交通灯PLC控制系统设计

1、院毕业设计 第 1 页 共 26 页 任任 务务 书书 设计题目：plc 自动控制交通灯 设计要求：1.了解交通灯自动控制原理 2.分析一种典型的交通灯自动控制 系统 设计步骤：1.确定设计题目 2.查阅有关资料为设计作准备 3.作实验 4.写毕业论文 院毕业设计 第 2 页 共 26 页 目目 录录 前 言.3 1.引言 .3 2.课题任务得提出 .3 3.自动化控制方案选择 .3 第一章 pc 概述.4 一.plc 的产生和发展.4 二.plc 的基本结构包括：.10 三.plc 的基本工作原理.11 第二章：关于交通灯基本情况 .16 一.交通灯作用： .16 二.交通灯的构成和工作过程

2、： .16 第三章： 可编程序控制器控制系统设计 .18 一设计过程：.18 二交通灯 pc 控制系统设计.19 三plc 控制交通灯的优点 .36 结 束 语.37 院毕业设计 第 3 页 共 26 页 前前 言言 1.引言 随着高新技术引入电子行业，电子设备的控制技术面临着挑战与改变。 在自动化要求越来越高的今天，我们放眼未来，不难发现只有对各种电子 设备采用高新科技的自动化控制才是生存兴旺的唯一途径。 2.课题任务得提出 交通灯是交通中一种比较普遍的设备，它在工艺生产上起着至关重要 作用。我们负责设计的交通灯控制系统，原是采用继电器线路控制系统， 该系统故障率高，不易维修，另外继电器寿命

3、短，更换元件不方便，综上 原因就严重影响生产效益，因此对本设备进行自动化控制就首当其冲。 3.自动化控制方案选择 对交通灯采用自动化控制时，可选比较先进而又稳定的单片机和 plc 控制，但采用单片机控制还要附加配套的集成电路 i/o 接口，又必须完成 大量硬件设计和制作工作，而且单片机的维修对工人的知识水平要求较高， 据当前国情，经深思熟虑，我选用经济的 plc 控制。 第一章第一章 pcpc 概述概述 院毕业设计 第 4 页 共 26 页 一一. .plcplc 的产生和发展的产生和发展 可编程控制器是以自动控制技术、微计算机技术和通信技术为基础发 展起来的新一代工业控制装置，目前它已被广泛

4、应用于各个领域。早期的 可编程控制器只能进行计数、定时以及对开关量的逻辑控制。因此，它被 称为可编程控制器（programmable logic controller） ，简称 plc。后来， 可编程控制器采用微处理器作为其控制核心，它的功能已经远远超过逻辑 控制的范畴，于是人们又将其称为 programmable controller，简称 pc, 但个人计算机（prosonal computer）也常简称 pc，为了避免混淆，可编 程控制器仍被简称 plc。 1 985 年，国际电工委员会（iec）在可编程控制器国际标准草案第二稿 中，对可编程控制器定义如下：可编程控制器是一种数字运算操作

5、的电子 系统，专为工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其 内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令， 并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种机械或生产过程。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。 plc 是生产力发展的必然产物。20 世纪 60 年代初，美国的汽车制造 业竞争激烈，产品更新换代的周期越来越短，其生产先必须随之频繁地变 更。传统的继电器控制对频繁变动的生产线很不适应。自然，人们对控制 装置提出了更高的要求，即经济、可靠、通用、易变、易修。 首先提出用一种新型控制装置替代继电器控制

6、，这种控制装置要把计算机 的通用、灵活、功能完备等优点与继电器控制的简单、易懂、操作方便、 价格便宜等特点结合起来，而且要使那些不很熟悉计算机的人也能方便地 使用。根据这种设想，1969 年美国数字设备公司（dec）研制出了世界上 第一台 plc，并在美国 gm 公司的汽车自动装配生产线上使用获得成功。 由于 plc 优越的性能，其问世后发展极为迅速。1971 年，日本引进了 这项技术并开始生产 plc。1973 年，原西德和法国也研制出自己的 plc。70 年代中期，欧美及日本的一些生产厂家，其 plc 产品中多以微处 理器及大规模集成电路芯片为其核心部件，使 plc 的功能进一步扩展，并

7、且有了自诊断功能，可靠性得到进一步提高。随着微电子技术的迅猛发展， 80 年代中期，plc 的处理速度和可靠性大大提高，不仅增加了多种特殊功 能，而且体积进一步缩小，成本大幅度下降。到 90 年代中期以后，plc 几 乎完全计算机化，其速度更快、功能更强，plc 的各种智能化模块不断被 开发出来，一些厂家还推出了 plc 的计算机辅助编程软件，许多小型 plc 的性能也不可小试。 院毕业设计 第 5 页 共 26 页 现在，plc 不仅能进行逻辑控制，在模拟量的闭环控制、数字量的智 能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制等方面都得到广泛的应用。 如今大、中型、甚至小型 plc 都配能日趋完

8、善、换代周期越来越短。为了 进一步扩大 plc 在工业自动化领域的应用范围，适应大、中、小型企业的 不同需要，plc 产品大致向两个方向发展：有 a/d、d/a 转换技算术运算功 能，有的还具有 pid 功能。这些功能使 plc 应用于模拟量的闭环控制、运 动控制、速度控制等具有了硬件基础；plc 具有输出和接收高速脉冲的功 能，配合相应的传感器技伺服系统装置，plc 可以实现式数字量的智能控 制；plc 配合可编程终端设备（如触摸屏）可以实时显示采集到的现场数 据技分析结果，为分析、研究系统提供依据；利用 plc 的自检信号可实现 系统监控：plc 具有较强的通信功能，可与计算机或其他智能装

9、置进行通 信和联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的 plc 不仅能满足控制 的要求，还能满足现代化大生产管理的要求。 目前，世界上一些著名电器生产厂家几乎都在生产 plc，产品功小型 plc 向体积缩小、功能增强、速度加快、价格低廉的方向发展，使之能更 加广泛地取代继电器控制、更便于实现机电一体化；大中型 plc 向高可靠 性、高速度、多功能、网络化的方向发展，将 plc 系统的控制功能和信息 管理功能融为一体，使之能对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。 我国从 70 年代中期开始研制 plc。1977 年，我国采用美国 motorola 公司的一位机集成芯片，研制成功了国内第一台有

10、实用价值的 plc。此后， 在不断引进国外 plc 生产线的同时，积极开发国产。许多企业在 plc 的应 用方面进行了积极的探索，取得了成功的经验和良好的效益。随着 plc 产 品性能价格比的不断提高，中小企业普及应用 plc 的投资已经完全可以承 受。可以预见，plc 技术的推广应用会使我国的工业自动化水平产生一个 革命性的飞跃。 1. plc 的功能 plc 是在传统的继电接触控制的基础上通过融入计算机技术发展起来的 一种新型工业控制器，其功能已在上面的定义中作了概括，这里再详细说明 一下目前 plc 具有的功能。 （1）逻辑控制 plc 具有逻辑运算功能，它有与、或、非、异或等逻辑指令，

11、能够表达 多个继电器触点间的串联、并联、串并联、并串联等各种形式的连接，从而 可以代替实际继电器及其间的电气连线。 （2）顺序控制 所谓顺序控制，就是按照预定的先后顺序，逐个完成各种操作。plc 程 序本身就是顺序执行的。此外，plc 中还设有移位寄存器，有的还专门配有 院毕业设计 第 6 页 共 26 页 步进顺控指令，可以方便地实现顺序控制。 （3）计数控制 plc 内部设有若干个计数器，并有计数指令。完成了预定次数的计数 后，就会产生控制信号。 （4）定时控制 plc 内部设有若干个定时器，通常它们分成定时范围不同的几组，并 有定时指令。定时时间一到，就会产生控制信号。 （5）a/d、d

12、/a 转换 有些 plc 具有模拟量与数字量的相互转换功能，即模/数（a/d）转换 （将模拟量转换成数字量）和数/模（d/a） （将数字量转换成模拟量）功能， 从而可以对连续变化的模拟量直接进行监测和调节。 （6）数据处理 目前 plc 大多具有数据处理功能，可对数据进行比较、逻辑运算及加、 减、乘、除四则运算。 （7）运行状态监控 plc 具有较强的监控功能，可对系统的状态进行监视，一旦出错或出现 异常情况，plc 可以记下出错内容，从而便于操作人员采取对策。操作人员 还可以通过监控指令来监视有关部分的运行状态，可以调整定时器或计数器 等的设定值，从而为程序编制和系统的调试、使用及维护提供了

13、方便。 （8）通讯与联网 目前多数 plc 具有通讯功能。plc 之间可以进行通讯，plc 也可以与计算 机进行通讯。同样，可以把多台 plc 与一台计算机联接起来，各台 plc 均按 照计算机发出的指令来工作，并把执行结果通知计算机。采用这种有计算机 和 plc 组成的集散式（即：集中管理、分散控制）控制系统可以实现大规模 复杂的控制系统网络。 随着 plc 技术的不断发展，plc 的功能也会越来越强，其定义也会随之相应 地修改和扩充。 2. plc 的特点 屏蔽，以防外界干扰；对供电系统及输入电路采用多种形式的滤波， 以消除或 plc 优越的性能表现在以下几个方面。 1.灵活性和通用性强

14、继电器控制系统的控制电路要使大量的控制电器，需要通过人工布线、 焊接、组装来完成电路的连接。其致命的缺点是，如果工艺要求稍有改变， 控制电路必须随之作相应的变动，耗时且费力。plc 是利用存储在即内的 程序实现各种控制功能的。因此，在 plc 控制的系统中，当控制功能改变 院毕业设计 第 7 页 共 26 页 使只需修改程序即可，plc 外部接线改动极少，甚至可不必改动。一台 plc 可以用于不同的控制系统中，只不过改变了其中的程序罢了。其灵活 性和通用性是继电器控制电路所无法比拟的。 2.抗干扰能力强、可靠性高 继电器控制系统中，由于器件的老化、脱焊、触点的抖动以及触点电 弧等现象是不可避免

15、的，大大降低了系统的可靠性。继电器控制系统的维 修工作不仅耗资费时，而且停产维修所造成的逊损失也不可估量。而在 plc 控制系统中，大量的开关动作是由无触点的半导体电路来完成的，加 之 plc 在硬件和软件方面都采用了强有力的措施，使产品具有极高的可靠 性和抗干扰能力，故此 plc 可以直接安装在工业现场而稳定地工作。从国 内外使用 plc 的实际情况来看，平均无故障旅客已达到几万甚至几十万小 时以上。因而 plc 被誉为“专为适应恶劣的工业环境而设计的计算机” 。 plc 在硬件和软件方面主要采用以下措施来提高其可靠性。 (1)硬件方面采取的措施 对电源变压器、cpu、编程器等主要部件，均采

16、用严格措施进行抑制 高频干扰，以削弱了个部分之间的相互影响；对 plc 内部所需的+5v 电源 采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以消除由于交流电网的波 动引起的过电压、欠电压的影响；采用光电隔离措施，有效地隔离了内部 与外部电路检的直接电联系，以减少故障和误动作；采用模块式结构的 plc，一旦某一模块有故障，就可以迅速更换模块，从而尽可能缩短系统 的故障停机时间。 (2)软件方面采取的措施 其一，对掉电、欠电压、后备电池电压过低及强干扰信号等，plc 通 过监控程序定时地进行检测。当检测到故障时，立即把当时状态保存起来， 并禁止对程序的任何操作，以防止存储信息被冲掉。故障排除后立即恢

17、复 到故障前的状态继续执行程序。其二，plc 设置了监视定时器，如果程序 每次循环的执行时间超过了规定值，表明程序已进入死循环，则立即报警。 其三，加强对程序的检查和校验，发现错误立即报警，并停止程序的执行。 其四，利用后备电池对用户程序及动态数据进行保护，确保停电时信息不 丢失。 由于采取了以上措施，plc 的抗干扰能力和可靠性得到大大提高。 3.编程语言简单易学 虽然 plc 是以微型计算机计数为核心的控制装置，但是不要求使用者 精通计算机方面复杂的硬件和软件知识。大多数 plc 采用类似继电器控制 电路的“梯形图”语言编程，清晰直观，简单易学，了解继电器控制电路 的电气技术人员很容易接受

18、。 院毕业设计 第 8 页 共 26 页 4.plc 与外部设备的连线简单、使用方便 用微机控制时，要在输入/输出接口电路上做大量工作，才能使微机 与控制现场的设备连接起来，调试也比较繁琐。而 plc 的输入/输出接口 已经做好，其输入接口可以直接与各种输入设备（如按钮、各种传感器等） 连接，输出接口具有较强的驱动能力，可以直接与继电器、接触器、电磁 阀等强电电器连接，接线简单，使用非常方便。 5.plc 的功能强、功能的扩展能力强 其一，plc 利用程序进行定时、计数、顺序、步进等控制，十分准确 可靠。而用继电器控制时，需使用大量时间继电器、计数器、步进控制开 关等设备，其准确性与可靠性无法

19、与 plc 相比。其二，plc 还具有 a/d 和 d/a 转换、数据运算和数据处理、运动控制等功能。因此它既可以对开关 量进行控制，又可对模拟量进行控制。其三，plc 具有通信联网功能，因 此，它不仅可以控制一台单机、一条生产线，还可控制一个机群、多条生 产线，它即可现场控制，也可远距离对生产过程进行监控。 plc 的功能扩展极为方便，硬件配置相当灵活，根据控制要求的改变， 可以随时变动特殊功能单元的种类和个数，在相应修改用户程序就可以达 到变换和增加控制功能的目的。 6.plc 控制系统的设计、调试周期短 由于 plc 是通过程序实现对系统的控制，所以设计人员可以在实验室 里设计和修改程序

20、，更为方便的是可以在实验室里进行系统的模拟运行调 试，实现常工作量大为减少。而继电器控制系统使靠调整控制电路的接线 来改变控制功能的，调试时费时又费力。 7.plc 体积小、重量轻、易于实现机电一体化 由于 plc 内部电路主要采用半导体集成电路，具有结构紧凑、体积小、 重量轻、功耗低的特点；更由于它具有很强的抗干扰能力，能适应各种恶 劣的环境，因此它已成为实现机电一体化十分理想的控制装置。 3. plc 的性能指标 （1） 输入/输出（i/o）点数 plc 的输入、输出量有开关量或数字量（通或断的信号）和模拟量（连 续变化的信号）两种。输入、输出点数是指 plc 可供输入与输出使用的开关 量

21、总点数或模拟量的总通道数。 （2） 内部软件的种类与数目 软元件是指为 plc 内部具有的可供编程使用的元件，包括：输入与输出 继电器（其数目分别于输入、输出点数相等） 、辅助继电器、定时器、计数 器、数据寄存器等。不同的 plc 所具有的这些软件的种类、数目和功能有所 不同。 院毕业设计 第 9 页 共 26 页 （3） 程序容量及存储器类型 plc 中的存储器可用于存储用户编写的程序，它的存储容量即程序容量 可用字节为单位来计算。所谓字节，就是一个 16 位的二进制数，每 1024 个 字节记为 1k 字节。程序容量也有用程序的步数来表示的，plc 每一条基本 逻辑指令为一步，不同的指令可

22、有不同的步数。程序的步数就是程序中包含 的所有指令的总步数。 存储器的类型是指用于保存程序等的电子器件的类型，主要有 ram（可 读写存储器）与 eeprom 或表示为 eprom(可用电写入并修改内容的只读存储 器)。 （4） 扫描速度（操作处理时间） 是指执行每 1k 字节或 1k 用户程序所需的时间，其单位是 ms/k 字节或 us/k 步。用 us/k 表示时，通常是指基本逻辑指令的执行时间，功能比较复 杂的指令的执行时间要比基本逻辑指令的长。 （5）编程语言 plc 最为常用的编程语言是梯形图语言与助记符语言。此外还有功能图 语言、高级语言等。不同的 plc 及其编程器可能采用不同的

23、编程语言，但一 般都采用梯形图语言与助记符语言这两种最基本、最常用的语言。 （6） 指令种类 这是指 plc 的编程指令的功能。plc 的指令按其功能一般可分为基本逻 辑指令、步进指令、功能指令（又称应用指令）等。 （7） 特殊功能 有的 plc 具有一些特殊功能，如：模拟量输入、输出（i/o） 、接口及通 讯联网、远程 i/o、温度输入、定位控制等等。这些特殊功能是要用 plc 相应的特殊功能单元（模块）与其基本单元相配合来实现。 （8）工作条件 通常，plc 的工作环境条件为：温度 0 55 ，湿度 85%以下（不结露） ； 环境中应禁止腐蚀性气体及尘埃。此外，还有抗振动、抗冲击、抗噪声干

24、 扰、耐压、绝缘电阻、接地等方面的性能要求。 二二. .plcplc 的基本结构包括：的基本结构包括： 中央处理器（cpu） 中央处理器（cpu）又称中央处理单元，是 plc 的核心和“大脑” ，整个 plc 在 cpu 的统一指挥和协调下有序地工作。cpu 的功能是按照一定的规 律和要求读入被控对象及相关各量的工作状态，然后按照用户编制的程序 的要求读入被控对象及相关各量的工作状态，然后按照用户编制的程序的 院毕业设计 第 10 页 共 26 页 要求进行相应的处理，最后把形成的控制信号送至输出部件以控制受控对 象。plc 的控制作用就是通过 cpu 执行用户程序来实现的。 plc 中的 c

25、pu 的内部结构与一般微型计算机的 cpu 大致相同。plc 的 功能越强、档次越高、其 cpu 的运算速度也越快，指令功能越强。 2、存储器 plc 内部的存储器用于存放系统管理程序和用户编制的程序，可以通 过编程器将程序写入存储器中并进行修改。 3、输入部件 plc 的输入部件是用户通过输入装置送给 plc 的信号与 plc 的 cpu 之 间的接口。输入部件接收有输入装置（如开关、按钮、继电器触点、传感 器等）发出的信号，并把这些信号转换成 cpu 能接受和处理的数字信号。 plc 的输入部件可代替继电接触控制系统中的一些输入设备。用户的 输入装置可与 plc 输入部件中的输入端子相连接

26、，plc 一般为用户的输入 装置提供 24v 的直流电源，因此，plc 对用户输入装置的特性（如电路的 输出方式、电流等）有一定的要求。需要注意的是，输入给 plc 的开关量 信号的有效状态，即按通(on)或断开(off)状态的持续时间必须比 plc 的 扫描周期（还要加上输入部件的延迟时间）要长，否则，信号就不会被 plc 接收到。也就是说，对输入信号的通断频率有一定的限制。 4、输出部件 plc 的输出部件是 cpu 与受控对象之间的接口，它把 cpu 生成的用于 控制受控对象的数字信号状环卫受控对象能够接受的信号，以驱动相应的 装置（如继电器线圈、指示灯等） 。plc 的输出部件可以代替

27、继电接触控制 系统中的一些输出设备。 plc 输出部件中的输出电路通常有继电器输出、双向晶闸管输出和晶体管 输出三种型式，每种型式的输出单元都具有一定的性能和对其驱动对象的 要求（电压、电流、与 plc 的接线方式等） 。 5、电源部件（或电源模块） plc 的电源部件或电源模块用来把单向交流电转换成直流电供 plc 使 用。电源部件是整体式 plc 的一个组成部分，而电源模块则是独立的单元。 6、编程器 编程器是 plc 不可缺少的重要外部设备，是人机对话的窗口。它主要 用于用户程序的输入和调试，并可以来监视 plc 的工作状态、显示错误信 息等。 通常，一台 plc 可以配置几种不同档次的

28、编程器。最简单的编程器是类似 于计算器的手持简易编程器，最高级的则可是配有与 plc 转换接口的微型 院毕业设计 第 11 页 共 26 页 计算机。 三三. .plcplc 的基本工作原理的基本工作原理 在了解了 plc 的基本结构之后，现在来简要介绍一下 plc 的基本工作 原理。 1.plc 的软元件 plc 用微处理器和程序来代替继电接触控制中的大部分电器元件和线 路，具体实现这种功能的就是 plc 中的软元件。所谓“软” ，是说明它们 并不是继电接触控制中使用的实际元件，而是由 plc 内部的电子电路继存 储器组成的，对其操作需要用户编写程序来进行，各软元件间的联接或控 制关系也要靠

29、编程来指定。各软元件的触点或线圈也是软的。它们的作用 于传统继电接触控制中的电器元件、触点及线圈的作用是相似的，因此是 借用这些名字来称谓它们，而实际上，这些软元件都是 plc 内部存储器中 的单元。编程时，我们不必去管它们是如何构成的，而只需考虑它们的功 能。按照各种软元件功能的不同，给每个软元件起一个名称（如输入继电 器、计数器等） ，并给每个软元件一个编号，以便于编程。plc 中的软元件 主要有如下几种。 1、输入、输出继电器 输入、输出继电器是 plc 内部与外部输入、输出端子相对应的内部存 储器的基本单元。 输入继电器可以代替实际的触点。每个输入继电器都有常开、常闭软 触点及软线圈，

30、其软触点在编程时可以自由使用且使用次数不受限制。每 个输入继电器都和 plc 面板上的一个输入端子相对应，只有当用户从某个 输入端子输入一个开关量信号时（如按下按钮） ，才可以使与其相对应的 输入继电器的软线圈接通，该输入继电器的常开软触点闭合（状态为 on， 即 0） 。没有外部输入信号对应的输入继电器只能空闲着，不能挪作它用。 输出继电器可以代替实际的继电器。每个输出继电器都有常开、常闭 软触点及软线圈。同输入继电器一样，其软触点在编程时可以使用且使用 次数不受限制。每个输出继电器都和 plc 面板上的一个输出端子相对应。 输出继电器的软线圈由用户程序接通时，其常开软触点闭合；反之就断开。

31、 驱动软线圈的可以是输入、输出继电器的软触点及其他软元件的软触点。 需要强调的是，用户程序执行时输入输出继电器软触点在某时刻的状态和 其对应的输入、输出端子在该时刻的状态可能不相同的。这一点，将在后 面介绍 plc 的工作过程时详细的说明。 2、辅助继电器 院毕业设计 第 12 页 共 26 页 辅助继电器与输出继电器基本相同，不同之处在于它的软触点并不与 plc 的输出端子相对应，也就是说，其软触点不能直接驱动接在输出端子 上的外部设备，外部装置的驱动必须由输出继电器来完成。 有的辅助继电器的软线圈与软触点的状态，可以在 plc 断电后依靠后 备电池而保持住，称为断电保持型辅助继电器。这样就

32、可以使因 plc 断电 而停下来的控制动作在 plc 复电后能连续地进行下去，这对许多控制场合 是非常必要的。此外，还有一类能完成一些特殊功能的特殊辅助继电器， 其功能因机型而异。 plc 中通常有很多的辅助继电器，从而为编程带来很大的方便。一般地说， plc 的辅助继电器的数量越多，plc 处理控制的能力就越强。 3、定时器 定时器可以根据 plc 内部提供的时钟脉冲进行定时。时钟脉冲一般有 不同的周期，如 1ms,10ms,100ms 等。每个定时器都有软线圈和常开、常 闭输出软触点。当定时器的软线圈接通时，定时器开始工作；当定时时间 到达用户程序中的定时设定值时，定时器的常开软触点闭合。

33、除了一般的 定时器外，还有一种积算定时器。积算定时器在其软线圈断开时能保持当 前的定时值，当软线圈重新接通时能在原来的基础上继续定时，直到设定 的定时时间到，其触点才动作。 4、计数器 plc 中的计数器可分为两种：一种是只能单方向计数的计数器，每次 计数值增加 1 的称为加 1 计数器，每次计数值减少 1 的称为减 1 计数器； 另一种是双方向的计数器，称为可逆计数器，它既能加 1 计数，有可减 1 计数，取决于用户程序对它的控制。每个计数器都有其位数， （如 16 位、 32 位） ，不同位数的计数器其计数设定值的范围不同。计数器中也有断电 保持型的。 计数器也有软线圈和常开、常闭输出软触

34、点。计数器的软线圈每接通 一次，其计数值就加 1 或减 1；当计数值达到用户程序中的计数设定值或 从设定值减至 0 时，其输出软触点就动作。 5、数据寄存器 plc 在进行控制操作时，常常要进行数据处理和数值运算，为此 plc 内部存储器中都设有专门存储数据或参数的区域，构成了所谓的数据寄存 器。每个数据寄存器一般都存一个 16 位二进制数，称为一个字。两个相 邻的数据寄存器和并起来可存放一个 32 位的数据。数据寄存器中也有断 电保持型的，通常还有一些特殊的或者专用的数据寄存器。 以上几种软元件是各种 plc 都具有的。不同性能的 plc，这些软元件 的功能可能会有所差别，还可能有其他种类的

35、软元件，读者可以查阅相应 院毕业设计 第 13 页 共 26 页 的产品使用手册。 以后我们述及软元件的触点及线圈时，为简单起见，就不再用这个软字了。 plc 的工作过程 plc 的工作过程是一种循环过程，每一次循环所用的时间称为一个扫 描周期。 每一个扫描周期都包括系统自检及信息交换、输入处理（或称输入采 样、输入扫描） 、用户程序执行和输出处理（或称输出刷新、输出扫描） 这四个阶段。plc 的工作过程如图所示，下面分别介绍其中的四个阶段。 （1）系统自检及信息交换 在这个阶段，plc 要进行系统自检工作，这包括检查 plc 的各种功能 是否正常、程序执行是否有错及其他一些内部处理等。然后

36、plc 还要与编 程器及其他数据通讯模块（如果使用的话）进行数据交换。plc 中常用一 种称为“看门狗” （watchdog,简称为 wdt）的监督定时器来监测 plc 的实 际工作周期是否超出预定时间，以免在执行程序过程中进入死循环或者执 行非预定的程序而造成系统故障乃至失控。 （2）输入处理 在输入处理阶段，plc 把它所有输入端子上的信号的状态一次读入到 plc 内部保存，保存此时输入信号状态的器件称为输入映象寄存器。显然， 在每一个扫描周期中，输入映象寄存器中的内容更新一次。也就是说，在 把输入信号状态读入输入映象寄存器后，即使输入端子上的信号状态发生 了变化，输入映象寄存器中的内容也

37、不变，直到下一个扫描周期的输入处 理阶段才会读入这些变化。 此外，plc 一般都设有输入滤波器，以便在输入端子上的信号状态稳定后 再读入，因此输入映象寄存器的状态比与其对应的输入端子上的状态变化 要延迟一段时间，其长短因不同型号的 plc 而异，小型 plc 的输入延迟时 间约为 10ms。 （3）程序执行 除了输入映象寄存器外，在 plc 内部各软元件都有与其对应的映象寄 存器。在执行用户程序阶段，plc 按顺序对用户程序进行扫描，从输入映 象寄存器和其他软元件的映象寄存器中将有关的软元件状态读出，从左到 右、从上而下地扫描每条指令，即进行处理，并把每步程序执行的结果写 入有关映象寄存器。因

38、此，各软元件的映象寄存器的内容随着程序的运行 在不断地变化。用户程序执行完毕，与各输出继电器相对应的各输出映象 寄存器的内容就确定了。 （4）输出处理 院毕业设计 第 14 页 共 26 页 在用户程序执行完毕后，plc 就进行输出处理，即把输出映象寄存器 中的内容一次送入各输出锁存器，即进行刷新，从而成为输出端子上的状 态，即驱动用户装置的状态。plc 输出端子的实际输出状态较输出锁存器 的状态也有一个延迟时间。 当 plc 处于停止运行（stop）状态时，只完成系统自检及信息交换阶段的 工作。当 plc 处于运行状态时，除完成该阶段的工作外，还要完成其后面 三个阶段的工作。 plc 工作过

39、程的特点 从上述的 plc 工作过程，可以看出它有如下特点： plc 采用循环扫描工作方式，在每一个循环时间即扫描周期中，plc 用于系统自检和信息交换的时间基本是固定的，而且时间也很短。因此， 扫描周期的长短主要取决于用户程序中的指令数目和各指令的执行时间。 一般一个扫描周期在几 ms 至几十 ms 之间。 这种工作方式是一种“串行”方式，也就是说，plc 是循环地、连续地、 顺序地逐条执行用户程序中的指令，在任何时刻它只能执行其中的一条指 令，因此，即使多个软元件都受同一种条件控制，当条件满足时，这些软 元件也不会同时动作，而只能按照用户程序扫描的先后次序逐个动作。而 在传统的继电接触控制

40、中，如果多个继电器的动作条件满足，则它们将同 时动作，可以说它是按“并行”方式工作的。显然，plc 的这种串行的扫 描工作方式可避免传统继电接触控制中的触点竞争和时序失配问题。这种 工作方式的不同是二者的重要差别之一。 plc 对输入、输出信号采用批处理或称集中处理方式，或称为刷新方 式，即:在输入处理阶段把输入信号状态一次性集中读入输入映象寄存器 中，在输出处理阶段把输出映象寄存器中的内容一次性集中输出到输出端 子。而在执行用户程序过程中，不管输入端子上的信号如何变化，输入、 输出映象寄存器中的内容都不变，只有在下一个扫描周期中，其内容才被 刷新。 按照这样的工作方式，plc 对输入、输出的

41、处理原则归纳如下： 在一个扫描周期刚开始时，输入映象寄存器中的数据，是上一个扫描 周期中输入端子的状态。只在本个扫描周期的输入处理阶段，输入映象寄 存器中的内容才改变，然后在本个扫描周期内保持不变。 程序如何执行取决于用户程序中的指令和输入、输出映像寄存器及其他软 元件的映像寄存器中的数据。 输出映像寄存器中的数据由程序中输出指令的执行结果确定。 输出映象寄存器中的数据取决于输出映象寄存器中的数据，在一个扫 描周期开始和结束时，其内容分别是上一个和本个扫描周期中输出映象寄 院毕业设计 第 15 页 共 26 页 存器中的内容。 输出端子的通、断状态，有输出锁存器决定。 第二章：关于交通灯基本情

42、况第二章：关于交通灯基本情况 一一. .交通灯作用：交通灯作用： 交通灯通过有规律的变换红灯和绿灯的亮与灭控制车辆的通行。 二二. .交通灯的构成和工作过程：交通灯的构成和工作过程： 整个系统主要有：南北红灯、南北黄灯、南北绿灯、东西红灯、东西黄灯、 东西绿灯，各灯由 plc 控制亮与灭。 下图为交通灯的示意图。 院毕业设计 第 16 页 共 26 页 红 黄 绿 黄 红 绿 绿黄红 红黄 绿 西 东 北 南 十字路口红绿灯示意图 由上图知：交通灯经四步动作完成一个周期。即交通灯东西绿灯亮东 西绿灯闪东西黄灯亮东西红灯亮（南北红灯亮南北黄灯亮 南北绿灯亮南北绿灯闪）其动作时序图如下图： 院毕业

43、设计 第 17 页 共 26 页 交通灯状态示意图 南北绿灯 时间 南北黄灯 东西红灯 东西黄灯 东西绿灯 南北红灯 启动开关 交通灯工作过程简述： 当启动开关接通时，交通灯系统开始工作。先东西绿灯亮，南北红灯 亮。南北红灯亮维持 8s，在南北红灯亮的同时，东西绿灯也亮，并维持 4s，到 4s 时，东西绿灯闪亮，闪亮周期为 1s（亮 0.5s，灭 0.5s） 。绿灯 闪 2s 后熄灭，东西黄灯亮，维持 2s，到 2s 时，东西黄灯灭、红灯亮，同 时南北红灯没、绿灯亮。东西红灯维持 8s，南北绿灯维持 4s，到 4s 时， 南北绿灯亮 2s 后熄灭，南北黄灯亮，维持 2s，南北黄灯灭、红灯亮，同

44、 时东西红灯灭、绿灯亮，进入第二周期的动作。 此后周而复始的循环。 第三章：第三章： 可编程序控制器控制系统设计可编程序控制器控制系统设计 一一 设计过程：设计过程： 1. pc 控制系统设计的基本原则： 为提高生产效率和产品质量，设计 pc 控制系统时应遵循以下基本原则： 1) 最大限度满足被控对象的控制要求 2) 在满足控制要求的前提下，为求使系统简单、经济、使用及维修方便 3) 保证控制系统安全可靠 院毕业设计 第 18 页 共 26 页 2. pc 控制系统设计步骤 1) 根据生产的工艺过程分析控制要求，操作方式 2) 根据控制要求确定所需的用户输入，输出设备。根据此确定 pc 的 i

45、/o 点数 3) 选择 pc 4) 分配 pc 的 i/o 点设计连接图。 5) 进行 pc 程序设计，同时进行控制台的设计和现场施工 二二 交通灯交通灯 pcpc 控制系统设计控制系统设计 1. 根据工艺分析控制要求： 交通灯全部由 plc 控制，工作过程为：交通灯东西绿灯亮东西绿灯闪 东西黄灯亮东西红灯亮（南北红灯亮南北黄灯亮南北绿 灯亮南北绿灯闪） 操作方式分为：手动方式和自动方式。 确定所需的用户输入/输出设备 i/o 点数 1) 设备的输入信号 操作方式转换开关：手动、自动； 手动时运动选择开关：东西绿灯亮（南北红灯亮） ，东西黄灯(南北黄灯)， 东西红灯(南北绿灯)； 输出控制：s

46、1、s2、s3手动控制输入 2) 设备的输出信号： 东西绿灯亮、东西黄灯、东西红灯、南北绿灯、南北黄灯、南北红灯 据上面可知，pc 共需 5 点输入，6 点输出 2. pc 选择 该交通灯的控制为纯开关量控制，且所需的 i/o 点数不多，因此选用一般 小型低档机即可，根据上面 i/o 点数可选： f120m。但本实验使用 fxon60mr。 3. 分配 pc i/o 点在 fxon60mr 机型上编号： 输入：s1x000 输出：南北 红 y000东西 红 y010 黄 y001 黄 y001 绿 y002 绿 y012 院毕业设计 第 19 页 共 26 页 4. pc 程序设计 一 绘制总程序结构框图 根据交通灯工作需要，以及能使交通灯能有多种工作方式更好的服务， 我们可以利用跳步指令来完成功能较广的结构框图如下： 院毕业设计 第 20 页 共 26 页 手动程序 e 自动程序 e 其作用原理为： 当操作方式选择开关置于“手动”时，输入点 x010 接通，其常闭接点 断开，执行手动操作。当操作选择开关置“自动”时，其对应点 x011 接 通，常闭接点断开，执行自动操作程序