1、常州*職業技術學院學生畢業設計（論文）報告系 別： 電子與電氣工程學院 專 業： 電氣自動化 班 號： 電 氣 081 學 生 姓 名： * * * 學 生 學 號： * 設計（論文）題目： 基于plc交通燈控制設計 指 導 教 師： * * 設 計 地 點： 常州*職業技術學院 起 迄 日 期： 2010.5.4 2010.7.3 畢業設計（論文）任務書專業 電氣自動化 班級 電氣081 姓名 * 一、課題名稱： 基于plc交通燈控制設計 二、主要技術指標： 1 本交通燈可持續無故障工作時間一年； 2 本交通信號燈使用s7-300 plc作為控制核心； 3 系統輸出用200瓦的燈泡模擬調試；

2、 4 具備更大的靈活性和通用性，簡單明了，便于掌握。 三、工作內容和要求： 設計交通信號燈及其調試。控制要求如下：自動開關合上之后,東西綠燈亮8秒之后滅，黃燈亮3秒之后滅，紅燈亮10秒后閃2秒然后綠燈亮 循環，對應東西綠黃燈亮時，南北紅燈亮9秒后閃2秒，接著綠燈亮9秒后滅，黃燈亮3秒，紅燈又亮 循環。當斷開自動開關時，交通信號燈立刻停止工作。 四、主要參考文獻： 1 秦益霖. 西門子 s7-300 plc應用技術m, 北京：電子工業出版社，2007.4 2 廖常初. s7-300/400 plc 應用技術m, 北京：機械工業出版社，2005.1 3 崔堅, 李佳，楊光. 西門子工業網絡通信指南

3、m, 北京：機械工業出版社，2005.6 4 劉鍇，周海. 深入淺出西門子s7-300plcm, 北京：北京航空航天大學出版社, 2004.8 學 生（簽名） 2010 年 5 月 7 日 指 導 教師（簽名） 2010 年 5 月 10 日 教研室主任（簽名） 2010 年 5 月 10 日 系 主 任（簽名） 2010 年 5 月 12 日畢業設計（論文）開題報告設計（論文）題目基于plc交通燈控制設計一、 選題的背景和意義： 交通信號燈的出現，使交通得以有效管制。對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通道路事故有明顯效果。另外近年來隨著科技的快速發展，plc的應用正在不斷的走向深入，

4、同時帶動傳統控制檢測日新月異更新。這道題是plc教學課程學習中最經典、最典型的題目，尤其是在定時器和計數器那部分。通過這道題的設計能夠讓我們更加了解plc的定時器指令、計數器指令。盡快掌握plc應用系統的設計方法，并能動手進行實際開發。從指令學習、簡單編程過渡到plc綜合應用程序開發，使讀者能夠逐漸將硬件設計和軟件開發結合在一起，具備設計一個可用于實際的plc應用系統能力。二、 課題研究的主要內容： （1）介紹plc硬件系統結構：組成、工作原理、i/o模塊;（2）plc的編程語言與指令系統；（3）熟悉西門子s7-300 plc 編程軟件的使用方法和程序輸入、下載及調試方案；（4）掌握交通信號燈

5、的工作原理；（5）熟練掌握s7-300 plc 定時器的使用方法。三、 主要研究（設計）方法論述：（1）熟悉plc的硬件結構:組成、工作原理、i/o模塊及其擴展等；（2）介紹各種指令，如位指令、移位指令、循環指令等，重點講解plc的定時器指令、計數器指令；（3）舉例掌握定時器指令、計數器指令的簡單應用；（4）熟悉交通信號燈的控制原理，具體內容見控制要求；（5）通過介紹交通信號燈的時序狀態示意圖進一步了解其工作原理；（6）對程序進行編譯并輸入對其進行調試和進一步更改實現控制要求；（7）掌握系統的i/o接線圖.四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內 容5.85.10完成開題報告5.1

6、25.15查閱資料完成論文摘要和撰寫大綱5.165.28初步設計5.296.5輸入程序進行調試完成論文設計6.66.10中期檢查6.126.20修改論文，對其進行完善設計6.217.3做好后期工作準備答辯五、指導教師意見： 指導教師簽名： 2010 年 5 月 10 日六、系部意見： 系主任簽名： 2010 年 5 月 11 日目錄摘要abstract第1章 前言11.1 行業背景11.2 課題研究背景11.3 現在城市路口交通燈控制狀況21.4 本課題主要研究內容2第2章 plc綜述32.1 plc的歷史32.2 plc的定義與發展42.3 plc的分類52.4 plc特點62.5 plc的

7、應用領域72.6 常見的plc82.7 plc的發展趨勢8第3章 s7-300 plc的硬件系統103.1 plc硬件系統模塊103.1.1 電源模塊103.1.2 cpu模塊113.1.3 i/o模塊及特殊i/o模塊123.1.4 通信接口模塊133.2 plc的工作原理13第4章 step 7的編程語言15第5章 交通燈系統的整體設計175.1 位邏輯指令175.2 定時器指令185.3 交通燈程序設計29第6章 結束語33答謝辭參考文獻摘要當今時代是一個自動化時代，交通燈控制等很多行業的設備都與計算機密切相關。因此，一個好的交通燈控制系統，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術革新。隨著大

8、規模集成電路及計算機技術的迅速發展，以及人工智能在控制技術方面的廣泛運用，智能設備有了很大的發展，是現代科技發展的主流方向。本文介紹了一個智能交通燈系統的設計。該智能交通燈控制系統可以實現的功能有：對某市區的四個主要交通路口進行監控；各路口有固定的工作周期。在世界范圍內，一個以微電子技術，計算機和通信技術為先導的，以信息技術和信息產業為中心的信息革命方興未艾。而計算機技術怎樣與實際應用更有效的結合并有效的發揮其作用是科學界最熱門的話題，也是當今計算機應用中空前活躍的領域。本文主要從單片機的應用上來實現十字路口交通燈智能化的管理，用以控制過往車輛的正常運作。可編程序控制器在工業自動化中的地位極為

9、重要，廣泛的應用于各個行業。隨著科技的發展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價格低、可靠性高，在現代工業中的應用更加突出。城市交通燈控制采用的可編程制器具有可靠性高、維護方便，用法簡單、通用性強等特點，本文用西門子300系列的可編程控制器控制十字路口信號燈來說明可編程控制器硬件、軟件的設計。關鍵詞：plc（可編程控制器）；信號燈；控制系統；設計abstractthe time is a automation times nowadays , traffic light waits for much the industry equipment to go hand in hand wi

10、th the computer under the control of. therefore, a good traffic light controls system , will give road aspect such as being crowded , controlling against rules to give a technical improvement. with the fact that the large-scale integrated circuit and the computer art promptness develop, as well as a

11、rtificial intelligence broad in the field of control technique applies, intelligence equipment has had very big development , the main current being that modern science and technology develops direction. the main body of a book is designed having introduced a intelligence traffic light systematicall

12、y. the function being intelligence traffic light navars turn to be able to come true has: the crossing carries out supervisory control on four main traffic of some downtown area; every crossing has the fixed duty period. within world range, one uses the microelectronics technology, the computer and

13、the technology communicating by letter are a guides, centering on it and it industry information revolution is in the ascendant. but, how, computer art applies more effective union and there is an effects brought its effect into play with reality is the most popular topic of conversation of scientif

14、ic community , is also that computer applications is hit by the unparalleled active field nowadays. the main body of a book is applied up mainly from slicing machines only realizing intellectualized administration of crossroads traffic light, use operation in controlling the vehicular traffic regula

15、rity.the variable procedure controller is in industry automate the position is extremely important, extensive application in each profession. along with the development of science and technology, the function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is

16、 low, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out standing. the city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong etc. characterist

17、ics, this text uses the design that the programmable controller of the simatic200 control intersections conveyance light explains the programmable controller hardware software. keywords: plc( programmable logical controller)；signal light；control system；design第1章 前言1.1 行業背景可編程控制器（programmable logic c

18、ontroller，plc）是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和網絡通信技術等現代科學技術而發展起來的一種新型工業自動控制裝置，是將計算機技術應用于工業控制領域的產品。plc從誕生至今，僅有30年的歷史，早期的可編程控制器主要用來代替繼電器實現邏輯控制，因此稱為可編程控制器。隨著技術的發展，現代可編程控制器取得了異常迅猛的發展，其功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，并與cad/cam、機器人技術一起被稱為當代工業自動化的三大支柱。1.2 課題研究背景plc是以計算機技術為核心的通用自動控制裝置，在日常生活中得到了廣泛的應用。plc是一種數字式運算操作的電子系統，專為工業環境下應用

19、而設計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內部存貯執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術等操作指令，并通過數字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。plc具有可靠性高，抗干擾能力強等優點，plc的平均無故障運行時間（又稱平均故障間隔時間mtbf）已經高達幾十萬小時。其次，plc具有通用性強，使用方便的特點。由于plc產品的系列化和模塊化，plc配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統，用戶不必自己再設計和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設計工作只是確定plc的硬件配置和i/o的外部接線。一個控制對象的硬件配置確定以后，可以通過修改用戶程序，方便快

20、速地適應工藝條件的變化。plc還具有功能強，適應面廣的特點，現代plc不僅具有邏輯運算、計時、計數、順控等功能，數值運算和數據處理等功能。因此，它既可對開關量進行控制，也可以對模擬量進行控制，既可控制一臺生產機械、一條生產線，也可控制一個生產過程。plc還具有通信聯網的功能，可與上位計算機構成分布式控制系統。用戶只需根據控制的規模和要求，適當選擇plc的型號和硬件配置，就可以組成所需的控制系統。隨著交通的不斷發展和汽車化進程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發，交通環境惡化，已經成為引人注目的城市問題之一。交通問題不僅在發展中國家，就在發達國家也是一個令人困擾的嚴重問題。眾所周知，緩解交通擁擠的

21、最直接和最有效辦法是提高路網的通信能力。但無論哪個國家的大城市，不可能無限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無節制增長。因此，不可能通過無限制地修建道路難滿足日益增長的交通需求。與此同時，通過限制車輛增加削減交通需求也因受到客觀因素的制約而無法取得滿意的結果。事實上，由于交通系統是一個相當復雜的大系統，無論單獨從車輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決問題。早在19世紀，人們就開始研究交通信號，用信號指揮車通行，控制車輛進出交叉口的次序。據文獻記述，早在1868年，英國倫敦的威斯特明斯特(westminster)街就安裝了紅、綠色兩色的交通信號燈。到1917年，

22、美國的鹽湖城開始使用由人工控制的紅、黃、綠3色的信號燈。1925年，這種由人工控制的3色信號燈也首次出現在英國倫敦的皮克的時路口。次年，英國人研制出了自己的自動控制信號機。道路通交通系統是一個地區、一個城市的主要組成部份，這個系統的運行狀況如何，直接反映了一個地區、一個城市的現代化管理水平。在這一系統中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機性。只有對這一系統的組成及其運行機理進行科學客觀的分析研究，對能制定出科學有效的管理和控制對策，從而保障系統的有效運行。1.3 現在城市路口交通燈控制狀況隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市出現了交通超負荷運行的情況，因此，自

23、80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高澎路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路藕合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門待解決的主要問題。1.4 本課題主要研究內容按照城市交通控制的需要，本文討論了用plc實現正常時序的控制方式，控制要求如下：自動開關合上之后，東西綠燈亮8秒之

24、后滅，黃燈亮3秒之后滅，紅燈亮10秒后閃2秒然后綠燈亮 循環，對應東西綠黃燈亮時，南北紅燈亮9秒后閃2秒，接著綠燈亮9秒后滅，黃燈亮3秒，紅燈又亮 循環。當斷開自動開關時，交通信號燈立刻停止工作。 第2章 plc綜述plc是以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發展起來的一種新型工業自動控制裝置，是將計算機技術應用于工業控制領域的新產品，主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發展，現代可編程控制器的功能已經超過了邏輯控制的范圍。plc從誕生至今，僅有30年的歷史，但得到了異常迅猛的發展，并與cad/cam、機器人技術一起被譽為當代工業自動化的三大支柱。2.1

25、 plc的歷史20世紀20年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏輯關系連接起來組成控制系統，控制各種機械設備，這是傳統的繼電器控制系統。由于它結構簡單、容易掌握，在一定范圍內能夠滿足控制要求，因而使用面很廣，在工業控制領域中一直占有主導地位。隨著工業的發展，設備和生產過程越來越復雜。復雜的系統可能使用成百上千個各式各樣的繼電器，并用成千上萬根導線以復雜的方式連接起來，執行相應的復雜的控制任務。作為單臺裝置，繼電器本身是比較可靠的。但是，對于復雜的控制系統，繼電器控制系統存在以下兩個缺點。一是可靠性差，排除故障困難。繼電器控制系統是接觸控制，長期使用后機械性觸點易損壞。如果某

26、個繼電器損壞，甚至某一個繼電器中的某一對觸點接觸不良，都會影響整個系統的正常運行。查找和排除故障往往是非常困難的，有時可能會花費大量的時間。二是靈活性差，總體成本較高。繼電器本身并不貴，但是控制柜內部的安裝、接線工作量極大，因此整個控制柜的價格是相當的高。如果工藝要求發生變化，控制柜內的元件和接線也需要作相應的變動。但是，這種改造的工期長、費用高，以至于有的用戶寧愿放棄舊的控制柜的改造，另外再制作一臺新的控制柜。現代社會要求制造業對市場要求作出迅速的反應，生產出小批量、多品種、多規格、低成本和高質量的產品，傳統的繼電器控制系統已經成為實現這一目標的障礙。以汽車制造為例，20世紀60年代，汽車生

27、產流水線的自動控制系統基本上都是由繼電器控制裝置構成的。20世紀60年代末期，美國的汽車制造業競爭激烈，各生產廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求加工的生產線隨之改變，并對整個控制系統重新配置。隨著生產的發展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經常更新和安裝，十分費時、費工、費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一情況，美國通用汽車公司（gm）在1968年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了以下10項招標指標。（1）編程方便，現場可修改程序。（2）維修方便，采用模塊化結構。（3）可靠性高于繼電器控制裝置。（4）體積小于繼電器控制裝置。（5）數據可直接送

28、入管理計算機。（6）成本可與繼電器控制裝置競爭。（7）輸入可以為市電。（8）輸出為市電，輸出電流在2a以上，能直接驅動電磁閥、接觸器等。（9）在擴展時，原系統只需少量的變更。（10）用戶程序存儲器容量至少能至少擴展到10kb。這就是著名的“gm十條”。這些要求實際上提出了將繼電器控制系統的簡單易懂、使用方便的優點與計算機的功能完善、靈活性和通用性好的優點結合起來，將繼電器硬線邏輯控制轉變為計算機的邏輯控制的設想。1969年，美國數字設備公司（dec）研制出第一臺plc，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業控制裝置以其簡單易懂，操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命

29、長等一系列優點，很快地在美國其他工業領域得到了推廣應用。到1971年，已經成功地應用于食品、飲料、冶金、造紙等工業。這一新型工業控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。1971年日本從美國引進了這項新技術，很快研制出了日本第一臺plc。1973年，西歐國家也研制出了它們的第一臺plc。我國從1974年開始研制，于1977年開始工業應用。2.2 plc的定義與發展1、plc的定義plc問世以來，盡管時間不常，但發展迅速。為了使其生產與發展標準化，美國電氣制造商協會nema經過4年的調查工作，于1984年首先將其正式命名為pc，并作了以下定義：pc是一個數字式的電子裝置，它使用了可編程序的

30、記憶體存儲指令，用來執行諸如邏輯、順序、計時、計數和演算等功能，并通過數字或類似的輸入/輸出模塊，控制各種機械或工作程序。一部數字電子計算機若是從事執行pc功能，也被視為pc，但不包括鼓式或類似的機械式順序控制器。但是為了避免與個人計算機的簡稱混淆，通常還是將可編程控制器簡稱為plc。以后國際電工委員會又先后發布了plc標準的草案第一稿、第二稿，并在1987年2月通過了對它的定義：plc是一種數字運算操作的電子系統，專為在工業環境應用設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內部存儲程序，執行邏輯運算、順序控制、定時、計算機與算術操作等面向用戶的指令，并通過數字或模擬式輸入/輸出控制各類機械或生

31、產過程。plc及其有關外部設備，都按易于與工業控制系統聯成一個整體、易于擴充其功能的設計原則。總之，plc是一臺專用計算機，它是專為工業環境應用而設計制造的計算機。它具有多輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但plc產品并不針對某一具體工業應用，在實際應用時，其硬件需根據實際需要進行配置，其軟件需根據控制要求進行設計編制。2、plc的發展階段plc問世以來，隨著微處理器的出現，大規模、超大規模集成電路技術的快速發展和數據通信技術的不斷進步，plc也迅速發展。其發展過程大致可分為以下3個階段。（1） 早期的plc（20世紀60年代末至70年代中期）這時的plc主要是作為繼電器控制裝置的替代物

32、而出現的，其主要功能是執行原先由繼電器完成黨的順序控制、定時等功能，將繼電器的“硬件線”控制方式變為“軟接線”方式。早期的plc在硬件上以準計算機的形式出現，在i/o接口電路上作了改進以適應工業控制現場的需求。裝置中的器件主要采用分立元件和中小規模集成電路，存儲器采用磁芯存儲器。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。在軟件編程方面，采用了廣大電氣工程技術人員所熟悉的繼電器控制器接線方式，即梯形圖。因此，早期的plc的性能要優于繼電器控制裝置，其優點包括簡單易懂、便于安裝、體積小、能耗低、有故障顯示、能重復使用等。梯形圖作為plc特有的編程語言一直沿用至今。（2） 中期的plc（20世紀7

33、0年代中期至80年代中、后期）20世紀70年代初期，出現了微處理器，由于其體積小、功能強、價格便宜，很快被用于plc。美國、日本、德國等一些產家先后開始采用微處理器作為plc的中央處理單元，使plc的功能增強、工作速度加快、體積減小、可靠性提高、成本下降。在硬件方面，除了保持其原有的開關模塊外，中期的plc增加了模擬量模塊、遠程的i/o模塊、各種特殊功能模塊；擴大了存儲器的容量，增加了各種邏輯線圈的數量；還提供了一定數量的數據寄存器，使plc應用范圍得以擴大。在軟件方面，除了保持原有的邏輯運算、計時、計數等功能以外，中期的plc還增加了算術運算、數據處理和傳送、通信、自診斷等功能，指令系統大為

34、豐富，系統可靠性也得到了提高。（3） 近期的plc（20世紀80年代中、后期至今）進入20世紀80年代中、后期，由于超大規模集成電路技術的迅猛發展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的plc所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高plc的處理速度，各制造商還紛紛研制開發了專用邏輯處理芯片。這樣使得plc在軟、硬件功能上都發生了巨大變化。現代plc不僅能夠完全勝任對大量開關量信號的邏輯控制，還具有了很強的數學運算、數據處理、運動控制、pid控制等模擬信號處理能力。同時plc的聯網通信能力大大增強，可以構成功能完善的分布式控制系統，實現工廠自動化管理。在發達的工業化國家，先代的

35、plc已經廣泛應用于所有的部門。2.3 plc的分類目前，plc的種類很多，規格性能不一。對plc的分類，通常可根據它的結構形式、容易或功能進行。1、按結構形式的分類按照硬件的結構形式，plc可分為以下3類。（1）整體式plc：這種結構的plc將電源、cpu、輸入/輸出部件等集中配置在一起，裝在一個箱體內，通常稱為主機。整體式結構的plc具有結構緊湊、體積小、重量輕、價格較低等特點，但主機的i/o點數固定，使用上不太靈活。小型的plc通常使用這種結構，適用于比較簡單的控制場合。（2）模塊式plc：也稱為積木式結構，即把plc的各組成部分以模塊的形式分開，如電源模塊、cpu模塊、輸入模塊、輸出模

36、塊等，把這些模塊插在底板上，組裝在一個機架內。這種結構的plc配置靈活、裝配方便、便于擴展、但結構較復雜，價格較高。大型的plc通常采用這種結構，適用于比較復雜的控制場合。（3）疊裝式plc：這是一種新的結構形式，它吸收了整體式和模塊式plc的優點，如三菱公司的fx2系列plc，它的基本單元、擴展單元和擴展模塊等高等寬，但是長度不同，它們不用基板，僅用扁平電纜，緊密拼裝以后組成一個整齊的長方體，輸入、輸出點數的配置也相當的靈活。2、按容量的分類plc的容量主要是指其輸入輸出點數（端口數）。按容量大小，可將plc分為以下3類：小型plc：i/o點數一般在256點以下；中型plc：i/o點數一般在

37、256-1024點之間；大型plc：i/o點數在1024點以上。3、按功能分類按plc功能上的強弱，可分為以下三類：（1）低檔機：具有邏輯運算、計時、計數等功能，有的有一定的算術運算、數據處理和傳送功能，可實現邏輯、順序、計時計數等控制功能。（2）中檔機：除具有低檔機的功能以外，還具有較強的模擬量輸入/輸出、算術運算、數據傳送等功能，可完成既有開關量又有模擬量的控制任務。（3）高檔機：除具有中檔機的功能外，還具有帶符號運算、矩陣運算等功能，使得運算能力更強，還具有模擬量調節、強大的聯網通信等功能，能進行智能控制、運程控制、大規模控制，可構成分布式控制系統，實現工廠自動化管理。當然，上述分類的標

38、準不是固定的，而是隨plc整體性能的提高在不斷變化。2.4 plc特點作為一種新型的工業自動控制裝置，plc具有以下一些特點。1、高可靠性和強抗干擾能力高可靠性和強抗干擾能力是plc最突出的特點之一，主要表現如下。用軟件代替傳統繼電器控制系統中大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量器件，接線大大減少，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。所有的i/o接口電路均采用光電隔離，使工業現場的外電路與plc內部電路之間在電氣上隔離。各輸入端均采用rc濾波器，并采用屏蔽措施。采用性能良好的開關電源。對采用的器件進行嚴格的選擇。良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟件、硬件發生異常情況，cpu

39、立即采用有效措施，以防止故障擴大。大型的plc還可以采用由雙cpu構成冗余系統或有3個cpu構成的表決系統，使可靠性更進一步增強。因此，plc具有很高的可靠性和很強的抗干擾能力，平均無故障工作時間可達數萬小時。可以直接用于有強烈的干擾的工業現場控制并持續工作。2、配套齊全，功能完善，適用性強 plc發展到今天，已經形成了大、中、小各種規模的系列化產品。可以用于各種規模的工業控制場合。除了邏輯處理功能以外，現代plc大多具有完善的數據運算能力，可用于各種數字控制領域。近年來plc的功能單元大量涌現，使plc滲透到了位置控制、溫度控制、cnc等各種工業控制中。加上plc通信能力的增強及人機界面技術

40、的發展，使用plc組成各種控制系統變得非常容易。 3、易學易用，深受工程技術人員歡迎 plc作為通用工業控制計算機，是面向工礦企業的工控設備。它接口容易，編程語言易于為工程技術人員接受。梯形圖語言的圖形符號與表達方式和繼電器電路圖相當接近，只用plc的少量開關量邏輯控制指令就可以方便地實現繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業控制打開了方便之門。4、系統的設計、建造工作量小，維護方便，容易改造 plc用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設備外部的接線，使控制系統設計及建造的周期大為縮短，同時維護也變得容易起來。更重要的是使同一設備經過改變程序改變生

41、產過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產場合。 5、體積小，重量輕，能耗低 以超小型plc為例，新近出產的品種底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗僅數瓦。由于體積小很容易裝入機械內部，是實現機電一體化的理想控制設備。6、豐富的i/o接口模塊為了實現與工業生產過程中的各種工業現場設備的相互連接，plc除具有普通計算機的基本部分（如cpu、存儲器等）外，還有豐富的i/o接口模塊。對不同的工業現場信號，設計有相應的i/o模塊與工業現場的器件或設備直接相連接。 另外，為了提高系統的操作靈活性，許多plc還有多種人機對話模塊，為了組成工業局部網絡，還有多種通信聯網的接口模塊等。7、靈活性好

42、為了適應各種行業控制需要，除了一些小型的plc以外，絕大多數plc均采用模塊化結構。plc的各個部件，包括cpu、電源、i/o等均用模塊化設計，由機架及電纜將各種模塊連接起來，系統的規模和功能可根據用戶的需要自行組合。相對于傳統的電氣控制線路，plc為改進和修改原設備提供了極其方便的手段，通過修改或重新編寫應用軟件，就可以用一臺plc實現不同的控制功能。2.5 plc的應用領域plc的初期由于其價格高于繼電器控制裝置,使其應用受到限制。但近年來由于微處理器芯片及有關元件價格大大下降,使plc的成本下降,同時又由于plc的功能大大增強,使plc 的應用越來越廣泛,廣泛應用于鋼鐵、水泥、石油、化工

43、、采礦、電力、機械制造、汽車、造紙、紡織、環保等行業。plc的應用通常可分為五種類型：（1）順序控制這是plc應用最廣泛的領域，用以取代傳統的繼電器順序控制。plc可應用于單機控制、多機群控、生產自動線控制等。如注塑機、印刷機械、訂書機械、隨著電子技術和計算機技術的迅猛發展，plc的功能也越來越強大，更多地具有計算機的功能，所以又簡稱pc（programmable controller），但是為了不和切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產線、電鍍流水線及電梯控制等。（2）運動控制plc制造商目前已提供了拖動步進電動機或伺服電動機的單軸或多軸位置控制模版。在多數情況下，plc把掃描目標位置的數據送給

44、模版塊，其輸出移動一軸或數軸到目標位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當的速度和加速度，確保運動平滑。相對來說，位置控制模塊比計算機數值控制（cnc）裝置體積更小，價格更低，速度更快，操作方便。（3）閉環過程控制plc能控制大量的物理參數，如溫度、壓力、速度和流量等。pid（proportional intergral derivative）模塊的提供使plc具有閉環控制功能,即一個具有pid控制能力的plc可用于過程控制。當過程控制中某一個變量出現偏差時,pid控制算法會計算出正確的輸出,把變量保持在設定值上。（4）數據處理在機械加工中，出現了把支持順序控制的plc和計算機數值控制（cnc

45、）設備緊密結合的趨向。著名的日本fanuc公司推出的systen10、11、12系列，已將cnc控制功能作為plc的一部分。為了實現plc和cnc設備之間內部數據自由傳遞，該公司采用了窗口軟件。通過窗口軟件，用戶可以獨自編程，由plc送至cnc設備使用。美國ge公司的cnc設備新機種也同樣使用了具有數據處理的plc。預計今后幾年cnc系統將變成以plc為主體的控制和管理系統。（5）通信和聯網為了適應國外近幾年來興起的工廠自動化（fa）系統、柔性制造系統（fms）及集散控制系統（dcs）等發展的需要，必須發展plc之間，plc和上級計算機之間的通信功能。作為實時控制系統，不僅plc數據通信速率要

46、求高，而且要考慮出現停電故障時的對策。2.6 常見的plc近20年來，plc廠家在美、日、德等發達工業國家中迅速增加，plc的種類更為繁多。國外plc的主要生產廠家及其主要產品列舉如下。美國：通用電氣公司（ge公司）：series、ge等系列。德州儀器公司（ti公司）：ti、pm等系列。歌德公司（gm公司）：micrd等系列。日本：三菱電機公司：f、fx、a、k等系列。立石電機公司：omronc等系列。日立公司：d、e等系列。東芝公司：ex等系列。富士電機公司：hdc、micrex-f50等系列。德國：西門子公司（simens）：simatic s5、s7等系列。aeg公司：a系列等。各公司的

47、產品在功能上有相同之處，也有各自的特點。據資料顯示，美國各公司的產品功能比較齊全，但在組成中，小系統時，價格比較高；歐洲的產品比較注重功能和價格的統一，特別是中型系統的比較好；日本各公司的產品模塊集成度比較高，使整個系統的價格比較低，特別是中小型plc在價格上有優勢。2.7 plc的發展趨勢經過幾十年的迅速發展，plc的功能越來越強大，應用范圍也越來越廣泛，其足跡已遍及國名經濟的各個領域，形成了能夠滿足各種需要的plc應用系統。隨著中國市場希求的不斷提高，plc的發展體現出以下趨勢。1、向小型化、微型化和大型化、多功能兩個方向發展plc的主要應用領域是自動化，不同的企業對自動化的要求、規模及投

48、資數額都不相同，存在著不同層次的需求。因此，plc將朝兩個反方向發展：一是小型化、微型化的方向發展，以適應小型企業技術改造的需求，提高性能價格比更高的小型plc控制系統；二是向大型化、多功能方向發展，為大、中型企業提供高水準的plc控制系統。其共同特點是，現代plc的結構和功能不斷改進，產品更新換代周期越來越短，并不斷地向高性能、高速度、低價格的方向發展。2、過程控制功能不斷增強在plc發展的初期，它只能完成開關量邏輯控制。隨著plc技術的發展，出現了模擬量的i/o模塊和專門用于模擬量閉環控制（過程控制）的智能pid模塊。現代plc的模擬量控制功能日益強大，除了專門用于模擬量閉環控制的pid指

49、令和智能pid模塊以外，一些plc還具有了模糊控制、自適應控制和參數自整定功能，使調試時間減少，控制精度提高。在過程控制方面，已經很難分清plc與工業控制計算機、分散控制系統之間的界限。3、大力開發智能型i/o模塊智能i/o模塊是以微處理器和存儲器為基礎的功能部件，它們的cpu與plc的主cpu并行工作，占用主cpu的時間少，有利于提高plc的掃描速度。主要包括模擬量i/o、高速計數、中斷輸入、運動控制、熱電偶輸入、條形碼閱讀器、多路bcd碼輸入/輸出、模糊控制器、pid回路控制、通信等模塊。智能i/o模塊本身就是一個小的微型計算機系統，有很強的信息處理能力和控制能力，有的模塊甚至可以自成控制

50、系統，單獨工作。它們可以完成plc的主cpu難以兼顧的功能，簡化某些控制領域的系統設計和編程，提高plc的適應性和可靠性。4、與個人計算機日益緊密結合個人計算機的價格便宜，有很強的數據運算、處理和分析能力。目前，個人計算機主要用作plc的編程器、操作站或人機接口終端等。在工業控制現場，可以將plc與加固型的工業計算機連接在同一網絡上，這種網格價格低、用途廣、已經得到廣泛使用。plc的計算機化，大型plc具備個人計算機功能，是另一發展趨勢。這類plc采用功能強大的微處理器和大容量的存儲器，將邏輯控制、模擬量控制、數學運算和通信功能緊密結合在一起。plc與個人計算機、工業控制計算機、分散控制系統在

51、功能和應用方面互相滲透，互相融合，使控制系統的性能價格比不斷提高。5、編程語言趨向標準化與個人計算機相比，plc的硬件、軟件的體系結構是封閉的，而不是開放的。在硬件方面，各廠家的cpu模塊和i/o模塊互不通用，通信網絡和通信協議往往也不是專用的。各廠家的編程語言和指令系統的功能和表達方式也不一致，有的甚至有相當大的差異，因此各廠家的plc互不兼容。為了解決這一問題，iec(國際電工委員會)制定了plc標準iec1131,其中iec1131-3中制定了編程語言的標準。6、通信方便plc的通信和聯網功能可以使plc與plc之間、plc與個人計算機等其他智能設備之間能夠進行數字信息交換，形成一個統一

52、的整體，實現分散控制或集中控制。現在，幾乎所有的plc產品都有通信聯網功能，通過雙絞線、同軸電纜或光纖，信息可以傳送到幾十公里遠的地方；通過modem和互聯網，可以使plc與世界上其他地方的計算機裝置進行通信。目前，有的plc使用專用的通信協議進行通信，或使用較多廠商支持的通信協議和通信標準，如現場總線。為了盡量減少用戶在通信編程方面的負擔，plc的通信功能日趨完善，是設備之間的通信能夠自動周期性地進行，不需要用戶為通信編程，用戶的工作只是再組成系統時作一些硬件或軟件上的初始化設置。第3章 s7-300 plc的硬件系統s7 300 plc具有可靠性高，抗干擾能力強等優點，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統，用戶不必自己再設