基于plc交通灯控制设计论文

基于plc交通灯控制设计论文内容摘要：

一是可靠性差，排除故障困难。 继电器控制系统是接触控制，长期使用后机械性 触点易损坏。 如果某个继电器损坏，甚至某一个继电器中的某一对触点接触不良，都会影响整个系统的正常运行。 查找和排除故障往往是非常困难的，有时可能会花费大量的时间。 二是灵活性差，总体成本较高。 继电器本身并不贵，但是控制柜内部的安装、接线工作量极大，因此整个控制柜的价格是相当的高。 如果工艺要求发生变化，控制柜内的元件和接线也需要作相应的变动。 但是，这种改造的工期长、费用高，以至于有的用户宁愿放弃旧的控制柜的改造，另外再制作一台新的控制柜。 现代社会要求制造业对市场要求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，传统的继电器控制系统已经成为实现这一目标的障碍。 以汽车制造为例， 20 世纪 60 年代，汽车生产流水线的自动控制系统基本上都是由继电器控制装置构成的。 20 世纪 60 年代末期，美国的汽车制造业竞争激烈，各生产厂家的汽车型号不断更新，它必然要求加工的生产线随之改变，并对整个控制系统重新配置。 随着生产的发展，汽车型号更新的周期愈来愈短，这样，继电器控制装置就需要经常更新和安装，十分费时、费工、费料，甚至阻碍了更新周期的缩短。 为了改变这一情况，美国通用汽车公司（ GM）在 1968 年公开招标，要求用新的控 制装置取代继电器控制装置，并提出了以下 10 项招标指标。 （ 1）编程方便，现场可修改程序。 （ 2）维修方便，采用模块化结构。 （ 3）可靠性高于继电器控制装置。 （ 4）体积小于继电器控制装置。 （ 5）数据可直接送入管理计算机。 （ 6）成本可与继电器控制装置竞争。 （ 7）输入可以为市电。 （ 8）输出为市电，输出电流在 2A 以上，能直接驱动电磁阀、接触器等。 （ 9）在扩展时，原系统只需少量的变更。 常州 **职业技术学院 电子与电气工程学院 毕业设计论文 4 （ 10）用户程序存储器容量至少能至少扩展到 10KB。 这就是著名的“ GM 十条 ”。 这些要求实际上提出了将继电器控制系统的简 单易懂、使用方便的优点与计算机的功能完善、灵活性和通用性好的优点结合起来，将继电器硬线逻辑控制转变为计算机的逻辑控制的设想。 1969 年，美国数字设备公司（ DEC）研制出第一台 PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。 这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域得到了推广应用。 到 1971 年，已经成功地应用于食品、饮料、冶金、造纸等工业。 这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。 1971 年日本从美国引进 了这项新技术，很快研制出了日本第一台 PLC。 1973 年，西欧国家也研制出了它们的第一台 PLC。 我国从 1974 年开始研制，于 1977 年开始工业应用。 PLC 的定义与发展 PLC 的定义 PLC 问世以来，尽管时间不常，但发展迅速。 为了使其生产与发展标准化，美国电气制造商协会 NEMA 经过 4 年的调查工作，于 1984 年首先将其正式命名为 PC，并作了以下定义： PC 是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的记忆体存储指令，用来执行诸如逻辑、顺序、计时、计数和演算等功能，并通过数字或类似的输入 /输出模块，控制 各种机械或工作程序。 一部数字电子计算机若是从事执行 PC 功能，也被视为 PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。 但是为了避免与个人计算机的简称混淆，通常还是将可编程控制器简称为 PLC。 以后国际电工委员会又先后发布了 PLC 标准的草案第一稿、第二稿，并在 1987 年2 月通过了对它的定义： PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用设计的。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算机与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 /输出控制各类机械或生产过程。 PLC 及其有关外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体、易于扩充其功能的设计原则。 总之， PLC 是一台专用计算机，它是专为工业环境应用而设计制造的计算机。 它具有多输入 /输出接口，并且具有较强的驱动能力。 但 PLC 产品并不针对某一具体工业应用，在实际应用时，其硬件需根据实际需要进行配置，其软件需根据控制要求进行设计编制。 PLC 的发展阶段 PLC 问世以来，随着微处理器的出现，大规模、超大规模集成电路技术的快速发展和数据通信技术的不断进步， PLC 也迅速发展。 其发展过程大致可分为以下 3 个阶段。 （ 1） 早期的 PLC（ 20 世纪 60 年代末至 70 年代中期） 这时的 PLC 主要是作为继电器控制装置的替代物而出现的，其主要功能是执行原先由继电器完成党的顺序控制、定时等功能，将继电器的“硬件线 ” 控制方式变为“软接线”方式。 早期的 PLC 在硬件上以准计算机的形式出现，在 I/O 接口电路上作了改进以适应工业控制现场的需求。 装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路，存储器采用磁芯存储器。 另外还采取了一些措施，以提高其抗干扰的能力。 常州 **职业技术学院 电子与电气工程学院 毕业设计论文 5 在软件编程方面，采用了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制器接线方式，即梯形图。 因此，早期的 PLC 的 性能要优于继电器控制装置，其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障显示、能重复使用等。 梯形图作为 PLC 特有的编程语言一直沿用至今。 （ 2） 中期的 PLC（ 20 世纪 70 年代中期至 80 年代中、后期） 20 世纪 70 年代初期，出现了微处理器，由于其体积小、功能强、价格便宜，很快被用于 PLC。 美国、日本、德国等一些产家先后开始采用微处理器作为 PLC 的中央处理单元，使 PLC 的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。 在硬件方面，除了保持其原有的开关模块外，中期的 PLC 增加了模拟量模块、远程的 I/O 模 块、各种特殊功能模块；扩大了存储器的容量，增加了各种逻辑线圈的数量；还提供了一定数量的数据寄存器，使 PLC 应用范围得以扩大。 在软件方面，除了保持原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，中期的 PLC 还增加了算术运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能，指令系统大为丰富，系统可靠性也得到了提高。 （ 3） 近期的 PLC（ 20 世纪 80 年代中、后期至今） 进入 20 世纪 80 年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅猛发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的 PLC 所采用的微处理器的档次普遍提高。 而且，为了进一步提高 PLC 的处理速度，各制造商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。 这样使得 PLC 在软、硬件功能上都发生了巨大变化。 现代 PLC 不仅能够完全胜任对大量开关量信号的逻辑控制，还具有了很强的数学运算、数据处理、运动控制、 PID 控制等模拟信号处理能力。 同时 PLC 的联网通信能力大大增强，可以构成功能完善的分布式控制系统，实现工厂自动化管理。 在发达的工业化国家，先代的 PLC 已经广泛应用于所有的部门。 PLC 的分类 目前， PLC 的种类很多，规格性能不一。 对 PLC 的分类，通常可根据它的结构形式、容易或功能进行。 按结构形 式的分类 按照硬件的结构形式， PLC 可分为以下 3 类。 （ 1）整体式 PLC：这种结构的 PLC 将电源、 CPU、输入 /输出部件等集中配置在一起，装在一个箱体内，通常称为主机。 整体式结构的 PLC 具有结构紧凑、体积小、重量轻、价格较低等特点，但主机的 I/O 点数固定，使用上不太灵活。 小型的 PLC 通常使用这种结构，适用于比较简单的控制场合。 （ 2）模块式 PLC：也称为积木式结构，即把 PLC 的各组成部分以模块的形式分开，如电源模块、 CPU 模块、输入模块、输出模块等，把这些模块插在底板上，组装在一个机架内。 这种结构的 PLC 配 置灵活、装配方便、便于扩展、但结构较复杂，价格较高。 大型的 PLC 通常采用这种结构，适用于比较复杂的控制场合。 （ 3）叠装式 PLC：这是一种新的结构形式，它吸收了整体式和模块式 PLC 的优点，如三菱公司的 FX2 系列 PLC，它的基本单元、扩展单元和扩展模块等高等宽，但是长度不同，它们不用基板，仅用扁平电缆，紧密拼装以后组成一个整齐的长方体，输入、输出点数的配置也相当的灵活。 按容量的分类 PLC 的容量主要是指其输入 \输出点数（端口数）。 按容量大小，可将 PLC 分为以下 3 类： 常州 **职业技术学院 电子与电气工程学院 毕业设计论文 6 小型 PLC： I/O 点数一般在 256 点 以下； 中型 PLC： I/O 点数一般在 2561024 点之间； 大型 PLC： I/O 点数在 1024 点以上。 按功能分类 按 PLC 功能上的强弱，可分为以下三类： （ 1） 低档机：具有逻辑运算、计时、计数等功能，有的有一定的算术运算、数据处理和传送功能，可实现逻辑、顺序、计时计数等控制功能。 （ 2） 中档机：除具有低档机的功能以外，还具有较强的模拟量输入 /输出、算术运算、数据传送等功能，可完成既有开关量又有模拟量的控制任务。 （ 3） 高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号运算、矩阵运算等功能，使得运算能力更强，还 具有模拟量调节、强大的联网通信等功能，能进行智能控制、运程控制、大规模控制，可构成分布式控制系统，实现工厂自动化管理。 当然，上述分类的标准不是固定的，而是随 PLC 整体性能的提高在不断变化。 PLC 特点 作为一种新型的工业自动控制装置， PLC 具有以下一些特点。 高可靠性和强抗干扰能力 高可靠性和强抗干扰能力是 PLC 最突出的特点之一，主要表现如下。 ●用软件代替传统继电器控制系统中大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量器件，接线大大减少，因触点接触不良造成的故障大为减少。 ●所 有的 I/O 接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与 PLC 内部电路之间在电气上隔离。 ●各输入端均采用 RC 滤波器，并采用屏蔽措施。 ●采用性能良好的开关电源。 ●对采用的器件进行严格的选择。 ●良好的自诊断功能，一旦电源或其他软件、硬件发生异常情况， CPU 立即采用有效措施，以防止故障扩大。 ●大型的 PLC 还可以采用由双 CPU 构成冗余系统或有 3 个 CPU 构成的表决系统，使可靠性更进一步增强。 因此， PLC 具有很高的可靠性和很强的抗干扰能力，平均无故障工作时间可达数万小时。 可以直接用于有强烈的干扰的工业现场控制 并持续工作。 配套齐全，功能完善，适用性强 PLC 发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。 可以用于各种规模的工业控制场合。 除了逻辑处理功能以外，现代 PLC 大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。 近年来 PLC 的功能单元大量涌现，使 PLC 渗透到了位置控制、温度控制、 CNC 等各种工业控制中。 加上 PLC 通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用 PLC 组成各种控制系统变得非常容易。 易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC 作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。 它接口容易 ，编程语言易于为工程技术人员接受。 梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用 PLC 的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。 为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。 系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 常州 **职业技术学院 电子与电气工程学院 毕业设计论文 7 PLC 用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。 更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。 这很适合多品种、小批量的生产场合。 体 积小，重量轻，能耗低 以超小型 PLC 为例，新近出产的品种底部尺寸小于 100mm，重量小于 150g，功耗仅数瓦。 由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。 丰富的 I/O 接口模块 为了实现与工业生产过程中的各种工业现场设备的相互连接， PLC 除具有普通计算机的基本部分（如 CPU、存储器等）外，还有丰富的 I/O 接口模块。 对不同的工业现场信号，设计有相应的 I/O 模块与工业现场的器件或设备直接相连接。 另外，为了提高系统的操作灵活性，许多 PLC 还有多种人机对话模块，为了组成工业局部网络，还有 多种通信联网的接口模块等。 灵活性好 为了适应各种行业控制需要，除了一些小型的 PLC 以外，绝大多数 PLC 均采用模块化结构。 PLC 的各个部件，包括 CPU、电源、 I/O 等均用模块化设计，由机架及电缆将各种模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。 相对于传统的电气控制线路， PLC 为改进和修改原设备提供了极其方便的手段，通过修改或重新编写应用。