道路交通控制

1、绪论一、 道路交通控制的发展背景 许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制约。 于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，

2、如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。二、 道路交通控制的目的和作用道路交通控制的目的可定义为：在确定的行政规定约束下，采用合适的营运方法来确保公共和私人运输方式具有最佳的交通运行状态。围绕这一目的研制出的道路交通控制系统，把受控对象看成一个整体，采用对交通流科学地时间分割的方法，最大限度地保证交通流运动的连续性，使受控区域的交通流减少冲突，同时平稳地、有规则地运动。道路交通控制的作用主要表现为以下几个方面：（1）改善交通秩序，增加交通安全。（2）减少交通延误，提高经济效益。（3）降低

3、污染程度，保护生态环境。（4）节省能源和土地消耗。三、 我国城市交通特点分析人、车、路是构成城市交通的三大要素，要探讨我国城市交通特点，必须从分析这三大要素的基本特点着手。1、 人的交通素质 人是交通的主体，与世界发达国家相比，我国人的社会交通意识还没有真正形成，少数领导部门交通观念淡薄，对城市交通建设在国民经济建设中的重要性认识不足，交通政策时有失误。机动车驾驶员文化水平低，又缺乏系统训练，尤其缺乏心理素质，感知能力和判断能力的培养，因而，对人，车的运动特征不能很好掌握。行人与非机动车驾驶员普遍不懂，甚至漠视交通法规。交通管理人员交通工程和心理学知识贫乏，感知，分析交通信息和处理特发性事件的

4、能力不强。总的来看，我国人的交通素质距离现代化城市交通要求还相差甚远，而交通与人密切相关，城市交通中出现的问题几乎都离不开人的因素，因此，想方设法提高全社会的文化素质，健全交通法规，加强交通宣传教育，增强人的社会交通意识，培养良好的交通习惯，使参与交通的每个人都认识到交通的重要性，自觉顺应交通规律，是建立我国城市交通控制系统，使之有效运行的前提条件。2、 城市道路状况 路是交通的物质基础，有路才能通车，行人。我国是一个文明古国，许多城市已有上千年的历史，城市布局和道路结构是在漫长的历史进程中逐步形成的，近几年虽然作了些改建和扩建，但毕竟还难以冲破原来的基本格局。我国城市道路普遍存在的弊端是：（

5、1）路网密度低（2）交通干道少（3）路口平面交叉3、 我国城市交通的特殊性 道路状况与车辆状况的综合作用形成了我国城市交通的特殊性，主要表现是：城市路网稀，干道少，间距大，市区人口稠密，出行需求集中，迫使车辆集中于少数干道上行驶。至于中小城市，干道特征更为明显，往往只有一两条干道贯穿全市，而其他支路上交通量极小。从流量变化情况来看，除外围过境干道外，都是有一定规律的，高峰小时基本上都集中在几个时段内。我国城市机动车车种繁杂，从50年代的老式车到80年代的新型车，从大货车到小轿车都在一个平面上行驶，不少城市拖拉机还是一种主要运输工具，前面一辆旧车挡道，尾随的新型车只能跟着爬行，过交叉口时经常出现

6、启动慢的车挡住启动快的车，使交通工程师精心设计的交通配时方案不能很好发挥效益。四、 我国城市交通控制策略探讨 本着不盲目照搬现成系统的经验，或一味追求控制策略与原理的新颖性，而是根据我国城市交通的实际情况，从简从易，逐步完善的原则，我国城市交通控制策略宜采取：（1）根据干道特征明显的特点，系统以线控制为主。（2）根据干线上交通流有规律可循的特点，系统以定时控制为主。（3）根据车种混杂和路网稀，路口间距相差悬殊，难以建立精确交通预测模型的特点，系统应加强路口应变能力，强化感应控制功能。（4）根据机非混合交通特点，系统要处理好自行车交通，常用的方法有：1）实现自行车与机动车的分离自行车与机动车的突

7、出矛盾在于混行，要在我国现有道路基础上，开辟出规模庞大的自行车道路网是不现实的，但各城市确有许多小街小巷可利用，对它们进行合理规划，造成自行车专用道，消除或减少自行车与机动车的相互干扰是可能的。2）增设左转相位对机动车干扰最大的是左转自行车，在自行车高峰时，对左转自行车流较大的路口增设左转相位，时间不需很长便可利用自行车启动，疏散快的特点，使左转自行车基本通过。3）控制信号分时使用自行车与机动车高峰出现时间是交错的，在自行车高峰期间，自行车是构成交通流的主体，系统进行信号配时优化时，可优先考虑自行车。（5）可能的系统结构确定系统的硬件结构主要是依据系统控制策略要求，系统成本分析和城市的财政承受

8、能力，同时也要受到系统管理维护人员技术水平的制约。纵合考虑，我国城市采用两级控制结构为宜，即由中心计算机和终端交通信号控制器组成，信号配时方案存于终端中，终端将处理好的检测器数据和交叉口工作状态数据定时传送至中心计算机，中心计算机经优化计算后给出下一个配时方案指令，由交通信号控制器执行。这种结构形式的突出优点是：1）减少数据传输量，控制中心与终端间只需低容量传输系统即可有效地进行数据通信。2）主要控制和处理功能由终端交通信号控制器完成，大大减轻了中心计算机的负担，只要配置功能稍强的微机系统即可建成一个相当规模的控制系统。按上述设想建立起来的将是一个旨在解决机非混合交通问题，以线控制为主，方案选

9、择型实时自适应城市交通控制系统。本论文正是以此为出发点，对PLC控制的交通信号灯模型作了比较详细的介绍。第1章可编程序控制器的基础知识1、1可编程序控制器概述 可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、活通用与维护方便等一系列的优点。特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一。1、2可编程序控制器的发展历史 在可编程序控制器问世以前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着

10、明显的缺点:体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计，并改变硬件结构，造成了时间和资金的严重浪费。 1968年，在底特律的美国通用汽车公司 (GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。其主要内容如下: (1)在使用者的工厂里，能以最短中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。 (2)所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、

11、硬件及环境条件下运行。 (3)系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块以便在最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。 (4)装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应较少. (5)必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状态和运行情况。(6)输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流 115V电压信号。(7)输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈，每个输出量将设计为可开停和连续操纵具有115V, 2A以下容量的电磁阀等负载设备。(8)具有灵活的扩展能力。在扩展时，必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时

12、间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。(9)在购买和安装费用上，应有与原有继电辑控制系统的竟争力，即有高的性能价格比。(10)用户存储器容量至少在4KB以上。(根据当时的汽车装配过程的要求提出)从上述十项指标阁可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。将它们归纳一下，其核心为四点:(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。美国的数字设备公司(DEC)中标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(PDP-14)。其后，美国的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DS

13、C-8控制器，1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功。我国在1974年开始研制可编程序控制器。1、3可编程序控制器发展的几个阶段可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展，而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。从控制功能来分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。第一阶段。从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成

14、，它的控制功能较简单。典型产品有MODICON公司的084认LLEN-BRADLEY(AB)公司的PDQ2, DEC的PDP-14、日立公司的SCY-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器(Programmable LogicController-PLC).第二 阶 段 。从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段。在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展了其他运算功能;而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此

15、，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC)，后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩写为PC (Programmable Controller)，但是为了与个人计算机(Personal Computer)的名称缩写PC相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC，这一阶段的产品有MODICON公司的184, 284, 384，西门子公司的SYMATICS3系列，富士电机公司的SC系列等产品。第三阶段 。从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。与计算机通信的发展相联系，PLC-也在通信方面有了很大的发展，初步成了分布式的通信网络体系，

16、但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S6系列、富士电机公司的M工CREX和德州仪器公司的T1530等等。第四 阶 段 ，从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的

17、显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语言等.这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S5和S7系列、AB公司的PLC-5等。1、4可编程控制器的基本组成1、4、1中央处理单元（CPU） 中央处理单元是可编程控制器的核心，它在系统程序的控制下，完成逻辑运算、数学运算、协调系统内部各部分等任务。可编程控制器采用的CPU一般有三大类，一类通用微处理器，如80286、80386等；一类为单片机芯片，如8031、8096等；另外还有位处理器，如AMD2900、AMD2903等。一般说来，可编程控制器的档次越高，CPU的位数越多，运算速度也越快

18、，指令功能也越强。现在常见的可编程机型一般多为8位或者16位。为了提高PLC的性能，一台PLC可采用多个CPU。1、4、2 存储器存储器是可编程控制器存放系统程序、拥护程序及运算数据的单元。和一般计算机一样，可编程控制器的存储器有只读存储器（ROM）和随机读写存储器（RAM）两大类，只读存储器是用来保存那些需要永久保存，即使机器掉电后也需保存程序的存储器，一般为掩膜只读存储器和可编程电擦写只读存储器。只读存储器用来存放系统程序。随机读写存储器的特点是写入与擦除都很容易但在掉电情况下存储的数据就会丢失，一般用来存放用户程序即系统运行中产生的临时数据，为了能使用户程序及某些运算数据在可编程控制器脱

19、离外界电源后也能保持，在实际使用中都为一些重要的随机读写存储器配备电池或电容等掉电保护装置。可编程控制器的存储器区域按用途不同，又可分为程序区及数据区。程序区用来存放用户程序，一般有数千个字节。存放用户数据的区域一般要小一些。在数据区中，各类数据存放的位置都有严格的划分。由于可编程控制器是为熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用的，可编程控制器的数据单元都叫做继电器，如输入继电器、时间继电器、计数器等。不同用途的继电器在存储区占有不同的区域。每个存储单元有不同的地址编号。1、4、3 输入输出接口 输入输出接口是可编程控制器和工业控制现场各类信号连接的部分。输入口用来接受生产过程的各种参数。输

20、出口用来送出可编程控制器运算后得到的控制信息，并通过机外的执行机构完成工业现场的各类控制。由于可编程控制器字工业生产现场工作，对输入输出接口有两个主要的要求，一是接口有良好的抗干扰能力，二是接口能满足工业现场各类信号的匹配要求。可编程控制器为不同的接口需求设计了不同的接口单元，主要有以下几种。1、开关量输入接口开关量输入借口的作用是把现场的开关量信号变成可编程控制器内部处理的标准信号。开关量输入接口可接纳的外信号电源的类型的不同分为直流输入单元和交流输入单元。输入接口中都有滤波电路及藕合隔离电路。滤波有抗干扰的作用，藕合有抗干扰及产生标准信号的作用。2、开关量输出接口开关量输出接口的作用是把可

21、编程内部的标准信号转换成现场执行机构所需的开关量信号。开关量输出接口编程机内使用的器件可分为继电器型、晶体管型及可控硅型。 各类输出接口也都具有隔离藕合电路。这里特别要指出的是，输出接口本身都不带电源，而且在考虑外驱动电源时，还需要考虑输出器件的类型。继电器式的输出接口可用于交流及直流两种电源，但接通断开的频率低，晶体管式的输出接口有较高的接通断开频率，但只适用于直流驱动的场合，可控硅型的输出接口仅适用于交流驱动场合。3、模拟量输入接口模拟量输入接口的作用是把现场连续变化的模拟量标准信号转换成适合可编程控制器内部处理的由若干位二进制数字的信号。模拟量输入接口接受标准模拟信号，无论是电压信号或是

22、电流信号均可。这里标准信号是指国际标准的通用交互电压电流信号值，如4-20mA的直流电流信号，1-10V的电流电压信号等。工业现场中模拟量信号的变化范围一般是不标准的，在送入模拟量接口时一般都需经交换处理才能使用。模拟量信号输入后一般经运算放大器放大后进行A/D转换，再经光电藕合后为可编程控制器提供一定的数字量信号。4、模拟量输出接口模拟量输出接口的作用是将可编程控制器运算处理后的若干数字量信号转换为相应的模拟量信号输出，以满足生产过程现场连续控制信号的需求。模拟量输出接口一般由光电隔离、D/A转换和信号驱动等环节组成。5、智能输入输出接口为了适应较复杂的控制工作的需求，可编程控制器还有一些智

23、能控制单元。如PID工作单元、高速计数器工作单元、温度控制单元等。这类单元大多是独立的工作单元，它们和普通输入输出接口的区别在于一般带有单独的CPU，有专门的处理能力。在具体的工作中，每个扫描周期智能单元和主机的CPU交换一次信息，共同完成控制任务。从近期的发展来看，不少新型的可编程控制器本身也带有PID功能及高速计数器接口，但它们的功能一般专用单元的功能弱。1、4、4 编程器可编程控制器的特点是其中的程序是可变更的，能方便地加载程序，也可方便地修改程序。编程设备就成了工作中不可缺少的设备。可编程控制器的编程设备一般有两类，一类是专用的编程器，有手持的、台式的，也有的可编程控制器机身上自带编程

24、器。其中手持式的编程器携带方便，适合工业控制现场应用。另一类是个人计算机。在个人计算机上运行可编程控制器相关的编程任务。借助软件编程比较容易，一般编好了以后再下载的可编程控制器中去。编程器除了编程以外，一般都还具有一定的调试及监视功能，可以通过键盘调取及显示PLC的状态、内部器件及系统参数，它经过接口与处理器联系，完成人机对话操作。按照功能强弱，手持编程器又可分为简易及智能型两类。前者只能联机编程，后者既可联机编程又可脱机编程。所谓脱机编程是指在编程时，把程序存储在编程器本身存储器中的一种编程方式，它的优点是在编程及修改程序时，可以不影响PLC机内原有程序的执行。它可以在远离主机的异地编程后再

25、到主机所在地下载程序。第2章 PLC的介绍及其选择2、1 P LC的定义和特点2、1、1 PLC的定义由于PLC 在不断发展，因此，对它下一个确切的定义是困难的。在二十世纪七十年代PLC问世后，由美国电气制造商协会(NationalElectricManufacturer Association-NEMA)对PLC下过如下的定义:PLC 是 一 种数字式的电子装置。它使用可编程序的存储器来存储指令，实现逻辑运算、顺序运算、计数计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。1982年，国际电工委员会(InternationalE lectricalC ommittee-IEC)颁布TP

26、LC标准草案，1985年提交了第2版，1987年的第3版对PLC作了如下的定义: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按照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。上的述定义表明，PLC是一种能直接应用于工业环境的数字电子装置，它有与其他顺序控制装置不同的特点。2、1、2 PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点:1

27、. 可靠性对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性。PLC的可靠性高，表现在下列几方面。(1) 与 继 电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:1)P L C 不 需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可靠性得到提高。2)P L C 采 用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障诊断和信息保护及恢复等，使可靠性得至d提高。3)P L C 有 较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。(2) 与 通

28、 用的计算机控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因:1)P L C 是 为工业生产过程控制而专门设计的控制装置，它具有比通用计算机控制系统更简单的编程语言和更可靠的硬件.采用了经简化的编程语言，编程的出错率大大降低，而为工业恶劣操作环境设计的硬件使可靠性大大提高。因此，PLC的可靠性较通用计算机控制系统的可靠性有较大提高。2)在 P LC 的硬件设计方面，采用了一系列提高可靠性的措施。例如，采用可靠性高的元件;采用先进的工艺制造流水线生产;对干扰采用屏蔽、隔离和滤波等，设有对电源的掉电保护、存储器内容的保护并采用看门狗和其他自诊断措施、便于维修的设计等等。3)在 P LC 的软件设计方面，也

29、采取了一系列提高系统可靠性的措施。例如，采用软件滤波、软件自诊断、简化编程语言、信息保护和恢复、报警和运行信息的显示等等。一份 用 户 选用PLC原因的调查报告指出，在各种选用PLC的原因中，第一位的原因是由于PLC可靠性高的用户达93%。其次，才是性能和维修方便等原因。可见，可靠性高是PLC的主要特点。2.易操作性 PLC的易操作性表现在下列三个方面:(1) 操 作方 便对PLC的操作包括程序输入的操作和程序更改的操作。大多数PLC采用编程器进行程序输入和更改的操作。编程器至少提供了输入信息的显示，对大中型的PLC，编程器采用CRT屏幕显示，因此，程序的输入直接可以显示。更改程序的操作也可直

30、接根据所需的地址编号、继电器编号或触点号进行搜索或顺序寻找，然后进行更改。更改的信息可在液晶屏或CRT屏幕上显示。所以PLC具有操作方便的特点。(2) 编 程方 便PLC有多种程序设计语言可供使用。对电气技术人员来说，梯形图由于与电气原理图较为接近，容易掌握和理解。所以有利于程序的编写和学习。采用布尔助记符编程语言时，由于符号是功能的简单缩写，十分有利于编程人员的编程。虽然功能表图、功能模块图和高级描述语句的编程方法应用尚未普及，但是，由于它们具有功能清晰、易于理解等优点，正为广大技术人员所接纳和采用并发挥出更有效的功能特点。(3) 维 修 方便PLC所具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求

31、降低了。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可根据有关故障信号灯的提示和故障代码的显示，或通过编程器和CRT屏幕的显示，很快地找到故障所在的部位，为迅速排除故障和修复节省了时间。为便 于 维 修工作的开展，有些PLC的制造企业提供了维修用的专用仪表或设备，提供了故障树等维修用的资料。有些厂商还提供维修用的智能卡件或插件板，使维修工作变得十分方便。PLC 的 面 板和结构的设计也考虑了维修的方便性，例如，对需维修的部件设置在便于维修的位置，信号灯设置在易于观察的部位，接线端子采用便于接线与更换的类型等，这些设计使维修工作能方便地进行，从而大大节省维修时间。采用 标 准 化元件和标准

32、化工艺生产流水线作业，使维修用的备品备件简化，也使维修变得方便。3. 灵活性P LC的灵活性表现在下列三方面:(1) 编程的灵活性PLC采用的编程语言有梯形图、布尔助记符、功能表图、功能模块图和语句描述编程语言，只要掌握其中一种语言就可以进行编程。编程方法的多样性使编程方便，应用面拓展。由于采用软连接的方法，在生产工艺流程更改或者生产设备更换时，可以不必改变PLC的硬设备，通过程序的编制与更改就能适应生产的需要。这种编程的灵活性是继电器顺序控制系统所不能比拟的。正是由于编程的柔性特点，使PLC能大量地替代继电器顺序控制系统，成为当今工业控制领域的重要控制设备。在柔性制造单元(FMC)、柔性制造

33、系统(FMS)、计算机集成制造系统(C工MS)和计算机集成过程控制系统(CIPS)中，PLC正成为主要的控制设备，得到广泛的应用。(2) 扩 展 的灵活性PLC的扩展灵活性是它的一个重要的特点。它可根据应用的规模不断扩展，即可进行容量的扩展，功能的扩展，应用和控制范围的扩展。它不仅可以通过增加输入输出单元来增加点数，通过扩展单元来扩大容量和功能，也可以通过多台PLC的通信来扩大容量和功能，甚至可通过与集散控制系统(DCS)或其他上位机的通信来扩展它的功能，并与外部设备进行数据的交换等。这种扩展的灵活性大大地方便了用户。(3) 操 作 的灵活性操作的灵活性是指设计的工作量大大减少，编程的工作量和

34、安装施工的工作量大大减少，操作十分灵活方便，监视和控制变得容易。在继电器顺序控制系统中所需的一些操作可以简化，不同的生产过程可采用相同的控制台或控制屏等。2、2 P LC与继电器控制系统的比较几十年来,继电器控制系统为工业控制的发展起到了巨大的作用，而且目前仍然在工业领域中大量地应用，然而其控制性能与自身的功能已无法满足与适应工业控制的要求和发展，与PLC相比较，存在着质的差别。比较项目继电器控制PLC控制功能的实现，通过对继电器进行硬接线完成相应的控制功能对PLC进行编程实现所需控制要求。适应性差只需对程序进行修改适应性强可靠性元器件多、触点多，容易出现故障。采用大规模集成电路，绝大部分是软

35、继电器，可靠性高柔韧性与灵活性差具有种类齐全的扩展单元，扩展灵活控制的实时性机械动作时间常数大，实时性差。微处理器控制，实时性非常好。占用空间与安装控制柜体积大、笨重，安装施工工作量大，体积小，重量轻，安装工作量小使用寿命易损，寿命短寿命长复杂控制能力极差很强价格较低较高维护复杂、工作量大工作量小2、3 PLC的工作原理 下图是PLC简单的外部接线图：与普 通 微 机类似，PLC也是由硬件和软件两大部分组成的。在软件的控制下，PLC才能正常地工作。软件分为系统软件和应用软件两部分。PL C的 基 本工作如下:(1)输 入 现 场信息:在系统软件的控制下，顺次扫描各输入点的状态;(2)执 行 程

36、 序:顺次扫描用户程序中的各条指令，根据输入状态和指令内容进行逻辑运算:(3) 1 出 控 制信号:根据逻辑运算的结果，输出状态寄存器向各输出点并行发出相应的控制信号，实现所要求的逻辑控制功能。上述 过 程 执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC的扫描周期通常为几十毫秒。在实 际应用中，大多数机械设备的工作过程可以分为一系列不断重复的If序操作，PLC的工作方式与此相似。因此，PLC的程序可与机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。为了 提 高 工作的可靠性，及时接收外来的控制命令

37、，PLC在每次扫描期间，除完成上述三步操作外，通常还要进行故障自诊断，完成与编程器等的通信。每次扫描开始，先执行一次自诊断程序，对各输入输出点、存储器和CPU等进行诊断，诊断的方法通常是测试出各部分的当前状态，并与正常的标准状态进行比较，若两者一致，说明各部分工作正常，若不一致则认为有故障.此时，PLC立即启动关机程序，保留现行工作状态，并关断所有输出点，然后停机。诊断结束后，如没发现故障，PLC将继续往下扫描，检查是否有编程器等的通信请求。如果有则进行相应的处理，比如，接受编程器发来的命令，把要显示的状态数据、出错信息送给编程器显示等。处理完通信后，PLC继续往下扫描，输入现场信息，顺序执行

38、用户程序，输出控制信号，完成一个扫描周期。然后又从自诊断开始，进行第二轮扫描。2、4 PLC的选择2、4、1 PLC型号的选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑因素如下：1、 结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件好、维修量较小的场合，选用单元式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC。2、 功能强弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC。如三菱公司的FX2系列机。 对于以开关量控制为主、带少量模拟控制的工程项目，可选用含有A/D转换的模拟量输入模块和含有D/A转换的模拟量输出模块，以及

39、具有加减乘除运算和数据传输功能的低档PLC。 对于控制比较复杂、控制功能要求较高的工程项目，如要求实现PID运算、闭环控制、通信联网等，可根据控制规模及复杂的程度，选用中挡或高档机。其中高档机主要用于大规模过程控制、全PLC的分布式控制系统和整个工厂的自动化等。 当系统的各个控制对象分布在不同地域时，应根据各部分的具体要求来选择PLC，以组成一个分布式的控制系统。3、 机型统一选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PL

40、C联成一个多级分布控制系统，相互通信，集中协调管理。2、4、2 PLC容量选择PLC容量包括两个方面：一是I/O点数；二是用户存储器的容量（字数）。1、I/O点数是基础I/O点数可以衡量PLC规模的大小。准确统计被控制对象的输入信号和输出信号的总数并考虑今后调整和扩充，在实际统计I/O点数基础上，一般应加上10%-20%的备用量。多数小型PLC为单元式，具有体积小，价格便宜等优点，适于工艺过程比较稳定，控制要求比较简单的系统。模块式结构的PLC采用主机模块与输入模块、功能模块组合使用的方法，比单元式方便灵活，维修更快模块、判断与处理故障快速方便，适用于工艺变化较多，控制要求复杂的系统。2、用户

41、存储器容量的估算根据经验，在选择存储容量时，一般按实际需要的10%-25%考虑裕量。用户应用程序占用多少内存与许多因素有关，如I/O点数、控制要求、运算处理量、程序结构等。因此，在程序设计之前只能粗略的估算。根据经验，每个I/O点及有关功能器件占用的内存大致如下：开关量输入所需存储器字数 = 输入点数×10开关量输出所需存储器字数 = 输出点数×8定时器/计数器所需存储器字数 = 定时器/计数器×2模拟所需存储器字数 = 模拟量通道数×100通信接口所需存储器字数 = 接口个数×300根据存储器的总字数再加上一个裕量。2、4、3 I/O模块的选

42、择PLC是一种控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，它的工业环境是工业生产现场。PLC与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制器对被控制对象进行控制的依据。同时控制器有通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给工业生产过程中的被控设备，驱动各种执行机构来实现控制。外部设备或生产过程中的信号电平各种各样，各种机构所需的信息电平也不相同，而PLC的CPU所处理的信息只能是标准电平，所以I/O接口模块还需实现这种转换。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需要经过一定距离。为了确保这些信息的正

43、确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好抗干扰能力。根据实际需要，PLC相应有许多种I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块及模拟量输出模块，可以根据实际需要进行选择使用。2、4、4 电源模块的选择电源模块的选择一般只需考虑输出电流。电源模块的额定输出电流必须大于处理器模块、I/O模块、专用模块等消耗电流总和。选择电源模块一般规则如下。（1） 确定电源的输入电压。（2） 将框架中每快I/O模块所需的总电流相加，计算出I/O模块所需的总电流值。（3） I/O模块所需的总电流值再加上以下各电流。框架中带有处理器时，则加上处理器的最大电流值。当框架中带有远程适配器模块或扩展

44、本地I/O适配器模块时，应加上其最大电流值。 （4）如果框架中留有空槽用于将来扩展时，可做以下处理： 列出将来要扩展的I/O模块所需的电流。 将所有扩展的I/O模块的总电流值与步骤。 （5）在框架中是否有用于电源的空槽，否则将电源装到框架的外面。 （6）根据确定好的输入电压要求和所需的总电流值，从用户手册中选择合适的电源模块。第3章 FX2系列PLC基本指令介绍3、1 基本逻辑指令指令 功能 目标元素 备注LD 用于常开触点与母线连接 X、Y、M、T、C、S 常开触点LDI 用于常闭触点与母线连接 X、Y、M、T、C、S 常闭触点AND 用于单个常开触点的串联 X、Y、M、T、C、S 常开触点

45、ANI 用于单个常闭触点的串联 X、Y、M、T、C、S 常闭触点OR 用于单个常开触点的并联 X、Y、M、T、C、S 常开触点ORI 用于单个常闭触点的并联 X、Y、M、T、C、S 常闭触点ANB 用于并联电路块的串联 无ORB 用于串联电路块的并联 无OUT 用于逻辑运算的结果驱动指定线圈 Y、M、T、C、SMPS 进栈 无MRD 读栈 无MPP 出栈 无SET 置位 Y、M、SRST 复位 Y、M、S、D、V、Z、T、CPLS 上升沿微分输出 Y、MPLF 下降沿微分输出 Y、MMC 用于公共逻辑条件控制多个线圈 Y、MMCR 主控结束时返回母线 Y、MNOP空操作 无END 用于程序的结

46、束 无3、2 功能指令1、循环移位指令用法及说明 ROR：右循环移位指令。 ROL：左循环移位指令。 2、带进位的循环指令用法及说明 RCL：带进位的左移循环指令。 RCR：带进位的右移循环指令。3、 移位指令的用法SFTL：左移位指令。SFTR：右移位指令。4、 字右移位指令和字左移位指令的用法WSFR：字右移位指令。WSFL：字左移位指令。3、3 程序流控制指令 1、条件跳转指令的用法及说明 CJ和CJ（P）：条件跳转指令，用于跳过顺序程序中的某一部分，以减少扫描时间。操作码后加“P”，表示当其控制线路由“断开”到“闭合”时执行该指令。 2、子程序指令的用法及说明 CALL和CALL（P）

47、：子程序调用指令。 SRET：子程序返回指令，指令不需要控制线路，直接与左母线相连。3、 中断指令用法及说明 EI：允许中断指令。 DI：禁止中断指令。 IRET；中断服务子程序返回指令。4、 警戒时钟指令的用法及说明 WDT、WDT（P）：是刷新顺序程序的警戒时钟，实际上是一个专业计时器，没有操作元件。 5、循环指令FOR-NEXT用法及说明FOR指令和NEXT指令是一组循环指令，必须成对使用，其梯形图如下图（a）所示，两条指令都直接与左母线连接。指令操作元件选用范围如图b）所示。当CPU扫描到FOR指令后，就将FOR指令到NEXT指令之间的梯形图重复扫描4次，然后再扫描NEXT指令下面的梯

48、形图。第4章控制要求及梯形图4、1控制要求信号灯受一个启动开关控制，当启动开关接通时，信号灯系统开始工作，且先南北红灯亮，东西绿灯亮。当启动开关段开时，所有信号灯都熄灭。南北红灯亮维持25秒，在南北红灯亮的同时在东西绿灯也亮，并维持20秒。到20秒时，东西绿灯闪亮，闪亮3秒后熄灭。在东西绿灯熄灭时，东西黄灯亮，并维持2秒。到2秒时，东西黄灯熄灭，同时，南北红灯熄灭，绿灯亮。 东西红灯亮维持30秒。南北绿灯亮维持20秒，然后闪亮3秒后熄灭。同时南北黄灯亮，并维持2秒后熄灭，这时南北红灯亮，东西绿灯亮。周而复始。4、2输入/输出分配 X400： 启动： Y430： 控制南北路口绿灯； Y431：

49、控制南北路口黄灯； Y432： 控制南北路口红灯； Y433： 控制东西路口绿灯； Y434： 控制东西路口黄灯； Y435： 控制东西路口红灯； Y436： 模拟南北向行使车； Y437：模拟东西向行使车；4、3 梯形图4、4 工作过程当启动开关，X400触点接通，Y432得电，南北红灯亮；同时Y432的动合触点闭合，Y432线圈得电，东西绿灯亮。1秒后，T552的动合触点闭合，Y437线圈得电，模拟东西向行驶车的灯亮。维持到20秒，T456的动合触点接通，与该触点串联的T556动合触点每隔0.5秒导通0.5秒，从而使东西绿灯闪烁。又过3秒，T457的动断触点断开，Y433线圈失电，东西绿灯熄灭：此时T457的动合触点闭合、T550的动断触点断开，Y434线圈得电，东西黄灯亮，Y437线圈失电，模拟东西向行驶车的等灭。再过2秒后，T455的动断触点断开，Y434线圈失电，东西黄灯灭；此时启动累计时间达25秒，T450的动断触点断开，Y432线圈失电，南北红灯灭，T450的动合触点闭合，Y435线圈得电，东西红灯亮，Y4