毕业设计（论文）-基于PLC的交通灯控制系统的设计.pdf

毕 业 设 计 报 告 设计题目： 基于PLC的交通灯控制设置系统的设计 姓 名 专业名称 自动化 班 级 07 电自 1 班 指导老师姓名： （姓名） （单位） 四川师范大学成都学院 报告准备日期 2008 年 11 月2009 年 4 月 提交日期： 2009 年 4 月 10 日 答辩日期： 2009 年 4 月 12 日 答辩委员会主席： 评 阅 人： 二零一一年四月 目 录 目 录 摘要 摘要. 第一章 绪论. 第一章 绪论 第二章 PLC 的基础知识第二章 PLC 的基础知识 2.1 PLC 概述. 2.2 PLC 的由来. 2.3 PLC 的定义. 2.4 PLC 的工作原理. 2.5 PLC 的结构. 2.6 PLC 的基本性能指标. 第三章 PLC 网络与可编程控制器第三章 PLC 网络与可编程控制器. 3.1 欧姆龙网络. 3.2 可编程控制器通信与网络概述. 3.3 可编程控制器控制网络与可编程控制器通信网络的概念. 第四章 交通信号控制系统实况第四章 交通信号控制系统实况. 4.1 十字路口交通灯控制实际情况描述 4.2 结合十字路口交通灯的路况画出模拟图 第五章 可编程控制器程序设计第五章 可编程控制器程序设计 5.1 十字路口交通灯模拟控制时序图 5.2 可编程控制器 I/O 端口分配. 5.3 程序梯形图及语句表. 第六章 总结第六章 总结 6.1 程序调试. 6.2 难点分析. 6.3 PLC 智能化控制交通灯的方法 6.4 收获与体会. 结束语结束语 致谢致谢. II 参考文献参考文献 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 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。 1 关键字：PLC 交通灯 程序 报告 设计 Abstract Abstract PLC and traffic lights application Uses in PLC to street-traffic control lights control, is mainly considered that it has to uses the adaptability to environment strong characteristic, simultaneously its internal timer resources are very rich, may “the evolution type” the signal light carry on the accuracy control to the present universal use, specially realization which may facilitate to the multi-road forks control. At present mostly the brand PLC interior has the real-time clock, may implement all-weather non-hominization management through the programming control to the signal light. Because PLC itself has the communication networking function, composes a local area network the identical strip paths on signal light to carry on the centralized dispatcher to manage the principle, may reduce the vehicles general waiting time, realizes the scientific management. In road charge systems application - PLC traffic lane cybertron 2 第一章 绪论 第一章 绪论 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. 2 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。分析了现代 城市交通控制与管理问题的现状， 结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原 理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的 PLC 设计方案。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。 第二章 PLC 的基础知识 第二章 PLC 的基础知识 2.1 PLC 的概述 2.1 PLC 的概述 可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通 讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置， 涉及到很 多自动控制、电器方面的知识。经过 30 多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应 用。目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业 生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。其应 用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。 2.2 PLC 的由来 2.2 PLC 的由来 早期工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称 继电器控制系统，随着 20 世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品 更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会 小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，为了改变这一现状，美国 通用汽车公司在 1969 年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出 了十项招标指标，即： 1、编程方便，现场可修改程序； 2、维修方便，采用模块化结构； 3、可靠性高于继电器控制装置； 4、体积小于继电器控制装置； 5、数据可直接送入管理计算机； 6、成本可与继电器控制装置竞争； 7、输入可以是交流 115V； 8、输出为交流 115V，2A 以上，能直接驱动电磁阀，接触器等； 9、在扩展时，原系统只要很小变更； 10、用户程序存储器容量至少能扩展到 4KB。 这就是著名的 GM10 条， 1969 年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用， 获得了成功。这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小， 使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。到 1971 年，已经成功地应用于食 品，饮料，冶金，造纸等工业。这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。 1971 日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。1973 年，西欧国家也研制出 它们的第一台 PLC。我国从 1974 年开始研制。于 1977 年开始工业应用。 2.3 PLC 的定义 2.3 PLC 的定义 可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员， 是为工业控 制 应 用 而 设 计 制 造 的 。 早 期 的 可 编 程 控 制 器 称 作 可 编 程 逻 辑 控 制 器 (Programmable Logic Controller)，简称 PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控 制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此， 今天这种装置称作可编程控制器， 简称 PC。 但是为了避免与个人计算机(Personal Computer)的简称混淆，所以将可编程控制器简称 PLC PLC 问世以来，尽管时间不长，但发展迅速。为了使其生产和发展标准化，美国 电气制造商协会 NEMA（National Electrical Manufactory Association） 经过四 年的调查工作，于 1984 年首先将其正式命名为 PC（Programmable Controller） ， 并给 PC 作了如下定义 “PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如 逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制 各种机械或工作程序。 一部数字电子计算机若是从事执行 PC 之功能着， 亦被视为 PC， 但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 以后国际电工委员会 （IEC） 又先后颁布了 PLC 标准的草案第一稿， 第二稿， 并在 1987 年 2 月通过了对它的定义： “可编程控制器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。可编程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。” 总之，可编程控制器是一台计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。它具 有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但可编程控制器产品并不针对某 一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行选用配置，其软件需根据 控制要求进行设计编制。 2.4 PLC 的工作原理 2.4 PLC 的工作原理 PLC 的工作原理：电力线是一个极其不稳定的高躁声、强衰减的传输通道，要实现 可靠的电力线高速数据通信，必须解决低压配电网上各种因素如：噪声、阻抗波动、配 电网结构、 电磁兼容性以及线路阻抗和容性负载引起的信号衰减等主要因素对数据传输 的影响。 一. 扫描技术 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，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；或者确定是否要执行该梯形图 所规定的特殊功能指令。 即，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 的真正输出。 2.5 PLC 的结构 2.5 PLC 的结构 PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机， 其硬件结构基本上与微型计算机相同， 如图所示： a. 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。 它按照 PLC 系统程序赋予的功能接 收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时 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和数据，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，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数 运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。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。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余 系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统 仍能正常运行。 b、存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 C、电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠 的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重 视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直 接连接到交流电网上去 2.5.1 中央处理单元中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢， 它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存 储从编程器键入的用户程序和数据、检查电源、存储器 I/O 以及警戒定时器的状态；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 输入装置的状态和数据，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，经过命令解释后，按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象 区或数据寄存器内，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。 为了进一步提高 PLC 的可靠性近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统或采用三 CPU 的表决式系统，这样即使某个 CPU 出现故障整个系统仍能正常运行。 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 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，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 2.5.2 存储器存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器； 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 1 PLC 常用的存储器类型 （1） RAM (Random Assess Memory)，这是一种读/写存储器(随机存储器) ，其存 取速度最快，由锂电池支持。 （2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一种可擦除的只 读存储器，在断电情况下存储器内的所有内容保持不变(在紫外线连续照射下可擦除存 储器内容)。 （3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，这是一 种电可擦除的只读存储器，使用编程器就能很容易地对其所存储的内容进行修改。 2 PLC 存储空间的分配 虽然各种 PLC 的 CPU 的最大寻址空间各不相同，但是根据 PLC 的工作原理其存储 空间一般包括以下三个区域： (1)系统程序存储区 在系统程序存储区中存放着相当于计算机操作系统的系统程序，包括监控程序、 管理程序、命令解释程序、功能子程序、系统诊断子程序、等由制造厂商将其固化 在 EPROM 中，用户不能直接存取，它和硬件一起决定了该 PLC 的性能。 (2)系统 RAM 存储区(包括 I/O 映象区和系统软设备等) 系统 RAM 存储区包括 I/O 映象区以及各类软设备如：逻辑线圈、数据寄存器、计 时器、计数器、变址寄存器、累加器、等存储器。 I/O 映象区，由于 PLC 投入运行后只是在输入采样阶段才依次读入各输入状态和 数据在输出刷新阶段才将输出的状态和数据送至相应的外设， 因此它需要一定数量的存 储单元(RAM)以存放 I/O 的状态和数据， 这些单元称作 I/O 映象区， 一个开关量 I/O 占 用存储单元中的一个位(bit)，一个模拟量 I/O 占用存储单元中的一个字(16 个 bit)， 因此整个 I/O 映象区可看作两个部分组成：开关量 I/O 映象区，模拟量 I/O 映象区。 系统软设备存储区 除了 I/O 映象区区以外，系统 RAM 存储区还包括 PLC 内部各类软设备(逻辑线圈、 计时器、计数器、数据寄存器和累加器等)的存储区，该存储区又分为具有失电保持的 存储区域和无失电保持的存储区域，前者在 PLC 断电时由内部的锂电池供电，数据不 会遗失，后者当 PLC 断电时数据被清零 1) 逻辑线圈 与开关输出一样，每个逻辑线圈占用系统 RAM 存储区中的一个位，但不能直接驱 动外设，只供用户在编程中使用，其作用类似于电器控制线路中的继电器，另外不同的 PLC 还提供数量不等的特殊逻辑线圈，具有不同的功能。 2) 数据寄存器 与模拟量 I/O 一样，每个数据寄存器占用系统 RAM 存储区中的一个字 (16bits) ，另外 PLC 还提供数量不的特殊数据寄存器，具有不同的功能。 3) 计时器 4) 计数器 (3) 用户程序存储区 用户程序存储区存放用户编制的用户程序，不同类型的 PLC 其存储容量各不相同。 2.5.3 电源电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要得作用。如果没有一个良好的可靠得电源系 统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视，一般交流 电压波动在+10%(+15%)范围内可以不采取其它措施，而将 PLC 直接连接到交流电网上 去。 2.5.4 I/O 模块模块 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： 1 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。 2 模拟量： 按信号类型分， 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。 3 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。 4 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。 2.5.5 PLC 系统的其它设备系统的其它设备 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）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 2.5.6 PLC 的通信联网的通信联网 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。现在几乎所有的 PLC 新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有 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信息。 当然，PLC 之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC 与计算机之间的通讯，一些生产 厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的 PLC 之间、PLC 与 计算机之间可以方便地进行通讯与联网 2.5.7 外部设备外部设备 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：有简易编程器和智能图形编程器，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：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 3. 存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数 据，使用户程序不丢失，如 EPROM、EEPROM 写入器等。 4. 入输出设备： 用于接收信号或输出信号， 一般有条码读人器， 输入模拟量的电位器， 打印机等。 了解了 PLC 的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既 经济又合理，尽可能发挥 PLC 所提供的最佳 2.6 PLC 的基本性能指标 2.6 PLC 的基本性能指标 1 PLC 的主要特点 （1）高可靠性 1）所有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间电气上隔离。 2）各输入端均采用 R-C 滤波器，其滤波时间常数一般为 1020ms。 3）各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。 4）采用性能优良的开关电源。 5）对采用的器件进行严格的筛选。 6）良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU 立即采用有效措施，以防止 故障扩大。 7）大型 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有三 CPU 构成表决系统,使可靠性更进一步提 高。 （2）丰富的 I/O 接口模块 PLC 针对不同的工业现场信号，如： “ 交流或直流； “ 开关量或模拟量； “ 电压或电流； “ 脉冲或电位； “ 强电或弱电等。 有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备，如： “ 按钮 “ 行程开关 “ 接近开关 “ 传感器及变送器 “ 电磁线圈 “ 控制阀 直接连接另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，它还 有多种通讯联网的接口模块，等等。 （3）采用模块化结构 为了适应各种工业控制需要除了单元式的小型 PLC 以外绝大多数 PLC 均 采用模块化结构 PLC 的各个部件包括 CPU 电源 I/O 等均采用模块化设计由 机架及电缆将各模块连接起来系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合 （4）编程简单易学 PLC 的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式对使用者来说 不需要具备计算机的专门知识因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握 （5）安装简单维修方便 PLC 不需要专门的机房可以在各种工业环境下直接运行使用时只需将现 场的各种设备与 PLC 相应的 I/O 端相连接即可投入运行各种模块上均有运行和 故障指示装置便于用户了解运行情况和查找故障 由于采用模块化结构因此一旦某模块发生故障用户可以通过更换模块的 方法使系统迅速恢复运行 2PLC 的功能 （1） 逻辑控制 （2） 定时控制 （3） 计数控制 （4） 步进（顺序）控制 （5） PID 控制 （6） 数据控制 PLC 具有数据处理能力 （七） 通信和联网 （八） 其它 PLC 还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT 模块。 可编程控制器的基本性能可用如下八条予以概括： 一、工作速度 工作速度是指 PLC 的 CPU 执行指令的速度及对急需处理的输入信号的响应速度。 工 作速度是 PLC 工作的基础。速度高了，才可能通过运行程序实现控制，才可能不断扩大 控制规模，才可能发挥 PLC 的多种多样的作用。 PLC 的指令是很多的。不同的 PLC。指令的条数也不同。少的几十条，多的几百条。 指令不同，执行的时间也不同。但各种 PLC 总有一些基本指令，而且各种的 PLC 都有这 些基本指令， 故常以执行一条基本指令的时间来衡量这个速度。 这个时间当然越短越好， 已从微秒级缩短到零点微秒级。并随着微处理器技术的进步，这个时间还在缩短。 执行时间短可加快 PLC 对一般输入信号的响应速度。从讨论 PLC 的工作原理知，从 对 PLC 加入输入信号，到 PLC 产生输出，最理想的情况也要延迟一个 PLC 运行程序的周 期。因为 PLC 监测到输入信号，经运行程序后产生的输出，才是对输入信号的响应。不 理想时，还要多延长一个周期。当输入信号送入 PLC 时，PLC 的输入刷新正好结束，就 是这种情况。这时，要多等待一个周期，PLC 的输入映射区才能接受到这个新的输入信 号。对一般的输入信号，这个延迟虽可以接受，但对急需响应的输入信号，就不能接受 了。对急需处理的输人信号延迟多长时间 PLC 能予以响应，要另作要求。 为了处理急需响应的输入信号，PLC 有种种措施。不同的 PLC 措施也不完全相同， 提高响应速度的效果也不同。一般的作法是采用输入中断，然后再输出即时刷新，即中 断程序运行后，有关的输出点立即刷新，而不等到整个程序运行结束后再刷新。 这个效果可从两个方面来衡量：一是能否对几个输入信号作快速响应；二是快速响 应的速度有多快。多数 PLC 都可对一个或多个输入点作快速响应，快速响应时间仅几个 毫秒。性能高的、大型的 PLC 响应点数更多。 工作速度关系到 PLC 对输入信号的响应速度，是 PLC 对系统控制是否及时的前提。 控制不及时，就不可能准确与可靠，特别是对一些需作快速响应的系统。这就是把工作 速度作为 PLC 第一指标的原因。 二、控制规模 控制规模代表 PLC 控制能力， 看其能对多少输入、 输出点及对多少路模拟进行控制。 控制规模与速度有关。因为规模大了，用户程序也长，执行指令的速度不快，势必 延长 PLC 循环的时间，也必然会延长 PLC 对输入信号的响应。为了避免这个情况，PLC 的工作速度就要快。所以，大型 PLC 的工作速度总是比小的要快。 控制规模还与内存区的大小有关。 规模大， 用户程序长， 要求有更大的用户存储区。 同时点数多，系统的存储器输入、输出的信号区（输入输出继电器区或称输入、输出映 射区）也大。这个区大，相应地内部器件（解释见后）也要增多，这些都要求有更大的 系统存储区。 控制规模还与输入、输出电路数有关。如控制规模为 1024 点，那就得有 1024 条 I/O 电路。这些电路集成于 I/O 模块中，而每个模块有多少路的 I/O 点总是有数的。所 以，规模大，所使用的模块也多。 控制规模还与 PLC 指令系统有关。规模大的 PLC 指令条数多，指令的功能也强，才 能应付对点数多的系统进行控制的需要。 控制规模是对 PLC 其它性能指标起着制约作用的指标；也是 PLC 划分为微、小、中、大 和特大型 三、组成模块 PLC 的结构虽有箱体及模块式之分，但从质上看，箱体也是模块，只是它集成了更 多的功能。在此，不妨把 PLC 的模块组成当作所有 PLC 的结构性能。 这个性能含义是指某型号 PLC 具有多少种模块，各种模块都有什么规格，并各具什 么特点。 一般讲，规模大的 PLC，档次高的 PLC 模块的种类也多，规格也多，反映它的特点 的性能指标也高。但模块的功能则单一些。相反，小型 PLC、档次低的 PLC 模块种类也 少，规格也少，指标也低。但功能则多样些，以至于集成为箱体。 组成 PLC 的模块是 PLC 的硬件基础， 只有弄清所选用的 PLC 都具有那些模块及其特 点，才能正确选用模块，去组成一台完整的 PLC，以满足控制系统对 PLC 的要求。 常见的 PLC 模块有： CPU 模块，它是 PLC 的硬件核心。PLC 的主要性能，如速度、规模都由它的性能来 体现。 电源模块， 它为 PLC 运行提供内部工作电源， 而且， 有的还可为输入信号提供电源。 I/O 模块，它集成了 I/O 电路，并依点数及电路类型划分为不同规格的模块。 内 存模块，它主要存储用户程序，有的还为系统提供辅加的工作内存。在结构上内存模块 都是附加于 CPU 模块之中。 底板、机架模块，它为 PLC 各模块的安装提供基板，并为模块间的联系提供总线。 若干底板间的联系有的用接口模块，有的用总线接口。不同厂家或同一厂家但不同类型 的 PLC 都不大相同。 箱体式的 PLC 还有 I/O 扩展箱体，它不含 CPU，仅有电源及 I/O 单元的功能。扩展 箱体也依 I/O 点数的多少划分有不同的规格。 除上述模块，PLC 还有特殊的或称智能或称功能模块。如 A/D（模入）模块、D/A （模出）模块、高速计数模块、位控模块、温度模块等等。这些模块有自己的 CPU，可 对信号作预处理或后处理，以简化 PLC 的 CPU 对复杂的程控制量的控制。智能模块的种 类、特性也大不相同，性能好的 PLC，这些模块种类多，性能也好。 通讯模块，它接人 PLC 后，可使 PLC 与计算机，或 PLC 与 PLC 进行通讯，有的还可 实现与其它控制部件，如变频器、温控器通讯，或组成局部网络。通讯模块代表 PLC 的 组网能力，代表着当今 PLC 性能的重要方面。 掌握 PLC 性能，一定要了解它的模块，并通过了解模块的性能，去弄清楚 PLC 的性 能。 除了模块，PLC 还有外部设备。 尽管用 PLC 实现对系统的控制可不用外部设备，配置好合适的模块就行了。然而， 要对 PLC 编程，要监控 PLC 及其所控制的系统的工作状况，以及存储用户程序、打印数 据等，就得使用 PLC 的外部设备。故一种 PLC 的性能如何，与这种 PLC 所具外部设备丰 富与否，外部设备好用与否直接相关。 PLC 的外部设备有四大类： 编程设备：简单的为简易编程器，多只接受助记将编程，个别的也可用图形编程（如日 本东芝公司的 EX 型可编程控制器）。复杂一点的有图形编程器，可用梯形图语编程。 有的还有专用的计算机，可用其它高级语编程。编程器除了用于编程，还可对系统作一 些设定，以确定 PLC 控制方式，或工作方式。编程器还可监控 PLC 及 PLC 所控制的系统 的工作状况，以进行 PLC 用户程序的调试。 监控设备：小的有数据监视器，可监视数据；大的还可能有图形监视器，可通过画面监 视数据。除了不能改变 PLC 的用户程序，编程器能做的它都能做，是使用 PLC 很好的界 面。性能好的 PLC，这种外部设备已越来越丰富。 存储设备：它用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失。这些设备，如存储卡、 存储磁带、软磁盘或只读存储器。而为实现这些存储，相应的就有存卡器、磁带机、软 驱或 ROM 写入器，以及相应的接口部件。各种 PLC 大体都有这方面的配套设施。 输入输出设备：它用以接收信号或输出信号，便于与 PLC 进行人机对话。输入的有条码 读入器，输入模拟量的电位器等。输出的有打印机、编程器、监控器虽也可对 PLC 输入 信息，从 PLC 输出信息，但输入输出设备实现人机对话更方便，可在现场条件下实现， 并便于使用。随着技术进步，这种设备将更加丰富。 外部设备已发展成为 PLC 系统的不可分割的一个部分。它的情况，当然是选用 PLC 必须了解的重要方面，所以也应把它列为 PLC 性能的重要内容。 四、内存容量 PLC 内存有用户及系统两大部分。用户内存主要用以存储用户程序，个别的还将其 中的一部分划为系统所用。系统内存是与 CPU 配置在一起的。CPU 既要具备访问这些内 存的能力，还应提供相应的存储介质。 用户内存大小与可存储的用户程序量有关。内存大，可存储的程序量大，也就可进 行更为复杂的控制。从发展趋势看，内存容量总是在不断增大着。大型 PLC 的内存容量 可达几十 k，以至于一百多 k。系统内存对于用户，主要体现在 PLC 能提供多少内部器 件。不同的内部器件占据系统内存的不同区域。在物理上并无这些器件，仅仅为 RAM。 但通过运行程序进行使用时，给使用者提供的却实实在在有这些器件。 内存器件种类越多，数量越多，越便于 PLC 进行种种逻辑量及模拟控制。它也是代 表 PLC 性能的重要指标。 PLC 内部器件有： I/O 继电器， 或称映射区。 它与 PLC 所能控制的 I/O 点数及模拟量的路数直接相关。 内部继电器数，有的称为标志位数，代表着 PLC 的内部继电器数。它与 I/O 继电器区相 联系着，有时与后者相联系进行处理。内部继电器多，便于 PLC 建立复杂的时序关系， 以实现多种多样的控制要求。一般讲，内部继电器数比 I/O 继电器要多得多。 有的内部继电器还可丢电保持，即它的状态（ON 或 OFF）、PLC 丢电后，靠内部电 池仍予以保持。再上电后可继续丢电前的状态。保持继电器可增强 PLC 控制能力，特别 对记录故障，故障排除后恢复运行，更显得有用。 定时器，可进行定时控制。定时值可任意设定。定时器有多少，设定范围有多大， 设定值的分辨率又是多少，这些都代表定时器件的性能。 计数器，可进行计数，到达某设定计数值可发送相应信号。可进行什么样的计数， 计数范围多大，怎么设定，有多少计数器，则是 PLC 计数器性能的代表指标。 数据存储区，用以存储工作数据。多以字、两字或多字为单位予以使用，是 PLC 进行模 拟量控制， 或记录数据所必不可少的。 这个存储区的大小代表 PLC 的性能也是越大越好。 趋势也是越来越大。小型机也如此。如日本 OMRON 公司的 CQM1 机，其 DM 区就有 6k 字。 而过去同是小型机的 C60P 的 DM 区才 64 个字。大型机的 DM 可达 10K 以至几十 K。 此外还有其它一些内部器件，了解某 PLC 性能时，也都必须掌握它。 内部器件也是 PLC 指令的操作数，不弄清楚是无法编程的。 五、指令系统 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。你 不懂 PLC 指令怎么编程，没有程序，PLC 又怎么工作？ 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。 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。 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 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。 六、支持软件 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 PLC 厂家已有提供。如 GEFANAC 的 PLC 就提供有可用 C 语言编程的软件。 再前进一步， 从理论上讲使用自然语言编程也是完全可能的。 只是要下力气去开发， 以及市场有这个需要。 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，性能也越来越好，其界面也越 来越友好，也