畢業(yè)設(shè)計（論文）基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計

1、摘要近年來隨著科技的飛速發(fā)展，plc的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月異更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面的知識是不夠的。還應(yīng)該根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合加以完善。交通信號燈的出現(xiàn)使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量，提高道路通行能力減少交通事故有明顯效果。俗話說“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還是無法保障暢通安全。以山西省陽泉市為例，由于陽泉市地形所致，市內(nèi)道路路面窄，每到上下班時間交通顯得擁擠不堪。因此交通燈顯得尤為重要，合理控制交通燈更是陽泉市交通的重要部分。由

2、于筆者在實習期間接觸到不少mitsubishi系列的plc,mitsubishi fx1n-60mr等器材，所以我選擇做交通燈的設(shè)計來作為我的畢業(yè)設(shè)計。關(guān)鍵詞：陽泉市 交通燈 自動控制abstractwith the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the one-chip computer is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent be

3、nefit to upgrade day to control at the same time. in measuring in real time and automatically controlled one-chip computer application system, the one-chip computer often uses as a key part, only one-chip computer respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hard

4、ware , and direct against and use the software of targets characteristic to combine concretly, perfect .the appearance of the traffic signal lamp , make the traffic be controlled effectively, for dredging the flow of traffic, improving the traffic capacity of the road, there are obvious results to r

5、educe the traffic accident. as the saying goes want rich , repair the roads first , but way build up if control do road well to be unable to ensure the unblocked security in traffic. the traffic signal lamp of the important composition component controlled as the traffic should be suitable for the s

6、ocial actual conditions too. for example,yangquan of city,shanxi province.as yangquan of city place highway that is narrow,traffic of congestion go home and work every time.i find a job in city,i studied mintsubishi plc.so,i choose controll traffic light of plc to my graduation design.key word: yang

7、quan of city , traffic light, automatic allies control。目 錄第一章 緒 論1第一節(jié) plc實現(xiàn)十字路口紅綠燈自動控制的背景1第二節(jié) plc控制交通燈設(shè)計目的1第三節(jié) 陽泉市交通現(xiàn)狀2第四節(jié) 陽泉市未來交通控制之我見3第二章 可編程控制器5第一節(jié) 可編程控制器的定義5第二節(jié) plc的構(gòu)成6第三節(jié) plc系統(tǒng)的其它設(shè)備7第四節(jié) plc的工作原理8第五節(jié)plc的特點11第六節(jié) plc的優(yōu)點12第七節(jié) plc的應(yīng)用領(lǐng)域13第八節(jié)plc的國內(nèi)外狀況14第三章 三菱plc的基本指令17第一節(jié) 基本輸入指令17第二節(jié) 棧及主控指令19一、棧指令19二、

8、主控指令20第三節(jié) 定時器和計數(shù)器20一、定時器指令20二、計數(shù)器指令21第四節(jié) 步進順控指令22一、用步進順控指令實現(xiàn)22二、分支及匯合指令22第五節(jié) 功能指令24第四章 設(shè)計過程26第一節(jié) 任務(wù)分析26一、信號交通燈控制系統(tǒng)的控制要求：26二、控制要求分析26第二節(jié) 難點分析27第三節(jié) 流程圖28第四節(jié) 方案一28第五節(jié) 方案二31第六節(jié) 控制過程33第五章 plc控制系統(tǒng)的抗干擾措施35第一節(jié) plc控制系統(tǒng)特點35第二節(jié) 干擾源分類及plc控制系統(tǒng)干擾的來源35一、 干擾源及一般分類35二、 plc控制系統(tǒng)中干擾的主要來源35第三節(jié) plc控制系統(tǒng)的抗干擾措施36第二節(jié) 軟件抗干擾技術(shù)

9、38第八節(jié) 設(shè)計體會39結(jié) 論40參考文獻：41致 謝42第一章 緒 論第一節(jié) plc實現(xiàn)十字路口紅綠燈自動控制的背景隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市街道車輛大幅度增長，給城市交通帶來巨大壓力，交通擁堵已經(jīng)成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的一個全局性問題。而街道各十字路口，又是車輛通行的瓶頸所在。已有的許多建立在精確模型基礎(chǔ)上的交通系統(tǒng)控制方案都存在著一定的局限性。地面道路是一個龐大的網(wǎng)絡(luò)，交通狀況十分復(fù)雜，使目前交通燈控制器的單一時段控制已不能滿足現(xiàn)代交通流量的多變性，特別是在交通流量高峰時，往往會造成交通路口的通過率下降，甚至出現(xiàn)交通混亂現(xiàn)象，城市的交通擁擠問題正逐漸引起人們的注意。道路平面交叉口(

10、簡稱交叉口)是交通網(wǎng)中通行能力的“隘口”和交通事故的“多發(fā)源” ，國內(nèi)外城市的交通事故約有一半發(fā)生在交叉口。因此，交叉口這個事故多發(fā)源不能不引起人們的高度關(guān)注。隨著交通技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展及微機技術(shù)的應(yīng)用，人們設(shè)計出了適應(yīng)各種需要的交通檢測器、信號控制機和交通信號燈。交通燈是交管部分管理城市交通的重要工具?，F(xiàn)在交通燈一般設(shè)在十字路口，在醒目位置用紅、綠、黃三種顏色的指示燈，加上一個倒計時的顯示計時器來控制行車，對于一般情況下的安全行車、車輛分流發(fā)揮著作用。目前絕大部分交通燈其時間都是設(shè)定好的，采用的是單段式定時控制或多段式定時控制，其最大的缺點是綠燈時間和綠信比是固定的或是分時段固定的，且最佳

11、綠燈時間和最佳綠信比的整定較為困難，需要大量的實測統(tǒng)計數(shù)據(jù),且很多情況下整定所得值并不是最優(yōu)的,甚至是不合理的?？刂破饋矶疾皇呛莒`活，這使得城市車流的調(diào)節(jié)不能達到最優(yōu)。第二節(jié) plc控制交通燈設(shè)計目的誠然隨著社會的向前飛速發(fā)展，交通燈已成為國民經(jīng)濟中不可分割的一部分。給予電氣專業(yè)的基礎(chǔ)和筆者本人的手中的三菱fx1n60mr plc，我選擇用三fx1n60mr plc來控制交通燈，結(jié)合山西省陽泉市交通紅綠燈的控制來做我的畢業(yè)設(shè)計，一方面是對這三年來所學知識的總結(jié)和運用，另一方面也是鍛煉自己獨立完成某項工作的能力，也是培養(yǎng)自己把所學知識用到實際的能力。 通過這次做plc控制交通燈的畢業(yè)設(shè)計，來進一

12、步掌握我對三菱plc的熟知編程及應(yīng)用，進一步熟練運用gxvp8,0編程軟件。 當今世界“plc,cadcam,工業(yè)機器人”已成為國民經(jīng)濟體系的三大支柱，掌握plc技術(shù)無疑于掌握了一種現(xiàn)代科技。隨著經(jīng)濟發(fā)展，plc在交通，通信，冶金，石油等工業(yè)方面的應(yīng)用會更加重要，據(jù)數(shù)據(jù)顯示，plc已在美國工業(yè)中占有三分之二的地位。目前市場上plc的品牌有西門子，歐姆龍，三菱，松下等，其中又以三菱plc的市場占有率為最高，在我國南方的幾乎四分之三的企業(yè)在生產(chǎn)實現(xiàn)自動化中用的都是三菱plc。因此學好三菱plc技術(shù)，也會讓自己在電氣行業(yè)中有更好的飯碗，沒有技術(shù)是很難在社會上立足的，尤其在象廣州這樣的國際性城市立足更

13、難。我在深圳實習期間接觸到不少plc，越來越認識到plc在工業(yè)中實現(xiàn)自動化的地位。我以plc應(yīng)用于控制交通燈為挈機，系統(tǒng)掌握三菱plc的指令，編程，通信及接線。第三節(jié) 陽泉市交通現(xiàn)狀陽泉地形狹長，屬于山區(qū)丘陵結(jié)合的地區(qū)。因此決定了陽泉的建筑、交通等等。隨著近年來陽泉經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市化進程的加快，一個不可避免的問題日益突出道路和交通的問題。說它不可避免，是因為全國很多城市在發(fā)展過程中都遇到了同樣的問題，例如北京、太原市等等。即使在全國來說，交通也成為一個日趨嚴重的問題。陽泉地處溝地,兩邊是山,人住尚且緊,擴路談不上,加之單位、商場、居住區(qū)相對集中，人員活動以泉中路為中心擴散，造成桃河橋、華盛

14、橋車輛多，雖然新泉橋、桃源大橋建成但車輛不走。 陽泉市市區(qū)主要是南大街，北大街，泉中路，桃南路，桃北路。值得注意的是這幾條路在近些年一直都沒有擴建。桃北東路由于濱河世紀城的建設(shè)而新建拓寬，其他的路基本是以前的樣子。而陽泉市的汽車保有量在逐年增加。在市政府新建了新泉橋，桃源橋之后，將桃河兩岸的交通堵塞問題基本上解決了，但這只是部分的解決，因為在桃河橋以西，一直到四礦橋，中間很長的距離沒有橋，這就成為影響礦區(qū)，桃河橋西地區(qū)的交通瓶頸。 陽泉市城市道路太窄，交通問題尤其嚴重，每到上下班時道路擁擠不堪，人車混在一起甚是危險。因此設(shè)計一套切實可行的交通燈控制方案必然會對陽泉市交通問題的緩解起到重要作用。

15、在天橋，步行街那仍舊沒有紅綠燈，步行街每到下午是陽泉市人最多的地方，而車輛也很多“車穿行在人之間，人穿行在車之間”，這樣既給行人，車主都帶來極大不便，浪費了很多時間，而后面又有很多車輛造成道路擁堵，過者怨聲載道。這樣下去勢必成為制約陽泉經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，也給市民出行帶來很大不便。第四節(jié) 陽泉市未來交通控制之我見陽泉市區(qū)日益復(fù)雜的道路交通秩序,急需要好的治理，陽泉市每年新增機動車的上萬輛，但報廢數(shù)量卻極少，而且報廢車中有一部分流入郊區(qū)一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)里充當黑出租或個人用車繼續(xù)上路行駛，市區(qū)道路數(shù)量極少而且路面極窄，最寬路面為雙向四車道，而最窄的路面只夠單相通行，而且道路損壞嚴重。這些問題都導(dǎo)致市區(qū)一到高峰

16、期就全面擁堵，嚴重的路段幾乎癱瘓。面對這樣的交通環(huán)境，我認為治理的措施主要有三種； 第一種是治理道路；首先應(yīng)當拓寬路面，新增道路，立交橋，修地下停車場。四車道一下的道路應(yīng)該取消，全部升級為八車道，俗話說，要想富，先修路，好的道路對城市的發(fā)展起著相當重要的作用。還有在道路劃線規(guī)劃中應(yīng)當注意，比如河下義平路的道路規(guī)劃就有問題，明明已經(jīng)設(shè)立非機隔離帶了又劃出了非機動車道，市區(qū)內(nèi)有些道路也存在類似的問題。 第二種是規(guī)劃好交通秩序，創(chuàng)造良好的交通環(huán)境，深圳的道路有些也是很窄的，但是那里的交通秩序十分好，大家各行其道，道路的中間隔離帶，人行道的護欄，人行橫道的紅綠燈。防護措施做的好，管理力度也相當強，行人

17、過馬路不走人行橫道會被警察抓，這使得那里的交通秩序相當好，雖也有堵車，但相對與陽泉而言卻強百倍。 第三種是加大交通附屬設(shè)施的建設(shè)，尤其是交通燈的建設(shè)。這就于我的設(shè)計有關(guān)了，合理控制交通燈必然會起到重要作用。目前，要從桃南東路，新建路一線到南大街一線，一是從桃河橋，泉中路經(jīng)過。二是上天橋，過沙江小市到達南大街，三就是從一公司，經(jīng)過火車站，到達南大街。因此就造成了現(xiàn)在上下班高峰期，天橋人與車爭道，泉中路和桃河橋車輛行進緩慢，一公司經(jīng)常堵車。火車站附近經(jīng)常性堵車。而這其中幾個關(guān)鍵的路口：一公司，天橋（包括南、北兩個口），火車站（包括物資大廈的路口），市政府門前的丁字路口，泉美轉(zhuǎn)盤。我想若在凱旋廣場，

18、陽泉市圖書館那修建立交橋，下層南北方向車輛通行，上層東西方向車輛通行，可以緩解那塊的擁擠情況。在沙家小市那安裝紅綠燈，步行街進口處可建設(shè)天橋，上層行人，下層過車，可以使那暢通。 陽泉交通目前最大的問題就是人流和車流無法有效地隔開。因此就造成了現(xiàn)在這種現(xiàn)象：人多了擠占車道，車多了擠占人行道（自行車道）。人不讓車，車不讓人，人們走在路上沒有安全感，開車的也提心吊膽。像濱河世紀城前邊，黑橋北口等五條道路的交匯點，如果修建一個轉(zhuǎn)盤的話，會安全很多?；疖囌荆òㄎ镔Y大廈的路口），市政府門前的丁字路口，泉美轉(zhuǎn)盤。這三個點都是我市車流輛非常大的路口。如果現(xiàn)在這三個路口修建行人過街天橋，將會極大緩解目前的狀況

19、。天橋地區(qū)是陽泉市繁華的商業(yè)區(qū)，每天的人流非常多，車輛經(jīng)過也非常繁忙。但是中巴車在那里設(shè)站，長時間地占著本來就狹小的道路，而且經(jīng)常是五六輛車一起停車占道（天橋北口），或者十幾二十多輛車占道（天橋南口），造成與之相連的德盛街，新建路的道路不暢。在火車站，很多去平定，昔陽等地的中巴車經(jīng)常停車拉人，造成車輛行駛緩慢，甚至堵車。因此我建議，撤銷中巴車在天橋南北口的停車站點，轉(zhuǎn)移到其他合適地點，嚴查火車站附近亂停拉客的中巴車。 所以，陽泉的道路交通只要下大力度改革，必然會奏效，而且陽泉的道路改革勢必會帶動陽泉的經(jīng)濟發(fā)展，使得陽泉有一個更好的明天。 第二章 可編程控制器第一節(jié) 可編程控制器的定義plc即可

20、編程控制器（programmable logic controller），是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在1987年國際電工委員會（international electrical committee）頒布的plc標準草案中對plc做了如下定義：plc英文全稱programmable logic controller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是:一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc是

21、可編程邏輯電路，也是一種和硬件結(jié)合很緊密的語言，在半導(dǎo)體方面有很重要的應(yīng)用，可以說有半導(dǎo)體的地方就有plc。plc是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。plc及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。國際電工委員會(iec)在其標準中將plc定義為:可程式邏輯控制器是一種數(shù)位運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程

22、序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？沙淌竭壿嬁刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。第二節(jié) plc的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。cpu的構(gòu)成cpu是plc的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統(tǒng)程序賦予的功能

23、接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是plc不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析cpu的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行

24、指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。cpu速度和內(nèi)存容量是plc的重要參數(shù)，它們決定著plc的工作速度，io數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。i/o模塊plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（i/o）完成的。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狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入plc系統(tǒng)，輸出模塊相反。i/o分為開關(guān)量輸入（di），開關(guān)量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。常用的i/o分類如下：開關(guān)

25、量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。除了上述通用io外，還有特殊io模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按i/o點數(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架槽數(shù)限制。電源模塊plc電源用于為plc各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24v的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220vac或

26、110vac），直流電源（常用的為24vdc）。底板或機架大多數(shù)模塊式plc使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使cpu能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。第三節(jié) plc系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是plc開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越

27、來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。plc的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網(wǎng)絡(luò)就是控制器的觀點說法。plc具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)plc具有rs-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。plc的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（mpi）的數(shù)據(jù)通訊、profibus 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。 plc提供的編程語言：標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言

28、，它有以下特點：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是plc輸入點接的開關(guān)也可以是plc內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結(jié)果供cpu內(nèi)部使用。plc是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當做條件使用。語句表語言，類似于匯編語言。邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達，一般一個

29、運算框表示一個功能左邊畫輸入、右邊畫輸出。第四節(jié) plc的工作原理plc開關(guān)量輸出控制原理圖：圖2.1 plc開關(guān)量輸出控制原理圖plc開關(guān)量輸出控制示意圖：圖2.2 plc開關(guān)量控制示意圖plc利用1.6m到30m頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用gmsk或ofdm調(diào)制技術(shù)將用戶數(shù)據(jù)進行調(diào)制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號濾出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設(shè)備不同在4.5m-45m之間。 plc設(shè)備分局端和調(diào)制解調(diào)器，局端負責與內(nèi)部plc調(diào)制解調(diào)器的通信和與外部網(wǎng)絡(luò)的連接。在通信時，來自用戶的數(shù)據(jù)進入調(diào)制解調(diào)器調(diào)制后，通過用戶的配電線路傳

30、輸?shù)骄侄嗽O(shè)備，局端將信號解調(diào)出來，再轉(zhuǎn)到外部的internet。當plc投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，plc的cpu以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。(一) 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。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，i/o映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任

31、何情況下，該輸入均能被讀入。(二)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，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)ram存儲區(qū)中對應(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。在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在i/o映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設(shè)備在i/o映象區(qū)或系統(tǒng)ram存儲區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的

32、梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。(三)輸出刷新階段當掃描用戶程序結(jié)束后，plc就進入輸出刷新階段。在此期間，cpu按照i/o映象區(qū)內(nèi)對應(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)動相應(yīng)的外設(shè)。這時，才是plc的真正輸出。同樣的若干條梯形圖，其排列次序不同，執(zhí)行的結(jié)果也不同。另外，采用掃描用戶程序的運行結(jié)果與繼電器控制裝置的硬邏輯并行運行的結(jié)果有所區(qū)別。當然，如果掃描周期所占用的時間對整個運行來說可以忽略，那么二者之間就沒有什么區(qū)別了。一般來說

33、，plc的掃描周期包括自診斷、通訊等，如下圖所示，即一個掃描周期等于自診斷、通訊、輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新等所有時間的總和。第五節(jié)plc的特點(一)可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技術(shù)，采用嚴格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進的抗干擾技術(shù)，具有很高的可靠性。例如三菱公司生產(chǎn)的f系列plc平均無故障時間高達30萬小時。一些使用冗余cpu的plc的平均無故障工作時間則更長。從plc的機外電路來說，使用plc構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬

34、件故障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應(yīng)用軟件中，應(yīng)用者還可以編入外圍器件的故障自診斷程序，使系統(tǒng)中除plc以外的電路及設(shè)備也獲得故障自診斷保護。這樣，整個系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了。(二)配套齊全，功能完善，適用性強plc發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯處理功能以外，現(xiàn)代plc大多具有完善的數(shù)據(jù)運算能力，可用于各種數(shù)字控制領(lǐng)域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業(yè)控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術(shù)的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。(三)易

35、學易用，深受工程技術(shù)人員歡迎plc作為通用工業(yè)控制計算機，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。(四)系統(tǒng)的設(shè)計、建造工作量小，維護方便，容易改造plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。(五)體

36、積小，重量輕，能耗低以超小型plc為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機械內(nèi)部，是實現(xiàn)機電一體化的理想控制設(shè)備。第六節(jié) plc的優(yōu)點（一）實現(xiàn)成本低 由于可以直接利用已有的配電網(wǎng)絡(luò)作為傳輸線路，所以不用進行額外布線，從而大大減少了網(wǎng)絡(luò)的投資，降低了成本。 （二）范圍廣 電力線是覆蓋范圍最廣的網(wǎng)絡(luò)，它的規(guī)模是其他任何網(wǎng)絡(luò)無法比擬的。plc可以輕松地滲透到每個家庭，為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造極大的空間。 （三）高速率 plc能夠提供高速的傳輸。目前，其傳輸速率依設(shè)備廠家的不同而4.5m-45mbps之間。遠遠高于撥號上網(wǎng)和isdn，比adsl更快！

37、足以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)上的各種應(yīng)用。更高速率的plc產(chǎn)品正在研制之中。 （四）永遠在線 plc屬于即插即用，不用煩瑣的撥號過程，接入電源就等于接入網(wǎng)絡(luò)！ （五）便捷不管在家里的哪個角落，只要連接到房間內(nèi)的任何電源插座上，就可立即擁有plc帶來的高速網(wǎng)絡(luò)享受。第七節(jié) plc的應(yīng)用領(lǐng)域目前，plc在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環(huán)保及文化娛樂等各個行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類：（一）開關(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，實現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設(shè)備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印

38、刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。（二）模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當中，有許多連續(xù)變化的量，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。（三）運動控制plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量i/o模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅(qū)動步進電機或伺服電機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

39、動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。（四）過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計算機，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處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應(yīng)用。（五）數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代plc具有數(shù)學運算（含矩陣運算、函數(shù)運算、邏輯運算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完

40、成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。（六）通信及聯(lián)網(wǎng)plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計算機控制的發(fā)展，工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的plc都具有通信接口，通信非常方便。第八節(jié)plc的國內(nèi)外狀況在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是

41、通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國gm（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱programmable ,是世界上公認的第一臺plc。限于當時的元器件條件及計算機發(fā)展水平，早期的plc主要由分立元件和中小規(guī)模集成電路組成，可以完成簡單的邏輯控制及定時、計數(shù)功能。20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程控制器，使plc增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的

42、工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。此時的plc為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機（簡稱pc）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功能特點，可編程序控制器定名為programmable logic controller（plc）。20世紀70年代中末期，可編程控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、pid功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，

43、可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。上世紀80年代至90年代中期，是plc發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30%-40%。在這時期，plc在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，plc逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的dcs系統(tǒng)。20世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控

44、制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。我國可編程控制器的引進、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了plc的應(yīng)用。目前，我國自己已可以生產(chǎn)中小型可編程控制器。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的cf系列、杭州機床電器廠生產(chǎn)的dkk及d系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的s系列

45、、蘇州電子計算機廠生產(chǎn)的yz系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的plc生產(chǎn)廠家?？梢灶A(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進程的深入，plc在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。21世紀，plc會有更大的發(fā)展。從技術(shù)上看，計算機技術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲容量更大、智能更強的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況

46、會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。目前的計算機集散控制系統(tǒng)dcs（distributed control system）中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。伴隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可編程控制器作為自動化控制網(wǎng)絡(luò)和國際通用網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，將在工業(yè)及工業(yè)以外的眾多領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。第三章 三菱plc的基本指令第一節(jié) 基本輸入指令（一）關(guān)電源，將手持編程器fx10pe或fx20pe連接電纜，電纜另一頭接至plc主機的編程器插座中，并將

47、主機工作方式選擇（stop/run）撥至“stop”位置。(二)按下plc的電源開關(guān)，plc主機通電，“power”燈亮，手持編程器在液晶窗口顯示自檢內(nèi)容。(三)寫入程序前，需對plc“ram”全部清零，當液晶顯示屏上顯示全是“nop”時，即可輸入程序。清零方法如圖3.1所示。圖3.1 plc清零方法(四)程序的輸入，需要先按功能編輯鍵，鍵盤上分別有rd/wr、ins/del、mnt/test等字符分別代表讀/寫、插入/刪除和監(jiān)控/測試功能。其功能為后按者有優(yōu)先權(quán)。例如第一次按rd/wr鍵讀出為r，再按一次即為寫入w，再按一次又變成r。w、r、i、d、m和t功能字符分別顯示在液晶顯示窗的左上角

48、。(五)輸入程序如圖3.2所示，進行編程訓練操作。圖3.2 編程實例實現(xiàn)編程操作如圖3.3所示。(a) 鍵盤操作 (b) 顯示圖3.3 編程操作(六)輸入完程序后，可按圖3.4操作鍵進行程序檢查。圖3.4 程序檢查圖3.5 基本指令程序(七)組合電路的plc編程如圖3.6、3.7所示，根據(jù)梯形圖編寫指令表，分別接通plc輸入端開關(guān)為on或off，觀察plc輸出結(jié)果。圖3.6 組合電路指令程序（1）圖3.7 組合電路指令程序（2）(八)置位、復(fù)位和脈沖指令的編程如圖3.8所示，根據(jù)梯形圖編寫指令表，分別接通plc輸入端開關(guān)為on或off，觀察plc輸出結(jié)果。當x0閉合時，y0有輸出，即使x0斷開

49、，y0仍然保持有輸出；當x1閉合時，y0無輸出。當x2閉合時，y1有輸出，當x3閉合時，y1仍然有輸出，只有當x3再斷開時，y1無輸出。圖3.8 置位、復(fù)位和脈沖電路指令程序第二節(jié) 棧及主控指令一、棧指令棧指令編程梯形圖實例如圖3.9所示。圖3.9 棧指令編程實例（一）按圖3.9輸入程序。（二）運行該程序，當x0=1(on)時，觀察輸出狀態(tài)。1、 y0的狀態(tài)取決于x1或x2的狀態(tài)。2、 y1的狀態(tài)取決于x3、x4相與或x5、x6相與的狀態(tài)。3、 y2狀態(tài)取決于x7的狀態(tài)。4、 y3狀態(tài)取決于x7及x10或x11的狀態(tài)。（三）置x00時，觀察y0-y3的狀態(tài)。二、主控指令主控指令編程梯形圖實例如

50、圖3.10所示圖3.10 主控指令編程實例（一）按圖3.10輸入程序。（二）執(zhí)行程序，依次分別使x0、x1、x2、x3、x4及x5為on，輸出應(yīng)依次為y0、y1及y2為on。第三節(jié) 定時器和計數(shù)器一、定時器指令定時器指令的梯形圖和語句表如圖3.11所示：圖3.11 定時器梯形圖語句表（一）按圖3.11輸入程序。（二）運行程序，觀察輸出結(jié)果。當x1，x2閉合時，定時器t0和t33開始計時，經(jīng)過10s，y0和y1有輸出。說明t0和t33的計時脈沖為100ms，計100次為10s。當閉合x0，再閉合x1和x2時，經(jīng)過10s，y0有輸出；經(jīng)過1s，y1有輸出。說明m8028控制t32-t55的定時脈沖

51、：當m8028閉合時，t32-t55定時脈沖為0.01s，當m8028斷開時，t32-t55定時脈沖為0.1s。二、計數(shù)器指令計數(shù)器指令的梯形圖和語句表如圖3.12所示。圖3.12 計數(shù)器梯形圖語句表（一）按圖3.12輸入程序。（二）執(zhí)行程序，觀察輸出結(jié)果。當x0斷開時，x1閉合10次，y0有輸出；當x0閉合時，再把x1閉合10次，y0無輸出。第四節(jié) 步進順控指令一、用步進順控指令實現(xiàn)如圖3.13所示的波形，使y0、y1和y2每隔1s順序輸出，并循環(huán)。其順序功能圖和指令語句表如圖3.13所示。圖3.13 輸出波形圖圖3.14 順序功能圖及語句表（一）按圖3.14輸入程序。（二）運行程序，觀察y

52、0、y1和y2的輸出是否和波形一致。（三）改變定時器的定時時間常數(shù)，再次運行程序，觀察輸出情況。二、分支及匯合指令選擇性分支及匯合指令的順序功能圖和語句表如圖3.15所示。圖3.15 選擇性分支與匯合選擇性分支與匯合步驟：（一）按圖3.15輸入程序。（二）運行程序，先閉合x1，然后閉合x2，觀察y2和y3有無輸出。（三）改變x1和x2的閉合順序，觀察y2和y3的輸出情況。并性分支及匯合指令的順序功能圖和語句表如圖3.16所示。圖3.16 并行分支與匯合并行分支與匯合步驟：（一）按圖3.16輸入程序。（二）運行程序，閉合x1，觀察y2和y4有無輸出。然后閉合x2、 x3和x4，觀察y3、y5和y

53、6的輸出情況。第五節(jié) 功能指令用左移移位指令實現(xiàn)表3.1循環(huán)左移真值表的輸出。表3.1 循環(huán)左移真值表脈沖y3y2y1y00000010001200103010041000 其梯形圖和指令表如圖3.17所示。圖3.17 循環(huán)左移位控制程序(一)按圖3.17輸入程序。(二)運行程序，觀察y0、y1、y2和y3的輸出是否和真值表一致。用左移移位指令實現(xiàn)表2循環(huán)左移真值表的輸出。表3.2 循環(huán)左移真值表脈沖y3y2y1y00000010001200113011141111511106110071000其梯形圖和指令表如圖3.18所示。圖3.18 循環(huán)左移位控制程序(一)按圖3.18輸入程序。(二)運行程序，觀察y0、y1、y2和y3的輸出是否和真值表一致。只有對三菱plc的指令熟知，才有可能獨立編程，才有可能編出好的交通燈控制程序。為此我花了將近一個多月的時間進一步學習以上指令，結(jié)合我手中的plc，實際進行了操作。給予此基礎(chǔ)，才進行了下面的交通燈程序設(shè)計。 第四章 設(shè)計過程第一節(jié) 任務(wù)分析 隨著城市和經(jīng)濟的發(fā)展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理