基于plc的交通燈控制系統的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 器，用于編程、對系統作一些設定、監控 PLC 及 PLC所控制的系統的工作狀況。編程器是 PLC 開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。 2. 監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。 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據，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 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，做到既經濟又合理，盡可能發揮 PLC 所提供的最佳 PLC 的基本性能指標 1． PLC 的主要特點 （ 1）高可靠性 1）所有的 I/O 接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與 PLC 內部電路之間電氣上隔離。 2）各輸入端均采用 RC濾波器，其濾波時間常數一般為 10~20ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。 4）采用性能優良的開關電源。 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 構成冗余系統或有三 CPU 構成表決系統 ,使可靠性更進一步提高。 （ 2）豐富的 I/O 接口模塊 PLC 針對不同的工業現場信號，如： 交流或直流； 開關量或模擬量； 電壓或電流； 脈沖或電位； 棗莊職業學院畢業設計（論文） 38 強電或弱電等。 有相應的 I/O 模塊與工業現場的器件或設備，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；為了組成工業局部網絡，它還有多種通訊聯網的接口模塊，等等。 （ 3）采用模塊化結構 為了適應各種工業控制需要除了單元式的小型 PLC 以外絕大多數 PLC 均 采用模塊化結構 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接起來系統的規模和功能可根據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環境下直接運行使用時只需 將現 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 由于采用模塊化結構因此一旦某模塊發生故障用戶可以通過更換模塊的 方法使系統迅速恢復運行 2． PLC 的功能 （ 1） 邏輯控制 （ 2） 定時控制 （ 3） 計數控制 （ 4） 步進（順序）控制 （ 5） PID 控制 （ 6） 數據控制 PLC 具有數據處理能力 棗莊職業學院畢業設計（論文） 38 （七） 通信和聯網 （八） 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實現控制，才可能不斷擴大控制規模，才可能發揮 PLC的多種多樣的作用。 PLC 的指令是很多的。不同的 PLC。指令的條數也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執行的時間也不同。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，故常以執行一條基本指令的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監測到輸入信號，經運行程序后產生的輸出，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 的輸入刷新正好結束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期， PLC 的輸入映射區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 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 對系統控制是否及時的前提。控制不及時，就不可能準確與可靠，特別是對一些需作快速響應的系統。這就是把工作速度作為 PLC第一指標的原因。 二 、 控制規模 控制規模代表 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。 棗莊職業學院畢業設計（論文） 38 控制規模與速度有關。因為規模大了，用戶程序也長，執行指令的速度不快，勢必延長 PLC 循環的時間，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。 控制規模還與內存 區的大小有關。規模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區。同時點數多，系統的存儲器輸入、輸出的信號區（輸入輸出繼電器區或稱輸入、輸出映射區）也大。這個區大，相應地內部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統存儲區。 控制規模還與輸入、輸出電路數有關。如控制規模為 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 點總是有數的。所以，規模大，所使用的模塊也多。 控制規模還與 PLC指令系統有關。規模大的 PLC 指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點數多的系 統進行控制的需要。 控制規模是對 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 三 、 組成模塊 PLC 的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質上看，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的結構性能。 這個性能含義是指某型號 PLC 具有多少種模塊，各種模塊都有什么規格，并各具什么特點。 一般講，規模大的 PLC，檔次高的 PLC 模塊的種類也多，規格也多，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、規模都由它的性能來體現。 電源模塊，它為 PLC 運行提供內部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。 I/O 模塊，它集成了 I/O 電路，并依點數及電路類型劃分為不同規格的模塊。 內存模塊，它主要存儲用戶 程序，有的還為系統提供輔加的工作內存。在結構上內存模塊都是附加于 CPU 模塊之中。 棗莊職業學院畢業設計（論文） 38 底板、機架模塊，它為 PLC各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯系提供總線。若干底板間的聯系有的用接口模塊，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點數的多少劃分有不同的規格。 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、高速計數模塊、位控模塊、溫度模塊等等 。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，有的還可實現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網絡。通訊模塊代表 PLC 的組網能力，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 對系統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，要監控 PLC及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數據等，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 作一些設定，以確定 PLC 控制方式，或工作方式。編程器還可監控 PLC 及 PLC 所控制的系統的工作狀況，以進行 PLC 用戶程序的調試。 監控設備：小的有數據監視器，可監視數據；大的還可能有圖形監視器，可通過畫面監視數據。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據，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。而為實現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或 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。 棗莊職業學院畢業設計（論文） 38 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人機對話更方便，可在現場條件下實現，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。 外部設備已發展成為 PLC 系統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性能的重要內容。 四 、 內存容量 PLC 內存有用戶及系 統兩大部分。用戶內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所用。系統內存是與 CPU配置在一起的。 CPU 既要具備訪問這些內存的能力，還應提供相應的存儲介質。 用戶內存大小與可存儲的用戶程序量有關。內存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復雜的控制。從發展趨勢看，內存容量總是在不斷增大著。大型 PLC 的內存容量可達幾十 k，以至于一百多 k。系統內存對于用戶，主要體現在 PLC 能提供多少內部器件。不同的內部器件占據系統內存的不同區域。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。 內存器件種類越多，數量越多，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 內部器件有： I/O 繼電器，或稱映射區。它與 PLC 所能控制的 I/O點數及模擬量的路數直接相關。 內部繼電器數，有的稱為標志位數，代表著 PLC 的內部繼電器數。它與 I/O 繼電器區相聯系著，有時與后者相聯