PLC交通灯设计毕业论文.pdf

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1、摘要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异更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面的知识是不够的。还应该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。交通信号灯的出现使交通得以有效管制，对于疏导交通流量，提高道路通行能力减少交通事故有明显效果。俗话说“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路还是无法保障畅通安全。以山西省阳泉市为例，由于阳泉市地形所致，市内道路路面窄，每到上下班时间交通显得拥挤不堪。因此交通灯显得尤为重要，合理控制交通灯更是阳泉市交通的重要部

2、分。由于笔者在实习期间接触到不少 MITSUBISHI 系列的 PLC,MITSUBISHI FX1N-60MR等器材，所以我选择做交通灯的设计来作为我的毕业设计。关键词：关键词：交通灯;自动控制;PLC 控制系统湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）2目录第一章 绪 论第一章 绪 论.11.1 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景.11.2 PLC 控制交通灯设计目的.11.3 阳泉市交通现状.21.4 阳泉市未来交通控制.2第二章 可编程控制器第二章 可编程控制器.52.1 可编程控制器的定义.52.2 PLC 的构成.52.3 PLC 系统的其它设备.72.4 PLC 的

3、工作原理.82.5 PLC 的特点.102.6 PLC 的优点.112.7 PLC 的应用领域.11第三章 山西泉阳市交通灯设计第三章 山西泉阳市交通灯设计.153.1 任务分析.153.2 难点分析.163.3 流程图.163.4 方案一.163.5 方案二.193.6 控制过程.21总结总结.23致谢致谢.24参考文献参考文献.25附图一 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图附图一 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图.26附图二 梯形图附图二 梯形图.26湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）1第一章 绪 论第一章 绪 论1.1 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景1.1

4、 PLC 实现十字路口红绿灯自动控制的背景随着我国国民经济的迅速发展，城市街道车辆大幅度增长，给城市交通带来巨大压力，交通拥堵已经成为影响城市可持续发展的一个全局性问题。而街道各十字路口，又是车辆通行的瓶颈所在。已有的许多建立在精确模型基础上的交通系统控制方案都存在着一定的局限性。地面道路是一个庞大的网络，交通状况十分复杂，使目前交通灯控制器的单一时段控制已不能满足现代交通流量的多变性，特别是在交通流量高峰时，往往会造成交通路口的通过率下降，甚至出现交通混乱现象，城市的交通拥挤问题正逐渐引起人们的注意。道路平面交叉口(简称交叉口)是交通网中通行能力的“隘口”和交通事故的“多发源”，国内外城市的

5、交通事故约有一半发生在交叉口。因此，交叉口这个事故多发源不能不引起人们的高度关注。随着交通技术、电子技术的发展及微机技术的应用，人们设计出了适应各种需要的交通检测器、信号控制机和交通信号灯。交通灯是交管部分管理城市交通的重要工具。现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，加上一个倒计时的显示计时器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用。目前绝大部分交通灯其时间都是设定好的，采用的是单段式定时控制或多段式定时控制，其最大的缺点是绿灯时间和绿信比是固定的或是分时段固定的，且最佳绿灯时间和最佳绿信比的整定较为困难，需要大量的实测统计数据,且很多情况下整定所

6、得值并不是最优的,甚至是不合理的。控制起来都不是很灵活，这使得城市车流的调节不能达到最优。1.2 PLC 控制交通灯设计目的1.2 PLC 控制交通灯设计目的诚然随着社会的向前飞速发展，交通灯已成为国民经济中不可分割的一部分。给予电气专业的基础和笔者本人对三菱 FX1N60MR PLC 的了解，我选择用 FX1N60MR PLC来控制交通灯，结合山西省阳泉市交通红绿灯的控制来做我的毕业设计，一方面是对这三年来所学知识的总结和运用，另一方面也是锻炼自己独立完成某项工作的能力，也是培养自己把所学知识用到实际的能力。通过这次做 PLC 控制交通灯的毕业设计，来进一步掌握我对三菱 PLC 的熟知编程及

7、应用，进一步熟练运用 GXVP8,0 编程软件。当今世界“PLC,CADCAM,工业机器人”已成为国民经济体系的三大支柱，掌握 PLC技术无疑于掌握了一种现代科技。随着经济发展，PLC 在交通，通信，冶金，石油等工湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）2业方面的应用会更加重要，据数据显示，PLC 已在美国工业中占有三分之二的地位。目前市场上 PLC 的品牌有西门子，欧姆龙，三菱，松下等，其中又以三菱 PLC 的市场占有率为最高，在我国南方的几乎四分之三的企业在生产实现自动化中用的都是三菱 PLC。因此学好三菱 PLC 技术，也会让自己在电气行业中有更好的饭碗，没有技术是很难在社会上

8、立足的，尤其在象广州这样的国际性城市立足更难。我在实习期间接触到不少 PLC，越来越认识到 PLC 在工业中实现自动化的地位。我以 PLC 应用于控制交通灯为挈机，系统掌握三菱 PLC 的指令，编程，通信及接线。1.3 阳泉市交通现状1.3 阳泉市交通现状阳泉地形狭长，属于山区丘陵结合的地区。因此决定了阳泉的建筑、交通等等。随着近年来阳泉经济的迅猛发展，城市化进程的加快，一个不可避免的问题日益突出道路和交通的问题。说它不可避免，是因为全国很多城市在发展过程中都遇到了同样的问题，例如北京、太原市等等。即使在全国来说，交通也成为一个日趋严重的问题。阳泉地处沟地,两边是山,人住尚且紧,扩路谈不上,加

9、之单位、商场、居住区相对集中，人员活动以泉中路为中心扩散，造成桃河桥、华盛桥车辆多，虽然新泉桥、桃源大桥建成但车辆不走。阳泉市市区主要是南大街，北大街，泉中路，桃南路，桃北路。值得注意的是这几条路在近些年一直都没有扩建。桃北东路由于滨河世纪城的建设而新建拓宽，其他的路基本是以前的样子。而阳泉市的汽车保有量在逐年增加。在市政府新建了新泉桥，桃源桥之后，将桃河两岸的交通堵塞问题基本上解决了，但这只是部分的解决，因为在桃河桥以西，一直到四矿桥，中间很长的距离没有桥，这就成为影响矿区，桃河桥西地区的交通瓶颈。阳泉市城市道路太窄，交通问题尤其严重，每到上下班时道路拥挤不堪，人车混在一起甚是危险。因此设计

10、一套切实可行的交通灯控制方案必然会对阳泉市交通问题的缓解起到重要作用。在天桥，步行街那仍旧没有红绿灯，步行街每到下午是阳泉市人最多的地方，而车辆也很多“车穿行在人之间，人穿行在车之间”，这样既给行人，车主都带来极大不便，浪费了很多时间，而后面又有很多车辆造成道路拥堵，过者怨声载道。这样下去势必成为制约阳泉经济发展的瓶颈，也给市民出行带来很大不便。1.4 阳泉市未来交通控制1.4 阳泉市未来交通控制阳泉市区日益复杂的道路交通秩序,急需要好的治理，阳泉市每年新增机动车的上万辆，但报废数量却极少，而且报废车中有一部分流入郊区一些乡镇里充当黑出租或个湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）3

11、人用车继续上路行驶，市区道路数量极少而且路面极窄，最宽路面为双向四车道，而最窄的路面只够单相通行，而且道路损坏严重。这些问题都导致市区一到高峰期就全面拥堵，严重的路段几乎瘫痪。面对这样的交通环境，我认为治理的措施主要有三种；第一种是治理道路；首先应当拓宽路面，新增道路，立交桥，修地下停车场。四车道一下的道路应该取消，全部升级为八车道，俗话说，要想富，先修路，好的道路对城市的发展起着相当重要的作用。还有在道路划线规划中应当注意，比如河下义平路的道路规划就有问题，明明已经设立非机隔离带了又划出了非机动车道，市区内有些道路也存在类似的问题。第二种是规划好交通秩序，创造良好的交通环境，深圳的道路有些也

12、是很窄的，但是那里的交通秩序十分好，大家各行其道，道路的中间隔离带，人行道的护栏，人行横道的红绿灯。防护措施做的好，管理力度也相当强，行人过马路不走人行横道会被警察抓，这使得那里的交通秩序相当好，虽也有堵车，但相对与阳泉而言却强百倍。第三种是加大交通附属设施的建设，尤其是交通灯的建设。这就于我的设计有关了，合理控制交通灯必然会起到重要作用。目前，要从桃南东路，新建路一线到南大街一线，一是从桃河桥，泉中路经过。二是上天桥，过沙江小市到达南大街，三就是从一公司，经过火车站，到达南大街。因此就造成了现在上下班高峰期，天桥人与车争道，泉中路和桃河桥车辆行进缓慢，一公司经常堵车。火车站附近经常性堵车。而

13、这其中几个关键的路口：一公司，天桥（包括南、北两个口），火车站（包括物资大厦的路口），市政府门前的丁字路口，泉美转盘。我想若在凯旋广场，阳泉市图书馆那修建立交桥，下层南北方向车辆通行，上层东西方向车辆通行，可以缓解那块的拥挤情况。在沙家小市那安装红绿灯，步行街进口处可建设天桥，上层行人，下层过车，可以使那畅通。阳泉交通目前最大的问题就是人流和车流无法有效地隔开。因此就造成了现在这种现象：人多了挤占车道，车多了挤占人行道（自行车道）。人不让车，车不让人，人们走在路上没有安全感，开车的也提心吊胆。像滨河世纪城前边，黑桥北口等五条道路的交汇点，如果修建一个转盘的话，会安全很多。火车站（包括物资大厦的

14、路口），市政府门前的丁字路口，泉美转盘。这三个点都是我市车流辆非常大的路口。如果现在这三个路口修建行人过街天桥，将会极大缓解目前的状况。天桥地区是阳泉市繁华的商业区，每天的人流非常多，车辆经过也非常繁忙。但是中巴车在那里设站，长时间地占着本来就狭小的道路，而且经常是五六辆车一起停车占道（天桥北口），或者十几二十多辆车占道（天桥南口），造成与之相连的德盛街，新建路的道路不畅。在火车站，很多去平定，昔阳等地的中巴车经常停车拉人，造成车辆行驶缓慢，甚至堵车。因此我建议，撤湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）4销中巴车在天桥南北口的停车站点，转移到其他合适地点，严查火车站附近乱停拉客的中

15、巴车。所以，阳泉的道路交通只要下大力度改革，必然会奏效，而且阳泉的道路改革势 必会带动阳泉的经济发展，使得阳泉有一个更好的明天。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）5第二章 可编程控制器第二章 可编程控制器2.1 可编程控制器的定义2.1 可编程控制器的定义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 ElectricalCommittee）颁布的 PLC 标准草案中对 PLC 做了如下定义：PLC 英文全称 Programmable Lo

16、gic 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

17、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。国际电工委员会(IEC)在其标准中将 PLC 定义为:可程式逻辑控制器是一种数位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/输出控制各种类型的机械或生产过程。可程式逻辑控制器及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。2.2 PLC 的构成2.2 PLC 的构成从结构上分，PLC 分为固定

18、式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/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包括 CPU 模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU 的构成CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）6统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，

19、从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速

20、度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。I/O 模块。PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC的 I/O 电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI），开关量输出（DO），模拟量输入（AI），模拟量输出（AO）等模块。常用的 I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型

21、分，有电流型（4-20mA,0-20mA）、电压型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。电源模块。PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供 24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC），直流电源（常用的为 24VDC）。底板或机架大多数模块式 PLC

22、 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU 能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）72.3 PLC 系统的其它设备2.3 PLC 系统的其它设备编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。也就是我们系统的上位机。人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏

23、）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出网络就是控制器的观点说法。PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC 的通信现在主要采用通过多点接口（MPI）的数据通讯、PROFIBUS 或工业以太网进行联网。PLC 提供的编程

24、语言：标准语言梯形图语言也是我们最常用的一种语言，它有以下特点：它是一种图形语言，沿用传统控制图中的继电器触点、线圈、串联等术语和一些图形符号构成，左右的竖线称为左右母线。梯形图中接点（触点）只有常开和常闭，接点可以是 PLC 输入点接的开关也可以是PLC 内部继电器的接点或内部寄存器、计数器等的状态。梯形图中的接点可以任意串、并联，但线圈只能并联不能串联。内部继电器、计数器、寄存器等均不能直接控制外部负载，只能做中间结果供 CPU内部使用。PLC 是按循环扫描事件，沿梯形图先后顺序执行，在同一扫描周期中的结果留在输出状态暂存器中所以输出点的值在用户程序中可以当做条件使用。语句表语言，类似于汇

25、编语言。逻辑功能图语言，沿用半导体逻辑框图来表达，一般一个运算框表示一个功能左边画输入、右边画输出。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）82.4 PLC 的工作原理2.4 PLC 的工作原理图 2.1PLC 开关量输出控制原理图PLC 开关量输出控制示意图：图 2.2PLC 开关量控制示意图PLC 利用 1.6M 到 30M 频带范围传输信号。在发送时，利用 GMSK 或 OFDM 调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M-45M 之间。PLC 设备分局端

26、和调制解调器，局端负责与内部 PLC 调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）9的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的 Internet。当 PLC 投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。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。(一)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和数据，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

27、，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O 映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。(二)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控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，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；或者刷新该输出线圈在 I/O映象区中对应位的状态；或者确

28、定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在 I/O 映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。(三)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和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。这时，才是 PLC 的真正输

29、出。同样的若干条梯形图，其排列次序不同，执行的结果也不同。另外，采用扫描用户程序的运行结果与继电器控制装置的硬逻辑并行运行的结果有所区别。当然，如果扫描周期所占用的时间对整个运行来说可以忽略，那么二者之间就没有什么区别了。一般来说，PLC 的扫描周期包括自诊断、通讯等，如下图所示，即一个扫描周期等于自诊断、通讯、输入采样、用户程序执行、输出刷新等所有时间的总和。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）102.5 PLC 的特点2.5 PLC 的特点（一）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC 由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取

30、了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的 F 系列 PLC 平均无故障时间高达 30 万小时。一些使用冗余 CPU 的 PLC的平均无故障工作时间则更长。从 PLC 的机外电路来说，使用 PLC 构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC 带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除 PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。（二）配套齐全，功能完善，适用性强PLC 发展到今天

31、，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、CNC 等各种工业控制中。加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。（三）易学易用，深受工程技术人员欢迎PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便

32、地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（四）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。(五)体积小，重量轻，能耗低以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论

33、文）112.6 PLC 的优点2.6 PLC 的优点（一）实现成本低由于可以直接利用已有的配电网络作为传输线路，所以不用进行额外布线，从而大大减少了网络的投资，降低了成本。（二）范围广电力线是覆盖范围最广的网络，它的规模是其他任何网络无法比拟的。PLC 可以轻松地渗透到每个家庭，为互联网的发展创造极大的空间。（三）高速率PLC 能够提供高速的传输。目前，其传输速率依设备厂家的不同而 4.5M-45Mbps 之间。远远高于拨号上网和 ISDN，比 ADSL 更快！足以支持现有网络上的各种应用。更高速率的 PLC 产品正在研制之中。（四）永远在线 PLC 属于即插即用，不用烦琐的拨号过程，接入电源

34、就等于接入网络！（五）便捷不管在家里的哪个角落，只要连接到房间内的任何电源插座上，就可立即拥有 PLC 带来的高速网络享受。2.7 PLC 的应用领域2.7 PLC 的应用领域目前，PLC 在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类：（一）开关量的逻辑控制这是 PLC 最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。（二）模拟量控制在工业生产过程当中，

35、有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量（Analog）和数字量（Digital）之间的 A/D 转换及 D/A 转换。PLC 厂家都生产配套的 A/D 和 D/A 转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。（三）运动控制PLC 可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量 I/O 模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模块。如可驱湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）12动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要 PLC 厂家的产品几乎都有运动控制功能，

36、广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。（四）过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID 调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。大中型 PLC 都有 PID 模块，目前许多小型 PLC 也具有此功能模块。PID处理一般是运行专用的 PID 子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。（五）数据处理现代 PLC 具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考

37、值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（六）通信及联网PLC 通信含 PLC 间的通信及 PLC 与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各 PLC 厂商都十分重视 PLC 的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的 PLC 都具有通信接口，通信非常方便。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这

38、些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字设备公司（DEC）研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable,是世界上公认的第一台 PLC。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

39、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。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）13也为了反映可编程控制器的功能特点，可编程序控制器定名为 Programmable LogicController（PLC）。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

40、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。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长率一直保持为30%-40%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系

41、统。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

42、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。21 世纪，PLC 会有更大的发展。从技术上看，计算机技术的新成果会更多地应用于可编程控制器的设计和制造上，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

43、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的需求；从市场上看，湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）14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（Distributed Control System）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

44、多领域发挥越来越大的作用。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）15第三章 山西泉阳市交通灯设计第三章 山西泉阳市交通灯设计3.1 任务分析3.1 任务分析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，也会影响交通的顺畅。一、信号交通灯控制系统的控制要求：图 3.1 交通灯现场示意图开关合上后，东西绿灯亮 4s 后闪 2s 灭；黄灯亮 2s 灭；红灯亮 8s；绿灯亮循环，对应东西绿黄灯亮时南北红灯亮 8s,接着绿灯亮 4s 后闪 2s 灭；黄灯亮 2s 后，红灯又亮

45、循环。二、控制要求分析十字路口两个方向交通灯自动控制时序工作波形图如图 4.2 所示。图 3.2交通灯时序工作波形图湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）163.2 难点分析3.2 难点分析本程序在设计过程遇到了一些难点我把它整理了一下发现有以下几个问题：（一）行人道红绿灯和主干道红绿灯的对应关系因为实际的红绿灯控制中行人道的红绿灯和主干道的红绿灯是有这一定的对应关系的，所以在编程前一定要理清它们，这样有利于在编程时简化程序、减少 PLC 不必要的运算。（二）交通灯的闪亮交通灯绿灯在实际运行中是要经过闪烁的，所以在设计程序中也要加入这个功能，参考了一些PLC的交通灯程序介绍时发现P

46、LC中有一些继电器可以实现闪烁这些继电器也就是 PLC 内部的功能继电器，这是一种硬件实现功能的方法，虽然程序可以减少但比较死板闪烁频率不能控制。由于对 PLC 内部的功能继电器不太熟悉（不同型号的 PLC 内部功能继电器编号也不一样）我想了一个用程序实现的方法，此方法可以说是软件实现功能的方法，虽然程序加长了但闪烁频率可以控制比较灵活。3.3 流程图3.3 流程图图 3.3 十字路口流程图3.4 方案一3.4 方案一从图中可以看出，东西方向和南北方向绿、黄和红灯相互亮灯时间是相等的。如果取单位时间 t2s，则整个一次循环时间需要 40s。湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）17

47、采用 PLC 控制时，其 I/O 分配表如表 3.1 所示。表 3.1 交通灯控制 I/O 接口地址分配表图 3.4 交通灯控制顺序功能图湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）18图 3.5 输入/输出接线图用三菱 FXIN60MR 型可编程控制器实现交通信号灯控制系统的输入/输出接线，如3.4 所示。图 3.6 交通信号灯控制系统的输入/输出接线图湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）193.5 方案二3.5 方案二方案二大概过程程序的组成及初始程序湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）20切换程序定时及动作程序比较方案一方案二，选用方案一更实用方便简洁。

48、湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计（论文）213.6 控制过程3.6 控制过程把程序通过电脑输入到三菱 中，其执行是可分为：输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新-再输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新永不停止地循环反复地进行着。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入 PLC 的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就

49、失去控制的意义。为此，PLC 的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是 PLC 实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。除了 I/O 刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。监控循环时间的目的是避免死循环，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用看门狗（Watchingdog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理。外设服务是让 PLC 可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据。通讯处理是实现 PLC 与 PLC，或 PLC

50、 与计算机，或 PLC 与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强 PLC 控制能力的需要。也就是说，实际的 PLC 工作过程总是：公共处理-I/O 刷新-运行用户程序-再公共处理-反复不停地重复着。用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。在中断方式下，计算机能得到充分利用，