畢業(yè)論文 基于PLC的交通燈控制設置系統(tǒng)的設計

1、 畢業(yè)設計 （論文）基于plc的交通燈控制設置系統(tǒng)的設計姓名 系 部電氣工程系 專 業(yè) 機電一體化 班級 08機電一班 學 號 指導老師 二零一一年五月 摘要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展，plc的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。它具有結(jié)構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一，plc、機器人、cad/cam將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于plc具有對使用環(huán)境適應性強的特性，同時其內(nèi)部定時器資源十分豐富，可對目前普遍

2、使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現(xiàn)。因此現(xiàn)在越來越多地將plc應用于交通燈系統(tǒng)中。同時，plc本身還具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。在實時檢測和自動控制的plc應用系統(tǒng)中，plc往往是作為一個核心部件來使用，僅plc方面知識是不夠的，還應根據(jù)具體硬件結(jié)構，以及針對具體應用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。十分形象地顯示出了plc在交通燈系統(tǒng)中的實際應用。關鍵詞 plc 交通燈 程序 報告 設計abstractplc and traffic light's applicationu

3、ses 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

4、universal use, specially realization which may facilitate to the multi-road fork's 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 comm

5、unication networking function, composes a local area network the identical strip path's 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 system's application - plc t

6、raffic lane cybertron目    錄摘要.第一章 緒論.第二章 plc的基礎知識. 2.1 plc概述. 2.2 plc的由來. 2.3 plc的定義. 2.4 plc的工作原理. 2.5 plc的結(jié)構. 2.6 plc的特點. 2.7 plc的基本性能指標.第三章 交通信號控制系統(tǒng)分析. . 3.1十字路口交通燈控制實際情況描述. 3.2十字路口交通燈的路況畫出模擬圖.3.3結(jié)合十字路口交通燈的路況模擬控制實驗. .第四章 交通燈設計系統(tǒng)設計.4.1 交通燈設計系統(tǒng)硬件設計 .4.2交通燈設計系統(tǒng)軟件設計.第五章 總結(jié).5.1 程序調(diào)試.5.2 難點分析

7、.5.3 收獲與體會.結(jié)束語.致謝.參考文獻.第一章 緒論當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經(jīng)成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術在19世紀就已出現(xiàn)了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安

8、裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。隨著社會的發(fā)展，人們的消費水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。plc 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用plc

9、把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進行分檔，相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規(guī)律分檔. 這樣就可以實現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時長，達到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率. 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。用可編程控制器實現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設計方法，實驗證明該系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、經(jīng)濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際

10、情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的plc設計方案?？删幊绦蚩刂破髟诠I(yè)自動化中的地位極為重要，廣泛的應用于各個行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。第二章 plc的基礎知識2.1 plc的概述 可編程控制器（plc）是以微處理器為核心，將計算機技術、自動控制技術、通訊技術融為一體的一種專門為適應惡劣的工業(yè)環(huán)境下而設計的工業(yè)控制裝置，涉及到很多自動控制、電器方面的知識。經(jīng)過30多年的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得極其廣泛的應用。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動化領域中最重要、應用最多的控制裝置，

11、居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程控制器、機器人、計算機輔助設計與制造）的首位。其應用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標志。2.2 plc的由來 早期工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電器自動控制系統(tǒng)是繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，簡稱繼電器控制系統(tǒng)，隨著20世紀工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會小批量、多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： 1、編程方便，現(xiàn)場可修改程序；2、維修方便

12、，采用模塊化結(jié)構；3、可靠性高于繼電器控制裝置；4、體積小于繼電器控制裝置；5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機；6、成本可與繼電器控制裝置競爭；7、輸入可以是交流115v；8、輸出為交流115v，2a以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等；9、在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4kb。 這就是著名的gm10條，1969年，美國數(shù)字設備公司（dec）研制出第一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領域推廣應用。到1971年，已經(jīng)成功地應用于食品

13、，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。1971日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出它們的第一臺plc。我國從1974年開始研制。于1977年開始工業(yè)應用。2.3 plc的定義可編程控制器(programmable controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(programmable logic controller)，簡稱plc，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，

14、今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱pc。但是為了避免與個人計算機(personal computer)的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱plcplc 問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標準化，美國電氣制造商協(xié)會nema（national electrical manufactory association） 經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為pc（programmable controller），并給pc 作了如下定義:“plc 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入

15、/輸出模塊，以控制各種機械或工作程序。一部數(shù)字電子計算機若是從事執(zhí)行pc 之功能著，亦被視為pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器?！币院髧H電工委員會（iec）又先后頒布了plc 標準的草案第一稿，第二稿，并在1987 年2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。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?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外部設備，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計。” 總之，可編

16、程控制器是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。2.4 plc的工作原理plc的工作原理：電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數(shù)據(jù)通信，必須解決低壓配電網(wǎng)上各種因素如：噪聲、阻抗波動、配電網(wǎng)結(jié)構、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?一. 掃描技術 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

17、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

18、梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點構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)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在i/o映象區(qū)中對應位的狀態(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。 即，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

19、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)動相應的外設。這時，才是plc的真正輸出。2.5 plc的結(jié)構plc實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結(jié)構基本上與微型計算機相同，如圖所示： a. 中央處理單元(cpu) 中央處理單元(cpu)是plc的控制中樞。它按照plc系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、i/o以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc投入運行時，首先它以

20、掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高plc的可靠性，近年來對大型plc還采用雙cpu構成冗余系統(tǒng)，或采用三cpu的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個cpu出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 b、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 c、電源 plc的電源在整

21、個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將plc直接連接到交流電網(wǎng)上去 2.5.1 中央處理單元(cpu)中央處理單元(cpu)是plc 的控制中樞，它按照plc 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器i/o以及警戒定時器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入i/o 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋

22、后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入i/o 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將i/o 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行直到停止運行。為了進一步提高plc 的可靠性近年來對大型plc 還采用雙cpu 構成冗余系統(tǒng)或采用三cpu 的表決式系統(tǒng)，這樣即使某個cpu 出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)仍能正常運行。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

23、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)定的任務產(chǎn)生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 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)總線構成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。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

24、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2.5.2 存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器； 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。1 plc 常用的存儲器類型 （1） ram (random assess memory)，這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器) ，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2） eprom (erasable programmable read only memory)，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變(在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容)。（3） ee

25、prom(electrical erasable programmable read only memory)，這是一種電可擦除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。2 plc 存儲空間的分配雖然各種plc 的cpu 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)plc 的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域： (1)系統(tǒng)程序存儲區(qū)在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序、等由制造廠商將其固化在eprom 中，用戶不能直接存取，它和硬件一起決定了該plc 的性能。(2)系統(tǒng)ram 存儲區(qū)(包括i/o 映

26、象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等) 系統(tǒng)ram 存儲區(qū)包括i/o 映象區(qū)以及各類軟設備如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器、等存儲器。 i/o 映象區(qū)，由于plc 投入運行后只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設，因此它需要一定數(shù)量的存儲單元(ram)以存放i/o 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作i/o 映象區(qū)，一個開關量i/o 占用存儲單元中的一個位(bit)，一個模擬量i/o 占用存儲單元中的一個字(16 個bit)， 因此整個i/o 映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關量i/o 映象區(qū)，模擬量i/o 映象區(qū)。系統(tǒng)軟設備存儲區(qū)除了i/o

27、映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng)ram 存儲區(qū)還包括plc 內(nèi)部各類軟設備(邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等)的存儲區(qū)，該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在plc 斷電時由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失，后者當plc 斷電時數(shù)據(jù)被清零1) 邏輯線圈與開關輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統(tǒng)ram 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器，另外不同的plc 還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2) 數(shù)據(jù)寄存器    與模擬量i/o 一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)ram 存儲區(qū)中的一

28、個字(16bits) ，另外plc 還提供數(shù)量不的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。3) 計時器4) 計數(shù)器(3) 用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序，不同類型的plc 其存儲容量各不相同。2.5.3 電源plc 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此plc 的制造商對電源的設計和制造也十分重視，一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)可以不采取其它措施，而將plc 直接連接到交流電網(wǎng)上去。2.5.4 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

29、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分為開關量輸入（di），開關量輸出（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： 1 開關量：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。 2 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。 3 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。 4 按i/o點數(shù)確定模塊規(guī)

30、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。 2.5.5 plc系統(tǒng)的其它設備編程設備：編程器是plc開發(fā)應用、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用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及2.5.6 plc的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡技

31、術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?，F(xiàn)在幾乎所有的plc新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計算機一樣具有rs-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。   當然，plc之間的通訊網(wǎng)絡是各廠家專用的，plc與計算機之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標準總線，并向標準通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機型

32、的plc之間、plc與計算機之間可以方便地進行通訊與聯(lián)網(wǎng)2.5.7外部設備外部設備是plc系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類  1. 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是plc開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運行。  2. 監(jiān)控設備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。  3. 存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如eprom、eeprom寫入器等。 &

33、#160;4. 入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。   了解了plc的基本結(jié)構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟又合理，盡可能發(fā)揮plc所提供的最佳2.6 plc的特點2.61 可靠性高 抗干擾能力強高可靠性是電氣設備的關鍵性能。plc由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路及技術，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，具有很高的可靠性。從plc的機外電路來說，使用plc構成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關接點已減少到數(shù)百或數(shù)千分之一，故障也就大大降低。此外，plc帶有硬件故

34、障自我檢測功能，出現(xiàn)故障時可及時發(fā)出警報信息。在應用軟件中，應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。2.62 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。可以用于各種規(guī)模的工業(yè)控制場合。除了邏輯功能處理之外，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)字數(shù)字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現(xiàn)，是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的發(fā)展，使用plc組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 2.7

35、plc的基本性能指標1 plc 的主要特點" 強電或弱電等。（1）高可靠性1）所有的i/o 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與plc 內(nèi)部電路之間電氣上隔離。2）各輸入端均采用r-c濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4）采用性能優(yōu)良的開關電源。5）對采用的器件進行嚴格的篩選。6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟、硬件發(fā)生異常情況，cpu立即采用有效措施，以防止故障擴大。7）大型plc 還可以采用由雙cpu 構成冗余系統(tǒng)或有三cpu 構成表決系統(tǒng),使可靠性更進一步提高。（2）豐富的i/o 接口模塊plc針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號

36、，如：" 交流或直流；" 開關量或模擬量；" 電壓或電流；" 脈沖或電位；有相應的i/o 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如：" 按鈕" 行程開關" 接近開關" 傳感器及變送器" 電磁線圈" 控制閥直接連接另外為了提高操作性能，它還有多種人-機對話的接口模塊；為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊，等等。（3）采用模塊化結(jié)構為了適應各種工業(yè)控制需要除了單元式的小型plc 以外絕大多數(shù)plc 均采用模塊化結(jié)構plc 的各個部件包括cpu 電源i/o 等均采用模塊化設計由機架及電纜將各模塊連

37、接起來系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合（4）編程簡單易學plc的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式對使用者來說不需要具備計算機的專門知識因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握（5）安裝簡單維修方便plc不需要專門的機房可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與plc 相應的i/o 端相連接即可投入運行各種模塊上均有運行和故障指示裝置便于用戶了解運行情況和查找故障由于采用模塊化結(jié)構因此一旦某模塊發(fā)生故障用戶可以通過更換模塊的方法使系統(tǒng)迅速恢復運行2plc 的功能（1） 邏輯控制（2） 定時控制（3） 計數(shù)控制（4） 步進（順序）控制（5） pid 控制（6） 數(shù)

38、據(jù)控制plc 具有數(shù)據(jù)處理能力（7） 通信和聯(lián)網(wǎng)（8） 其它plc還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如：定位控制模塊，crt 模塊。可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括： 一、工作速度 工作速度是指plc的cpu執(zhí)行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應速度。工作速度是plc工作的基礎。速度高了，才可能通過運行程序?qū)崿F(xiàn)控制，才可能不斷擴大控制規(guī)模，才可能發(fā)揮plc的多種多樣的作用。 plc的指令是很多的。不同的plc。指令的條數(shù)也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執(zhí)行的時間也不同。但各種plc總有一些基本指令，而且各種的plc都有這些基本指令，故常以執(zhí)行一條基本指令的

39、時間來衡量這個速度。這個時間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點微秒級。并隨著微處理器技術的進步，這個時間還在縮短。 執(zhí)行時間短可加快plc對一般輸入信號的響應速度。從討論plc的工作原理知，從對plc加入輸入信號，到plc產(chǎn)生輸出，最理想的情況也要延遲一個plc運行程序的周期。因為plc監(jiān)測到輸入信號，經(jīng)運行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對輸入信號的響應。不理想時，還要多延長一個周期。當輸入信號送入plc時，plc的輸入刷新正好結(jié)束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期，plc的輸入映射區(qū)才能接受到這個新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需響應的輸入信號，就不能接受了。對急需處理

40、的輸人信號延遲多長時間plc能予以響應，要另作要求。為了處理急需響應的輸入信號，plc有種種措施。不同的plc措施也不完全相同，提高響應速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結(jié)束后再刷新。 這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應；二是快速響應的速度有多快。多數(shù)plc都可對一個或多個輸入點作快速響應，快速響應時間僅幾個毫秒。性能高的、大型的plc響應點數(shù)更多。 工作速度關系到plc對輸入信號的響應速度，是plc對系統(tǒng)控制是否及時的前提?？刂撇患皶r，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響

41、應的系統(tǒng)。這就是把工作速度作為plc第一指標的原因。  二、控制規(guī)模 控制規(guī)模代表plc控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。 控制規(guī)模與速度有關。因為規(guī)模大了，用戶程序也長，執(zhí)行指令的速度不快，勢必延長plc循環(huán)的時間，也必然會延長plc對輸入信號的響應。為了避免這個情況，plc的工作速度就要快。所以，大型plc的工作速度總是比小的要快。 控制規(guī)模還與內(nèi)存區(qū)的大小有關。規(guī)模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區(qū)。同時點數(shù)多，系統(tǒng)的存儲器輸入、輸出的信號區(qū)（輸入輸出繼電器區(qū)或稱輸入、輸出映射區(qū)）也大。這個區(qū)大，相應地內(nèi)部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的

42、系統(tǒng)存儲區(qū)。 控制規(guī)模還與輸入、輸出電路數(shù)有關。如控制規(guī)模為1024點，那就得有1024條i/o電路。這些電路集成于i/o模塊中，而每個模塊有多少路的i/o點總是有數(shù)的。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。 控制規(guī)模還與plc指令系統(tǒng)有關。規(guī)模大的plc指令條數(shù)多，指令的功能也強，才能應付對點數(shù)多的系統(tǒng)進行控制的需要。 控制規(guī)模是對plc其它性能指標起著制約作用的指標；也是plc劃分為微、小、中、大和特大型 3、組成模塊 plc的結(jié)構雖有箱體及模塊式之分，但從質(zhì)上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把plc的模塊組成當作所有plc的結(jié)構性能。 這個性能含義是指某型號plc具有多少種

43、模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點。 一般講，規(guī)模大的plc，檔次高的plc模塊的種類也多，規(guī)格也多，反映它的特點的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型plc、檔次低的plc模塊種類也少，規(guī)格也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 組成plc的模塊是plc的硬件基礎，只有弄清所選用的plc都具有那些模塊及其特點，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的plc，以滿足控制系統(tǒng)對plc的要求。 常見的plc模塊有： cpu模塊，它是plc的硬件核心。plc的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來體現(xiàn)。 電源模塊，它為plc運行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源

44、。 i/o模塊，它集成了i/o電路，并依點數(shù)及電路類型劃分為不同規(guī)格的模塊。 內(nèi)存模塊，它主要存儲用戶程序，有的還為系統(tǒng)提供輔加的工作內(nèi)存。在結(jié)構上內(nèi)存模塊都是附加于cpu模塊之中。 底板、機架模塊，它為plc各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯(lián)系提供總線。若干底板間的聯(lián)系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的plc都不大相同。 箱體式的plc還有i/o擴展箱體，它不含cpu，僅有電源及i/o單元的功能。擴展箱體也依i/o點數(shù)的多少劃分有不同的規(guī)格。 除上述模塊，plc還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如a/d（模入）模塊、d/a（模出）模塊、高速計數(shù)模塊、位控模塊、溫度

45、模塊等等。這些模塊有自己的cpu，可對信號作預處理或后處理，以簡化plc的cpu對復雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的plc，這些模塊種類多，性能也好。 通訊模塊，它接人plc后，可使plc與計算機，或plc與plc進行通訊，有的還可實現(xiàn)與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網(wǎng)絡。通訊模塊代表plc的組網(wǎng)能力，代表著當今plc性能的重要方面。 掌握plc性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚plc的性能。 除了模塊，plc還有外部設備。 盡管用plc實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對plc編程，要監(jiān)控plc及

46、其所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數(shù)據(jù)等，就得使用plc的外部設備。故一種plc的性能如何，與這種plc所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關。 plc的外部設備有四大類： 編程設備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的ex型可編程控制器）。復雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖語編程。有的還有專用的計算機，可用其它高級語編程。編程器除了用于編程，還可對系統(tǒng)作一些設定，以確定plc控制方式，或工作方式。編程器還可監(jiān)控plc及plc所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以進行plc用戶程序的調(diào)試。 監(jiān)控設備：小的有數(shù)據(jù)監(jiān)視器，可監(jiān)視數(shù)據(jù)；大的還可能有

47、圖形監(jiān)視器，可通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。除了不能改變plc的用戶程序，編程器能做的它都能做，是使用plc很好的界面。性能好的plc，這種外部設備已越來越豐富。 存儲設備：它用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。而為實現(xiàn)這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅(qū)或rom寫入器，以及相應的接口部件。各種plc大體都有這方面的配套設施。 輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與plc進行人機對話。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監(jiān)控器雖也可對plc輸入信息，從plc輸出信息，但輸入輸出設備實現(xiàn)人機對話更方便，可在現(xiàn)

48、場條件下實現(xiàn)，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。 外部設備已發(fā)展成為plc系統(tǒng)的不可分割的一個部分。它的情況，當然是選用plc必須了解的重要方面，所以也應把它列為plc性能的重要內(nèi)容。 4、內(nèi)存容量 plc內(nèi)存有用戶及系統(tǒng)兩大部分。用戶內(nèi)存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。系統(tǒng)內(nèi)存是與cpu配置在一起的。cpu既要具備訪問這些內(nèi)存的能力，還應提供相應的存儲介質(zhì)。 用戶內(nèi)存大小與可存儲的用戶程序量有關。內(nèi)存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復雜的控制。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。大型plc的內(nèi)存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統(tǒng)內(nèi)存對于用戶，主

49、要體現(xiàn)在plc能提供多少內(nèi)部器件。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。在物理上并無這些器件，僅僅為ram。但通過運行程序進行使用時，給使用者提供的卻實實在在有這些器件。 內(nèi)存器件種類越多，數(shù)量越多，越便于plc進行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表 plc性能的重要指標。 plc內(nèi)部器件有： i/o繼電器，或稱映射區(qū)。它與plc所能控制的i/o點數(shù)及模擬量的路數(shù)直接相關。 內(nèi)部繼電器數(shù)，有的稱為標志位數(shù)，代表著plc的內(nèi)部繼電器數(shù)。它與i/o繼電器區(qū)相聯(lián)系著，有時與后者相聯(lián)系進行處理。內(nèi)部繼電器多，便于plc建立復雜的時序關系，以實現(xiàn)多種多樣的控制要求。一般講，內(nèi)部繼電器數(shù)比i/o繼電器要多得

50、多。 有的內(nèi)部繼電器還可丟電保持，即它的狀態(tài)（on或off）、plc丟電后，靠內(nèi)部電池仍予以保持。再上電后可繼續(xù)丟電前的狀態(tài)。保持繼電器可增強plc控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復運行，更顯得有用。 定時器，可進行定時控制。定時值可任意設定。定時器有多少，設定范圍有多大，設定值的分辨率又是多少，這些都代表定時器件的性能。 計數(shù)器，可進行計數(shù)，到達某設定計數(shù)值可發(fā)送相應信號。可進行什么樣的計數(shù)，計數(shù)范圍多大，怎么設定，有多少計數(shù)器，則是plc計數(shù)器性能的代表指標。 數(shù)據(jù)存儲區(qū)，用以存儲工作數(shù)據(jù)。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是plc進行模擬量控制，或記錄數(shù)據(jù)所必不可少的。這個存儲區(qū)的

51、大小代表plc的性能也是越大越好。趨勢也是越來越大。小型機也如此。如日本omron公司的cqm1機，其dm區(qū)就有6k字。而過去同是小型機的c60p的dm區(qū)才64個字。大型機的dm可達10k以至幾十k。 此外還有其它一些內(nèi)部器件，了解某plc性能時，也都必須掌握它。 內(nèi)部器件也是plc指令的操作數(shù)，不弄清楚是無法編程的。 5、指令系統(tǒng) plc有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用plc的重要方面。你不懂plc指令怎么編程，沒有程序，plc又怎么工作？ plc的指令越來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多。 plc的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指

52、令，用于處理邏輯關系，以實現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的plc都總是有的。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 數(shù)據(jù)運算指令，用于進數(shù)據(jù)的運算，如十、一、x、/等，可進行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進行邏輯量運算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運行流程。plc的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行，按順序推進。但遇到流程控制指令也可作相應改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調(diào)試與閱讀。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄plc及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對提高plc控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。 當然，并不是所有的plc都有上述那么多類的指令，也

53、不是有的plc僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解plc指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響plc的性能。 除了指令，為進行通訊，plc還有相應的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了plc的性能。 6、支持軟件 為了便于編制plc程序，多數(shù)plc廠家都開發(fā)有關計算機支持軟件。 從本質(zhì)上講，plc所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。 助記符語言是最基本也是最簡單的plc語言。它類似計算機的匯編語言，plc的指令系統(tǒng)就是用這種語言表達的。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數(shù)plc都配備有這種語言。 梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號表達plc實現(xiàn)控制的邏輯關系。這種語言與符號語言有對應關系，很容易互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的plc都開發(fā)有這種語言。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數(shù)是在計算機對plc編程時，才使用這種語言。 流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應關