毕业设计（论文）基于可编程器件（PLC)的交通控制器的设计

1、毕 业 论 文题 目: 基于可编程器件（plc)的交通控制器的设计 院系名称：机电一体化 专业班级：08 大 专 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 2 月 20 日摘 要近年来随着科技的飞速发展，plc的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，plc、机器人、cad/cam将成为工业生产的三大支柱。由于plc具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资

2、源十分丰富，可对目前普遍使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对多岔路口的控制可方便地实现。因此现在越来越多地将plc应用于交通灯系统中。同时，plc本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在实时检测和自动控制的plc应用系统中，plc往往是作为一个核心部件来使用，仅plc方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。十分形象地显示出了plc在交通灯系统中的实际应用。关键字：plc 交通灯 程序 设计 traffic lights based on plc designabst

3、ractin recent years, with the rapid development of science and technology, plc application is continuously, while driving to the deepening traditional control test new month jether updates. it is simple in structure, programming, convenient and high reliability etc, has been widely used in industria

4、l process and position in the automatic control. according to statistics, programmable controller is applied in industrial automation devices most kind equipment. experts think, programmable controller will become the main means and industrial control equipment, one of the important basis of plc, ro

5、bots, cad/cam will become the industrial production of the three pillar. due to the use environment of plc has characteristics of strong adaptability, and its internal timer resources are very rich, but the current widely used progressive lights precise control, especially for the crossway control c

6、an be easily realized. so now increasingly applying plc traffic system.meanwhile, plc itself also has communication networking functions, same path on the coast as part of a lan unified dispatching management, can shorten the traffic waiting times, to realize scientific management. in real-time dete

7、ction and automatic control of plc application system, plc is often as a core component to use, only plc aspects knowledge is not enough, should according to specific hardware structure, and the view of the specific application object characteristics of software combines, perfected. very vividly sho

8、ws plc in traffic lights system of practical application.keyword plc traffic lights program report design目 录 引 言 .41.plc的概述.5 1.1 plc的产生.51.2 plc的定义.51.3 plc的特点.61.4 plc的系统构成.71.5 plc控制系统与电器控制系统的区别.81.6 plc的等效电路和工作原理.91.6.1 plc的等效电路.91.6.2 plc的周期工作方式.101.7 plc的应用领域.101.8 plc的分类.111.9 plc的指令.131.10 p

9、lc的发展方向.152 交通灯控制系统硬件设计.162.1 十字路口交通信号灯的控制要求.162.2 plc机型和容量的选择步骤与原则.182.3 plc容量的选择步骤与原则.202.4 本系统选择的plc.212.5 可编程控制器i/o端口分配.212.6 plc的外部接线图 .22 3. 交通灯控制系统软件设计.223.1 交通灯控制的工作原理. 22 3.2 梯形图对应的语表.23总 结.30致 谢.31参考文献.32引 言十字路口交通灯的控制，有效地解决了复杂的交通路况问题，保障了行人与车辆的安全，节省了大量的警力资源，维护了正常的交通集序。实现十字路口交通灯系统的控制的方法很多，可以

10、用标准逻辑器件、单片机、可编程序控制器plc等方案来实现。其中用标准逻辑器件来实现电路在很大程度上要受到逻辑器件如门电路等的影响，调试工作极为不易；单片机的开发周期长，对使用者的要求高 ，使用难。，可编程控制器plc的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。同时，plc本身还具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。在该设计中，还引入f940触摸屏模拟十字路口红绿灯闪亮及车辆通行，十分形象地显示出了plc在交通灯系统中的实际应用。第一章 plc的概述1.1 plc的产生传统的继电器控制具有结构简

11、单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是，这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是接线复杂、排除故障非常困难而且要花费大量的时间。如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要作相应的变动，改造的工期长、费用高，通用性和灵活性较差。1968年，美国最大的汽车制造商通用汽车公司（gm），为了适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种方法，以尽可能减少重新设计继电器控制系统和接线、降低成本、缩短时间，而考虑把计算机的功能完善、通用灵活等优点与继电器控制的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制成一种通用控制装置，提出了研制plc的基本设想：1.编程简单方便，可在现

12、场修改程序；2.硬件维护方便，最好是插件式结构；3.可靠性要高于继电器控制装置；4.体积小于继电器控制装置；5.可将数据直接送入管理计算机；6.成本上可与继电器竞争；7.输入可以是交流115v；8.输入为交流115v，2a以上，能直接驱动电磁阀；9.扩展时，原有系统只需做很小的改动；10.用户程序存储器容量器容量至少可以扩展到4k。根据以上设想和要求，1969年美国数字设备公司（dec）研制出世界上第一台可编程控制器，并在通用汽车公司的汽车生产线上试用成功，从而开创了工业控制的新局面。从此，这一更新技术就以很快的速度发展起来，现代的plc已成为现代工业控制的三大支柱（plc，机器人和cadca

13、m）之一。1.2 plc的定义plc即可编程控制器（programmable logic controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（international electrical committee）颁布的plc标准草案中对plc做了如下定义： plc英文全称programmable logic controller ,中文全称为可编程逻辑控制器，定义是:一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输

14、出控制各种类型的机械或生产过程.plc是可编程逻辑电路，也是一种和硬件结合很紧密的语言，在半导体方面有很重要的应用，可以说有半导体的地方就有plc。 plc是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。plc及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.3 plc的特点1编程方法简单易学考虑到企业中一般电气技术人员和技术工人的传统读图习惯和应用微机的实际水平，plc配备有

15、他们最容易接受和掌握的梯形图语言。梯形图语言的电路符号和表达方式与继电器电路原理图非常接近。而且某些仅有开关量逻辑控制功能的plc只有十几条指令。通过阅读plc的使用手册或短期培训，电气技术人员或技术工人只要几天的时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。2硬件配套齐全，用户使用方便plc配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户不必自己设计和制作硬件装置。用户在硬件方面的设计工作只是确定plc的硬件配置和外部接线。plc的安装接线也很方便。3通用性强，适应性强 plc的生产具有系列化和模块化特点，硬件配置相当灵活，可以很方便地组成能满足各种控制要求的控制系统。组成系统后，如果工艺变化，

16、可以通过修改用户程序，方便快速地适应变化。4可靠性高，抗干扰能力强 绝大多数用户都将可靠性作为选择控制装置的首要条件。plc采取了一系列硬件和软件抗干扰措施，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场。plc的平均无故障间隔时间高，如日本三菱公司的f1、f2系列plc的平均无故障间隔时间长达30万小时，这是一般微机所不能比拟的。5系统的设计、安装、调试工作量少plc用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。plc的梯形图程序很容易掌握，设计和调试梯形图所花的时间比设计继电器系统电路图花的时间要少得多。6维修工作量小，维修方便p

17、lc的故障率很低，并且有完善的诊断和显示功能。plc或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据plc上的指示灯或编程器提供的信息迅速地查明故障的原因。用更换模块的方法可以迅速地排除plc的故障。7体积小，能耗低 以f1意40m型plc为例，其外形尺寸为305ll0110mm，功耗小于25va。由于体积小，plc很容易装入机械设备内部，是实现机电一体化的理想的控制设备。1.4 plc的系统构成plc实际上是一种工业控制计算机。它的硬件结构与一般微机相似，主要由主机、i/o扩展机、外围设备三部分组成。1主机主机由cpu（微处理器）、存储器、输入输出单元、电源等部分组成。cpu是plc的核心，其

18、作用类似于人的大脑。它能够识别用户按特定格式输入的指令，并按照指令完成预定的控制任务。另外，它还能识别用户所输入的指令序列的格式和语法错误，还具有系统测试与诊断功能。plc的存储器有两种：系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序存储器主要用于存放系统正常工作所必须的程序，如系统诊断程序、键盘输入处理程序、指令解释程序、监控程序等。这些程序与用户无直接关系，已由厂家直接固化进eprom中，不能由用户直接存取、修改。用户程序存储器主要存放用户程序（用户利用plc的编程语言按不同控制要求所编制的控制程序或数据，这相当于设计继电器控制系统硬接线的控制电路图），可通过编程器进行修改。输入输出（io）单元

19、是plc与输入控制信号和被控制设备连接起来的部件，输入单元接收从开关、按钮、继电器触点和传感器等输入的现场控制信号，并将这些信号转换成cpu能接收和处理的数字信号。输出单元接收经过cpu处理过的输出数字信号，并把它转换成被控制设备或显示装置所能接收的电压或电流信号，以驱动接触器、电磁阀和指示器件等。电源部件是把交流电转换成直流电的装置，它向plc提供所需要的直流电源。电源组件具有很高的抗干扰能力，适合工业现场使用，供电稳定、安全可靠。电源组件内还装有备用锂电池，以保证在断电时保存必要的信息。plc还有各种接口，plc通过这些接口可与监视器、打印机、其它的plc或计算机等相连。2i/o扩展机每种

20、plc都有与主机相配的扩展模块，用来扩展输入、输出点数，以便根据控制要求灵活组合系统。plc扩展模块内不设cpu，仅对i/o通道进行扩展，不能脱离主机独立实现系统的控制要求。3外部设备外部设备包括编程器、盒式磁带机、打印机、eprom写入器、图形监控系统等。其中编程器是plc必不可少的重要外围设备，由键盘、显示器、工作方式选择开关和外存储器接插口等部件组成，主要用于对用户程序进行输入、检查、调试和修改，并用来监视plc的工作状态。编程器有简易型和智能型两类。简易型编程器只能联机编程，且需将梯形图转化为助记符后才能送入。智能型编程器又称图形编程器，它既可联机编程，又可脱机编程，具有图形显示功能，

21、可直接输入梯形图和通过屏幕对话，但价格较贵。现在也可在个人计算机上填加适当的硬件接口，利用生产厂家提供的编程软件包就可将计算机作为编程器使用，而且还可以在计算机上实现模拟调试。plc与打印机相连可将过程信息，系统参数等输出打印。当与监视器相连时可将控制过程图象显示出来。当plc与plc相连时，可组成多机系统或连成网络，实现更大规模控制。当plc与计算机相连时，可组成多级控制系统，实现控制与管理相结合的综合系统。1.5 plc控制系统与电器控制系统的区别1.在控制方法上电器控制系统控制逻辑采用硬件接线，利用继电器机械触点的串联或并联等组合成控制逻辑，其连线多且复杂、体积大、功耗大，系统构成后，想

22、再改变或增加功能较为困难。另外，继电器的触点数量有限，所以电器控制系统的灵活性和可扩展性受到很大限制。而plc采用了计算机技术，其控制逻辑是以程序的方式存放在存储器中，要改变控制逻辑只需改变程序，因而很容易改变或增加系统功能。系统连线少、体积小、功耗小，而且plc所谓“软继电器”实质上是存储器单元的状态，所以“软继电器”的触点数量是无限的，plc系统的灵活性和可扩展性好。2.在工作方式上在继电器控制电路中，当电源接通时，电路中所有继电器都处于受制约状态，即该吸合的继电器都同时吸合，不该吸合的继电器受某种条件限制而不能吸合，这种工作方式称为并行工作方式。而plc的用户程序是按一定顺序循环执行，所

23、以各软继电器都处于周期性循环扫描接通中，受同一条件制约的各个继电器的动作次序决定于程序扫描顺序，这种工作方式称为串行工作方式。3.在控制速度上继电器控制系统依靠机械触点的动作以实现控制，工作频率低，机械触点还会出现抖动问题。而plc通过程序指令控制半导体电路来实现控制的，速度快， 程序指令执行时间在微秒级，且不会出现触点抖动问题。4.在定时和计数控制上电器控制系统采用时间继电器的延时动作进行时间控制，时间继电器的延时时间易受环境温度和温度变化的影响，定时精度不高。而plc采用半导体集成电路作定时器，时钟脉冲由晶体振荡器产生，精度高，定时范围宽，用户可根据需要在程序中设定定时值，修改方便，不受环

24、境的影响，且plc具有计数功能，而电器控制系统一般不具备计数功能。5.在可靠性和可维护性上由于电器控制系统使用了大量的机械触点，其存在机械磨损、电弧烧伤等，寿命短，系统的连线多，所以可靠性和可维护性较差。而plc大量的开关动作由无触点的半导体电路来完成，其寿命长、可靠性高，plc还具有自诊断功能，能查出自身的故障，随时显示给操作人员，并能动态地监视控制程序的执行情况，为现场调试和维护提供了方便。1.6 plc的等效电路和工作原理1.6.1 plc的等效电路plc的工作酷似一个继电器系统，其等效电路可分为三部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。输入部分这部分的作用是收集被控设备的信息或操作命令

25、。输入端子外接行程开关、按钮等的触头，内连输入继电器线圈。输入继电器由外部信号通过输入端子驱动，可提供无限多对常开、常闭的软触点供内部使用。内部控制电路由用户根据控制要求编制的程序所组成，其作用是按用户程序的控制要求对输入信号进行运算处理，判断哪些信号需要输出，并将得到的结果输出给负载。 plc内部有许多类型的器件，如定时器、计数器、辅助继电器等，它们都有许多对用软件实现的常开、常闭触点。编写的梯形图是将这些软器件进行内部接线，完成被控设备的控制要求。输出部分这部分的作用是驱动外部负载，所以输出端子是plc向外部负载输出信号的端子，其内连输出继电器的一对常开触点。输出继电器除提供一对常开触点驱

26、动负载以外，还可以提供无数对常开、常闭触点供内部使用。1.6.2 plc的周期工作方式plc是通过一种周期工作方式来完成控制的，每个周期包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。输入采样阶段plc以扫描方式按顺序将所有输入端的状态读入到输入映像寄存器中存储，这一过程称为采样。在本工作周期内采样结果不会改变，而且将在plc执行程序时被使用程序执行阶段plc按顺序对程序进行扫描，即从上到下、从左到右地扫描每条指令，并分别从输入映像寄存器和元件映像寄存器中获得所需的数据进行运算、处理，再将程序执行的结果写入元件映像寄存器中保存。但这个结果在全部程序未执行完毕之前不会送到输出端口上。输出刷新阶段在所有

27、用户程序执行完毕后，plc将元件映像寄存器中的内容送入输出锁存器中，通过一定的方式输出，驱动外部负载。plc重复执行输入采样、程序执行、输出刷新三个阶段，每重复一次的时间称为一个扫描周期。plc的一个扫描周期一般为40100ms之间。1.7 plc的应用领域目前，在国内外plc已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业，随着plc性能价格比的不断提高，其应用领域不断扩大。从应用类型看，plc的应用大致可归纳为以下几个方面：1.开关量逻辑控制利用plc最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制，可以取代传统的继电器控制，用于单机控制、多机群控制、生

28、产自动线控制等，例如：机床、注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。这是plc最基本的应用，也是plc最广泛的应用领域。 2.运动控制大多数plc都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。这一功能广泛用于各种机械设备，如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。3.过程控制大、中型plc都具有多路模拟量i/o模块和pid控制功能，有的小型plc也具有模拟量输入输出。所以plc可实现模拟量控制，而且具有pid控制功能的plc可构成闭环控制，用于过程控制。这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。 4.数据处理 现代的plc都具有数学

29、运算、数据传送、转换、排序和查表等功能，可进行数据的采集、分析和处理，同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置，如计算机数值控制（cnc）设备，进行处理。 5.通信联网plc的通信包括plc与plc、plc与上位计算机、plc与其它智能设备之间的通信，plc系统与通用计算机可直接或通过通信处理单元、通信转换单元相连构成网络，以实现信息的交换，并可构成“集中管理、分散控制”的多级分布式控制系统，满足工厂自动化（fa）系统发展的需要。1.8 plc的分类1.8.1 按io点数分类按io总点数可分为小型、中型和大型三类。小型plc的io点数为256点以下，其中小于64点为超小型或微型plc。中

30、型plc的io点数为256点到2048点以下。大型plc的io点数为2048点以上，其中io点数超过8192点为超大型plc。1.8.2 按结构形式分类 根据plc的结构形式，可将plc分为整体式和模块式两类。（1）整体式plc 整体式plc是将电源、cpu、i/o接口等部件都集中装在一个机箱内， 具有结构紧凑、体积小、价格低的特点。小型plc一般采用这种整体式结构。整体式plc由不同i/o点数的基本单元（又称主机）和扩展单元组成。基本单元内有cpu、i/o接口、与i/o扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或eprom写入器相连的接口等。扩展单元内只有i/o和电源等，没有cpu。基本单元和扩展单

31、元之间一般用扁平电缆连接。整体式plc一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 （2）模块式plc 模块式plc是将plc各组成部分，分别作成若干个单独的模块，如cpu模块、i/o模块、电源模块（有的含在cpu模块中）以及各种功能模块。模块式plc由框架或基板和各种模块组成。模块装在框架或基板的插座上。这种模块式plc的特点是配置灵活，可根据需要选配不同规模的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型plc一般采用模块式结构。 还有一些plc将整体式和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式plc。叠装式plc其cpu、电源、i/o接口等也是各自独立的模块，但它

32、们之间是靠电缆进行联接，并且各模块可以一层层地叠装。这样，不但系统可以灵活配置，还可做得体积小巧。1.8.3 按功能分类根据plc所具有的功能不同，可将plc分为低档、中档、高档三类。（1）低档plc 具有逻辑运算、定时、计数、移位以及自诊断、监控等基本功能，还可有少量模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、通信等功能。主要用于逻辑控制、顺序控制或少量模拟量控制的单机控制系统。（2）中档plc 除具有低档plc的功能外，还具有较强的模拟量输入输出、算术运算、数据传送和比较、数制转换、远程i/o、子程序、通信联网等功能。有些还可增设中断控制、pid控制等功能，适用于复杂控制系统。（3）高档pl

33、c 除具有中档机的功能外，还增加了带符号算术运算、矩阵运算、位逻辑运算、平方根运算及其它特殊功能函数的运算、制表及表格传送功能等。高档plc机具有更强的通信联网功能，可用于大规模过程控制或构成分布式网络控制系统，实现工厂自动化。1.9 plc的指令plc有多少条指令，各条指令又具有什么功能，是了解与使用plc的重要方面。不懂plc指令，就不懂得怎么编程，也就没有程序，plc就不会工作。 plc的指令越来越多，越来越丰富。功能很强的指令，综合多种作用的指令日见增多。但plc的指令繁多，但主要的有这么几种类型： 基本逻辑指令，用于处理逻辑关系，以实现逻辑控制。这类指令不管什么样的plc都总是有的。

34、 数据处理指令，用于处理数据，如译码，编码，传送、移位等等。 数据运算指令，用于进数据的运算，如十、一、x、/等，可进行整形数计算，有的还可浮点数运算；也可进行逻辑量运算，等等。 流程控制指令，用以控制程序运行流程。plc的用户程序一般是从零地址的指令开始执行，按顺序推进。但遇到流程控制指令也可作相应改变。流程控制指令也较多，运用得好，可使程序简练，并便于调试与阅读。 状态监控指令，用以监视及记录plc及其控制系统的工作状态，对提高plc控制系统的工作可靠性大有帮助。 当然，并不是所有的plc都有上述那么多类的指令，也不是有的plc仅有上述几类指令。以上只是指出几个例子，说明要从哪几个方面了解

35、plc指令，从中也可大致看出指令的多少及功能将怎样影响plc的性能。 除了指令，为进行通讯，plc还有相应的协议与通讯指令或命令，这些也反映了plc的性能。 为了便于编制plc程序，多数plc厂家都开发有关计算机支持软件。 从本质上讲，plc所能识别的只是机器语言。它之所以能使用一些助记符语言、梯形图语言、流程图语言，以至高级语言，全靠为使用这些语言而开发的种种软件。 助记符语言是最基本也是最简单的plc语言。它类似计算机的汇编语言，plc的指令系统就是用这种语言表达的。这种语言仅使用文字符号，所使用的编程工具简单，用简易编程器即可。所以，多数plc都配备有这种语言。 梯形图语言是图形语言，它

36、用类似于继电器电路图的符号表达plc实现控制的逻辑关系。这种语言与符号语言有对应关系，很容易互相转换，并便于电气工程师了解与熟悉，故用得很普遍，几乎所有的plc都开发有这种语言。由于它是用图形表达，小的编程器不好使用它，得有较大的液晶画面的编程器，才能使用它。多数是在计算机对plc编程时，才使用这种语言。 流程图语言，它也是图形语言，不过所用的符号不与电气元件符号相似，而与计算机用的流程图符号相似，便干计算机工作人员了解与熟悉。流程图语言与符号语言也有一一对应关系，只是它对应的符号语言与梯形图的对应不一样。熟悉计算机而又未从事过一般电气工作的人员，乐于用这种语言对plc编程。日本omron公司

37、开发的f系列机就是使用这种语言。 梯形图与流程图混合语言。这种语言，梯形图与流程图两者兼用，可使plc程序结构化。它用流程图把plc程序划分成若干结构块，并规范块间的逻辑联系。用梯形图再确定块中的种种量间的逻辑关系。这种混合语言有不同的实现方法，而且多用于大型的plc的编程 高级语言，plc编程也可以使用高级语言，如basic、c语言等。可以在dos，也可在windows平台上运行。关键在于要把用高级语言编写的程序转换成助记符语言，或直接转换成plc所能识别的机器语言。从根本上讲，只要能实现这个转换的，什么高级语言都可以。而编写这个转换的软件工作量很大，当然应由有关厂家开发与提供。当前不少pl

38、c厂家已有提供。如gefanac的plc就提供有可用c语言编程的软件。 支持软件不仅编制plc程序需要，监控plc运行，特别是监视plc所控制的系统的工作状况也需要。所以，多数支持编程的软件，也具有监视plc工作的功能。 此外，也有专用于监控plc工作的软件，它多与plc的监视终端连用。 有的plc厂家或第三方厂家还开发了使用plc的组态软件，用以实现计算机对plc控制系统监控，以及与plc交换数据。plc的用户也可基于dos或windows平台开发用于plc控制系统的应用软件，以提高plc系统自动化及智能化水平。这方面的软件已日益受到重视。 总之，为了用好plc，plc的支持软件越来越丰富，

39、性能也越来越好，其界面也越来越友好，也因此，它的情况如何，已成为评判plc性能的指标之一。1.10 plc的发展方向可编程控制器现在已经成为了一个不可代替的控制系统，它们可以与其它系统通讯，提供产品报表，生产调度，诊断自身和设备的故障，这些技术上的改进，让plc成为今天的各行各业的高质量和产量的重要的贡献者。以下是plc的发展方向： 1向更高处理速度、更大存储容量方向发展为了提高plc的处理能力，要求plc具有更好的响应速度和更大的存储容量。在plc中，用户程序的存储容量有的是用编程的步数来表示，每编一条语句为一步；有的是以字为单位来计算，16位二进制数为一个字节，每1024个字节为1kb；有

40、的是以编程的地址来表示，每编一条语句为一地址。目前大型plc的存储容量是几百kb，最高可达几mb。为了扩大存储容量，有的公司已使用了磁泡存储器或硬盘。目前大中型plc的扫描速度可达02mskb左右。如欧姆龙公司的c1000h为04mskb，三菱公司的a3n为02mskb。2产品规模向大、小两个方向发展plc主要有超大型和超小型两个发展趋势。超小型plc向体积更小、速度更快、功能更强、价格更低方向发展，以真正完全取代最小的继电器系统。超大型plc向大容量、高速度、多功能方向发展，能与计算机组成分布式控制系统，实现对工厂生产全过程的集中管理。3plc编程语言更加丰富，功能不断提高，编程语言趋向标准

41、化在plc系统结构不断发展的同时，plc的编程语言也越来越丰富，功能也不断提高，除了大多数plc使用的梯形图语言外，还有些plc采用basic、c语言等高级语言编程。美国生产的plc在基本控制方面编程语言已标准化，均采用梯形图编程，日本、英国也进入了标准化阶段，法国还采用专用编程语言grafcet，德国采用din40719标准编程语言。4不断开发智能模块，加强联网和通信能力为了满足各种自动化控制系统的要求，近年来不断开发出许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程io模块、通信和人机接口模块等，扩大了plc应用范围。目前加强plc联网与通信的能力，是plc技术进步的潮流。plc的联网和通

42、信可分为两类：一类是plc之间联网通信，各plc制造厂家都有自己的专有联网手段；另一类是plc与计算机之间的联网通信，一般plc都有通信模块用于与计算机通信。plc的未来发展除了产品本身的发展，更大程度上取决于用户和市场的发展，任何产品存在的根本在于用户和市场的需求。plc以它的高可靠性和易操作性，主导了工控行业数十年，我相信它将继续存在且壮大下去。第二章 交通灯控制系统硬件设计2.1 十字路口交通信号灯的控制要求 随着城市和经济的发展，交通信号灯发挥的作用越来越大，正因为有了交通信号灯，才使车流、人流有了规范，同时，减少了交通事故发生的概率。然而，交通信号灯不合理使用或设置，也会影响交通的顺

43、畅。交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。交通信号灯分为机动车信号灯、非机动车信号灯、人行横道信号灯、车道信号灯、方向指示信号灯、闪光警告信号灯、道路与铁路平面交叉道口信号灯。交通信号灯用于道路平面交叉路口，通过对车辆、行人发出行进或停止的指令，使各同时到达的人、车交通流尽可能减少相互干扰，从而提高路口的通行能力，保障路口畅通和安全。图2.1所示是十字路口交通灯示意图。在十字路口的东、西、南、北各个方向装红、绿、黄灯各一套。图2.1 十字路口交通信号灯示意图为了便于理解，首先编制正常时序控制程序，在此基础上再增加急车强通控制程序。交通信号灯正常时的

44、时序图如图2.1所示。当启动开关接通时，首先是南、北红灯亮并维持25s，在南、北红灯亮的同时，东、西绿灯也亮，但只维持20s。到20s时，东、西绿灯闪亮3s后熄灭，东、西黄灯再亮2s，然后东、西黄灯熄灭，东、西红灯亮，同时南、北红灯熄灭，南、北绿灯亮。东、西红灯亮并维持30s。南、北绿灯亮并维持25s，到25s时，南、北绿灯闪亮3s后熄灭，南、北黄灯再亮2s。到2s时，南、北黄灯熄灭，南、北红灯亮，同时东、西红灯熄灭，东、西绿灯亮，开始第二周期的动作，以后周而复始地循环。绿灯或红灯闪亮的周期为1s（即亮0.5s，熄0.5s）。当启动开关断开时，所有信号灯熄灭。图 2.2 十字路口交通灯正常时序

45、控制时序图当发生急车要求强行通过时，急车强通控制时序图如图2.3所示。 图2.3 急车强通控制时序图急车强通信号受急车强通开关的控制。有急车来时，将该方向急车强通开关接通，无论原来信号灯的状态如何，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。急车一过，将急车强通开关断开，信号灯的状态立即转为急车放行方向上的绿灯闪3次，随后按正常时序控制。急车强通信号只能响应一路方向的急车，若两个方向先后来急车，则响应先来的一方，随后再响应另一方。2.2 plc机型的选择步骤与原则随着plc技术的发展，plc产品的种类也越来越多。不同型号的plc，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方式、价格等

46、也各有不同，适用的场合也各有侧重。因此，合理选用plc，对于提高plc控制系统的技术经济指标有着重要意义。plc的选择主要应从plc的机型、容量、i/o模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。 plc机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下，力争最佳的性能价格比。选择时主要考虑以下几点： 1、合理的结构型式 plc主要有整体式和模块式两种结构型式。 整体式plc的每一个io点的平均价格比模块式的便宜，且体积相对较小一般用于系统工艺过程较为固定的小型控制系统中；而模块式plc的功能扩展灵活方便在io点数、输入点数与输出点数的比例、io模块的种类等方面选

47、择余地大，且维修方便，一般于较复杂的控制系统。 2、安装方式的选择 plc系统的安装方式分为集中式、远程io式以及多台plc联网的分布式。 集中式不需要设置驱动远程io硬件，系统反应快、成本低；远程io式适用于大型系统，系统的装置分布范围很广，远程io可以分散安装在现场装置附近，连线短，但需要增设驱动器和远程io电源；多台plc联网的分布式适用于多台设备分别独立控制，又要相互联系的场合，可以选用小型plc，但必须要附加通讯模块。 3、相应的功能要求 一般小型(低档)plc具有逻辑运算、定时、计数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。 对于以开关量控制为主，带少量模拟量控制的系统，可选用能

48、带ad和da转换单元，具有加减算术运算、数据传送功能的增强型低档plc。 对于控制较复杂，要求实现pid运算、闭环控制、通信联网等功能，可视控制规模大小及复杂程度，选用中档或高档plc。但是中、高档plc价格较贵，一般用于大规模过程控制和集散控制系统等场合。 4、响应速度要求 plc是为工业自动化设计的通用控制器，不同档次plc的响应速度一般都能满足其应用范围内的需要。如果要跨范围使用plc，或者某些功能或信号有特殊的速度要求时，则应该慎重考虑plc的响应速度，可选用具有高速io处理功能的plc，或选用具有快速响应模块和中断输入模块的plc等。 5、系统可靠性的要求 对于一般系统plc的可靠性

49、均能满足。对可靠性要求很高的系统，应考虑是否采用冗余系统或热备用系统。 6、机型尽量统一 主要考虑到以下三方面问题： 1)机型统一，其模块可互为备用，便于备品备件的采购和管理。 2)机型统一，其功能和使用方法类似，有利于技术力量的培训和技术水平的提高。 3)机型统一，其外部设备通用，资源可共享，易于联网通信，配上位计算机后易于形成一个多级分布式控制系统。2.3 plc容量的选择步骤与原则 plc的容量包括io点数和用户存储容量两个方面。 1、io点数的选择 plc平均的io点的价格还比较高，因此应该合理选用plc的io点的数量，在满足控制要求的前提下力争使用的io点最少，但必须留有一定的裕量。

50、通常io点数是根据被控对象的输入、输出信号的实际需要，再加上10%15%的裕量来确定。 2、存储容量的选择 用户程序所需的存储容量大小不仅与plc系统的功能有关，而且还与功能实现的方法、程序编写水平有关。一个有经验的程序员和一个初学者，在完成同一复杂功能时，其程序量可能相差25%之多，所以对于初学者应该在存储容量估算时多留裕量。 plc的io点数的多少，在很大程序上反映了plc系统的功能要求，因此可在io点数确定的基础上，按下式估算存储容量后，再加20%30%的裕量。 存储容量(字节)开关量io点数10模拟量io通道数1003、对 i/o 响应时间的选择 plc 的 i/o 响应时间包括输入电

51、路延迟、输出电路延迟和扫描工作方式引起的时间延迟（一般在 2 3 个扫描周期）等。对开关量控制的系统， plc 和 i/o 响应时间一般都能满足实际工程的要求，可不必考虑 i/o 响应问题。但对模拟量控制的系统、特别是闭环系统就要考虑这个问题。 4、根据输出负载的特点选型 不同的负载对 plc 的输出方式有相应的要求。例如，频繁通断的感性负载，应选择晶体管或晶闸管输出型的，而不应选用继电器输出型的。但继电器输出型的 plc 有许多优点，如导通压降小，有隔离作用，价格相对较便宜，承受瞬时过电压和过电流的能力较强，其负载电压灵活（可交流、可直流）且电压等级范围大等。所以动作不频繁的交、直流负载可以

52、选择继电器输出型的 plc 。 5、对在线和离线编程的选择 离线编程示指主机和编程器共用一个 cpu ，通过编程器的方式选择开关来选择 plc 的编程、监控和运行工作状态。编程状态时，cpu 只为编程器服务，而不对现场进行控制。专用编程器编程属于这种情况。在线编程是指主机和编程器各有一个 cpu ，主机的 cpu 完成对现场的控制，在每一个扫描周期末尾与编程器通信，编程器把修改的程序发给主机，在下一个扫描周期主机将按新的程序对现场进行控制。计算机辅助编程既能实现离线编程，也能实现在线编程。在线编程需购置计算机，并配置编程软件。采用哪种编程方法应根据需要决定。2.4 本系统选择的plc 本次交通

53、灯设计采用的是来自omron的cpm1a-30cdr-a可编程控制器。产品规格：cpm1a cpu单元在编程环境等方面，它不仅具备了以往的小型plc所具有的功能，尽可能使安装空间最小化，并实现了具有10点至100点输入输出点数的弹性构成。而且还可连接可编程控制终端，创造了尚无前例的灵活运用。它不仅可以替代继电器控制柜，就是作为小型控制器或在传感器应用中，亦能适应生产现场不同的需求，ac电源输入，继电器输出，能加扩展单元。2.5 可编程控制器i/o端口分配根据对交通指挥信号灯系统控制要求分析，系统采用自动控制方式，输入有系统开启、停止按钮信号和强通车按钮信号；输出有东西方向、南北方向各两组指示信号。由于每一个方向的两组指示灯中，同种颜色的指示灯同时工作，为了节省输出点数，