发布时间 : 星期四 文章基于PLC交通信号灯的控制和设计更新完毕开始阅读
南京工程学院自动化学院自考助学本科毕业设计（论文）
第一章 绪 论
1.1 可编程控制器PLC的概况
1.1.1PLC的产生及其定义
早期的可编程控制器是为了取代继电器控制线路，采用存储指令完成顺序控制而设计的。它仅有逻辑运算、定时、计数等功能，采用开关量控制，实现只能进行逻辑运算，所以称为可编程控制器，简称PLC（Programmable Logic Controller）。进入20世纪80年代后，采用了16位和少数的32位微处理器构成PLC，使得可编程逻辑控制在概念、设计、性能上都有了新的突破。采用微处理器之后，这种控制功能不在局限于当初的逻辑运算，增加了数值运算、模拟量处理、通信功能，90年代以来，由于大规模和超大规模集成电路等微电子技术的迅速发展，同时为了适应计算机集成制造系统（CIMS）和现代网络技术，PLC由单CPU转向多CPU，16位和32位微处理器被大量应用与PLC中，时期运算速度、通行联网、图像显示和数据处理功能都大大增强.可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专门在工业环境下应用而设计，它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数和算数运算等操作指令，并且通过数字式，模拟式的输入和输出，控制各类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关的外部设备，都应按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则而设计。，成为真正意义上可编程控制器（Programmable Controller），简称为PC。
1.1.2PLC的发展趋势
美国数字设备公司（DEC）根据GM公司招标的技术要求，于1969年研制出世界上第一台可编程序控制器，并在GM公司汽车自动装配线上试用，获得成功。其后，日本，德国等相继引入这项新技术，可编程序控制器由此而迅速发展起来。
PLC总的发展趋势:
(1)向高速、大容量方向发展为了提高PLC处理性能，要求PLC有更好的响应速度和更大的存储容量。
(2)向超大型和超小型发展，为了适应不同的控制需要。 (3)开发新的智能模块。 (4)加强联网和通信能力。
(5)增加外部故障的检测与处理能力。
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(6)编程语音多样化和标准化。
1.1.3PLC的应用
PLC的应用范围大致归结为：
（1）开关量逻辑控制：PLC具有强大的逻辑运算能力，可以实现简单和复杂的逻辑逻辑控制。
（2）模拟量控制：PLC配有A/D和D/A转化模块
（3）过程控制：现代大型的PLC一般配备了PID控制模块，可以进行闭环过程控制。
（4）定时和计数控制：PLC具有很强的定时和计数功能，它可以为用户提供十几种甚至上百种，上千种定时器和计数器。
（5）顺序控制：在工业控制中，可采用PLC步进指令编程或移位寄存器编程来实现顺序控制。
（6）运动控制：PLC可用于圆周控制和直线控制。从控制配置上来说，早期直接用开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在可以用专门的运动模块。广泛应用与机床，机械，机器人，电器等。
（7）过程控制:这是对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。PLC能编制各种控制算法程序，完成闭环控制。PID控制时一般控制系统中常用的控制方法。PID处理一般是用运动专门的PID子程序。过程控制冶金、化工、热处理、锅炉等控制场合非常有广泛的应用。
（8）数据处理：现代PLC不仅能进行算术运算，数据传送，排序，查表等，而且还能进行数据比较，数据转换，数据通信，数据显示和打印等，它具有很强的数据处理能力。
（9）通信和联网：现代PLC一般都有通信功能，它可以对远程的I/O借口进行控制，而且还可以实现PLC和PLC，PLC和计算机的数据通信，这样PLC可以方便进行分布式控制。
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1.2PLC的特点及其分类 1.2.1PLC的特点
1) 可靠性高，抗干扰能力强（硬件、软件）
工业生产对控制设备的可靠性要求：1平均故障间隔时间长 2故障修复时间（平均修复时间）长短，任何电子设备产生的故障，通常为两种：
（1） 偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电
压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。
（2） 永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能在限
制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样能提高平均故障间隔时间;如果能在PLC上增加一些诊断措施和社党的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查处故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给处处错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有很强的抗干扰能力。
2) 编程简单，易于掌握
目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程原件符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术很快就能学会梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语言表等编程语言。
PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言后执行（PLC内部增加了解释程序）。与真正执行汇编语言编程的用户程序相比，执行梯形图程序的时间长一些，但对于大多数由控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。
3) 设计、安装容易，维护工作量少
由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电
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器、计数器等器件、控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的on过户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。 4） 体积小，重量轻，功耗低
PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例，外形尺寸近卫305x110x110mm，重量2.3KG，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应坏境温。湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比；面积为47%，体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24~128点。 5） 功能强，适应面广
4) 现在PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和
模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产线，又可控制一个生产过程。
1.2.2 PLC的分类
PLC产品种类繁多，其规格和性能也各不相同。对于PLC的分类，通常根据其结构形式的不同、功能的差异和I/O点数的多少等进行大致分类。
1按结构形式分类。根据PLC的结构形式，可将PLC分为整体式和模块式两类。 （1） 整体式PLC：整体式PLC是将电源、CPU、I/O接口等部件都集中装在一个
机箱内，具有机构紧凑、体积小、价格低的特点。小型PLC一般采用这种整体式结构。整体式PLC由于不同I/O点数基本单元和扩展单元组成。基本单元内有CPU、I/O接口、与I/O扩展单元相连的扩展口，以及与编程器或EPROM写入器相连的接口等。扩展单元内只有I/O和电源等，美欧CPU。基本单元或扩展单元之间一般用扁平电缆连接。整体式PLC一般还可配备特殊功能单元，如模拟量单元、位置控制单元等，使其功能得以扩展。 （2） 模块式PLC：模块式PLC是将PLC各组成部分，分别作成若干个单独的模
块，如CPU模块、I/O模块、电源模块以及各种功能模块。模块式PLC由于PLC内框架或基板和各种模块组成。模拟装在框架或基板的插座上。这种模块式PLC的特点是配置灵活，可根据需要选配不同模块的系统，而且装配方便，便于扩展和维修。大、中型PLC一般采用模块式结构。还有一些PLC将整体和模块式的特点结合起来，构成所谓叠装式PLC。叠装式PLC
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