交通灯plc课设报告.doc

摘 要PLC（可编程控制器）作为一种工业控制微型计算机，它以其编程方便、操作简单尤其是它的高可控性等优点，在工业生产过程中得到了广泛的应用。它应用大规模集成电路，微型机技术和通讯技术的发展成果，逐步形成了具有多种优点和微型，中型，大型，超大型等各种规格的系列产品，应用于从继电器控制系统到监控计算机之间的许多控制领域。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;报告;设计 AbstractSummary of PLC (programmable logic controller) as an industrial control computer, in its programming, it convenient, simple operation, in particular its high controllability, and other advantages, has been widely used in the industrial production process. Application of LSI, microcomputer technology and communication technology for development results, and gradually form has several advantages and micro-, medium, large, and very large variety of products, such as, should be used from the relay control system to monitor the computer between many areas of control. In recent years, with the rapid development of science and technology, application of PLC is continuing to move towards in-depth, led both traditional controls testing day Crescent benefits update. It has a simple structure, convenient programming, high reliability, have been widely used in industrial process and control in the location. According to statistics, the PLC is one of the most widely used in industrial automation device equipment. Experts believe that the programmable controller will become the main instruments and an important foundation for future industrial control equipment, PLC, robotics, CAD/CAM will be the three pillars of industrial production. Due to the PLC to use strong environmental adaptability features, while its internal timer resources are very rich, is now widely used can be incremental precise control over lights, special controls for multiple fork can be easily achieved. Thus PLC is now increasingly applied to the traffic light system. At the same time, PLC itself also has a communications networking function, on the same path lights form a unified scheduling management LAN, traffic waiting time can be shortened, realize scientific management. Real time detection and automatic control in PLC application system, PLC is often used as a core part, PLC knowledge alone is not enough, should also be based on the specific hardware structure, as well as application-specific software combined with the characteristics of an object, to be refined. Very vividly demonstrate the application of PLC in the system of traffic lights.Keywords: traffic lights at the PLC; procedure; reports; design 目 录第1章 前 言41.1课题背景41.2研究目的和意义51.3本文的主要工作7第2章PLC的基本知识72.1PLC的概述72.1.1国外PLC发展概况72.1.2技术发展动向82.1.3国内发展及应用概况822PLC的应用领域8221开关量的逻辑控制92.2.2模拟量控制92.2.3运动控制92.3.4过程控制92.3PLC发展趋势92.3.1向高速度、大容量方向发展92.3. 2向超大型、超小型两个方向发展92.3.3PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力102.3.4增强外部故障的检测与处理能力102.3.5编程语言多样化102.4PLC特点和结构组成102.4.1plc 具有以下鲜明的特点。102.4.2PLC的结构组成112.5PLC软件的组成152.6PLC的基本工作原理18第3章 红绿灯系统设计203.1交通灯控制的要求及系统设计思路203.2硬件设计243.2.1PLC的选型243.2.2PLC的地址分配253.2.3PLC的接线形式263.3系统程序设计273.3.1语句表273.3.2系统程序分析273.4 本章小结28第4章 系统检测与调试294.1检测与调试294.2本章小结30结 论31致 谢32参考文献33第1章 前 言1.1课题背景当今，红绿灯安装在各个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。但这一技术在19世纪就已出现了。1858年，在英国伦敦主要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组成，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。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组成，1914年始安装于纽约市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，又出现了带控制的红绿灯和红外线红绿灯。带控制的红绿灯，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。随着社会的发展，人们的消费水平不断的提高，私人车辆不断的增加。人多、车多道路少的道路交通状况已经很明显了。所以采用有效的方法控制交通灯是势在必行的。PLC 的智能控制原则是控制系统的核心，采用PLC把东西方向或南北方向的车辆按数量规模进行分档，相应给定的东西方向与南北方向的绿灯时长也按一定的规律分档. 这样就可以实现按车流量规模给定绿灯时长，达到最大限度的有车放行，减少十字路口的车辆滞流，缓解交通拥挤、实现最优控制，从而提高了交通控制系统的效率.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。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。用可编程控制器实现交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。可编程序控制器在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展，可编程控制器的功能日益完善，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。1.2研究目的和意义在十字路口设置交通灯可以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、经济的快速发展，原先的交通灯控制系统已经不能适应现在日益繁忙的交通状况。如何改善交通灯控制系统，使其适应现在的交通状况，成为研究的课题。 传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：事先经过车辆流量的调查，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，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。即使是经过长期运行、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，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适应控制的交通灯。目前，大部分城市中十字路口交通灯的控制普遍采用固定转换时间间隔的控制方法。由于十字路口不同时刻车辆的流量是复杂的、随机的和不确定的，采用固定时间的控制方法，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，采用不依赖数学模型的模糊控制方法设计交通灯控制器，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，城市空中各种电磁干扰日益严重，为保证交通控制的可靠、稳定，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。可编程控制器交通灯控制系统集成自动控制技术、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、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系统和集中控制系统的优点，采用标准化、模块化、系统化设计，配置灵活、组态方便。可编程控制器交通灯控制系统的特点：脱机手动工作；联机自动就地工作；上机控制的单周期运行方式；由上位机通过串口向下位机送入设定配方参数实现自动控制；自动启动、自动停机控制方式。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。本系统采用PLC是基于以下四个原因：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，可以将模糊化、模糊决策和解模糊都方便地用软件来实现；抗干扰能力强，目前空中各种电磁干扰日益严重，为了保证交通控制的可靠稳定，我们选择了能够在恶劣的电磁干扰环境下正常工作的PLC；根据交通信号灯系统的要求与特点，我们采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。西门子可编程控制器指令丰富，可以接各种输出、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和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控制器(PLC)对十字路口交通控制灯实现控制。1.3本文的主要工作第一章，回顾交通灯的历史，随着社会经济的发展，交通管制的要求越来越高，采用可编程程序控制器来代替中间继电器和过程控制的微型机，设计开发了交通灯控制系统，才会满足稳定可靠的交通控制系统需求。第二章，叙述了可编程程序控制器的产生、发展、应用的历程，通过论述可编程程序控制器的各种优点、 卓越性能、结构、原理，有一个感性的总体认识。第三章，结合交通灯控制系统的要求，进行硬件、程序设计，从主要部件的选择、流程的分析、程序思路的产生来完成本次设计任务。第四章，通过对系统的调试和检测，再进行系统性梳理，将隐藏的不足之处加以修正和完善，确保系统能顺利运行。 第二章PLC的基本知识2.1PLC的概述2.1.1国外PLC发展概况PLC自问世以来，经过40多年的发展，在美、德、日等工业发达国家已成为重要的产业之一。世界总销售额不断上升、生产厂家不断涌现、品种不断翻新。产量产值大幅度上升而价格则不断下降。目前，世界上有200多个厂家生产PLC，较有名的：美国：AB通用电气、莫迪康公司；日本：三菱、富士、欧姆龙、松下电工等；德国：西门子公司；法国：TE 施耐德公司；韩国：三星、LG公司等。 2.1.2技术发展动向1. 产品规模向大、小两个方向发展； 大：I/O点数达14336点、32位为微处理器、多CPU并行工作、大容量存储器、扫 描速度高速化。小：由整体结构向小型模块化结构发展，增加了配置的灵活性，降低了成本。2.PLC在闭环过程控制中应用日益广泛；3.不断加强通讯功能；4.新器件和模块不断推出；高档的PLC除了主要采用CPU以提高处理速度外，还有带处理器的EPROM或RAM的智能I/O模块、高速计数模块、远程I/O模块等专用化模块。5.编程工具丰富多样，功能不断提高，编程语言趋向标准化；有各种简单或复杂的编程器及编程软件，采用梯形图、功能图、语句表等编程语言，亦有高档的PLC指令系统。6.发展容错技术；采用热备用或并行工作、多数表决的工作方式。7.追求软硬件的标准化。2.1.3国内发展及应用概况我国的PLC产品的研制和生产经历了三个阶段：顺序控制器（19731979）一位处理器为主的工业控制器（19791985）8位微处理器为主的可编程序控制器（1985以后）。在对外开放政策的推动下，国外PLC产品大量进入我国市场，一部分随成套设备进口。如宝钢一、二期工程就引进了500多套，还有咸阳显示管厂、秦皇岛煤码头、汽车厂等。现在，PLC在国内的各行各业也有了极大的应用，技术含量也越来越高。 22PLC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：221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。 2.2.2模拟量控制 在工业生产过程当中，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。 2.2.3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，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.3.4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。2.3PLC发展趋势2.3.1向高速度、大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。目前，有的PLC的扫描速度可达0.1ms/k步左右。PLC的扫描速度已成为很重要的性能指标。2.3. 2向超大型、超小型两个方向发展当前中小型PLC比较多，为了适应市场的多种需要，今后的PLC要向多品种方向发展，特别是向超大型和超小型两个方向发展。现已有I/O点数达到14336点的超大型PLC，其使用32微处理器，多CPU并行工作和大容量存储器，功能强。小型的PLC由整体结构向小型模块化结构发展，使配置更加灵活，为了市场需要，如三菱公司a系列PLC。2.3.3PLC大力开发智能模块，加强联网通信能力为了满足各种自动化控制系统的要求，近几年不断开发许多功能模块，如高速计数模块、温度控制模块、远程I/O模块、通信和人机接口模块等。这些带CPU和存储器的智能模块，既扩展了PLC功能，又使用方便，扩大了PLC应用范围。加强PLC联网通信的能力，是PLC技术进步的潮流。PLC的联网通信有两类：一类是PLC之间联网通信，各PLC生产厂家都有自己的联网通信手段；PLC于计算机之间的联网通信，一般PLC都有专用通信模块与计算机通信。为了加强联网通信能力，PLC生产厂家之间也在协商制订通用的通信标准，以构成更大的网络系统，PLC已成为集散控制系统（DOS)不可缺少的重要组成。2.3.4增强外部故障的检测与处理能力根据统计资料表明：在PLC控制系统的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，输入设备占30%，线路占5%。前两项共20%故障属于PLC的内部故障，它可通过PLC本身的软、硬件实现检测、处理：而其余80%的故障属于PLC的外部故障。因此，PLC生产厂家都致力于研制、发展用于检测外部故障的专用智能模块，进一步提高系统的可靠性。2.3.5编程语言多样化在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使用梯形图语言外，为了适应各种控制要求，出现了面向顺序控制的步进编程语言、面向过程的流程语言、与计算机兼容的高级语言（BASIC、C语言）等。多种编程语言的并存、互补与发展是PLC进步的一种趋势。2.4PLC特点和结构组成2.4.1plc 具有以下鲜明的特点。1.系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回 路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如 DDC 和 DCS 等，实现生产过程的综合自动化。2.使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。3. 能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。2.4.2PLC的结构组成2.4.2.1硬件结构可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)简称PLC，是一种具有微处理机的数位电子设备，可以将控制指令随时加载内存内储存与执行。可编程控制器由内部CPU，指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数位类比.等单元所模组化组合成.PLC的基本结构框图如下：2.4.2.2中央处理单元PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程式赋予的功能接收并存贮用户程式和资料，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或资料，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，从用户程式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，与通用电脑一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的资料、控制及状态总线构成，还有周边芯片、总线界面及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程式及资料，是PLC不可缺少的组成单元。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。CPU的运算器用于进行数位或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU的暂存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模组的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模组总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线界面，用于接I/O范本或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模组上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。PLC的CPU内部包含CU、ALU、暂存器三大部分： 1.CU：(控制单元-指令解码器) 负责将储存在内存内的程式解码成控制信号，用以决定各单元模组的工作状态，是PLC的指挥部。 2.ALU：(算数及逻辑运算单元)专门负责做加减乘除的算术运算及AND、OR、NOT逻辑运算暂存器：CPU内部内存可以暂时存放运算的结果，等待下一次运算。2.4.2.3内存PLC内部存放撰写完成编辑的程式指令及资料的地方，通常也可使用RAM或EEPROM等专用内存卡片方式扩充(但扩充能力得依各厂牌与型号有所不同)。输入/输出单元(IO单元) PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模组与外界联系的，按I/O点数确定模组规格及数量，I/O模组可多可少，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。I/O模组集成了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。输入单元是用来连结撷取输入元件的信号动作并透过内部总线将资料送进内存由CPU处理驱动程式指令部分。PLC输入模组PLC系统的架构和输入模组产品的选择端视需要被监测的输入讯号位准而定。来自不同类型被监测的传感器与流程控制之变量讯号，可以涵盖从10mV至10V的输入讯号范围。输出单元是用来驱动外部负载的接口，主要原理是由CPU处理以书写在PLC里的程式指令，判断驱动输出单元在进而控制外部负载，如指示灯、电磁接触器、继电器、气(油)压阀等。PLC输出模组在工业环境中用来控制制动器、气阀及马达等的PLC系统类比输出范围包括5V、10V、0V到5V、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。 2.4.2.4AD/DA 类比/数位 单元(类比数位转换控制) AD-类比讯号转数位讯号：主要是把外部微电压微电流以及0与1的资料，透过专用模组接面接收，再以专用指令转换运算给程式运用。DA-数位讯号转类比讯号：主要是把PLC内部数学数值及专用指令以CPU做运算，并透过专用模组将数学数值转微电压微电流信号再加以控制外部设备，如变频器、温控器等包含其他具有数位类比收送的接口设备。通常在使用AD/DA模组时都会去考虑到设备的分辨率，因为分辨率会影响到精准度，所以我门通常会选用高分辨率的设备使用，并遵照期线性比例做数学运算。2.4.2.5电源模组有些PLC中的电源，是与CPU模组合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模组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。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。2.4.2.6通讯 现在PLC大多具有可扩充通信网络模组的功能，简单的PLC以BUS缆线或RS-232方式通讯连结，较高阶的PLC会采用USB或以太网路方式做通讯连结。它使PLC与PLC 之间、PLC与个人电脑以及其他智慧设备之间能够交换资讯，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信网络功能，它和电脑一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换资讯。当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与电脑之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协定靠近，这将使不同机型的PLC之间、PLC与电脑之间可以方便地进行通讯与网络。2.4.2.7PLC的外部设备外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类：1、编程设备有简易编程器和智慧图形编程器，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。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。2、监控设备资料监视器和图形监视器。直接监视资料或通过画面监视资料。3、存储设备有存储卡、存储磁带、软碟或只读内存，用于永久性地存储用户资料，使用户程式不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。4、输入输出设备用于接收信号或输出信号，一般有条码读入器，输入模拟量电位器，打印机等。5、PLC内主要元件PLC利用内部内存，规划许多顺序控制程式上常会使用到的元件，这些元件包括: 输入继电器、输出继电器、补助继电器、计数器、计时器、资料暂存器等主要元件，各元件功能与使用方法，说明如下：(1)输入接点(input)与输出接点(Output) 用于PLC与外部元件之间的状态传送。可连接外部器件，及按钮开关、选择开关、光电开关、数字开关等，使用过大电流将会造成内部接点元件损坏。 PLC输出（Yn）与输入(Xn)之继电器对应至实际输出与输入之接点状态，由PLC内部之记体来记忆，在每回程式执行完毕后，PLC会将运算结果后内存之值（0 或1）反应至输出接点Yn（ON或OFF）；接着扫描输入接点Xn之状态，并更新所有输入点内存内之值，以备下一回程式执行使用。 输入点Xn与输出点Yn可当作一虚拟继电器的接点，因此可作常开接点(-| |-)与常闭接点(-|/|-)处理，每个输出点Yn(-( )-)只能使用在程序一次(步进指令STL+RET例外)，但如作为接点，则可在程式设计的程序中无限使用。 以上为三菱PLC标记方式，其中n 代表接点之编号，接点编号方式各厂牌不同，有些PLC采八进制而非惯用之十进制。 内部继电器(M) PLC内部提供很多补助继电器（通常以M或者R表示），用来取代传统顺序控制中的继电器。传统继电器包括接点与线圈二部份，但实际上PLC是以内存来记忆补助继电器之状态，若线圈被驱动则将1 写入，否则将0 写入。接点之运算则直接读自所对应之内存值（0 或1），但原理与传统继电器相同，只有持续输出电源或采用自我保持设计，才可保持继电器的ON(1)状态，如果切断PLC的电源，或者对PLC进行复归，内部继电器都将断开OFF，除非是停电保持形态之内部继电器。 补助继电器可分为一般型与停电保持型，差别在系统重新启动或断电后，停电保持型记忆启动或断电前之状态。 依各厂生产型别，尚可能有网络继电器(B)、步进继电器(S).等特殊型态。(2)计数器(Counter) 计数器在程式中被用来计算重复动作的次数。每一个计数器Cn 有一个位元内存位址代表其接点状态，另有一字符暂存器用来记录目前所计数之大小。 一般PLC的计数器计数方式可分为上数或下数方式，有的计数器则同时具有上数与下数方式。上数指的是由小往大数(如:1,2,3.)，下数指的是由大的往小数(如:9,8,7.)。因此首先要了解所使用之计数器到底是上数或下数。 一般PLC中的计数器并非真有硬件计数器存在，而是以内存配合软件的模拟方式来完成计数等功能。但有的PLC具有高速计数器，则是以实际的硬件来完成所需的高速计数工作。顺序控制使用一般计数器即可，但若输入讯号为高速脉波，则须改采高速计数器。有的PLC为避免意外停电后计数器计数值的遗失，也提供部份计数器具有停电后保持计数值与接点状况之功能。 (3)计时器(Timer)计时器用来计算动作的时间长短。每一个计时器Tn有一个内存记忆其接点状态，另有一暂存器用来记录目前所计时之次数。每单位计时时间乘上计时次数，代表所计时之时间长短。一般型计时器按其接点动作方式可分为“启动延迟型”或“断电延迟型”二种。另有积算型计时器，在输入讯号消失或停电后，计时器内之资料会被保存。因此积算计数内之资料在每一次重新计时动作前，应先予以归零。“启动延迟型”计时器:在启动讯号输入后开始计时，等到计时终了才启动计时线圈与接点；“断电延迟型”计时器:则在启动讯号输入后，除了开始计时，并启动计时线圈与接点，等到计时终了才将计时线圈与接点关闭。 (4)资料暂存器(Data)资料暂存器（Dn）用来储存字符组之数值或字符资料。其资料型态使用二进制符号，数据用O与1表示。每个暂存器使用16位元储存，但是如果使用二个资料暂存器，则可处理32位元的数据。 数值存入后其内容会一直保持，直到新数据送入或程式停止运转才清除归零。 依其功能可分为一般用、停电保持用、特殊用、档案暂存用四种。 2.5PLC软件的组成PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC的应用中，最重要的是用PLC的编程语言来编写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC编程语言是多种多样的，对于不同生产厂家、不同系列的PLC产品采用的编程语言的表达方式也不相同，但基本上可归纳两种类型：一是采用字符表达方式的编程语言，如语句表等；二是采用图形符号表达方式编程语言，如梯形图等。以下简要介绍几种常见的PLC编程语言。1.梯形图语言梯形图语言是在传统电器控制系统中常用的接触器、继电器等图形表达符号的基础上演变而来的。它与电器控制线路图相似，继承了传统电器控制逻辑中使用的框架结构、逻辑运算方式和输入输出形式，具有形象、直观、实用的特点。因此，这种编程语言为广大电气技术人员所熟知，是应用最广泛的PLC的编程语言，是PLC的第一编程语言。如图1所示是传统的电器控制线路图和PLC梯形图。a） 电器控制线路图 b）PLC梯形图 图1 电器控制线路图与梯形图从图中可看出，两种图基本表示思想是一致的，具体表达方式有一定区别。PLC的梯形图使用的是内部继电器，定时计数器等，都是由软件来实现的，使用方便，修改灵活，是原电器控制线路硬接线无法比拟的。2.语句表语言这种编程语言是一种与汇编语言类似的助记符编程表达方式。在PLC应用中，经常采用简易编程器，而这种编程器中没有CRT屏幕显示，或没有较大的液晶屏幕显示。因此，就用一系列PLC操作命令组成的语句表将梯形图描述出来，再通过简易编程器输入到PLC中。虽然各个PLC生产厂家的语句表形式不尽相同，但基本功能相差无几。以下是与图1中梯形图对应的（FX系列PLC）语句表程序。 步序号 指令 数据 0 LD X1 1 OR Y0 2 ANI X2 3 OUT Y0 4 LD X3 5 OUT Y1可以看出，语句是语句表程序的基本单元，每个语句和微机一样也由地址（步序号）、操作码（指令）和操作数（数据）三部分组成。3.逻辑图语言逻辑图是一种类似于数字逻辑电路结构的编程语言，由与门、或门、非门、定时器、计数器、触发器等逻辑符号组成。有数字电路基础的电气技术人员较容易掌握。4.功能表图语言功能表图语言（SFC语言）是一种较新的编程方法，又称状态转移图语言。它将一个完整的控制过程分为若干阶段，各阶段具有不同的动作，阶段间有一定的转换条件，转换条件满足就实现阶段转移，上一阶段动作结束，下一阶段动作开始。是用功能表图的方式来表达一个控制过程，对于顺序控制系统特别适用。5.高级语言随着PLC技术的发展，为了增强PLC的运算、数据处理及通信等功能，以上编程语言无法很好地满足要求。近年来推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高级语言，如BASIC语言、C语言、PASCAL语言等进行编程。采用高级语言后，用户可以像使用普通微型计算机一样操作PLC，使PLC的各种功能得到更好的发挥。2.6PLC的基本工作原理PLC的基本工作原理:由于PLC以微处理器为核心，故具有微机的许多特点，但它的工作方式却与微机有很大不同。微机一般采用等待命令的工作方式，如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方，若有键按下或有I/O变化，则转入相应的子程序，若无则继续扫描等待。PLC则是采用循环扫描的工作方式。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，则从第一条指令开始逐条执行用户程序，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。扫描周期的长短主要取决于以下几个因素：一是CPU执行指令的速度；二是执行每条指令占用的时间；三是程序中指令条数的多少。一个扫描周期主要可分为3个阶段。1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。完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。2程序执行阶段在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，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。当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入（出？）刷新阶段。3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（输出映像寄存器），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。由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。由于输入刷新阶段是紧接输出刷新阶段后马上进行的，所以亦将这两个阶段统称为I/O刷新阶段。实际上，除了执行程序和I/O刷新外，PLC还要进行各种错误检测（自诊断功能）并与编程工具通讯，这些操作统称为“监视服务”，一般在程序执行之后进行。综上述，PLC的扫描工作过程如图所示。显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。扫描周期越长，响应速度越慢。由于每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，所以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。但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。总之，PLC采用扫描的工作方式，是区别于其他设备的最大特点之一，我们在学习和使用PLC当中都应加强注意。第3章 红绿灯系统设计 3.1交通灯控制的要求及系统设计思路设置一个启动按钮S01，当它接通时，信号灯控制系统开始工作，且先南北绿灯亮，东西红灯亮。设置一个开关S07进行选择红绿灯连续循环与单次循环，当S07为0时，红绿灯连续循环，当S07为1时，红绿灯单次循环。其工艺流程如下：1）S20S23，东西红灯亮并保持15S，同时南北绿灯2亮，但保持10S，到10S时南北绿灯2闪亮3次（每周期1S）后熄灭；继而南北黄灯亮，并保持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2亮。2）S24S27，南北红灯亮并保持15S，同时东西绿灯2亮，但保持10S，到10S时东西绿灯2闪亮3次（每周期1S）后熄灭；继而东西黄灯亮，并保持2S，到2S时东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，南北绿灯2亮。3）S28S31，东西红灯亮并保持15S，同时南北绿灯1亮，但保持10S，到10S时南北绿灯1闪亮3次（每周期1S）后熄灭；继而南北黄灯亮，并保持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1亮。4）S32S35，南北红灯亮并保持15S，同时东西绿灯1亮，但保持10S，到10S时东西绿灯1闪亮3次（每周期1S）后熄灭；继而东西黄灯亮，并保持2S，到2S时东西黄灯熄灭，东西红灯亮，同时，南北红灯熄灭，南北绿灯2亮。1.十字路口交通灯状态的分析： 十字路口交通灯如下图3-1所示，将16个交通灯进行编号图3-1 十字路口交通灯状态图2.主程序流程图： 3.2硬件设计3.2.1 PL