.2.1 梯形圖程序（狀態(tài)步進(jìn)形式的梯形圖） 26 4.2.2 指令表（梯形圖對(duì)應(yīng)的指令語(yǔ)句） 40 5 總結(jié) 47 5.1 設(shè)計(jì)總結(jié) 4

4、7 5.2 檢測(cè)和調(diào)試 47 5.2.1硬件調(diào)試 47 5.2.2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，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

5、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,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

6、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 Abstract With the development of economic and social infrastructure of

7、 today's 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 coordination important factor in the transport positio

8、n . 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 structure, low reliability , the failure rate hig

9、h , 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 and communication technology development to a new

10、 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 industrial automation applications up to a device

11、. 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 strong environmental adaptability characteristi

12、cs , 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 powerful, flexible and easy to use , easy to pr

13、ogram , 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 networking capabilities , will form a road with ligh

14、ts 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 . Keywords: PLC; traffic lights; Cross

15、roads 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，北京將投資500億元用于城市道路建設(shè)，到2005年，北京僅

16、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

17、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(mén)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、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

18、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?，F(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)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)

19、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。可編程序控制器（Programmable 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)控制交通信號(hào)燈，這種控制

20、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，控制方案好變換，而SCAT

21、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)依然有他

22、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

23、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

24、道路密度，道路面積率偏低的問(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

25、理和交通安全的現(xiàn)代化設(shè)施卻做得不足。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

26、東西南北各個(gè)方向上安裝光電計(jì)數(shù)器，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（Programmable?Controller）是計(jì)算機(jī)家族中

27、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可編程邏輯控制器（Programmable?Logic?Controller），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)（Personal?Computer）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

28、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)

29、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

30、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

31、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(mén)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

32、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，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)。 現(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(pán)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

33、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

34、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(shū)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

35、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、

36、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。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CP

37、U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/

38、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?

39、 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

40、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2~4個(gè)字節(jié)。 （4）掃描速度。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

41、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

42、、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。

43、 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(xiě)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。 主要特點(diǎn)：? (1) 自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。

44、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

45、，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?，后輸出（含其他處理）；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2－1 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

46、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（?。? 常開(kāi)觸點(diǎn)與母線相連? ? X，Y，M，T，C,S????? LDI（取反） 常閉觸點(diǎn)與母線相連??? ???X，Y，M，T，C,S? OUT（輸出）????? 線圈驅(qū)動(dòng)? ??Y，M，T，C，S,F 表2－2輸入輸出指令 LD與LDI指令用于與母線相連的接點(diǎn)，此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。

47、 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2－3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，Y，M，T，C,S??? ANDI（與非） ?常閉觸點(diǎn)串聯(lián)連接?? ?X，Y，M，T，C,S??? OR（或）????? 常開(kāi)觸點(diǎn)并聯(lián)連接?????????? ?X，Y，M，T，C，S??? ?ORI（?或非）? 常閉觸點(diǎn)并聯(lián)連接???? X，Y，M，T，C，S

48、 AND、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、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2－4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

49、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(xiě)出，然后在這些電路塊的末尾集中寫(xiě)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2－5程序結(jié)束指令 符號(hào)（名稱） ???功????能? ??梯形圖表示??? ????操作元件? （END）

50、 程序結(jié)束指令 無(wú) 在程序結(jié)束處寫(xiě)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(xiě)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

51、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)是聯(lián)機(jī)調(diào)試； (6)設(shè)計(jì)控制柜，編寫(xiě)系統(tǒng)交付使用的技術(shù)文件，說(shuō)明書(shū)、電氣圖、電氣元件明細(xì)表。

52、 (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(xiě)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 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

53、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)市場(chǎng)上流行的

54、PLC產(chǎn)品有以下幾家：德國(guó)西門(mén)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。 3.1.1?FX2N-64MR?控制器主要性能指標(biāo)

55、本次設(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(xiě)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0.08μS/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2

56、0kHz定位功能(晶體管輸出型）????端子排型高性能標(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

57、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，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

58、，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，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

59、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

60、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

61、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3－1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3－1?交通燈時(shí)序表 南北 直行 信號(hào) 綠燈亮

62、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 時(shí)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

63、 轉(zhuǎn)下頁(yè)......

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