PLC交通信号灯模拟控制系统设计.docx

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1、PLC交通信号灯模拟控制系统设计自从交通灯诞生以来，其内部的电路操纵系统就不断的被改进。设计方法也开始多种 多样，从而使交通灯显得更加智能化。可编程操纵器(PLC)以微处理器为核心，普遍使用根据继电接触器操纵系统电气原理图 编制的梯形图语言进行程序设计，编程容易，功能扩展方便，修改灵活，而且结构简单， 抗干扰能力强。西门子可编程操纵器指令丰富，能够接各类输出、输入扩充设备，有丰富 的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备与通信设备更是符合交通灯操纵系统的要求与特 点，能够方便地联网通信。本文选择西门子可编程操纵器S7-200为核心部件，着重进行硬件接口设计，利用梯形 图与语句表进行编程，实现了十字路

2、口交通灯操纵系统的自动化。关键词PLC；交通操纵；自动化中对应位的状态；或者者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。3输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区 内对应的状态与数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。PLC的扫描工作过程如图2-2、图2-3所示用户输出设备用户输入设备图2-2 PLC的扫描工作过程图第3章系统设计3.1操纵要求(1)正常情况下A、B道(A、B道交叉构成十字路口，A是主道，B是支道)轮番放行，A 道直行40秒，左道15秒，5秒用于警告，B道放行时间同A道。(2) A、B两道均有直行与左行道，右

3、行不设红灯。(3)有紧急车辆通过，(用按键开关K0模拟)时，A、B道均为红灯。(4)夜间23时至次日5时为黄灯。3. 2系统硬件设计1十字路口的系统框图为了确保车辆在十字路口顺利通过，往往使用自动操纵的信号灯来指挥。其中红灯 （R）辆，表示禁止通行；黄灯（Y）亮表示警告；绿灯（G）亮表示同意通行。交通操纵 器的系统框图如图3-1所示。日日日日系统操纵电路I清I手动操纵 分频 时标图3-1交通等操纵器系统框图2. 2工作原理图工作方式满足图3-2所示顺序工作流程。图中设南北方向的红、黄、绿灯分别为NSR、 NSY、NSG,东西方向的红、黄、绿灯分别为EWR、EWY、EWG。两个方向的工作时序：东

4、西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之与，南 北方向亮红灯时间应等东西方向亮黄、绿灯时间之与。假设每个时间单位为5S,则南北、 东西方向绿、黄、红左行道灯亮时间分别为40S、5S、40S, 15s一次循环为60秒。其中红灯亮的时间为绿灯、黄灯亮的时间之与, 黄灯是间歇闪烁。图3-2交通信号灯工作流程3.3、 编程设计3. 3.1流程图软件包含主程序、延时、显示子程序、中断服务程序，各程序流程图如图3-4所示。主程序流程图显示子程序流程图图3-4信翳紧急情况中断服务程序3. 3. 2信号灯操纵编程元件表输入输出机内器件交通灯工作开关10. 0报警灯：Q0.0T33：南北红灯工作40S南北

5、红灯：Q0. 1T97：东西红灯工作40S东西绿灯：Q0. 2T99：东西绿灯工作15S东西黄灯：Q0. 3T100：东西绿灯闪烁 15S东西红灯：Q0. 4T98：东西黄灯工作 5S南北绿灯：Q0. 5T34：南北绿灯工作15S南北黄灯：Q0.6T35：南北绿灯闪烁15ST36：南北黄灯工作 5S梯形图注：图中脉冲宽度均为0.05秒Network 1I0.0QO.OT97Network TitleT33IN TON+800- PTNetwork 4T99TWOIN TON+300 - PTNetwork 5TWOT98pN TON+100- PTNetwork 7T34T35|IN TON+

6、300 1ptT35T35Nctwoik 8136IN TON+100-PTNetwork 9T33QO.O10.0Q0.1论语当我明白我的课题是： 交通信号灯操纵系统的设计, 我想这个课题是很容易的， 这样我更应该做的更好。当 真正做起来的时候，还是觉得有点困难的，有些东西往常学了，但现在用起来可能又有点 疑问。就如画电气原理图吧，整体的构造脑海里都有一个整体的概念。而你要画出来的话, 你可能会遇到细节上的问题，比如说按钮开关的方向是如何，与怎么划分区域等。遇到这 些问题的时候都能让你主动去翻书，复习这些陌生的知识。我认为这是一种最好的学习方 法一一通过实践去检验自己的知识。这个只有你自己投

7、入进去你才能发现自己知识点的欠 缺。做为一名电气专业的学生对电器原理图的熟悉更应该有深刻的认识，明白它的重要性。 要能看的懂，给你一张电气原理图，你要能够写出梯形图。查找资料也是一件繁琐的情况，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资料也不是 一件容易的事，需要耐心查找。在程序设计过程中，我对往常的编程方法做了归纳，之前我习惯用功能流程写程序， 遇到难点的时候习惯翻书，参照例子提取点精华。现在能灵活运用经验设计法、电气原理 图设计法、顺序操纵设计法。特别多顺序操纵设计有了一定的熟悉。这里面最经典我认为 是单序列的编程方法、选择序列的编程方法与并行序列的编程方法这个三个是很值得研究 的，也是一种格

8、式。只要你能熟悉掌握，灵活应用的话，那么编程对你来说将变的非常容 易。一个流程图不管多么复杂，都能够拆分上面的形式，然后就能够利用上面的方法编程 了。当然关于简单的流程也能够用顺序设计。这种方法也是一种固定的格式，只要按照它 的格式就能够写出正确的程序，它的优点能够说易懂，条理清晰。但结构多。关于活动步 多的设计我想用这个设计比较烦琐。更加体会到PLC的可靠性高，抗干扰能力强，.通用性强，操纵程序可变，使用方便 等优点。更加熟悉了西门子编程软件使用方法与各类基本指令。这次的课程设计使我把可编程操纵器的理论知识用在实践中，实现了理论与实践相结 合，从中更懂得理论是实践的基础，实践又能检验理论的正

9、确性，让我受益非浅，对我 以后工作中遇到问题或者者继续学习将会产生巨大的帮助与影响。致谢本论文从11月份开题以来，到目前为止已经有快2个月的时间了，这次毕业设计中, 尽管都没太多的经验，但是在杨老师的指导下，同组的同学鼓励、帮助下，相互奋勉，最 终圆满的完成了设计任务。在整个过程当中，有许多人给了我启发与帮助，在毕业论文完 成之际，我要在此表达对他们最诚挚的感谢。首先，最需要感谢的人是我的指导老师杨波 老师。老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，方案可 行的确定与论文纲领细节的修改，中期检查，后期全面设计等整个过程中都给予了我悉心 的指导。每一次的批判与教育，使我受

10、益非浅，值此论文完成之际，谨向老师再一次向他 致以衷心的谢意，感谢他为学生营造的浓郁学术氛围，与学习上的耐心细致帮助!最后我还 要感谢我的同学与朋友，他们也给我很大的帮助，给我提供了很多的建议，让我少走了许 多的弯路。参考文献1王曙光.S7-200PLC应用基础与实例.人民邮电出版社，2007。2严盈富.西门子S7-200PLC入门.人民邮电出版社，2007o3龙志文.SIMATIC子S7-200PLC原理及应用.机械工业出版社，2007。4刘永华.电气操纵与PLC,北京航空航天大学出版社，2007o5罗宇航.流行PLC有用程序及设计（西门子S7-200PLC系列）.西安电子科技大学出版 社，

11、2007o6伊宏业.PLC可编程操纵器教程.航空工业出版社，1997。7刘洪涛，黄海编.PLC应用开发从基础到实践.电子工业出版社，2007o厦门世科自动化工程有限公司产品与服务介绍厦门世科自动化工程有限公司（简称：世科公司）是一家专业从事自动化操纵工程的高科技公司。具 备较强的技术力量，具有独立良好的经营机制。世科公司的高中级技术人员已有多年自控工程建设的经 验，能为客户提供工程管理、质量管理规范的操作，善于技术协调与工程进度安排。世科公司熟悉与 掌握国内外多项自动化设备的价格性能比及用户应用状况。并享有国内外优质产品的代理资格，可为设 备的购置与成套提供积极配合与优质服务。世科公司具备大中

12、小型自动化系统工程的方案设计、系统集成、安装调试，公司成功地为全国几十 家橡胶硫化、医院、制药、机械制造、化工、建材、食品、楼宇等行业的企业分别进行了生产线网络监 控、暖通工程作业监控、数控精工机床操纵、配料操纵系统、恒压供水系统等的DCS集成、计算机开 发与应用、PLC选型与程序设计、施工与改造，取得了良好的经济效益与社会效益。专业自动化系统集成：工控机、PLC操纵系统、DCS系统、计算机数据采集系统、运动操纵系统、 NI LabView虚拟仪器系统。台达全系列产品、海为Haiwell国产PLC、HiWin丝杆导轨专业代理。为 解决生产型企业在实际生产过程中遇到的工作强度大、人手不足等问题，

13、专业设计各类非标自动化设备, 并为机械行业生产企业提供自动化操纵的设计服务。同时，公司还不断开发出多种计算机、PLC数据采集系统，为社会各行各业服务。要紧产品有：PLC、变频器、开关电源、工业级人机界面、交流伺服、机械传动系列产品（电磁 离合器、减速机、齿轮电机、无级调速器、联轴器）、机械直线传动系列产品（研磨丝杠、轧制丝杠、 直线导轨、齿轮齿条、直线轴承）。以上产品与中达联盟一起构成了完善的售后服务系统。台达系列变频器具有功能齐全、调速精度高、稳固性好及可应用范围广等特点。可广泛应用于产业 机械、工厂过程操纵自动化、建筑、石化、冶金、钢铁、能源、电力、楼宇、环保等国民经济各行各业。我们的观点

14、：参与竞争促进我们共同成长！我们的宗旨：合理的投入，有效的解决方案、快速全面的服务！汇聚世界工控之精华，共创民族工业之未来！厦门世科自动化工程有限公司希望能够与贵公司精诚合作，共创双赢的明天！期待您的来电！公司名称：厦门世科自动化工程有限公司地 址：厦门市厦禾路839号汇成商业中心1304单元第1章绪论3第2章可编程程序操纵器（PLC） 52. 1 PLC 概述52. 1. 1 PLC的进展历程52. 1. 2 PLC的进展趋势62. 1. 3 PLC 的应用72.2 PLC的硬件结构8PLC的工作原理9第3章系统设计11操纵要求113.1 系统硬件设计112. 1十字路口的系统框图113.

15、2. 2工作原理图12编程设计133. 3.1流程图133. 2信号灯操纵编程元件表144. 3. 3梯形图15结论语17致谢18参考文献19第1章绪论课题背景1858年，在英国伦敦要紧街头安装了以燃煤气为光源的红，蓝两色的机械扳手式信号 灯，用以指挥马车通行。这是世界上最早的交通信号灯。1868年，英国机械工程师纳伊特 在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯。它由红绿 两以旋转式方形玻璃提灯构成，红色表示“停止”，绿色表示“注意”。1869年1月2日， 煤气灯爆炸，使警察受伤，遂被取消。1914年，电气启动的红绿灯出现在美国。这种红绿 灯由红绿黄三色圆形的投光器

16、构成，安装在纽约市5号大街的一座高塔上。红灯亮表示“停 止”，绿灯亮表示“通行”。1918年，又出现了带操纵的红绿灯与红外线红绿灯。带操 纵的红绿灯，一种是把压力探测器安在地下，车辆一接近红灯便变为绿灯；另一种是用扩 音器来启动红绿灯，司机遇红灯时按一下嗽叭，就使红灯变为绿灯。红外线红绿灯当行人 踏上对压力敏感的路面时，它就能察觉到有人要过马路。红外光束能把信号灯的红灯延长 一段时间，推迟汽车放行，以免发生交通事故。信号灯的出现，使交通得以有效管制，关 于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。1968年，联合国道路 交通与道路标志信号协定对各类信号灯的含义作了规定。绿灯是通行

17、信号，面对绿灯的 车辆能够直行，左转弯与右转弯，除非另一种标志禁止某一种转向。左右转弯车辆都务必 让合法地正在路口内行驶的车辆与过人行横道的行人优先通行。红灯是禁行信号，面对红 灯的车辆务必在交叉路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停 车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时能够进入交叉路口。1.1 研究目的与意义在十字路口设置交通灯能够对交通进行有效的疏通，并为交通参与者的安全提供了强 有力的保障。但是随着社会、经济的快速进展，原先的交通灯操纵系统已经不能习惯现在 日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯操纵系统，使其习惯现在的交通状况，成为研究的 课题。传统的十字路口交

18、通操纵灯，通常的做法是：事先通过车辆流量的调查，运用统计的 方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的, 有的路口在不一致的时段甚至可能产生很大的差异。即使是通过长期运行、较适用的方案, 仍然会发生这样的现象：绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。 这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能习惯迅猛进展的交通现 状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自习惯操纵的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的操纵普遍使用固定转换时间间隔的操纵方法。 由于十字路口不一致时刻车辆的流量是复杂的、随机的与不确定的，使用固定时间

19、的操纵 方法，经常造成道路有效利用时间的浪费，出现空等现象，影响了道路的畅通。为此，使用不依靠数学模型的模糊操纵方法设计交通灯操纵器，能较好地解决这个问题。另外随着 众多高科技技术在日常生活的普遍应用，城市空中各类电磁干扰日益严重，为保证交通操 纵的可靠、稳固，选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC是必要的。随着科学技术的日新月异，自动化程度要求越来越高，原有的交通灯装置远远不能满 足当前高度自动化的需要。可编程操纵器交通灯操纵系统集成自动操纵技术、计量技术、 新传感器技术、计算机管理技术于一体的机电一体化产品；充分利用计算机技术对生产过 程进行集中监视、操纵管理与分散操纵；充分汲取

20、了分散式操纵系统与集中操纵系统的优 点，使用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程操纵器交通灯操纵系统的特点：脱机手动工作；联机自动就地工作；上机操纵的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动操纵；自动启动、自动停机操纵方式。近年来PLC的性能价格比有较大幅度的提高，使得实际应用成为可能。本系统使用PLC是基于下列四个原因：PLC具有很高的可靠性，通常的平均无故障时间都在30万小时以上；编程能力强，能够将模糊化、模糊决策与解模糊都方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前空中各类电磁干扰日益严重，为了保证交通操纵的可靠稳固， 我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环

21、境下正常工作的PLC；根据交通信号灯系统的要求与特点，我们使用了德国西门子公司S7-200型PLC。西门子PLC有小 型化、高速度、高性能等特点，是S7-200系列中最高档次的超小型程序装置。西门子可编程操纵器指 令丰富，能够接各类输出、输入扩充设备，有丰富的特殊扩展设备，其中的模拟输入设备与通信设备是 系统所必需的，能够方便地联网通信。本系统就是应用可编程序操纵器(PLC)对十字路口交通操纵灯实 现操纵。1.2 本文的要紧工作第一章，回顾交通灯的历史，随着社会经济的进展，交通管制的要求越来越高，使用 可编程程序操纵器来代替中间继电器与过程操纵的微型机，设计开发了交通灯操纵系统， 才会满足稳固

22、可靠的交通操纵系统需求。第二章，叙述了可编程程序操纵器的产生、进展、应用的历程，通过论述可编程程序 操纵器的各类优点、卓著性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。第三章，结合交通灯操纵系统的要求，进行硬件、程序设计，从要紧部件的选择、流 程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。第四章，通过对系统的调试与检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正 与完善，确保系统能顺利运行。第2章可编程程序操纵器（PLC）2. 1 PLC概述可编程序操纵器（Programmabie Logic Controller,缩写PLC）是以微处理器为基础, 综合计算机、通信、联网与自动操纵技术而开发的新一代工

23、业操纵装置。可编程序操纵器 是随着技术的进步与现代社会生产方式的转变，为习惯多品种.小批量生产的需要，生产. 进展起来的一种新型的工业操纵装置。PLC从1969年问世以来，尽管至今还不到40年， 但由于其具有通用灵活的操纵性能.简单方便的使用性能，能够习惯各类工业环境的可靠 性，因此在工业自动化各领域取得了广泛的应用。有人将它与数控技术、CAD/CAM技术工 业机械人技术并称之现代工业自动化技术的四大支柱。可编程序操纵器在我国的进展与应 用已有30多年的历史，现在它已经广泛应用于国民经济的各个工业生产领域，成为提高 传统工业装备水平与技术能力的重要设备与强大支柱。随着全球一体化经济的进展，努力

24、 进展可编程序操纵器在我国的大规模应用，形成具有自主知识产权的可编程序操纵器技 术，应该是广大技术人员努力的方向。3. 1. 1 PLC的进展历程在可编程操纵器出现前，在工业电气操纵领域中，继电器操纵占主导地位，应用广泛。 但是电器操纵系统存在体积大、可靠性低、查找与排除故障困难等缺点，特别是其接线复 杂、不易更换，对生产工艺变化的习惯性差。1968年美国通用汽车公司（G.M）为了习惯汽车型号的不断更新，生产工艺不断变化 的需要，实现小批量、多品种生产，希望能有一种新型工业操纵器，它能做到尽可能减少 重新设计与更换电器操纵系统及接线，以降低成本，缩短周期。因此就设想将计算机功能 强大、灵活、通

25、用性好等优点与电器操纵系统简单易懂、价格便宜等优点结合起来，制成 一种通用操纵装置，而且这种装置使用面向操纵过程、面向问题的“自然语言”进行编程, 使不熟悉计算机的人也能很快掌握使用。1969年美国数字设备公司（DEC）根据美国通用汽车公司的这种要求，研制成功了世 界上第一台可编程操纵器，并在通用汽车公司的自动装配线上试用，取得很好的效果。从 此这项技术迅速进展起来。20世纪80年代以后，随着大规模、超大规模集成电路等微电子技术的迅速进展，16 位与32位微处理器应用于PLC中，使PLC得到迅速进展。PLC不仅操纵功能增强，同时可 靠性提高，功耗、体积减小，成本降低，编程与故障检测更加灵活方便

26、，而且具有通信与 联网、数据处理与图象显示等功能，使PLC真正成为具有逻辑操纵、过程操纵、运动操纵、 数据处理、联网通信等功能的名符事实上的多功能操纵器。PLC的进展过程大致能够分为如下几个阶段：19701980年：PLC的结构定型阶段。在这一阶段，由于PLC刚诞生，各类类型的顺 序操纵器不断出现（如逻辑电路型、1位机型、通用计算机型、单板机型等），但迅速被 淘汰。最终以微处理器为核心的现有PLC结构形成，取得了市场的认可，得以迅速进展. 推广。PLC的原理、结构、软件、硬件趋向统一与成熟，PLC的应用领域由最初的小范围、 有选择使用、逐步向机床、生产线扩展。19801990年：PLC的普及阶

27、段。在这一阶段，PLC的生产规模日益扩大，价格不断 下降，PLC被迅速普及。各PLC生产厂家产品的价格.品种开始系列化，同时形成了固定 I/O点型、基本单元加扩展块型、模块化结构型这三种连续至今的基本结构模型。PLC的 应用范围开始向顺序操纵的全部领域扩展。比如三菱公司本阶段的要紧产品有F. Fl. F2小 型PLC系列产品,K/A系列中、大型PLC产品等。19902000年，PLC的高性能与小型化阶段。在这一阶段，随着微电子技术的进步， PLC的功能日益增强，PLC的CPU运算速度大幅度上升、位数不断增加，使得适用于各类 特殊操纵的功能模块不断被开发，PLC的应用范围由单一的顺序操纵向现场操

28、纵拓展。此 外，PLC的体积大幅度缩小，出现了各类微型化PLC。三菱公司本阶段的要紧产品有FX小 型PLC系列产品，AIS/A2US/Q2A系列中，大型PLC系列产品等。2000年至今：PLC的高性能与网络化阶段。在本阶段，为了习惯信息技术的进展与工 厂自动化的需要，PLC的各类功能不断进步。一方面，PLC在继续提高CPU运算速度，位 数的同时，开发了适用于过程操纵，运动操纵的特殊功能与模块，使PLC的应用范围开始 涉及工业自动化的全部领域。与此同时，PLC的网络与通信功能得到迅速进展，PLC不仅 能够连接传统的编程与通入/输出设备，还能够通过各类总线构成网络，为工厂自动化奠 定了基础。三菱公

29、司本阶段的要紧产品有FX小型PLC系列产品（包含最新的FX3u系列产 品），Qn,QnPH系列中，大型PLC系列产品等。4. 1.2 PLC的进展趋势从当前产品技术性能来看，PLC进展趋势仍然要紧表达在体积的缩小与性能的提高两 大方面。体积小型化。电子产品体积的小型化是微电子技术进展的必定结果。现代PLC不管 从内部元件构成还是硬件、软件结构都已经与早期的PLC有了很大的不一致，PLC体积被 大幅度缩小。性能的提高。PLC的性能要紧包含CPU性能与I/O性能两大方面。可编程序操纵器在我国的进展状况如下：（1）我国可编程序操纵器的进展与国际上的进展是完全不一致的，国际上可编程序 操纵器的进展是从

30、研制、开发、生产到应用，而我国则是从成套设备引进、可编程序操纵 器引进应用、消化移植、合资生产到广泛应用。大致可划分为下述三个阶段：可编程序操纵器的初级认识阶段（70年代后期到80年代初期）国际上可编程序因此我国对可编程序操纵器的认 当时的上海宝钢一期工程中有多 这些可编程序操纵器用于原料码 取代了传统的继电器逻辑系统，因此我国对可编程序操纵器的认 当时的上海宝钢一期工程中有多 这些可编程序操纵器用于原料码 取代了传统的继电器逻辑系统，操纵器的进展，首先引起了国内工程技术界的极大兴趣, 识始于70年代后期到80年代初期的成套设备引进中, 项工程引进了十几种机型约200多台可编程序操纵器。 头到

31、高炉、轧钢、钢管等整个钢铁冶炼与加工生产线上, 并部分取代了模拟量操纵与小型DDC系统。继宝钢一期工程后，国内许多厂家陆续引进 的设备与生产线大都配备了可编程序操纵器，其应用范围包含电站、石油化工、汽车制造、 港口与码头等各领域。正是在成套设备引进过程中，我们打开了眼界，熟悉认识了可编程 序操纵器，这也促进了可编程序操纵器在我国的进展。可编程序操纵器的引进应用与消化移植阶段(80年代初期到90年代初期)80年代 初期开始，随着我国改革开放的不断深入，在成套设备引进的同时，国外原装的可编程序 操纵器开始涌入国内市场。许多部门与单位相继引进可编程序操纵器并自己设计构成操纵 系统，其应用范围也扩大到

32、建材、轻工、煤炭、水处理、食品、制药、造纸、橡胶与精细 化工等工业领域。可编程序操纵器的广泛进展阶段(90年代初期到现在)进入90年代，我国的可 编程序操纵器进入了广泛进展阶段，要紧表现在下列几个方面：(2)政府重视可编程序操纵器的进展得到了政府的高度重视，在当时机械电子工业部的领导下，于 1991年成立了可编程序操纵器行业协会。可编程序操纵器行业协会在政府与企事业之间 起到了桥梁作用，沟通了情况，为做出决策提供了根据。同时可编程序操纵器的标准化工 作也受到了有关部门的重视，于1993年成立了可编程序操纵器标准化技术委员会，为我 国可编程序操纵器的进一步进展打下了基础。2. 1.3 PLC的应

33、用1 PLC的应用领域(1)顺序操纵 这是PLC应用最广泛的领域，也是最适合PLC使用的领域。它用来取 代传统的继电器顺序操纵。PLC应用于单机操纵、多机群控、生产自动线操纵等。比如： 注塑机械、印刷机械、包装机械、切纸机械、组合机床、磨床、装配生产线、电镀流水 线及电梯操纵等。(2)运动操纵PLC制造商目前已提供了拖动步进电机或者伺服电机的单轴或者多轴位 置操纵模块，在多数情况下，PLC把描述目标位置的数据送给模块，其输出移动一轴或者 数据到目标位置。每个轴移动时，位置操纵模块保持适当的位置与加速度，确保运动平滑。(3)过程操纵PLC还能操纵大量的过程参数，比如：温度、流量、压力、液位与速

34、度。PID模块提供了使PLC具有闭环操纵的功能，即一个具有PID操纵能力的PLC可用于 过程操纵。当过程操纵中某个变量出现偏差时，PID操纵算法会计算出正确的输出，把变 量保持在设定植上。(4)数据处理 在机械加工中，PLC作为要紧的操纵与管理系统用于CNC与NC系统中, 能够完成大量的数据处理工作。(5)通信网络PLC的通信包含主机与远程I/O之间的通信、多台PLC之间的通信、 PLC与其他智能操纵设备(如计算机、变频器、数控装置)之间的通信。PLC与其他智能 操纵设备一起，能够构成“集中管理、分散操纵”的分布式操纵系统。2 PLC在我国的应用尽管我国在PLC生产方面比较弱，但在PLC应用方

35、面，我国是很活跃的，近年来每 年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30多亿人民币，应用的行业也很广。在我国，通常按I/O点数将PLC分为下列级别(但不绝对，国外分类有些区别)： 微型：32 I/O小型：256 I/O中型:1024 I/O大型：4096 I/O巨型：8192 I/O在我国应用的PLC系统中，1/064点下列PLC销售额占整个PLC的47%, 64点256 点的占3K,合计占整个PLC销售额的78%。2 . 2 PLC的硬件结构PLC实质是一种专用于工业操纵的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上 分，PLC分为固定式与组合式(模块式)两种。固定式PLC包含CPU板、I/

36、O板、显示面 板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包含CPU模块、 I/O模块、内存、电源模块、底板或者机架，这些模块能够按照一定规则组合配置。其结 构如图2-1所示。中央处理单元(CPU)是PLC的操纵中枢，它按照PLC系统程序给予的功能接收并存储 从编程器键入的用户程序与数据、检查电源、存储器I/O与警戒定时器的状态；并能诊断 用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的 状态与数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，通过 命令解释后，按指令的规定执行逻辑或者算数运算的结果送入I/O映象区或者数

37、据寄存器 内，等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或者输出寄存器内 的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行直到停止运行。编程舞输入电路输出电路系统程序存储措 |系统程序存储探电源2-1 PLC的结构图.3 PLC的工作原理PLC的CPU则使用顺序逻辑扫描用户程序的运行方式，即假如一个输出线圈或者逻辑 线圈被接通或者断开，该线圈的所有触点（包含其常开或者常闭触点）不可能立即动作，务 必等扫描到该触点时才会动作。考虑到继电器操纵装置各类触点的动作时间通常在100ms以上，而PLC扫描用户程序 的时间通常均小于100ms,因此，PLC使用了一种不一致于通常微型计算机的运行方

38、式一- 扫描技术。这样在关于I/O响应要求不高的场合，PLC与继电器操纵装置的处理结果上就 没有什么区别了。当PLC投入运行后，其工作过程通常分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行与输 出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以 一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。1输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态与数据，并将它们存入I/O 映象区中的相应得单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行与输出刷新阶段。在这两 个阶段中，即使输入状态与数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态与数据也不可 能改变。因此，假如输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度务必大于一个扫描周期，才能 保证在任何情况下，该输入均能被读入。2用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形图）。在 扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的操纵线路，并按先左后 右、先上后下的顺序对由触点构成的操纵线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果， 刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者者刷新该输出线圈在I/O映象区