PLC实现十字路信号灯自动控制

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1、毕 业 设 计（论 文）任 务 书 PLC实现十字路口交通灯自动控制PLC realization traffic lights automatic control at crossroads系 名： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师姓名： 指导教师职称： 指导工程师 ： 二 七 年 四 月 二十 日目 录 前 言第一章 可编程序控制器（PLC）的概况71.1 PLC的概念及发展71.2 可编程序控制器的结构及工作原理101.3 PLC的应用领域121.4 可编程序控制器与计算机之间的通信14第二章 硬件设计162.1 可编程序控制器PLC的选型17 2.1.1 可编程序控制器物理结

2、构及控制方式的选择18 2.1.2 CPU的能力182.2 I/O点数的确定192.3 响应速度 202.4 存储器容量的选择202.5 可编程序控制器的指令系统222.6 机型选择的其他考虑222.7 PLC 电源的选择232.8 PLC 接地242.9 运行/停机（RUN/STOP）24第三章PLC控制系统抗干扰措施253.1 硬件抗干扰措施253.1.1 抑制电源系统引入的干扰253.1.2 抑制接地系统引入的干扰263.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰273.1.4 抑制外部配线干扰的措施273.2 软件抗干扰措施27第四章设计过程294.1 方案研究与选择294.2 控制要求分析3

3、14.3 设计步骤334.3.1 流程图354.3.2 时序图364.3.3 现场图374.3.4 设计任务及交通状态图384.3.5 PLC I/O分配图414.3.6 PLC 梯形图及指令助记符424.3.7 梯形图及指令解读45第5章 PLC系统的程序调试45结束语49致谢50参考文献51 PLC实现十字路口红绿灯自动控制摘要 分析了现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，本设计介绍了应用PLC实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对PLC控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有

4、很高的实用价值关键词 ：PLC 十字路口交通信号灯 交通管理 性价比 自动控制 PLC realization traffic lights automatic control at crossroadsABSTRACT Analysis of the modern urban traffic control and management of the status quo, light of the actual situation in the urban and rural areas expounded the principle of the control system of tr

5、affic lights. The design of the application of the PLC crossroads traffic signal control. Analysis of traffic signal control requirements of the PLC control system software, and hardware design. and the experiments proved that the system is simple, economic, reliable and has high practical value KEY

6、WORD: Crossroad traffic signal Traffic Management Cost automatic control前言 随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分 不同的城市有不同城市的问题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交

7、通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，再加上政府大力发展的道交、出租车，使得车辆越来越多，这不仅要求道路要越来越宽阔，而且要求有新的交通管理模式和交通规则的出台。因此，自80年代后期，很多城市纷纷扩建建城市道路，在道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，加宽道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市道路的交通状况必然受这种路况的制

8、约。于是，旧的交通控制系统的弊病和人们越来越高的要求激化了矛盾，使原来不太突出的交通问题被提上了日程。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，为此、有关部门愈来愈多的注重在交通管理中引进自动化、智能化技术，比如“电子警察”、自适应交通信号灯以及耗资巨大的交通指挥控制系统等。随着经济的发展和社会的进步，道路交通已愈来愈成为社会活动的重要组成部分。对交通的管控能力，也就从一个侧面体现了这个国家对

9、整个社会的管理控制能力，因此各国都很重视用各种高科技手段来强化对交通的管控能力。传统的交通信号灯控制一般采用电子线路和继电器控制，结构复杂，可靠性低，故障率高。而可编程控制器(PLC)的飞速发展，使其在工业控制中得到了广泛应用，但是目前国内利用PLC实现交通信号灯自动控制还不是十分广泛。本课题设计了一种用PLC控制的交通信号灯系统。其系统设计的周期短，可靠性高，维护方便。在控制方法方面，定时控制不太适合于交通流量有很大变化的交叉口的控制。因此本系统只适合于交通流量不太大的十字路口交通红绿灯系统。借以解决十字路口的常规交通问题。相信随着时间的推移交通信号灯的PLC控制将发展得更完善。第1章 可编

10、程序控制器（PLC）的概况1.1 PLC的概念及发展可编程控制器（Programmable Controller）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计，它采

11、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、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式，模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程。随着电气设备日新月异的发展，尤其是电子计算机的迅速发展，工业生产自动化控制系统中所用设备也发生了深刻的变化，可编程序控制器（PLC）就是这种变革中的产物。PLC是在20世纪60年代后期和70 年代初期问世的，开始主要用于汽车制造业，当时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，汽车的每一次改型都直接导致生产流水线中的继电器控制装置的重新设计和安装。随着生产的发展，汽车型号更新的周期越来越短，这样继电器控制装置就需要经常地重

12、新设计与安装，十分费时、费工、费料。为了改变这种状况，美国通用汽车公司率先于1968年公开招标，要求研制新的控制装置取代原继电器控制装置。研制新的控制装置来取代继电器控制装置这一想法得到了美国数字设备公司的积极响应，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日本从美国引进了这项新

13、技术，很快研制出了日本第一台PLC。1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。我国从1974年开始研制，于1977年开始工业应用。虽然PLC问世时间不长，但是随着微处理器的出现，大规模，超大规模集成电路技术的迅速发展和数据通讯技术的不断进步，PLC也迅速发展，其发展过程大致可分三个阶段：1、 早期的PLC（60年代末70年代中期）早期的PLC一般称为可编程逻辑控制器，其主要功能只是执行原先由继电器完成的顺序控制，定时等。它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要求。在软件编程上，采用广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式梯形图，并一直沿用至

14、今。其特点是：（1）功能简单，主要是逻辑运算、定时、计数；（2）机种单一，没有形成系列；（3）与继电器控制相比，可靠性有一定提高；（4）CPU由中、小规模集成电路组成，存储器为磁心存储器。典型产品有：美国MODICON公司的084；DEC公司PDP-14,PDP-14/L；ALLEN-BRA-DLEY公司的PDQ-H；日本富士电机公司的USC-4000；立石电机公司的SCY-022；兆辰电机公司的HOSC-20；横河电机公司的YODICS。2、 中期的PLC（70年代中期80年代中，后期）在70年代，开始采用微处理器作为PLC的中央处理单元(CPU)，使PLC得功能大大增强。在软件方面，除了保

15、持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外，还增加了算术运算、数据处理和传送、通讯、自诊断等功能。在硬件方面，除了保持其原有的开关模块以外，还增加了模拟量模块、远程I/O模块、各种特殊功能模块。并扩大了存储器的容量，使各种逻辑线圈的数量增加，还提供了一定数量的数据寄存器，使PLC得应用范围得以扩大其特点是：（1）功能增强，增加了数字运算、传送、比较等功能，能完成模拟量的控制；（2）初步形成系列；（3）可靠性进一步提高，开始具备自诊断功能；（4）存储器采用EPROM。典型产品有：美国MODICON公司的184，284，384；GE公司的LOGISTROT；德国SIEMENS公司的SYMATIC S

16、3和S4系列；日本富士电机公司的SC系列。3、 近期的PLC进入80年代中、后期，由于超大规模集成电路技术的迅速发展，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，各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了巨大变化。其特点是：（1）微处理器及EPROM、EAROM、CMOSROM等LSI电路用在PLC中，而且向微处理器发展，使PLC的功能和处理速度大大增强；（2）具有通信功能和远程I/O能力；（3）增加了多种特殊功能，如浮点数运算、平方、三角函数、相关数、查表、列表、脉宽调制变换等；（4）自诊断功能及容错技术发展迅速。典

17、型产品有：美国GOULD公司的M84，484，584，684，884；德国SIEMENS公司的SYMATIC S5系列；美国TI公司的PM550，TI510，520，530；日本三菱公司的MELPLAC-50，550；日本富士电机公司的MICREEX。近来，可编程序控制器的发展更为迅速，更新换代周期大约为三年左右，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。展望未来，可编程序控制器在规模和功能上将向两大方向发展。一方面大型可编程序控制器不断向高速，大容量和高功能方向发展。另一方面发展简易经济的超小型可编程序控制器，以适应单机控制，小型自动化的需要，另外不断增强其对过程控制的功能（模拟量控

18、制能力）；研制采用工业标准总线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，分别执行不同的任务；增强可编程序控制器的联网功能，便于分散控制与集中控制的实现；大力研发智能I/O模块，增强可编程序控制器的功能。从PLC的发展趋势看，PLC控制技术将成为今后工业自动化的主要手段，在未来的工业生产中，PLC技术、机器人技术、CAD/CAM和数控技术将成为实现工业生产自动化的四大支柱技术。1.2 可编程序控制器的结构及工作原理可编程序控制器(ProgrammableController)简称PC,是近代在集成电路、计算机技术基础上发展起来的一种新型工业自动控制装置,它是按照用户控制要求编写的程序来工作的。

19、和继电接触器控制相比较,继电接触器控制是将各自独立的器件及触点以固定接线方式来实现控制要求,而PC将控制要求以程序的形式(软件编程)存储在其内部。送入存储器中的程序内容就相当于继电接触器控制的各种线圈、触点和接线,这种存储程序的控制,当需要改变控制要求时,只要改变程序,而不用改变接线。因而增加了控制的灵活性和通用性。1、可编程序控制器的基本结构可编程序控制器一般由中央处理器、存储器、输入输出组件、编程器及电源五部分组成。存储器是可编程序控制器的重要组成部分,有了它可编程序控制器才能有记忆功能,才能预先把待解决问题的一步步操作,用命令的形式即一条条指令保存起来。实现一定功能的若干条指令组成一个程

20、序,根据程序作用的不同,可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器两种。系统程序存储器主要存储系统管理和监控程序,并能对用户程序作编译处理。其永久保留在可编程序控制器中,不因关机、停电或其他部分出现故障等而改变其内容。用户程序存储器用来存储由编程器或磁带输入的用户控制程序。用户控制程序是根据生产过程和工艺要求编制的,可以通过编程器修改或增删。中央处理器简称CPU,是PC的大脑。其主要的用途是处理和运行用户程序,针对外部输入信号作出正确的逻辑判断,并将结果输给有关部门,以控制生产机械按既定程序工作。另外CPU还对其内部工作进行自动检测,并协调PC各部分工作,如有差错,它立即停止运行

21、。输入、输出部分是PC与被控设备连接起来的部件。用户设备需要输入PC的各种控制信号,如位置开关、按钮、传感器等,通过输入部件将这些信号转换成中央处理器能接受和处理的数字信号。输出部件将中央处理器送出的弱电信号转换成现场所需要的强电信号并输出,以驱动电磁阀、接触器等被控设备的执行元件。编程器是开发、维护PC自动控制系统不可缺少的外部设备。PC需要用编程器输入、检查、修改、调试用户程序,也用以监视PC的工作情况。2、 可编程序控制器的工作原理可编程序控制器对用户程序的执行过程采用循环扫描的工作方式。这种工作方式是在系统软件控制下,顺次扫描各输入点的状态,按用户程序进行运算处理,然后顺序向各输出点发

22、出相应的控制信号。为了提高运行的稳定性和可靠性,并及时接收外来的控制命令,PC(在每次扫描期间,还进行故障自诊断和处理与编程器的通讯,其工作主要分以下五个阶段。（1）自诊断阶段。PC在每次扫描用户程序以前,都先执行故障自诊断程序,一般包括输入输出、存储器、CPU等部分的故障判断。一旦发现异常,PC立即起动关机程序,保留现场的工作状态,把所有的输出点置成“OFF&”状态后停机,并发出报警信号和显示出错误信号。若自诊断正常,则继续向下扫描。（2）与编程器等通讯阶段。自诊断后,如果没有发现故障,PC即检查是否有编程器等的通讯请求,若有则进行相应处理。（3）读入现场信号阶段。完成和外界通讯后,PC即开

23、始扫描各输入点,读入各点的状态和数据,并把这些数据按顺序写入到存储器的状态表中,供执行用户程序时使用。因此该阶段也称输入采样阶段。（4）执行用户程序阶段。一般是从用户程序存储器的最低地址所存放的第一条程序指令开始执行。在无中断和跳转控制的前提下,按存储器地址递增的方向依次执行(扫描)用户程序。直到用户程序结束或用户程序的末地址为止。在这种工作方式下工作,每扫描一次,所有的用户程序都被执行一次。（5）输出控制信号阶段。PC在执行用户程序的同时,更新输出缓冲区的内容。程序执行完毕,CPU即发出信号,把缓冲区的内容按规定的次序,通过输出模块把内部逻辑信号变换成与执行机构相适应的电信号输出,驱动生产现

24、场的执行机构完成控制任务。依次完成上述五步操作,称为一个扫描周期,之后PC又从自诊断开始进行下一次扫描。就这样不断反复循环,完成生产的连续控制,直到收到停止操作命令、停电、出现故障等才停止工作。由于PC,采用了反复扫描的工作方式,使之与工业现场的机器需要反复执行一系列操作的工作方式相似。因此PC的程序可以与机器的动作一一对应,直观明了,易于编写和修改,而且具有可靠性高，抗干扰能力强；配套齐全，功能完善，适用性强；易学易用，深受工程技术人员欢迎；系统的设计，工作量小，维护方便，容易改造等等特点，所以成为现代工业电气自动化的领先技术。1.3 PLC的应用领域随着科学技术的不断进步，PLC在自动控制

25、技术中的应用越来越广泛，目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，使用情况主要分为如下几类：（1）开关逻辑控制开关逻辑控制是PLC的基本控制功能，可用它来代替传统的继电器控制装置，如机床的电气控制、电动机的控制等；也可以取代顺序控制和程序控制，如高炉上料系统、电梯控制、输送货物控制、自动化生产线作业流程控制等。（2）闭环过程控制早期的PLC只具有简单的逻辑控制功能，现代的PLC功能日益强大，大型PLC都具有模拟量控制单元，具有用于过程控制的各种专用模块或子程序（如PID控制模块等）。A-B公司的1771-CFM可组态

26、流量计模块，可用于电力管理、自动化、食品饮料和石油与天然气中各种流量的测试和控制。此外，还有1771-QH力矩控制模块、1771-TCM温度控制模块等。GE公司的PROLOOP过程控制器，可执行PID控制、比例控制和级联控制，且有单回路、多回路和自动调试的三种方式。（3）机械加工的数字控制 PLC和机械加工中的数字控制（NC）及计算机数控（CNC）组成一体，实现数值控制如著名的日本FANUC公司推出的SYSTEM10、11、12系列，已将CNC功能与PLC融为一体，专家预言，CNC系统将变成以PLC为主体的控制与管理系统。（4） 机器人控制随着工厂自动化网络的形成，工业机器人应用领域越来越广，

27、机器人的控制同样可用PLC来实现，如美国JEEP公司焊接自动生产线上使用的29个机器人，每台都用一个PLC控制。（5） 构成多级分布式控制系统随着计算机技术和网络通信技术的发展，国外正在兴起工厂自动化（FA）网络系统，许多著名的PLC制造商都建立了自己的多级分布式控制系统，并开始逐步向制造自动化通信协议MAP靠拢。多级分布式控制系统一般分为四级：第一级为实时控制，主要是顺序控制；第二级为协调控制，用于协调各种机械的配合问题；第三极为PLC的装入、管理数据的采集与之调度；第四极为数据处理，由上位计算机处理各种数据。（6）数据处理 PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数

28、据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统（7）通信及联网 PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着工厂自动化网络的发展，现在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。 1.4 可编程序控制器与计算机之间的通信确定了PLC的型号，还要考虑到PLC为计算机通信的问题。由于设计者的水平和设计要求等其他的原因，在此设计中并为牵涉PLC为计算机通信，只在此稍作叙述。在工程自动化中，计算机的通信功能作为各级之间接口是十分必要的。可编程序控制器与计算机联网构成的综合系统，可使可编程序控制器与计算机互补功能的

29、不足。对于控制，可编程序控制器对现场，对设备都极为方便，对打印图表，图形显示，中文输出就逊色一些，而这些功能正是计算机的特长。可编程序控制器与计算机联网时，计算机通常仅用于编程，修改参数，系统管理方面，而不直接参与控制过程，而可编程序控制器在第一线脱机运行，即使计算机发生故障，也不会影响生产过程的正常运行。可编程序控制器与计算机之间的通信一般是通过RS485口和RS232C口进行的，信息交换的方式为字符串方式，运用RS485和RS232C通信，容易配置一个与计算机进行通信的系统。将所有软元件的数据和状态由可编程序控制器送入计算机，由计算机采集这些数据，进行分析及运行状态监测，用计算机改变可编程

30、控制器设备的初始值和设定值，从而实现计算机对可编程控制器的直接控制，一旦确定了可编程控制器的控制指令格式就能很方便地与计算机联机，可以这样说，凡具有RS232口并能输入输出字符串地计算机都可以用于通信。为了适应联网，几乎所有地PLC都开发了与计算机通信的接口，例如S7200系列PLC上都配备有专用于RS485通信的标准插座。可编程控制器与计算机通信的形式有多种多样，如(1)PC/PPI网络，利用西门子公司的PC/PPI电缆，将S7200系列PLC与装有STEP 7 Micro/WIN软件的计算机连接起来，可方便地组成PC/PPI网络。（2）多主机网络。（3）令牌网络。它是多主机网络的一种特殊情

31、况。（4）DP网络。SIEMENS公司的S7200系列PLC中，只有CPU215支持DP协议，且只能作从机使用，到目前的S7300、S7400系列的PLC，其联网、通信功能已经相当强大，对大型工业自控非它莫属。第2章 硬件设计PLC工作可靠，抗干扰能力强，各功能模块配套方便，可减少大量的继电器，实现传统继电器控制难以实现的复杂控制，可充分利用PLC软件，使电器控制严格执行互锁，对许多涉及安全问题或比较重要的互锁不易采用软件互锁而应尽量采用硬件互锁，提高系统的可靠性。PLC硬件应用的要求：要应用好PLC，防止产生不应有的损坏，其硬件必须符合和满足如下应用的要求：（1） 物理环境 1、环境温度：0

32、60，最好40，在PLC安装处，要安装一个通风排气扇散热。2、环境湿度：一般在3585以下并无凝结现象。3、空气中含有金属粉尘或腐蚀性气体以及太阳紫外线直射，将控制柜进行封闭。4、免PLC主机直接受到震动或撞击，远离震动、冲击源。5、PLC系统中干扰的主要来源及途径 u 强电干扰 PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压。尤其是电网内部的变化，刀开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。 u 柜内干扰 控制柜内的高压电器，大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程

33、度的干扰。 u 来自信号线引入的干扰 与PLC控制系统连接的各类信号传输线，除了传输有效的各类信息之外，总会有外部干扰信号侵入。此干扰主要有两种途径：一是通过变送器供电电源或共用信号仪表的供电电源串入的电网干扰，这往往被忽视；二是信号线受空间电磁辐射感应的干扰，即信号线上的外部感应干扰，这是很严重的。由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量精度大大降低，严重时将引起元器件损伤。 u 来自接地系统混乱时的干扰 接地是提高电子设备电磁兼容性（EMC）的有效手段之一。正确的接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰；而错误的接地，反而会引入严重的干扰信号，使PLC系统将无法正常工作。

34、u 来自PLC系统内部的干扰 主要由系统内部元器件及电路间的相互电磁辐射产生，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等。（2）电气环境1、音措施：采取屏蔽电缆线、屏蔽层和远离带噪音的电磁开关等。2、磁波干扰：采取可靠接地和封闭方法。2.1 可编程序控制器PLC的选型从以上PLC的出现到PLC的发展过程，以及其自身的特点和与继电器控制逻辑的比较，都充分体现了PLC控制系统代替继电器控制的必然。在实际中适用于工程应用的可编程序控制器种类繁多，性能各异，可编程序控制器PLC的选用在应用设计的开始即可根据工艺提供的资料及控制要求等预先进行。一般可以从

35、以下几个方面来考虑：2.1.1 可编程序控制器物理结构及控制方式的选择根据物理结构，可以将可编程序控制器分为整体式和模块式。整体式每一I/O点的平均价格比比模块式的便宜，小型控制系统一般使用整体式可编程序控制器。模块式的可编程序控制器的功能扩展方便灵活，I/O点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O模块的种类和块数等的选择，比整体式可编程序控制器灵活的多，模块式可编程序控制器还具备多种特殊I/O模块供用户选用，可完成各种特殊的控制任务，在判断故障范围和维修时更换模块等也很方便。因此较复杂，要求较高的系统一般采用模块式可编程序控制器。系统如有模拟量闭环控制、快速响应、高速计数、通信联网和运动

36、控制等特殊要求，可以选用有相应特殊I/O模块的可编程序控制器计数，也可以选用内置相应功能的整体式可编程序控制器。控制方式可分为独立式、集中式和分布式等，而在本次输煤系统的设计中采用了两台PLC控制，按其所要完成的任务，设计中采用的是集中式控制方式。2.1.2 CPU的能力CPU的能力是可编程序控制器最重要的性能指标，也是机械选择时首要考虑的问题。实际上I/O点数，响应速度和软件功能都属于CPU的能力，后面分点提出，这里只说明除此之外的CPU能力。可编程序控制器的CPU能力还应包括处理器的个数，根据处理器的个数和位数就可粗略了解该可编程序控制器的基本特征；CPU的存储器的性能，存储器是存放程序和

37、数据的地方，从使用角度考虑存储器的性能主要是可供用户使用的存储器能力。它应包括存储器的最大容量，可扩展性，存储器的种类。存储器的容量选择在下一点将单独提出，存储器扩展性和种类多少则体现了系统构成的方便和灵活；中间标志，计时器和计数器的能力，这一性能实际上也体现了软件功能。中间标志的多少和类型对系统的使用性能具有一定关系，如果构成的系统庞大，控制功能复杂，就需要较多的中间标志。对于计时器和计数器不但要知道它们的多少，还要知道它们的计时和计数范围。其它的性能参数，包括电流消耗，工作环境要求，寿命时间等。总之，CPU的能力是一种综合的性能指标，而且要根据实际需要进行选择，以满足工作应用的要求2.2

38、I/O点数的确定I/O点数是可编程序控制器的一个简单明了的性能参数，也是应用计算机赛最直接的参数。在机型选择时必须注意一下问题：产品手册上给出的最大I/O点数的确却含义，由于各公司的习惯不同，所给出的最大I/O点数含义并不完全一样，有的给出的时I/O总点数，即包括输入也包括输出，也就是手册上给出的点数是输入点数和输出点数之和，有的则分别给出最大输入点数和最大输出点数。要分清模拟量I/O点数和数字量I/O点的关系。有的产品模拟量I/O点数要占数字量I/O点数，有的产品则分别独立给出且互相并无影响。远程I/O的考虑，对于较大的控制系统，控制对象较为分散，一般都要采用远程I/O，在选择机型时，要注意

39、可编程序控制器是否具有远程I/O的能力和能驱动远程I/O点数。智能I/O的考虑，在机型选择考虑I/O点数的同时，还要考虑智能I/O的能力，具有智能I/O模板可方便的解决高速计数，闭环控制等特殊的控制功能。I/O点数的余量，无论如何，在系统硬件设计中要留有充分的I/O点数作为备用，这主要时基于二方面的考虑，一是系统设计的更改，如果不留有充分的余量，一旦系统设备调整，控制功能增加，就要全部推翻原有设计好的系统，造成不必要的损失；二是手册上给出的最大I/O点数都是在理想情况下获得的参数，一旦满负荷运行，就要影响整个系统的响应速度和可靠性，给系统带来不良的影响，为了保证所设计的控制系统的正常运行，在系

40、统硬件设计时，建议根据实际I/O点数留有2030的余量。2.3 响应速度对于数字量控制为主的工程应用项目，可编程序控制器的响应速度都可满足实际需要，不必给以特殊的考虑。对于模拟量控制的系统，特别是具有较多闭环控制的系统则必须考虑可编程序控制器的响应速度。考虑响应速度主要是从二个方面考虑。一是可编程序控制器程序的语句处理时间，另一个是可编程序控制器的扫描周期。一般手册上都给出语句处理时间，而且是以处理1K的语句所需时间计算的。在实际应用中要注意逻辑处理指令和字处理主令所需时间是不同的，有的产品中给出每条指令的处理时间。在PLC中给出的扫描周期都是最大的扫描周期时间，而系统中实际运行的扫描周期则与

41、系统所连接设备的多少和应用软件的多少及复杂程序有关。在机型选择时还应该注意最大的扫描周期是否可以重新设定，如果可以重新设定，适应性则更强。在有个特殊响应速度要求的情况下，还要考虑系统中断处理和直接控制I/O功能，这些功能可以随时处理，而不变扫描周期的限制，当然这些功能都是有一定的具体要求的，有的也与系统硬件配置有关。整个系统的响应速度还与输入输出有关，因为任何输入输出模板都有一定的时间滞后。总之，不同的控制对象对响应速度有不同的要求，要根据实际需要选择可编程序控制器，控制对象信号变化速度快，则要求响应速度快，控制对象信号变化速度慢，则要求响应的速度就不同。2.4 存储器容量的选择在初步估算时，

42、对于仅需开关量控制的系统，将I/O点数乘以8，就是所需的存储器的字数，这一要求一般都能满足，在只有模拟量输入，没有模拟量输出的系统中，一般要对模拟量信号作数据传送，数据滤波和比较运算等操作。估算时可为每路模拟量准备100个存储器字，在既有模拟量输入又有模拟量输出的系统中，一般要对模拟量作闭环控制，涉及的运算相当复杂，需要的用户存储器比只有模拟量输入时要多一些，估算时可为每路模拟量准备200个存储器字，当模拟量路数较少时，应将系统适当增大，反之则应将系统适当减小。由于本人编程水平有限，在考虑存储器的容量时，多留了一些裕量。在自动测量，自动存储和对系统补偿等正常场合，对存储器的要求是很大的，有时甚

43、至要求可编程序控制器有十几K字的甚至几十K字的存储容量。在选择可编程序控制器的型号是不应盲目追求过高的性能指标，在I/O点数和存储器容量方面应留有一定的裕量。作为单机小规模控制使用的场合，由于工艺简单、程序固定，多数使用EPROM存储器或EPROM+RAM存储器。对于大、中规模的可编程序控制器，往往用于工艺比较复杂且多变的场合，程序改变较多，因此一般都使用CMOS RAM存储器，且有后备电池，以便关机时存储信息。存储器的选择有两种方法：一种是根据编程实际使用的节点数计算，这种方法可精确地计算出存储器实际使用容量，缺点是要编完程序之后才能计算；另一种方法，也是我们常用的方法是估算法，用户可根据控

44、制规模和应用目的，按下面给出的公式进行估算。代替继电器： M=Km(10*DI)+(5*DO) （4.1)模拟量控制： M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI) (4.2)多路采样控制： M=Km(10*DI)+(5*DO)+(100*AI)+1+采样点*0.25 (4.3)需开关量控制： M=I/O点数*8 (4.4)式中，DI数字（开关量）输入信号 DO数字（开关量）输出信号 AI模拟量输入信号 Km每个节点所占有存储器字节数 M存储器容量2.5 可编程序控制器的指令系统由于可编程序控制器应用的广泛性，各种机型所具备的指令系统也不完全相同，现代的可编程序控制器的指令功能越来越

45、强，内部元件的个数也越来越多。任何一种可编程序控制器都可以满足开关量控制系统的要求，如果系统要求完成模拟量与数字量的转换，PID闭环控制，运动控制等工作，可编程序控制器应有算术运算，数据传送等功能，有时甚至要求有开方、对数运算和浮点数运算等功能。在机型选择时，从指令系统方向应注意下述内容：指令系统的总语句数，这一点反映了整个指令所包括的全部功能；指令系统的种类，主要应包括逻辑指令，运算指令和控制指令，具体的要求则与实际要完成的控制功能有关；指令系统的表达方式，指令系统的表达方式有多种；应用软件的程序结构图，程序结构有模块化的程序结构，有子程序式的程序结构；软件开发手段。在考虑指令系统这一性能时

46、，还要考虑到软件的开发手段，一般的厂家对可编程序控制器都配有专用的编程器，提供较强的软件开发手段，有的厂家在此基础上还开发了专用软件，可利用通用的微型机作为软件开发手段，这样就更加方便了用户的需要。2.6 机型选择的其他考虑在考虑上述性能后，还要根据工程应用实际考虑其它一些因素，包括：性能价格比，毫无疑问，高性能的机型必然需要较高的价格，在考虑满足需要的性能后，还要根据工作的投资状况来确定机型；备品备件的统一考虑，无论什么样的设备，投入生产以后都要具有一定数量的备品备件，在系统软件设计时，对于一个工厂来说应尽量与原有设备统一机型们这样就可减少备品备件的种类和资金积压，同时还有考虑备品备件的来源

47、，所选机型要有可靠的订货来源；计数支持，选定机型时还要考虑有可靠的计数支持，这些支持包括必要的技术培训，设计指导，系统维修等内容。以此为依据，本控制系统的输入输出量也只是简单的开关量所以只要有足够输出端点，一般小型机即可满足要求。另外，本例是一个明显的顺序控制，选用具有顺序控制指令的PLC有利于编程。我选用三菱公司的F1系列可编程序控制器。F1是F系列中功能最强、速度最高的微型可编程序控制器，完全符合此设计的要求。没有必要再选择更高系列的PLC，如FX1、FX2 FX0N、FXO、FXOS、FX2N、FX2on系列的PLC，由以上的系统设计分析可知：十字路口红绿灯自控系统共有2个输入点，9个输

48、出点，所以根据它的输入输出点数我选用F1-30MR型号的PLC,既能实现其功能，又物美价廉。I/O 分配表如附图1所示（ I/O设备及I/O点编号的分配图）27 PLC 电源的选择将电源线（采用截面大于2mm的导线）与基本单元相联，其电源电压无比与参数值相符。电源技术参数电压AC110120V +-10% (50/60HZ). AC220240V +-10% (50/60HZ)功耗 40VA注意事项（1） ROM卡装卸于基本单元时，电源务必关闭；（2） 基本单元于扩展单元的电源必须同时开/关；（3） 一旦电源瞬间故障大于10mS或电压迭落发生时，控制器停止工作，全部输出同时断开。当电源接入时，

49、如果RUN的输入接通，其操作可自动恢复。2.8 PLC 接地 按照说明用电线将接地端于大地相联，如果接地难以实现，也可不接地。 注意事项（1） 接地电阻应小于100欧姆，接地线截面应大于2平方毫米；（2） 接地端不可与其他大功率设备（马达等）公用；2.9 运行/停机（RUN/STOP） 按照说明将RUN/STOP选择开关与基本单元的RUN端相联，选择开关应采用带锁开关或其他合适的控制开关，其接线与其他输入装置相同。1）RUN端接通时，PC处于RUN状态，并执行程序。反之，PC处于STOP状态，停止程序执行并切断全部输出。2）负载电源接触器通过由按钮开关控制的接触器向PLC的负载供电，这样在紧急

50、情况下负载可不依赖PLC而紧急关断，另外，只有当电源回复后，按下启动按钮，负载才可再次启动。3）24V端子如果将无电压触点用于输入，24V端可通过输入装置为每个输入点提供24V、7mA的直流电注意事项（1） 任何外部电源不准接入本端；（2） 一旦发生过载，电压自动迭落，输入无效。第3章 PLC控制系统抗干扰措施工业现场的环境条件往往比较恶劣,PLC虽然本身具有一定抗干扰能力,但其构成的控制系统,由于受到各类干扰信号的影响而出现问题,因此必须对的安装环境和不利条件作调查,以选择采用合理的抗干扰措施3.1 硬件抗干扰措施3.1.1 抑制电源系统引入的干扰(1)采用滤波和屏蔽。为了防止外界噪声干扰及

51、电源电压波动对CPU的影响,须采用隔离变压器抑制电源系统的干扰。如图7.1所示。同时要使屏蔽良好接地,次级连接线要使用双铰线,隔离变压器的初级绕组和次级绕组应分别加屏蔽层,初次级间再加屏蔽层。图7.1交流电源的滤波和屏蔽示意图(2)采用交流稳压。为抑制电网大容量设备起停引起的电网电压波动,保持交流供电电压的稳定,对交流电源在滤波前,应采用稳压,如图7.2所示。图7.2交流稳压示意图(3)分离供电系统。控制器和/系统分别由各自的隔离变压器供电,并与主电源分开,这样当输入输出供电断电不会影响控制器的供电,各个变压器的次级绕组的屏蔽层接点应分别接入各绕组电路的地。根据系统的需要,选择必要和合适的公共

52、接点,以达到最佳的屏蔽效果。3.1.2 抑制接地系统引入的干扰(1)控制系统与电网的接地方式。有共地、浮地以及机壳共地和电路浮地三种方式。共地接地方式是将控制系统中的电路的接地点、机壳的接地点与电网地线的接地点连在一起,整个系统以大地为电位参考,是目前采用较多的一种方式。如果在大地电位变化较大的场所,电路易受到共模干扰,且容易转成差模干扰,应采用浮地方式。此方式是将控制系统中电路的接地点与机壳的接地点连在一起,但不与电网的接地点相连。一般在机柜与地之间用绝缘胶垫隔开,交流进线也要加强绝缘。但因系统浮地,机壳容易积累静电,操作不太安全,这样可采用机壳共地和电路浮地的方式,这种接地方式是上两种方式

53、的折衷。由于机壳的接地点与电网的接地点连在一起,因此操作比较安全,通常将电路的插件柜架用绝缘支撑与外部机架、机壳隔开,保持电路部件与机壳的良好绝缘。(2)控制系统的一般接地方式。控制系统的一般接地方式有三种:一是专用接地,即控制器和其它设备分别接地方式,此方式最好。若不能做到专用接地,可采用共用接地方式即控制器与其它设备分别与同一接地体相接。接地时,接地线应尽量粗,一般用大于22的接地线,接地点应尽量靠近控制器,接地线应尽量避开强电回路和主回路的电线。3.1.3 抑制输入输出电路引入的干扰(1)抑制输入信号干扰的措施。防止输入端有感性负荷时引起的干扰,当控制器输入交流信号时,为防止反冲感应电势

54、损坏模块,在其两端并接电容和电阻。当控制器输入直流信号时,在其输入两端并接续流二极管。防止感应电压的干扰,对此干扰可采用输入电压直流化,在输入端并接浪涌吸收器,继电器转换三种方法处理。(2)抑制输出信号干扰的措施。在交流感性负载场合,在负载两端并接浪涌吸收器。直流负载场合,在负载两端并接续流二极管。在开关时产生干扰较大的场合,对交流负载可使用双向晶体管输出模块。3.1.4 抑制外部配线干扰的措施为防止或减少外部配线的干扰,可采取以下措施:交流输入输出信号与直流输入输出信号分别使用各自电缆。在30以上的长距离配线时,输入信号线与输出信号线分别使用各自电缆。集成电路或晶体管设备的输入输出信号线,必

55、须使用屏蔽电缆。控制器的接地线与电源线或动力线分开。3.2 软件抗干扰措施1、数字滤波对于较低信噪比的模拟量信号,常因现场瞬时干扰而产生较大波动,若仅用瞬时采样植进行控制计算会产生较大误差,为此可采用数字滤波方法。现场模拟量信号经/转换后变成离散的数字信号,然后将形成的数据按时间序列存入内存。再利用数字滤波程序对其进行处理,滤去噪声部分获得单纯信号,其在控制系统中的位置如图7.3所示。图7.3软件滤波位置图可对输入信号用次采样值的平均值来代替当前值,但并不是通常的每采样次求一次平均值,而是每采样一次就与最近的-1次历史采样值相加。此方法反应速度快,具有很好的实时性,输入信号经过处理后用于信号显

56、示或回路调节,有效地抑制了噪声干扰。2、软件容错由于工业环境恶劣,干扰信号较多,/信号传送距离较长,常常会使传送的信号有误。为提高系统运行的可靠性,使在信号出错情况下能及时发现错误,并能排除错误的影响继续工作,在程序编制中可采用软件容错技术。在目前现场设备信号不完全可靠的情况下,对于非严重影响设备运行的故障信号,在程序中采取不同时间的判断,以防止输入接点的抖动而产生“伪报警”。若延时后,信号仍不消失,再执行相应动作。在充分利用信号间的组合逻辑关系构成条件判断,使个别信号出现错误时,系统不会因错误判断而影响其正常的逻辑功能。例如,火电厂输煤控制系统在程序编制中,皮带的打滑、跑偏及拉绳开关等故障信

57、号均与皮带运行信号串联使用,即只有皮带启动后才能发挥作用。若单纯使用故障信号,则可能无法启动皮带,在现场调试时,此方法有很大灵活性。由于现场设计时系统硬件配置已经确定,对其增加和修改都比较困难,而从软件方面入手则无需增加任何设备,采用不同的容错技术,使用方便、灵活,可作为硬件容错的补充,进一步提高系统抗干扰能力。以上几种抗干扰措施,经若干控制系统现场实际运行表明,能够基本消除现场干扰信号的影响,保证系统的可靠运行。第四章设计过程4.1 方案研究与选择中华人民共和国道路交通安全法第二十六条：交通信号灯由红灯、绿灯、黄灯组成。红灯表示禁止通行，绿灯表示准许通行，黄灯表示警示。中华人民共和国道路交通

58、安全法实施条例第三十八条：机动车信号灯和非机动车信号灯表示：一、绿灯亮时，准许车辆通行，但转弯的车辆不得妨碍被放行的直行车辆、行人通 行；二、黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；三、红灯亮时，禁止车辆通行。今年两会期间，北京市政协委员朱宪宁等提交提案指出，观察发现，北京市各路口交通信号灯从绿灯闪烁到黄灯闪烁、 再到红灯亮起的过渡时间不一样。朱委员指出，驾驶员不可能记住所有路口交通信号灯的过渡时间长短，即使所有驾驶员都不违法，各个路口交通信号灯 过渡时间不同会由于人的驾驶习惯不同形成危险，造成路口事故，影响路口通行能力。 朱委员建议，应统一各个路口交通信号灯过渡时间，方案确定以后公之于众，

59、使所有驾驶员养成一个普遍的习惯：到达路口之前以一种标准的时间预见控制车速，从而提高路口的安全性和通行能力。黄闪、黄亮、绿闪.,究竟该怎么改？对于抢黄灯行为，交管部门迟早还是会管起来，但究竟应当怎么管，才能更科学、更人性化，记者采访了一些车主,得到以下几种。方案一：取消黄灯 改绿灯闪烁今年年初，广州市人大代表曾经提交议案，在人大代表列举的六大类、15个交通设置和管理不合理造成的“迷局”之一，就是交通信号灯在绿灯转黄灯、黄灯转红灯时的时间间隔没有统一的标准，有的时间很短，往往使驾驶员措手不及。当地人大代表建议城市取消黄灯，废除黄灯在绿灯转红灯时的过渡功能，规范交通指示灯。方案二：取消绿闪 保留黄灯对于北京市政协委员朱宪宁的提案，日前北京市交管局正式回复称，北京各路口红绿灯变灯过渡时间将全部统一，并规定黄灯时间不得短于秒。根据相关标准规定，目前北京市机动车和非机动车信号灯转换序列为：红绿黄红；行人过街信号灯转换序列为： 红绿绿闪红。在机动车和非机动车的灯色转换序列中，取消了由绿灯向黄灯过渡时的“绿闪”。并明确规定，黄灯时间不得短于3秒。目前交管局逐步开展了信号控