1、1 摘要 PLC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 通讯技 术发展而来的一种新型工业控制装置。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
2、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 关键词：交通灯PLC程序设计 2 目录 第一章 PLC 的特点及应用 1.1 概述 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
3、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 1.2 PLC 的特点 1可靠性高，抗干扰能力强； 2通用性高，使用方便； 3程序设计简单，易学，易懂； 4采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； 5系统设计周期短； 6安装简便，调试方便，维护工作量小; 3 7对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产; 1.3 PLC 的应用 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。 1开关量的逻辑控制 这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它
4、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。 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
5、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。 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。 5数据处理 4 现代PLC具有数学
6、运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、 排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这 些数据可以与存储在 存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用 通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理一般用于大型控制 系统，如 无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食 品工业中的一些大 型控制系统。 6通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制 的发展， 工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能， 纷纷推出各自的 网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口
7、，通信非常方便。 第二章 PLC 的结构及原理 2.1 PLC 的分类 1按plc的结构形式分类：1）整体式；2）模块式。 2按plc的I/O点数分类：1）小型256点以下；2）中型256点以上，2048点以下； 3）大型2048点以上。 3按plc功能分类：抵挡型，中挡型，高档型。 2.2 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 从结构上分， PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、 内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模 块式PLC包括CPU模块、I/O 模块、内存、电源模块、底板或机架
8、，这些模块可 以按照一定规则组合配置。 PLC的基本结构框图如下: 5 2.3 PLC 的工作原理 l.plc的工作方式 1）输入采样阶段，在此阶段，顺序读入所有输入缎子通断状态，并将读入 的信息存入内存，接着进入程序执行阶段， 在程序执行时，即使输入信号发生变 化，内存 中输入信息也不变化，只有在下一个扫描周期的输入采样阶段才能读入 信息。 2）程序执行阶段：plc对用户程序扫描。 3）输出刷新阶段：当所有指令执行完毕通过隔离电路，驱动功率放大器， 电路是输 出端子向外界输出控制信号驱动外部负载。 2.4 PLC 汇编语言 采用面向控制过程，面向问题，简单直观的plc编写横语言，常用的有：梯
9、 形图，语句表，功能图等。 1.梯形图：由继电器控制逻辑演变而来，两者具有一定程度的相似性，但 梯形图编程 语言功能更强更方便。 主要特点： 1）自上而下，从左到右的顺序排列，两列垂直线为母线。每一逻辑行, 起使左 母线。 2）梯形图中采用继电器名称，但不是真实物理继电器称为“软继电器” 接受现场信号 6 3）每个梯级流过的是概念电流，从左向右，其两端母线设有电源。 4）输入继电器，用于接入信号，而无线圈，输入继电器，通过输入接 入的继电 器，晶体及晶闸管才能实现。 2.语句表：又叫指令表，类似计算机汇编语言形式，用指令的记助符编程。 例：下图是三菱公司的FX2N系列产品的最简单的梯形图例：
10、它有两组，第一组用以实现启动、停止控制。第二组仅一个END旨令，用以 结 束程序。 梯形图与助记符的对应关系： 助记符指令与梯形图指令有严格的对应关系， 而梯形图的连线又可把指令的顺序予以体现。一般讲，其顺序为：先输入，后输出（含 其他处理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形图就可将其翻 译成助记符程序。上 图的助记符程序为： 地址指令变量 0000LDX000 0001ORX010 7 0002ANDX001 0003OUTY000 0004END 反之根据助记符，也可画出与其对应的梯形图 2.5 PLC 的基本指令 1输入输出指令（LD/LDI/OUT） 下面把LD/LDI/OUT三条指令
11、的功能、梯形图表示形式、操作元件 以列表的形式加以说明： 符号功能梯形图表示操作元件 LD（取）常开触点与母线相连1 1 X，Y，M T，C,S LDI（取反）常闭触点与母线相连Hx，Y，MT,C,S OUT（输出）线圈驱动 1 - Y ，M T，C, S,F LD与LDI指令用于与母线相连的接点，此外还可用于分支电路的起点。 OUT指令是线圈的驱动指令，可用于输出继电器、辅助继电器、定时器、 计数器、状 态寄存器等，但不能用于输入继电器。输出指令用于并行输 出，能连续使用多次。 地址指令数据 xqooY000 1 0000LDX000 0001OUTY000 2触点串连指令（AND/AND）
12、、并联指令（OR/OR） 8 符号（名称）功能梯形图表示操作元件 AND（与）常开触点串联连接-11 0，Y，M T，C,S ANDI（与非）常闭触点串联连接-1一一 1 0，Y，MT,C,S OR（或）常开触点并联连接T X，Y，C, S ORI（或非）常闭触点并联连接 -41- X ，Y，CS AND、ANDI指令用于一个触点的串联，但串联触点的数量不限，这两 个指令可连续使 用。 OR、ORI是用于一个触点的并联连接指令。 0005 OUT Y001 3电路块的并联和串联指令（ORB ANB ORB（块或）电路块并联连接 含有两个以上触点串联连接的电路称为“串联连接块”，串联电路块并联连
13、 接时，支路的 起点以LD或LDNOT旨令开始，而支路的终点要用ORB旨令。ORB指令是一种独立指 令，其后不带操作元件号，因此，ORE指令不表示触 点，可以看成电路块之间的一段连接线。如需要将多个电路块并联连接，应 在每个并联电 路块之后使用一个ORB旨令，用这种方法编程时并联电路块的 个数没有限制；也可将所 有要并联的电路块依次写出， 然后在这些电路块的 末尾集中写出ORB勺指令，但这时 ORB旨令最多使用7次。 符号（名称）功 能 梯形图表示操作元件 ANB（块与）电路块串联连接:）一 9 将分支电路（并联电路块）与前面的电路串联连接时使用ANB旨令，各 并联电路块 的起点，使用LD或L
14、DNOT旨令；与ORB旨令一样，ANB旨令也 不带操作元件，如需 要将多个电路块串联连接，应在每个串联电路块之后使 用一个ANE指令，用这种方法编 程时串联电路块的个数没有限制，若集中使 用ANB旨令，最多使用7次。 ANB X000X0 X003 Y006 IIr-AI X006 X003 地址指令数据 0000LDX000 0001ORX001 0002LDX002 0003ANDX003 0004LDIX004 X001X004 X005 10 0005 AND X005 0006 ORX006 0007 ORB 0008 ANB 0009 ORX003 0010 OUTY006 4 程
15、序结束指令（END 符号（名称）功 能梯形图表示操作元件 END（结束）程序结束 结束无 在程序结束处写上END指令，PLC只执行第一步至END之间的程序， 并立即输 出处理。若不写END指令，PLC将以用户存贮器的第一步执行到最 后一步，因此，使用 END指令可缩短扫描周期。另外。在调试程序时，可以 将END旨令插在各程序段之后， 分段检查各程序段的动作，确认无误后，再 依次删去插入的END旨令。 其他的一些指令，如置位复位、脉冲输出、清除、移位、主控触点、 空操作、跳转指 令等，同学们可以参考一些课外书，在这里我们不详细介绍 了。 下面同学们可练习由梯形图写出与之对应的助记符形式的指令。并
16、由 后面的GPP软件传输到PLC中，实时运行。 2.6 编程器件 一般情况下，X代表输入继电器，丫丫代表输出继电器，M代表辅助继电器， SPM代表专用辅助继电器，T代表定时器，C代表计数器，S代表状态继电器，D代表数 据寄存器，MO代表传输等。 11 第三章 梯形图的设计与编程方法 3. 1 控制要求 信号灯受启动及停止按钮的控制，当按下启动按钮时，信号灯系统开始工作，并 周而复始地循环工作，当按下停止按钮时， 系统将停止在初始状态，所有信号灯 都熄灭。 3. 2 控制时序 交通灯示意图如图1所示，在东西南北两个方向均安装信号灯，两个方向各6个灯， 分为 红、黄、绿三种颜色。工作时序如图2所示
17、，假设东西向较忙，绿灯时间是 南北向的2倍 (40s)。按下起动按钮后，南北向绿灯亮维持20s，20s后，南北黄灯 闪烁3次，计6S, 期间，东西向红灯也亮，并维持26s；26s后，东西方向绿灯亮40s，后东西向黄灯闪烁 3次，计6s，期间，南北向红灯也亮，并维持46so接下去 周而复始，直到停止按钮被按 下为止。 12 图1交通灯示意图 图2交通灯工作时序 3.3 硬件及外围元器件 根据信号灯的控制要求，所有的器件有：三菱FX系列PLC起动按钮SB1停止 按钮SB2红黄绿色信号灯各4 只，输入/输出端口接线如图3所示。由图可见：起动按钮SB1接于输入继电器X0端，停 止按钮SB2接于输入继电
18、器xl端，东西方向的绿灯接于输出继电器 丫丫5端， 东西方向黄 灯接于输出继电器丫丫4端，东西方向的红灯接于输出继电器丫丫3端，南北 方向绿灯接于输 出继电器丫丫2端,南北方向的黄灯接于输出继电器丫丫1,南北方向红 灯接于输出继电器丫丫0。 将输出端的COM及COMB导线相连，输出端的电源为交流220V。如果信号灯的功率较 大，一个输出继电器不能带动两只信号灯，可以采用 一个输出点驱动一只信号灯，也可以 _ O绿 O1 O 红i w 绿董红 ooox红黄绿 2 2 2 E红1。 黄】O 黄亠 ，红I卫 W 1 加竺4 黄化 ，红2旦 一mri * 13 采用输出继电器先带动中间继电器，再由中
19、14 间继电器驱动信号灯 起动 停止 图3 PLC外部接线图 3. 4 I/O 分配表 第四章程序设计 15 4. 1 梯形图 XDL2 卄 ?LS ML Hl H F M2 11 XOL3 卄 X0L4 卄 21 KBOOg HF- MIO HLZ T 卜 KSOO O HH MBD02 PLS iHC cia cz DO K3276 -CMPDIDOMIO =SUBDQDIDM -SUBDIlDDll -CMPDIOK5 HJL 3 -CHFDLLKSML6 BOV KLO O MDVKLO O Dial 16 151 T5 H F T1tJL -if T7 H F 16-5 ciTa d
20、l T6 丁 fcLK3 - (TODS T0 :T3 | F 179 -TK40 ZRST CDCl -:EMD 4. 2 指令图 17 0LDX011 1PLSHL 3LDX012 4PLSM3 6 LDMl 7ORM2 8 INCDO 11 LDX013 12ORX014 13OUTCIOK3276 16M07C2DI 21 LDM0OOD 22CMPDIDOMIO 29LDMIO 30SUBDODIDID 37LDM12 3其二是根据两个方向车辆流量变化进行 模糊决策的延时 t2。然后通过传感器采集后的排队等候的车辆数送往PLC进行 模糊推理运算得出延迟时t2,最后由t1和t2来实现对
21、十字路口车流量的灵活控 制。 4收获与体会 经过一个多月的艰苦奋斗，设计成果终于要出来了，我才松了一口气， 俗话 说：万事开头 难。”这话一点也不假，回想当初确定这个，还是挺茫然的。不知 怎下手。最后采用了先采集资 料、进行实际考察后设计的方法。 查找资料也是一件繁琐的事情，虽说网上有资料但要找到一些真正有用的资 料也不是一件 容易的事，需要耐心查找。 好了终于到了设计的时候了，花了整整十几天，终于完成了设计，不过调试 的时候却发现 结果和想的有所不同， 通过监控和修改才得出了需要的设计。 这次 的设计让我们增长了实践技 能，还增加了有关交通知识，这些对于我们真是受益 匪浅。最后，我们觉得，不
22、见风雨，怎么能 见彩虹呢？我把体会用十个字概括： 天下无难事，只怕有心人 一次又一次的学习，探索又 ，我们慢慢地在体会，研究和感悟，终于开始 领会到将近成功 的那一份喜悦，从撰写开报告，查找资料，程序设计，到整理 每一个次的调试，我们学会了细心和耐心，也品尝到了酸、甜、苦、辣，无数的 成功与失败更加 肯定了我们 的研究成果。兴趣是自发形成的，而默契是慢慢培 养出来的。当前的社会，科技迅 速发展，知识更新速度大大加快，只有我们共同 去探索，用自己的双手去征服每一片天空，用我 们新的力量去打造一片创新的领 域。 第五章 参考文献 1可编程控制器实验参考资料 2可编程序控制原理及应用技术陈廷全编著 3自动化网论坛BBS.ZHIDONGHUA.COM.CN 4电器中国WWW.DQ86.COM 5可编程控制器与工厂自动化网
