1、引言 plc可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點,已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中。據統計,可編程控制器是工業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將成為工業生產的三大支柱。由于plc具有對使用環境適應性強的特性,同時其內部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“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。因此現在越來越多地將plc應用于交通燈系統中。同時,plc本身還

2、具有通訊聯網功能,將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管理,可縮短車輛通行等候時間,實現科學化管理.關鍵詞：交通燈 plc 程序 第一章 plc的特點及應用1.1概述 可編程序控制器，英文稱programmable controller，簡稱pc。為了與個人計算機的pc（personal computer）相區別，在pc中人為地增加了l（logical）而寫成plc。 plc是以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置，專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時/計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制

3、各種類型的機械或生產過程。plc是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優點，又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是plc的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的plc后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將plc應用于生產實踐。1.2 plc的特點1 可靠性高，抗干擾能力強；2 通用性高，使用方便；3

4、程序設計簡單，易學，易懂；4采用先進的模塊化結構，系統組合靈活方便；5系統設計周期短；6安裝簡便，調試方便，維護工作量小；7對生產工藝改變適應性強，可進行柔性生產；1.3 plc的應用目前，plc在國內外已廣泛應用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機械制造、汽車、輕紡、交通運輸、環保及文化娛樂等各個行業，使用情況大致可歸納為如下幾類。 1開關量的邏輯控制 這是plc最基本、最廣泛的應用領域，它取代傳統的繼電器電路，實現邏輯控制、順序控制，既可用于單臺設備的控制，也可用于多機群控及自動化流水線。如注塑機、印刷機、訂書機械、組合機床、磨床、包裝生產線、電鍍流水線等。2 模擬量控制 在工業生產過程當中

5、，有許多連續變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實現模擬量（analog）和數字量（digital）之間的a/d轉換及d/a轉換。plc廠家都生產配套的a/d和d/a轉換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3 運動控制 plc可以用于圓周運動或直線運動的控制。從控制機構配置來說，早期直接用于開關量i/o模塊連接位置傳感器和執行機構，現在一般使用專用的運動控制模塊。如可驅動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要plc廠家的產品幾乎都有運動控制功能，廣泛用于各種機械、機床、機器人、電梯等場合。 4 過程控制 過程控制是指對溫度

6、、壓力、流量等模擬量的閉環控制。作為工業控制計算機，plc能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環控制。pid調節是一般閉環控制系統中用得較多的調節方法。大中型plc都有pid模塊，目前許多小型plc也具有此功能模塊。pid處理一般是運行專用的pid子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合有非常廣泛的應用。 5 數據處理 現代plc具有數學運算（含矩陣運算、函數運算、邏輯運算）、數據傳送、數據轉換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數據的采集、分析及處理。這些數據可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或將它們打印制表。數據處理一般

7、用于大型控制系統，如無人控制的柔性制造系統；也可用于過程控制系統，如造紙、冶金、食品工業中的一些大型控制系統。 6 通信及聯網 plc通信含plc間的通信及plc與其它智能設備間的通信。隨著計算機控制的發展，工廠自動化網絡發展得很快，各plc廠商都十分重視plc的通信功能，紛紛推出各自的網絡系統。新近生產的plc都具有通信接口，通信非常方便。第二章 plc的結構及原理2.1 plc的分類1 按plc的結構形式分類：1）整體式；2）模塊式。2 按plc的i/o點數分類：1）小型256點以下；2）中型256點以上，2048點以下；3）大型2048點以上。3按plc功能分類：抵擋型，中擋型，高檔型。

8、2.2 plc的結構及各部分的作用plc的類型繁多，功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異，其組成與計算機完全相同，它就是一臺適合于工業現場使用的專用計算機，其硬件組成有六個部分，如下圖所示： 1、中央處理單元與普通計算機一樣，cpu是系統的核心部件，是由大規模或超大規模的集成電路微處理器芯片構成，主要完成運算和控制任務，可以接收并存儲從編程器輸入的用戶程序和數據。進入運行狀態后，用掃描的方式接收輸入裝置的狀態或數據，從內存逐條讀取用戶程序，通過解釋后按指令的規定產生控制信號。分時、分渠道地執行數據的存取、傳送、比較和變換等處理過程，完成用戶程序設計的邏輯或算術運算任務，并根據運

9、算結果控制輸出設備。plc中的中央處理單元多用8到32位字長的單片機。2、存儲單元按照物理性能，存儲器可以分為兩類，隨機存儲器（ram）和只讀存儲器（rom）。隨機存儲器由一系列寄存器陣組成，每位寄存器可以代表一個二進制數，在剛開始工作時，它的狀態是隨機的，只有經過置“1”或清“0”的操作后，它的狀態才確定。若關斷電源，狀態丟失。這種存儲器可以進行讀、寫操作，主要用來存儲輸入輸出狀態和計數器、定時器以及系統組態的參數。只讀存儲器有兩種。一種是不可擦除rom，這種rom只能寫入一次，不能改寫。另一種是可擦除rom，這種rom經過擦除以后還可以重寫。其中eprom只能用紫外線擦除內部信息，eepr

10、om可以用電擦除內部信息，這兩種存儲器的信息可保留10年左右。3、電源單元plc配有開關電源，電源的交流輸入端一般都有脈沖吸收電路，交流輸入電壓范圍一般都比較寬，抗干擾能力比較強。有些plc還配有大容量電容作為數據后備電源，停電時可以保持50h。除了需要交流電源之外，還需要直流電源。一般直流5v電源供plc內部使用，直流24v電源供輸入輸出端和各種傳感器使用。4、輸入輸出單元輸入輸出單元由輸入模塊、輸出模塊和功能模塊構成，是plc與現場輸入輸出設備或其他外部設備之間的連接部件。plc通過輸入模塊把工業設備狀態或生產過程信息讀入中央處理單元，通過用戶程序的運算與操作，把結果通過輸出模塊輸出給執行

11、單元。而功能模塊則是一些智能化了的輸入和輸出模塊。比如，溫度檢測模塊、位置檢測模塊、位置控制模塊、pid控制模塊等。中央處理單元與輸入輸出模塊的連接是由輸入接口和輸出接口完成的。5、接口單元接口單元包括擴展接口、編程器接口、存儲器接口和通信接口。這些接口都是為了進一步擴展plc的功能而設置的。6、外部設備plc的外部設備主要有編程器，文本顯示器、操作面板、打印機等等，使plc的使用更加方便。2.3 plc的工作原理 1.plc的工作方式 1）輸入采樣階段，在此階段，順序讀入所有輸入緞子通斷狀態，并將讀入的信息存入內存，接著進入程序執行階段，在程序執行時，即使輸入信號發生變化，內存中輸入信息也不

12、變化，只有在下一個掃描周期的輸入采樣階段才能讀入信息。 2） 程序執行階段：plc對用戶程序掃描。 3）輸出刷新階段：當所有指令執行完畢通過隔離電路，驅動功率放大器，電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅動外部負載。2.4 plc匯編語言采用面向控制過程，面向問題，簡單直觀的plc編寫橫語言，常用的有：梯形圖，語句表，功能圖等。1. 梯形圖：由繼電器控制邏輯演變而來，兩者具有一定程度的相似性，但梯形圖編程語言功能更強更方便。主要特點：1）自上而下，從左到右的順序排列，兩列垂直線為母線。每一邏輯行，起使左母線。 2）梯形圖中采用繼電器名稱，但不是真實物理繼電器稱為“軟繼電器” 3）每個梯級流過的是概

13、念電流，從左向右，其兩端母線設有電源。 4）輸入繼電器，用于接入信號，而無線圈，輸入繼電器，通過輸入接入的繼電器，晶體及晶閘管才能實現。 2.語句表：又叫指令表，類似計算機匯編語言形式，用指令的記助符編程。例：下圖是三菱公司的fx2n系列產品的最簡單的梯形圖例： x000 x001 y000 x010 end它有兩組，第一組用以實現啟動、停止控制。第二組僅一個end指令，用以 結束程序。l 梯形圖與助記符的對應關系： 助記符指令與梯形圖指令有嚴格的對應關系，而梯形圖的連線又可把指令的順序予以體現。一般講，其順序為：先輸入，后輸出（含其他處理）；先上，后下；先左，后右。有了梯形圖就可將其翻譯成助

14、記符程序。上圖的助記符程序為： 地址指令變量0000ldx0000001orx0100002andx0010003outy0000004end 反之根據助記符，也可畫出與其對應的梯形圖2.5 plc的基本指令1 輸入輸出指令（ld/ldi/out）下面把ld/ldi/out三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件以列表的形式加以說明： 符號 功 能 梯形圖表示 操作元件 ld（取） 常開觸點與母線相連 x，y，m，t，c,s ldi（取反）常閉觸點與母線相連 x，y，m，t，c,sout（輸出） 線圈驅動 y，m，t，c，s,f ld與ldi指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點

15、。out 指令是線圈的驅動指令，可用于輸出繼電器、輔助繼電器、定時器、計數器、狀態寄存器等，但不能用于輸入繼電器。輸出指令用于并行輸出，能連續使用多次。 x000 y000 地址 指令 數據 0000 ld x000 0001 out y0002 觸點串連指令（and/andi）、并聯指令（or/ori） 符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 and（與） 常開觸點串聯連接 x，y，m，t，c,s andi（與非） 常閉觸點串聯連接 x，y，m，t，c,s or（或） 常開觸點并聯連接 x，y，m，t，c，s ori（ 或非） 常閉觸點并聯連接 x，y，m，t，c，s and、andi指

16、令用于一個觸點的串聯，但串聯觸點的數量不限，這兩個指令可連續使用。 or、ori是用于一個觸點的并聯連接指令。 x001 x002 y001 地址 指令 數據 0002 ld x001 x003 0003 andi x002 0004 or x003 0005 out y001 3 電路塊的并聯和串聯指令（orb、anb） 符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件 orb（塊或） 電路塊并聯連接 無 anb（塊與） 電路塊串聯連接 無 含有兩個以上觸點串聯連接的電路稱為“串聯連接塊”，串聯電路塊并聯連接時，支路的起點以ld或ldnot指令開始，而支路的終點要用orb指令。orb指令是一種獨立

17、指令，其后不帶操作元件號，因此，orb指令不表示觸點，可以看成電路塊之間的一段連接線。如需要將多個電路塊并聯連接，應在每個并聯電路塊之后使用一個orb指令，用這種方法編程時并聯電路塊的個數沒有限制；也可將所有要并聯的電路塊依次寫出，然后在這些電路塊的末尾集中寫出orb的指令，但這時orb指令最多使用7次。將分支電路（并聯電路塊）與前面的電路串聯連接時使用anb指令，各并聯電路塊的起點，使用ld或ldnot指令；與orb指令一樣，anb指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯連接，應在每個串聯電路塊之后使用一個anb指令，用這種方法編程時串聯電路塊的個數沒有限制，若集中使用anb指令，最多使用

18、7次。 anb x000 x002 x003 y006 x001 x004 x005 orb x006 x003 地 址 指 令 數 據 0000 ld x000 0001 or x001 0002 ld x002 0003 and x003 0004 ldi x004 0005 and x005 0006 or x006 0007 orb 0008 anb 0009 or x003 0010 out y006 4 程序結束指令（end）符號（名稱） 功 能 梯形圖表示 操作元件結束 end（結束） 程序結束 無 在程序結束處寫上end指令，plc只執行第一步至end之間的程序，并立即輸出處理

19、。若不寫end指令，plc將以用戶存貯器的第一步執行到最后一步，因此，使用end指令可縮短掃描周期。另外。在調試程序時，可以將end指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的end指令。 其他的一些指令，如置位復位、脈沖輸出、清除、移位、主控觸點、空操作、跳轉指令等，同學們可以參考一些課外書，在這里我們不詳細介紹了。下面同學們可練習由梯形圖寫出與之對應的助記符形式的指令。并由后面的gpp軟件傳輸到plc中，實時運行。2.6 plc交通燈畢設編程器件一般情況下，x代表輸入繼電器，y代表輸出繼電器，m代表輔助繼電器，spm代表專用輔助繼電器，t代表定時器，c代表計數

20、器，s代表狀態繼電器，d代表數據寄存器，mov代表傳輸等。第三章 梯形圖的設計與編程方法31 控制要求信號燈受啟動及停止按鈕的控制，當按下啟動按鈕時，信號燈系統開始工作，并周而復始地循環工作，當按下停止按鈕時，系統將停止在初始狀態，所有信號燈都熄滅。32 控制時序交通燈示意圖如圖1所示，在東西南北兩個方向均安裝信號燈，兩個方向各6個燈，分為紅、黃、綠三種顏色。工作時序如圖2所示，假設東西向較忙，綠燈時間是南北向的2倍(40s)。按下起動按鈕后，南北向綠燈亮維持20s，20s后，南北黃燈閃爍3次，計6s，期間，東西向紅燈也亮，并維持26s；26s后，東西方向綠燈亮40s，后東西向黃燈閃爍3次，計

21、6s，期間，南北向紅燈也亮，并維持46so接下去周而復始，直到停止按鈕被按下為止。3.3 plc交通燈畢業論文硬件及外圍元器件根據信號燈的控制要求，所有的器件有：三菱fx系列plc、起動按鈕sb1、停止按鈕sb2、紅黃綠色信號燈各4只，輸入輸出端口接線如圖3所示。由圖可見：起動按鈕sb1接于輸入繼電器x0端，停止按鈕sb2接于輸入繼電器xl端，東西方向的綠燈接于輸出繼電器y5端，東西方向黃燈接于輸出繼電器y4端，東西方向的紅燈接于輸出繼電器y3端，南北方向綠燈接于輸出繼電器y2端，南北方向的黃燈接于輸出繼電器y1，南北方向紅燈接于輸出繼電器y0。將輸出端的com1及com2用導線相連，輸出端的電源為交流220v。如果信號燈的功率較