交通信号灯FXPLC控制实验台设计毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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红色叉形灯或红色箭头灯亮时，禁止本车道车辆通行。

3.人行横道信号灯

人行横道信号灯由绿灯和红灯组成，绿灯亮时，准许行人通过人行横道；

红灯亮时，禁止行人进入人行横道，但是已经进入人行横道的，可以继续通过或者在道路中心线处停留等候。

将PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其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的实现。

目前大多品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。

由于PLC本身具有通讯联网功能，将同一条道路上的信号灯组成一个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。

同时它的设计和研制对实验室建设、实验手段的进一步完善、突出实践性教学环节，特别是体现机与电结合的特色和培养高素质的工程人才，具有重要的现实意义。

1.2PLC的发展现状

1.2.1PLC的来源

1.在制造工业（以改变几何形状和机械性能为特征）和过程工业（以物理变化和化学变化将原料转化成产品为特征）中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。

传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。

1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，使得电气控制功能实现的程序化，这就是第一代可编程序控制器，英文名字叫ProgrammableController（PC）。

2.随着电子技术和计算机技术的发生，PC的功能越来越强大，其概念和内涵也不断扩展。

3.上世纪80年代，个人计算机发展起来，也简称为PC，为了方便，也为了反映或可编程控制器的功能特点，美国A-B公司将可编程序控制器定名为可编程序逻辑控制器ProgrammableLogicController（PLC），并将“PLC”作为其产品的注册商标。

现在，仍常常将PLC简称PC。

4.上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。

在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统.

5.近年，工业计算机技术（IPC）和现场总线技术（FCS）发展迅速，挤占了一部分PLC市场，PLC增长速度出现渐缓的趋势，但其在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。

6.目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，主要应用在汽车（23%）、粮食加工（16.4%）、化学/制药（14.6%）、金属/矿山（11.5%）、纸浆/造纸（11.3%）等行业。

1.2.2典型的PLC产品

1.国外

施耐德公司，Quantum、Premium、Momentum等；

罗克韦尔（A-B公司），SLC、MicroLogix、ControlLogix等；

西门子公司，SIMATICS7-400/300/200系列；

GE公司

日本欧姆龙、三菱、富士、松下等。

2.国内现状

PLC生产厂约30家，但没有形成颇具规模的生产能力和名牌产品，还有一部分是以仿制、来件组装或“贴牌”方式生产.

1.2.3PLC在我国的应用

虽然我国在PLC生产方面非常弱，但在PLC应用方面，我国是很活跃的，近年来每年约新投入10万台套PLC产品，年销售额30亿人民币，应用的行业也很广。

在我国，一般按I/O点数将PLC分为以下级别（但不绝对，国外分类有些区别）：

微型：

32I/O

小型：

256I/O

中型：

1024I/O

大型：

4096I/O

巨型：

8192I/O

在我国应用的PLC系统中，I/O64点以下PLC销售额占整个PLC的47%，64点~256点的占31%，合计占整个PLC销售额的78%。

在我国应用的PLC，几乎涵盖了世界所有的品牌，呈现八国联军的态势，但从行业上分，有各自的势力范围。

大中型集控系统采用欧美PLC居多，小型控制系统、机床、设备单体自动化及OEM产品采用日本的PLC居多。

欧美PLC在网络和软件方面具有优势，而日本PLC在灵活性和价位方面占优势。

我国的PLC供应渠道，主要有制造商、分销商（代理商）、系统集成商、OEM用户、最终用户。

其中，大部分PLC是通过分销商和系统集成商达到最终用户的。

1.2.4PLC发展的重点及趋势

1.人机界面更加友好

PLC制造商纷纷通过收购或联合软件企业、或发展软件产业，大大提高了其软件水平，多数PLC品牌拥有与之相应的开发平台和组态软件，软件和硬件的结合，提高了系统的性能，同时，为用户的开发和维护降低了成本，使更易形成人机友好的控制系统，目前，PLC＋网络＋IPC＋CRT的模式被广泛应用。

2.网络通讯能力大大加强

PLC厂家在原来CPU模板上提供物理层RS232/422/485接口的基础上，逐渐增加了各种通讯接口，而且提供完整的通讯网络。

由于近来数据通讯技术发展很快，用户对开放性要求很强烈，现场总线技术及以太网技术也同步发展。

如罗克韦尔A－B公司主推的三层网络结构体系，即EtherNet、ControlNet、DeviceNet，西门子公司在Profibus-DP及Profibus-FMS网络等。

3.开放性和互操作性大大发展

PLC在发展过程中，各PLC制造商为了垄断和扩大各自市场，处于群雄割据的局面，各自发展自己的标准，兼容性很差，这给用户使用带来不便，并增加了维护成本。

开放是发展的趋势，这已被各厂商所认识，形成了长时期妥协与竞争的过程，并且这一过程还在继续。

开放的进程，可以从以下方面反映：

a.IEC形成了现场总线标准，这一标准包含8种标准，虽然有人说，多种标准就是没有标准，但必竟是一个经过困难的争论与妥协的成果。

标准推出后，各厂商纷纷将自己的产品适应这些标准，或者开发与之相应的新产品。

b.IEC制订了基于Windows的编程语言标准IEC61131-3，它规定了指令表（IL）、梯形图（LD）、顺序功能图（SFC）、功能块图（FBD）、结构化文本（ST）五种编程语言。

这是以数字技术为基础的可编程序逻辑控制装置在高层次上走向开放性的标准化文件。

虽然PLC开发上各个工具仍不兼容，但基于这些标准的开发系统，使用户在应用过程中，可以较方便地适不同品牌的产品。

c.OPC基金会推出了OPC（OLEforProcessControl）标准，这进一步增强了软硬件的互操作性，通过OPC一致性测试的产品，可以实现方便的和无缝隙数据交换。

目前，多数PLC软件产品和相当一部分仪表、执行机构及其它设备具有了OPC功能。

OPC与现场总线技术的结合，是未来控制系统向FCS技术发展的趋势。

4.PLC的功能进一步增强，应用范围越来越广泛。

PLC的网络能力、模拟量处理能力、运算速度、内存、复杂运算能力均大大增强，不再局限于逻辑控制的应用，而越来越应用于过程控制方面，有人统计，除石化过程等个别领域，PLC均有成功能应用，PLC在相当多的应用取代了昂贵的DCS，从而使原来PLC（顺序控制）＋DCS（过程控制）的模式变成PLC＋IPC模式。

5.工业以太网的发展对PLC有重要影响。

以太网应用非常广泛，与工业网络相比，其成本非常低，为此，人们致力于将以太网引进控制领域。

目前的挑战在于1）硬件上如何适应工业恶劣环境；

2）通讯机制如何提高其可靠。

以太网能否顺利进入工控领域，还存在争论。

但以太网在工控系统的应用却日益增多，适应这一过程，各PLC厂商纷纷推出适应以太网的产品或中间产品。

由于工业生产对自动化控制系统的多样性，今后几年plc技术将围绕一下几方面发展。

a.进一步加快cpu的处理速度。

可以采用的方法有：

全面使用高速cpu芯片和24位、32位、64位RIST芯片，采用多cpu并行处理或分时处理或分任务处理；

采用新型体系结构（既有别于现有plc的扫描式体系结构的中断驱动式体系结构），工作方式使扫描和中断并存；

各种模块智能化。

b.变革操作控制方式。

由于处理速度的加快和多cpu的使用，操作控制不再采用单一的循环扫描方式，将大量使用中断驱动方式，以增加对输入/输出的快速反应能力。

c.发展智能化模块。

智能化模块主要有：

通信模块、位置控制模块、数据处理与控制模块、数/模转换模块、PID控制模块及一些智能化I/O模块

d.进一步提高可靠性。

有些场合对plc的可靠性要求特别高，根据不同需要可采取相应的技术，除提高半导体的可靠性之外，plc将在硬件上采用多cpu的容错系统，软件上开发更加高级的诊断程序，以及发展软件的容错技术，增强plc的自诊断和外部故障检测功能等。

e.提供更方便灵活的编程方法，plc的使用更加方便。

f.plc的结构和规模将更加两极化，即大型化和小型化。

大型plc着眼于完善其处理能力，向分散型、多层分布式工厂自动化网络化方向发展。

小型plc则强调简易、经济，采用平板薄型一体化结构，以适应单机控制和机电一体化的需要。

同时适当增加一些特殊I/O模块和简单的联网功能，扩大其应用范围。

g.plc产品更加规范化、标准化。

标准化将有利于plc的设计、生产、使用和维修。

用户将迫使生产厂家把plc做成兼容产品，至少plc的基本部件的技术规格、I/O模块、接线端子以及通信协议、编程工具和语言要规范化、标准化，能相互兼容。

主要的标准有：

工作环境、物理和电气接口、功能板和插座特性、plc总线、通信协议和编程语言等。

h.加强plc的联网功能。

加强plc于plc之间，plc于计算机的联网能力，为实现工厂自动化提供必要的条件。

i.plc存储容量及存储特性。

从发展角度来看，单机的存储容量达到1MB就能满足通常的要求，对于特殊需要可采用外部存储方式。

为增加外部存储的容量和存储的速度，将采用激光光盘取代普通的磁盘和磁带等。

为满足对存储器芯片的存取速度、RAM的可重写性和ROM的非易失性等要求，必须研制和采用新型存储器。

1.3可编程控制器的特点、结构及工作原理

1.3.1可编程控制器的特点

现代工业生产是复杂多样的，它们对控制的要求也各不相同。

可编程序控制器一经出现就受到了广大工程技术人员的欢迎。

它的主要特点如下：

1.抗干扰能力强，可靠性高

PLC在电子线路、机械结构以及软件结构上都吸取生产厂家长期积累的工业控制经验，主要模块均采用大规模与超大规模集成电路，I／0系统设计有完善的通道保护与信号调理电路；

在结构上对耐热、防潮、防尘、抗震等都有精确考虑；

在硬件上采用隔离、屏蔽、滤波、接地等抗干扰措施；

在软件上采用数字滤波等抗干扰和故障诊断措施；

所有这些使PLC具有较高的抗干扰能力。

PLC的平均无故障时间通常在几万小时以上。

是PLC采用微电子技术，大量的开关动作由无触点的电