基于PLC交通灯控制系统的设计毕业设计（论文）word格式.doc

基于plc交通灯控制系统的设计摘 要现在社会，交通工具越来越多，从古代的“11路公交车”到后来的马、马车以及近代的人力车、自行车、汽车、摩托车等越来越多的交通工具出现。在近代交通工具有单还不多，但在现在社会车辆越来越多，例如美国被称为汽车上的国家、印度被称为三轮车上的国家，中国随着社会的发展，经济水平的不断提高，老百姓水平的不断提高，汽车这一社会产物已经悄然而然的进入了千家万户，它不再是富人的消费品，而成为普通老百姓家庭生活的一部分，这个时候在道路上自然而然得拥挤起来，单单靠交警叔叔的指挥已不能完成这一复杂的变化，更何况在风雨、大雪、沙尘等不良天气下交警叔叔的工作带来更大的不便，这个时候交通灯便上场了，可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展。单片机、p lc的应用不断地走向深入。同时带动传统的控制检测技术的不断更新。可以采用早期的模拟电路、数字电路或模数混合电路。近年来随着科技的飞速发展。单片机、plc的应用不断地走向深入。同时带动传统的控制检测技术的不断更新。关键字:plc，交通灯，梯形图，设计 ！所有下载了本文的注意：本论文附有cad图纸和完整版最终设计，凡下载了本文的读者请留下你的联系方式（qq邮箱），或加我百度用户名qq，我把图纸发给你。最后，希望此文能够帮到你！ plc-based control system for traffic singal designabstractsociety, more and more modes of transport, from the ancient 11 bus to the later of the horses, carriages, as well as modern rickshaws, bicycles, automobiles, motorcycles and other modes of transport appear more and more. modern modes of transport in less than a single, but now more and more social vehicle, such as the united states known as the national car, tricycles, known as indias national, social development in china with the economic level of the continuous increase in the level of the continuous improvement of people, cars have been the product of the society quietly and ran into the tens of thousands of households, it is no longer a rich consumer goods, ordinary people to become part of family life, this time on the road was crowded naturally to simply rely on the traffic police have been unable to command his uncle to complete the changes in this complex, letrs, with the rapid development of science and technology. single-chip, plc applications to continue to depth. at the same time, the control of traditional detection technologies constantly updated. can be used early analog circuits, alone in the wind and rain, snow, dust and other adverse weather conditions brought about by the work of traffic police uncle greater inconvenience of traffic lights at this time they play, you can the early use of analog circuits, digital circuits or analog-to-digital hybrid circuits. in recent yea digital circuits or analog-to-digital hybrid circuits. in recent years, with the rapid development of science and technology. single-chip, plc applications to continue to depth. at the same time, the control of traditional detection technologies constantly updated. keywords: plc, traffic lights, ladder，design13目录前言1第1章 plc的概述31.1plc的产生31.2plc的定义41.3 plc的发展趋势41.4 plc的特点61.5 plc的主要功能81.6 plc的基本结构及原理91.7 plc的国内外状况121.8 plc未来展望14第2章 交通灯信号灯控制系统152.1 控制要求152.2 设计步骤15第3章 plc与pc通讯193.1 plc与pc的通讯协议19第4章 可编程序控制器的选择214.1 机型的选择214.2输入输出的选择224.3内存估计254.4响应时间26第5章 硬件与程序设计27第6章 总装统调29结论30谢 辞31参考文献32外文资料翻译33前言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此、有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术，比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。简单介绍分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，本设计介绍了应用plc实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对plc控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值. 第1章 plc的概述1.1 plc的产生20世纪20年代起，人们把各种继电器。定时器。接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制系统，控制各种生产机械，这就是大家所熟悉的传统继电接触器控制系统.由于它结构简单。容易掌握。价格便宜，在一定范围内能满足控制要求，因而使用面甚广，在工业控制领域中一直占主导地位.但是继电接触器控制系统有明显的缺点：设备体积大，可靠性差，动作速度慢，功能少，难与实现较复杂的控制，特别是由于它是靠硬连线逻辑构成的系统，接线复杂，当生产工艺或对象改变时，原有的接线和控制盘就要更换，所以通用性和灵活性较差.【1】20世纪60年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求生产线的控制系统亦随之改变，以及对整个开展系统重新配置.为抛弃传统的继电接触器控制系统的束缚，适应白热化的市场竞争要求，1968年美国通用汽车公司公开向社会招标，对汽车流水线控制系统提出具体要求，归纳起来是：1. 编程方便，可现场修改程序；2. 维修方便，采用插件式结构；3. 可靠性高于继电器控制装置；4. 体积小于继电器控制盘；5. 数据可直接送入管理计算机；6. 成本可与继电器控制盘竞争；7. 输入可以是交流150v以上；8. 输出为交流115v，容量要求在2a以上，可直接驱动接触器，电磁阀等；9. 扩展时原系统改变最小；10. 用户存储器至少能扩张到4kb（适应当时汽车装配过程的需要）。十项指标的核心要求是采用软布线（编程）方式代替继电控制的硬接线方式，实现大规模生产线的流程控制。【2】1.2 plc的定义美国国际电工委员会（iec）在1987年对可编程序控制器做出如下定义：可编程序控制器是一类专门为在工业环境下应用而设计的数字式电子系统，它采用了可编程序的存储器，用来在其内部进行存储执行逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等功能的面向用户的指令，并通过数字式或模拟式的输入或输出，控制各种类型的机械或生产过程。可遍程序控制器极其相关外部设备，都应按照易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。【1】定义强调了plc应直接应用与工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力，广泛的适应能力和应用范围。这也是区别与一般微机控制系统的一个重要特征。定义还强调了plc是“数字运算操作的电子系统”，他也是一种计算机，它是“专为在工业环境下应用而设计的”工业计算机。这种工业计算机采用“面向用户的指令”，因此编程方便。它能完成逻辑运算、顺序运算、定时、记数和算术运算等操作，它还具有“数字量和模拟量输入和输出”的能力，并且非常容易与“工业控制系统联成一体”，易于“扩充”。【3】1.3 plc的发展趋势plc总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展。具体表现在以下几个方面。1. 向小型化、专用化、低成本方向发展随着微电子技术的发展，新型器件大幅度的提高功能和降低价格，使plc结构相当与一本精装本书的大小，操作使用十分方便。plc的功能不断增加，将原来大、中型plc才有的功能部分地移植到小型plc上。2. 向大容量、高速度方向发展大型plc采用多微处理器系统，有的采用了32位微处理器，可同时进行多任务操作，处理速度提高，特别是增强了过程控制和数据处理的功能。另外，存储容量大大增加。3. 智能型i/o模块的发展智能型i/o模块是以微处理器和存储器为基础的功能部件，它们的cpu与plc的主cpu并行工作，占用主cpu的时间很少，有利于提高plc的扫描速度。4. 基于pc的编程软件取代编程器随着计算机的日益普及，越来越多的用户使用基于个人计算机上的编程软件。编程软件可以对plc控制系统的硬件组态，即设置硬件的结构和参数，例如设置各框架各个插槽上模块的型号、模块的参数、各串行通行接口的参数等。5. plc编程语言的标准化与个人计算机相比，plc的硬件、软件的体系结构都是封闭的而不是开放的。在硬件方面，各厂家的cpu模块和i/o模块互不通用。plc的编程语言和指令系统的功能和表达式也不一致，因此各厂家的可遍程序控制器互不兼容。为了解决这一问题，iec制定了可遍程序控制器标准。标准中共有5种编程语言，允许编程者在同一程序中使用多种编程语言，这使编程能够选择不同的语言来适应特殊的工作。6. plc通信的易用化plc的通信联网功能使它能与个人计算机和其他智能控制设备交换数字信息，使系统形成一个统一的整体，实现分散控制和集中控制。7. 组态软件与plc的软件化个人计算机（pc）的价格便宜，有很强的数学运算、数据处理、通信和人机交互的功能。8. plc与现场总线相结合现场总线i/o与plc可以组成功能强大的、廉价的dcs系统。9. 开发新型特殊功能模块i/o组件可以提高plc的智能化、高密集度和增大处理能力。10. cpu的处理速度进一步加快目前，plc的处理速度与计算机相比还比较慢，其高的cpu也不过80486，将来会全面使用64位的risc芯片，采用多cpu进行处理、分时处理或分任务处理方式，将各种模块智能化，部分系统程序用门阵列电路固化，这样可使plc的处理速度达到纳秒级。【4】 1.4 plc的特点1. 抗干扰能力强，可靠性好plc在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取了生产厂家长期积累的生产控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路。i/o系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有周到的考虑。具体措施主要有以下几个方面：（1）隔离：这是抗干扰的主要措施之一。plc的输入、输出接口电路一般采用光电耦合器来传递信号。这种光电隔离措施，使外部电路与内部电路之间避免了电的联系，可有效的抑制外部干扰源对于plc的影响，同时防止外部高电压串入，从而减少故障和误操作。 （2）滤波：这是抗干扰的另一个主要措施。在plc的电源电路和输入/输出电路中设置了多种滤波电路，用以对高频干扰信号进行有效的抑制。（3）对内部电源还采用了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保护供电质量。另外使输入输出接口电路电源彼此独立，以避免电源之间的干扰。（4）内部设置了连锁、环境检测与诊断、watchdog（“看门狗”）等电路，一旦发现故障或程序循环执行时间超过了警戒时钟（wdt）规定时间（预示程序进入了死循 环），立即报警，以保证cpu可靠运行。（5）利用系统软件定期进行系统状态、用户程序、工作环境和故障检测，并采用信息保护和恢复措施。（6）对用户程序及动态工作数据进行电池备份，以保障停电后有关状态或信息不丢失。（7）采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构，以适应工作现场的恶劣环境。（8）以集成电路为基本元件，内部处理过程不依赖于机械触点，以保障高可靠性。而采用循环扫描的工作循环方式，也提高了抗干扰能力。【4】2. 控制系统结构简单，通用性强plc及外围模块品种多，可由各种组件灵活组合成各种大小和不同要求的控制系统。3. 编程方便，易于使用plc是面向用户的设备，plc的设计者充分考虑到现场工程技术人员的技能和习惯，plc程序的编制，采用梯形图或面向工业控制的简单指令形式。梯形图与继电器原理图相类似，这种编程语言现象直观，容易掌握，不需要专门的计算机知识和语言，只要具有一定的电工和工艺的知识的人员都可在短时间内学会。4. 功能完善plc的输出/输入功能完善，性能可靠，能够适应与任何形式和性质的开关量和模拟量的输入/输出。在plc内部具有许多控制功能，诸如时序、计算机、主控继电器以及移位寄存器、中间寄存器等。由于采用了微处理器，它能够很方便地实现延时、锁存、比较、跳转、和强制i/o等诸多功能，不仅具有逻辑功能、算术运算、数制转换、以及顺序控制功能，而且还具备模拟运算、显示、监控、打印、及报表生成等功能。5. 设计、施工、调试、的周期短用继电接触器控制完成一项控制工程，必须首先按工艺要求画出电气原理图，然后画出继电器屏的布置和接线图等，进行安装调试，以后修改起来十分不便。而采用plc控制，由于其硬软件齐全，为模块化积木式结构，且已商品化，故仅需按性能、容量等选用组装，而大量具体的程序编制工作也可在plc到货前进行，因而缩短了设计周期，使设计和施工可同时进行。6. 体积小，维护操作方便plc体积小，质量轻，便于安装。plc的输入/输出系统能够直观的反映现场总线信号的变化状态，还能通过各种方式直观的反映控制系统的运行状态。7. 易于实现网络化plc可连成功能很强的网络系统。8. 可实现三电一体化plc将电控（逻辑控制）、电仪（过程控制）和电结（运动控制）这三电集于一体，可以方便、灵活地组合成各种不同规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。【5】1.5 plc的主要功能条件控制功能条件控制（或称逻辑控制或顺序控制）功能是指用plc的与、或、非指令取代继电器接触的串联、并联极其他各种逻辑连接，进行开关控制。1. 定时/记数控制功能定时/记数控制功能指用plc提供的定时器、记数器指令实现对某种操作的定时或记数控制，以取代时间继电器和记数继电器。2. 数据处理功能数据处理功能是指plc能进行数据传送、比较、移位、数制转换、算术运算、逻辑运算以及编码和译码等操作。3. 步进控制功能步进控制功能是指用步进指令来实现在有多道加工工序的控制中，只有前一道工序完成以后，才能进行下一道工序操作的控制，以取代由硬件构成的步进控制器。4. a/d与d/a 转换功能a/d与d/a 转换功能是指通过a/d、d/a模块完成模拟量和数字量之间的转换。5. 运动控制功能运动控制功能是指通过高速记数模块和位置控制模块等进行单轴或多轴运动控制。6. 过程控制功能过程控制功能是指通过plc的pid控制指令或模块实现对温度、压力、速度、流量等物理参数的闭环控制。7. 扩展功能扩展功能是指通过连接输入输出扩展单元（即i/o扩展单元）模块来增加输入输出点数，也可通过附加各种智能单元及特殊功能单元来提高plc的控制功能。8. 远程i/o功能远程i/o功能是指通过i/o单元将分散在远距离的各种输入、输出设备与plc主机相连接，进行远程控制，接收输入信号、传出输出信号。9. 通信联网功能通信联网功能是指通过plc之间的联网、plc与上位机的链接等，实现远程i/o控制或数据交换，以完成较大规模系统的复杂控制。10. 监控功能监控功能是指plc能监视系统各部分的进行状态和进程，对系统中出现的异常情况进行报警和记录，甚至自动终止运行；也可在线调整、修改控制程序中的定时器、记数器等设定值或强制i/o状态。【6】1.6 plc的基本结构及原理1. plc的系统结构目前plc种类繁多，功能和指令系统也都各不相同，但都是以微处理器为核心用做工业控制的专用计算机，所以其结构和工作原理都大致相同，硬件结构与微机相似。主要包括中央处理单元cpu、存储器ram和rom、输入输出接口电路、电源、i/o扩展接口、外部设备接口等。其内部也是采用总线结构来进行数据和指令的传输。如图1-1所示，plc控制系统由输入量plc输出量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的各种信号均作为plc的输入量，它们经plc外部输入端子，作为plc的输出量对外围设备进行各种控制。由此可见，plc的基本结构有控制部分输入和输出组成。 图1-1 plc硬件结构图2. plc各部分的作用 (1) 中央处理器cpu是由控制器和运算器组成的。运算器也称为算术逻辑单元，它的功能就是进行算术运算和逻辑运算。控制器的作用是控制整个计算机的各个部件有条不紊地工作，它的基本功能是从内存中取指令和执行指令。他的重要功能如下：a. 诊断plc电源、内部电路的工作状态及编制程序中的语法错误。b. 采集由现场输入装置送来的状态或数据，并送入plc的寄存器中。c. 按用户程序存储器中存放的先后顺序逐条读取指令，进行编译解释后，按指令规定的任务完成各种运算和操作。d. 将存于寄存器中的处理结果送至输出端。e. 应各种外部设备的工作请求。(2) 存储器plc的存储器分为两大部分：一大部分是系统存储器，用来存放系统管理程序、监控程序及其系统内部数据。二大部分是用户存储器，包括用户程序存储区及工作数据存储区。(3) 输入输出接口电路plc通过输入输出（i/o）接口电路实现与外围设备的连接。输入接口通过plc的输入端子接受现场输入设备的控制信号，并将这些信号转换成cpu所能接受和处理的数字信号。(4) 电源plc的电源是指将外部输入的交流电经过整流、滤波、稳压等处理后转换成满足plc的cpu、存储器、输入输出接口等内部电路工作所需要的直流电源电路或电源模块。(5) 输入输出i/o扩展接口若主机单元的i/o点数不能满足输入输出点数需要时，可通过此接口用扁平电缆线将i/o扩展单元与主机单元相连接。(6) plc的基本工作原理plc采用的是循环扫描工作方式。对每个程序，cpu从第一条指令开始执行，按指令步序号做周期性的程序循环扫描，如果无跳转指令，则从则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至遇到结束符后又返回第一条指令，如此周而复始不断循环，每一个循环称为一个扫描周期。plc的扫描全过程如图1-2所示。a. 输入刷新阶段在输入刷新阶段，cpu扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。完成后关闭输入端口，转入程序执行阶段。b. 程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐条执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。c. 输出刷新阶段当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路，并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成plc的实际输出。 图1-2 plc的扫描全过程 显然扫描周期的长短主要取决与程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每一个扫描周期只进行一次i/o刷新，即每一个扫描周期plc只对输入、输出状态寄存器更新一次，故使系统存在输入、输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。由此可见，若输入变量在i/o刷新期间状态发生变化，则本次扫描期间输出会相应地发生变化。反之，若在本次刷新之后输入变量才发生变化，则本次扫描输出不变，而要到下一次扫描的i/o刷新期间输出才会发生变化。这对于一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成不利影响，反而可以增强系统的抗干扰能力。这是因为输入采样仅在输入刷新阶段进行，plc在一个工作周期的大部分时间里实际上是外设隔离的。而工业现场的干扰常常是脉冲式的、短时的，由于系统响应较慢，往往要几个扫描周期才响应一次，而多次扫描后，因瞬间干扰而引起的误操作将会大大减少，从而提高了系统的抗干扰能力。但是对于控制时间要求较严格、响应速度要求较快的系统，就需要精心编制程序，必要时采用一些特殊功能，以减少因扫描周期造成的响应滞后等不良影响。【7】1.7 plc的国内外状况世界上公认的第一台plc是1969年美国数字设备公司（dec）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的plc主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使plc增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的plc为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物【8】20世纪70年代中末期，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、pid功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。20世纪80年代初，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了plc的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的cf系列、杭州机床电器厂生产的dkk及d系列、大连组合机床研究所生产的s系列、苏州电子计算机厂生产的yz系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的plc生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，plc在我国将有更广阔的应用天地。【9】1.8 plc未来展望21世纪，plc会有更大的发展。从技术上看，计算机技术新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，会有运算速度更快、存储容量更大、智能更强的品种出现；从产品规模上看，会进一步向超小型及超大型方向发展；从产品的配套性上看，产品的品种会更丰富、规格更齐全，完美的人机界面、完备的通信设备会更好地适应各种工业控制场合需求；从市场上看，各国各自生产多品种产品的情况会随着国际竞争的加剧而打破，会出现少数几个品牌垄断国际市场的局面，会出现国际通用的编程语言；从网络的发展情况来看,可编程控制器和其它工业控制计算机组网构成大型的控制系统是可编程控制器技术的发展方向。目前的计算机集散控制系统dcs中已有大量的可编程控制器应用。伴随着计算机网络的发展，可编程控制器作为自动化控制网络和国际通用网络的重要组成部分，将在工业及工业以外的众多领域发挥越来越大的作用。【9】第2章 交通灯信号灯控制系统2.1 控制要求信号灯手启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，先南北红灯亮，东西红灯亮。当启动开关断开时，所有信号灯都熄灭。1. 南北红灯不能同时亮：如果同时亮应关闭信号灯系统，并立刻报警；2. 南北红灯亮维持25s。在南北红灯亮的同时东西绿灯也亮，并维持20s。到20s时，东西绿灯亮，闪亮3s后熄灭。在东西红灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2s，到2s时，东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时南北红灯熄灭，绿灯亮。3. 东西红灯亮维持30s。南北红灯亮维持25s然后闪亮3s后熄灭，同时南北红灯亮维持2s熄灭。这是南北红灯亮，东西绿灯亮。4. 上述动作循环进行。2.2 设计步骤更具控制要求，画出交通灯的状态图，如图2-1所示。图2-1 交通灯状态图更具控制任务要求，可以算出i/o点数。更具输入输出点数及功能要求，选fx248mr型pc机完全满足控制系统要求。i/o分配表输入 输出启动 xo 南北绿灯 y0 南北黄灯 y1 南北红灯 y2 警灯 y3 东西绿灯 y4 东西黄灯 y5 东西红灯 y61. 梯形图，如图2-2所示图2-2 交通灯梯形图2. 程序清单0ldiy340ldt01andt441outy62anit442ldy23outt043anit6k25044ldy26t04545anit77outt446andt10k30047orb10ldiy348outy411andx049ldt712anit050anit513outt651outy5k20052ldy616ldt653anit117outt754ldt1k3055anit120ldt756andt1021outt557orb24ldt058outy025outt159ldt2k25060aniy128ldt161outy129outt262ldy0k3063andy432ldt264outy333outt365ldx0k2066anit1136ldit067outt1037aniy3k538andx070ldt1039outy271outt11k574end17第3章 plc与pc通讯plc是专门为工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置，它使用了可以编程的记忆单元来存储指令，执行数学的和逻辑的运算，并通过数字输入输出实现对工业生产过程的控制，它以高可靠性，易操作性，灵活性广泛应用在工业自动化领域。但是作为一个控制设备，单独用它构成监控系统有其局限性，主要表现为，无法显示各种实时图形，无法显示汉字和打印汉字报表，无法大量存储数据，没有良好的用户界面。随着计算机技术的飞速发展，组态软件的出现弥补了plc控制系统的不足，在工业现场大量使用以组态软件为开发平台的计算机监控系统，其结构主要表现在计算机作为监控系统中的上位机，下位机通常都是使用工业级的设备，如各种plc作为下位机，下位机用来如完成如数据采集，警报逻辑判断，控制输出等任务。上位机通过组态软件用来实现采集信息的存储、处理、显示报表等功能，同时还要分析诊断出现的异常信息如故障和警报，利用屏幕画面及图表，对整个系统的所有设备进行实时监视，画面中的各类参数具有实时性，还可以对运行过程进行干预控制等。【8】上位机与下位机之间的数据通讯一般使用rs232c或rs485接口。下面我们以omronplc为例作一介绍。首先介绍一下plc与pc的通讯。3.1 plc与pc的通讯协议用omronplc构成的系统我们知道，通讯分为无协议和有协议两大类，其中又有查询和中断两种实现方式。无协议通讯不适合上、下位机的通讯，而且一般plc厂家都提有协议的通讯模块，以omron为例，它与上位机通讯是利用ps432口，使用hostlink通讯协议，用omronplc构成上，下位机结构的监控系统分为两类：一类使系统仅由一台plc和一台微机组成，及点对点通讯。另一类是系统中有很多台plc，每台plc中的rs232或通过适配器（cif01）与上位相连，具体实现方法各异。1. 通讯协议omronplc的通讯采用应答模式通讯时首先从上位机向下位机plc发出指令，plc接受命令执行后，向上位机发出回应信号和数据。其通讯格式有两种，为别针对点对点通讯和多plc系统，其中地址信息占两个字节，范围从00到31，表示多plc的用开关设定。命令两个字节，有两个级别共44条命令，包括对plc的读写和设定各方面，报文的内容根据命令而定。校码两个字节，用户计算得到呢，每帧最后用“*”和回车结尾。点对点的通讯格式与多plc的通讯格式相似，只有缺少地址和校码。对于这种点对点系统，我们也推荐使用多plc系统的通讯格式，只要设定该台plc地址为00即可。原因是点对点的通讯格式中，不含有校码，而校码是检查通讯是否正确的重要手段。充分利用校码plc通讯接口中，一般都有硬件线路实现的奇偶校验，可用开关选择设定，用户应加以应用。除此之外，omron通讯协议中还提供了另一种校码方式，从通讯协议中可以看到有二位校码，该码是将各信元的二进制数逐位异或，分别取结果高低八位值的十六进制数而成。2. 检查plc状态检查plc状态程序中，检查plc是否掉电和通讯故障，但需要对接口连线稍作改动，即将rs232接口plc一端的第20针dtr（终端准备好）与微机一端的第6针dsr（数据设置好）连接，其它各针按标准rs232c要求连接。一旦plc加电，其接口dtr为高电平，当plc掉电或通讯故障时，微机一端的dsr信号即低，读出通讯状态，状态低字节的第五位正用来检查接口的dsr状态的。利用设备配置向导就可以完成串行通讯方式的i/o设备安装，安装过程简单、方便。在配置过程中，用户需选择i/o设备的生产厂家、设备型号、连接方式，为设备指定一个逻辑设备名，设定设备地址（fx系列plc在使用编程口进行通讯时，不需要设备地址）【9】19 第4章 可编程序控制器的选择随着plc的推广普及，plc产品的种类越来越多，而且功能也目趋完善。pic的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择plc，对于提高plc控制系统的技术经济指标起着重要的作用。【10】4.1 机型的选择机型选择的基本原则应是在功能满足要求的情况下，保证可靠、维护使用方便以及最佳的性能价格比。具体应考虑以下几方面：1. 结构合理 对于工艺过程比较固定、环境条件较好(维修量较小)的场合，选用整体式结构plc其他情况则选用模块式结构plc。2. 功能合理 对于开关量控制的工程项目，对其控制速度无须考虑，一般的低档机就能满足要求。对于以开关量为主、带少量模拟量控制的工程项目，可选用带a/d、d/a 转换、加减运算、数据传送功能的低档机。对于控制比较复杂、控制功能要求高的工程项目，例如要求实现pid运算、闭环控制、通信联网等，可视控制规模及复杂的程度，选用中档或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全plc的分布式控制系统以及整个工厂的自动化等。3. 机型统一 因为同一机型的plc，其模块可互为备用便于备品备件的采购和管理；其功能及编程方法统一，有利于技术力量的培训、技术水平的提高和功能的开发；其外围设备通用，资源可共享，配以上位计算机后可把控制各独立系统的多台plc连成一个多级分布式控制系统，相互通信、集中管理。4. 是否在线编程 pic的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方便。【11】plc的编程分为离线编程和在线编程两种。离线编程的plc，其特点是主机和编程器共用一个cpu，在编程器上有一个“编程运行”选择开关或按键，选择编程状态时，cpu将失去对现场的控制，只为编程器服务，这就是所谓的“离线”编程；程序编好后，如选择运行状态，cpu则去执行程序而对现场进行控制，这时，cpu编程指令按步作出响应。此类plc，由于编程器和主机共用一个cpu,因此节省了大量的硬件和软件，编程器的价格也比较便宜。中、小型plc：多采用离线编程。【12】在线编程的plc，其特点是主机和编程器各有一个cpu，编程器的cpu可以随时处理由键盘输入的各种编程指令。主机的cpu则是完成对现场的控制，并在一个扫描周期的末尾和编程器通信，编程器把编好或改好的程序发送给主机，在下一个扫描周期主机将按照新送人的程序控制现场，这就是所谓的“在线”编程：此类plc，由于增加了硬件和软件，所以价格贵，但应用领域较宽。大型plc多采用在线编程。是否在线编程，应根据被控设备工艺要求的不同来选择。对于产品定型的设备和工艺不常变动的设备，应用离线编程的plc；反之，可考虑选用在线编程的plc。4.2输入输出的选择1. 可编程序控制器控制系统i/o点数估算(1)控制电磁阀等所需的i/o点数。由电磁阀的动作原理可知，一个单线圈电磁阀用可编程序控制器控制时需两个输入及一个输出；一个双线圈电磁阀需三个输入及两个输出；一个按钮需一个输入；一个光电开关需一个或两个输入；一个信号灯需一个输出；波段开关，有几个波段就需几个输入；一般情况，各种位置开关都需占用两个输人点。(2)控制交流电动机所需的i/o点数。用可编程序控制器控制交流电动机时，是以主令信号和反馈信号作为可编程序控制器的输入信号；以可编程序控制器作为控制器，用它的输出信号驱动执行元件来完成对交流电动机的控制。例如，用可编程序控制器控制一台y起动的交流电动机，一般需占用可编程序控制器的4个输入点及3个输出点。用可编程序控制器控制一台尊向运行的笼型电动机，需占用4个输入点及一个输出点。控制一台可逆运行的笼型电动机，需5个输入点及2个输出点。控制一台单向运行的变极调速电动机，需5个输入点及2个输出点。控制一台单向运行的绕线转子交流电动机，需3个输入点及4个输出点。控制一台可逆运行的绕线转子交流电动机，需4个输入点及5个输出点。(3)控制直流电动机所需的i/o点数：晶闸管直流电动机调速系统足直流调速的主要形式，它采用晶闸管整流装置对直流电动机供电。用可编程序控制器控制的直流传动系统中，可编程序控制器的输入除考虑主令信号外，还需考虑合闸信号、传动装置综合故障信号、抱闸信号、风机故障信号等。可编程序控制器的输出主要考虑速度指令信号正向l3级、反向13级、允许合闸信号、抱闸打开信号等。一般地一个用可编程序控制器控制的可逆直流传动系统大约需12个输入点和8个输出点 一个不可逆的直流传动系统需9个输入点和6个输出点。如表4-1所示是典型传动设备及电气元件所需可编程序控制器i/o点数表。此表在实际确定控制对象的i/o点数时有一定的参考价值。表41 典型传动设备及电气元件所需可编程序控制器i/0点数序号电气设备、元件输入点数输出点数i/o1234567891011121314151617181920y起动的笼型电动机单向运行的笼型电动机可逆运行的笼型电动机单向变极电动机可逆变极电动机单向运行的甑流电动机可逆运行的直流电动机 单线圈电磁阀双线圈电磁蚓比例阀按钮开关光电开关信号灯拨码开关三档波段开荚行程开盖接近开关拖闸风机位置开关445569122331243112312346812511175781015203581214311112确定i/o点数一般是必须说明的首要问题。估算出被控对象的i/o点数后，就可选择点数相当的可编程序控制器。i/o点数是衡量可编程序控制器规模大小的重要指标。选择应规模的可编程序控制器并留有1015的i/o余量。 2. 输入输出模块的选择可编程序控制器输入模块是检测并转换来自现场设备(按钮、限位开关、接近开关等)的高电平信号为机器内部电平信号，模块类型分直流5、12、24、68、60v几种；交流115v和220v两种。由现场设备与模块之间的远近程度选择电压的大小。一般5、12、24v属低电平，传输距离不宜太远，例如5v的输入模块最远不能超过10m，也就是说，距离较远的设备选用较高电压的模块比较可靠。另外，高密度的输入模块如32点、64点，同时接通点数取决于输入电压和环境温度。一般来讲，同时接通点数不得超过60：为了提高系统的稳定l哇，必须考虑门槛(接通电平与关断电平之差)电平的大小。门槛电平值越大，抗干扰能力越强，传输距离也就越远。输出模块的任务是将机器内部信号电平转换为外部过程的控制信号。对于开关频率高、电感性、低功率因数的负载，推荐使用晶闸管输出模块，缺点是模块价格高，过载能力稍差。继电器输出模块优点是适用电压范围宽，导通压降损失小，价格便宜，缺点是寿命较短，响应速度较慢。输出模块同时接通点数的电流累计值必须小于公共端所允许通过的电流值。输出模块的电流值必须大于负载电流的额定值。【13】4.3内存估计 用户程序所需内存容量受到下面几个因素的影响：内存利用率，开关量输入输出点数，模拟量