1、學號1085041717畢業論文題 目: 用plc控制交通信號燈 系 部: 自 動 化 專 業: 機 電 一 體 化 姓 名： 2011年6月題目：用plc控制交通信號燈 摘 要 俗話說：想要富，先修路。隨著社會主義的建設，城市的規模在不斷擴大，城市的交通也在不斷的提高和改進，交通的順暢已經成為制約社會主義建設的一個重要因素。目前，伴隨著機動車輛的不斷增加，尤其是十字路口的交通建設 頗為關鍵，嚴重的影響到城市交通安全。社會主義建設以來，有許許多多的設計工作者投身于十字路口交通建設的研究之中，創造和設計出了很多新型的方案，把我國交通建設推向了更高的發展階段。當前，十字路口都采用了信號燈來控制車輛

2、和人的通行，不僅便于維護管理，而且有較強的自動化。大量的信號燈電路正向著數字化、小功率、多樣化、方便人、車、路三者關系的協調，多值化方向發展隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。它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，減少交通事故有明顯效果。 本文也是基于前人設計的基礎之上，運用自己所學的知識，綜合性的設計出了一套用plc（可編程序控制器）控制的十字路口交通燈方案。plc控制交通燈適用性強，便于維護和管理。近年來隨著科技的飛速發展，plc的正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月益更新。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用于工業過程和

3、位置的自動控制中，具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現，所以我選用plc來控制交通燈。關鍵詞：plc 交通燈 程序設計 結論 英 文 摘 要now the world electronic technology rapidly expand, the microprocessor, the microcomputer obtain the widespread application in various area of technology, to various domains tech

4、nology development enormous promotion effect. a perfect integration of machinery system, should contain the following several base elements: basic machine, power and actuation part, implementing agency, sensing measurement component, control and information processing part. the integration of machin

5、ery is the system technology, the computer and the information processing and management technology, the automatic control technology, the examination sensing technology 目 錄第一章 緒論.51.1交通信號燈的發展及研究意義.51.2現在城市路口交通燈控制技術現狀.6 1.3 plc在我國城市交通上的應用.6第二章 plc的基本介紹.8.2.1 plc的產生.82.2 plc的用途和特點.9. 2.2.1 plc的用途. 2.

6、2.2 plc的特點. 2.3 plc的基本結構.112.4 plc的工作原理.15.2.5 plc的基本性能指標16 2.6 plc的指令介紹.24第三章 交通信號燈控制系統的設計28第一章 緒 論1.1交通信號燈的發展及研究意義 當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段，這一技術已經有相當長的發展歷史了。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。它由紅綠兩以旋轉式方形玻璃提燈

7、組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。電氣啟動的紅綠燈出現在美國，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變為綠燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變為綠燈。紅外線紅綠燈當行人踏上對壓力敏感的路面時，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發生交通事故。又經過前人的設計和改

8、造，交通信號燈終于普及整個城市的十字路口。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，減少交通事故有明顯效果，更改變了交警輪流指揮和疏散交通擁擠的現狀，實現了人，車，路三者的同步協調。現階段，許多設計工作者又設計出許多智能化，自動化，數字化等更先進的交通燈控制方案，這更方便于維護管理，給人們提供了更加便利的交通環境。目前，城市規模還在不斷的擴大，人們對交通信號燈的控制也越來越高，我們需要更高層次的去了解交通信號燈，結合城市十字路口交通的需要，不斷地去創新，才能達到發展的需求，所以研究交通信號燈的極為重要。1.2現在城市路口交通燈控制技術現狀隨著城市機動車量的不斷增

9、加，許多大城市出現了交通超負荷運行的情況，因此，自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。1.3 plc在我國城市交通上的應用概述 可編程序控制器簡稱plc，是以微處理器為基礎,綜

10、合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點,已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中。據統計,可編程控制器是工業自動化裝置中應用最多的一種設備。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，在現代工業中的作用更加重要。然而，將plc用于對交通信號燈的控制，主要是考慮其具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便的實現。目前大多品牌的plc內部均配有實時時鐘，通過編程控制可對信號燈實施全天候無人化管理。由于plc本身

11、具有通訊聯網功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網進行統一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。當前，我國交通建設也應用plc控制，適用性特強，軟件，硬件通過用plc控制有很高的自動化，更能安全管理和控制，它的作用在我過交通建設方面極為重要。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，本文用三菱fx2n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。同時在東西南北每個路口都有兩位七段碼顯示倒計時。第二章 plc的基本介紹 可編程控制器（plc）是在繼電器控制技術和計算機技術的基礎上發展起來的一種新型的工業自動控制設備，它以微

12、處理為核心，集自動化技術、計算機技術、通信技術為一體，廣泛應用于自動化的各個領域。plc從原來具有邏輯控制、順序控制等功能，發展到現在已具有模擬量輸入/輸出、定位控制、旋轉角度檢測、高速計數、數據處理、聯網通信等功能。plc使用面向控制過程、面向用戶的“自然語言”編程，適應工業環境，簡單易懂，操作方便，是可靠性高的新一代通用工業控制裝置。2.1 plc的產生早期工業生產中廣泛使用的電器自動控制系統是繼電器-接觸器控制系統，簡稱繼電器控制系統，隨著20世紀工業生產的迅速發展，市場競爭越來越激烈，工業產品更新換代的周期日趨縮短，新產品不斷涌現，傳統的繼電器控制系統難以滿足現代社會小批量、多品種、低

13、成本、高質量生產方式的生產控制要求，為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在1969年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即：(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)輸入可以是交流115v；(8)輸出為交流115v，2a以上，能直接驅動電磁閥，接觸器等；(9)在擴展時，原系統只要很小變更；10、用戶程序存儲器容量至少能擴展到4kb。 這就是著名的gm10條，1969年，美國數字設備公司（dec）研制出第一臺可

14、編程控制器，在美國通用汽車自動裝配線上首次試用成功，實現了生產的自動控制.可編程控制器,簡稱plc(programmable logic controller).隨后有許多國家也開始引進這門新技術,應用于工業生產.plc就這樣誕生了!2.2 plc的用途及特點2.2.1 plc的用途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、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

15、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

16、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）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

17、，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數據通信速率要求高，而且要考慮出現停電故障時的對策。2.2.2 plc的特點(1) 抗干擾能力強

18、，可靠性高繼電接觸器控制系統雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的機械觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降低了系統的可靠性。傳統的繼電器控制系統中使用了大量的中間繼電器時間繼電器。由于觸點接觸不良，容易出現故障，plc用軟件代替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硬件，接線可減少互繼電器控制系統的1/10-1/100，因觸點接觸不良造成的故障大為減少。 而plc采用微電子技術，大量的開關動作由無觸點的電子存儲器件來完成，大部分繼電器和復雜的連線被軟件程序所取代，故壽命長，可靠性大大提高。(2)配套齊全，功能完善，適用性強

19、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

20、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。2.3 plc的基本結構plc 實質是一種專用于工業控制

21、的計算機其硬件結構基本上與微型計算機從結構上分，plc分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式plc包括cpu板、i/o板、顯示面板、內存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式plc包括cpu模塊、i/o模塊、內存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規則組合配置。如圖所示（一） 中央處理單元(cpu)中央處理單元(cpu)是plc 的控制中樞，它按照plc 系統程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數據、檢查電源、存儲器i/o以及警戒定時器的狀態；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當plc 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入i/

22、o 映象區，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后，按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入i/o 映象區或數據寄存器內，等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將i/o 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行直到停止運行。為了進一步提高plc 的可靠性近年來對大型plc 還采用雙cpu 構成冗余系統或采用三cpu 的表決式系統，這樣即使某個cpu 出現故障整個系統仍能正常運行。cpu是plc的核心，起神經中樞的作用，每套plc至少有一個cpu，它按plc的系統程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態或數據，并

23、存入規定的寄存器中，同時，診斷電源和plc內部電路的工作狀態和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 cpu主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態總線構成，cpu單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是plc不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析cpu的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。cpu的控制器控制cpu工作，由它讀取指令、解釋指令及執行指令。但工作節奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數字或邏輯運算，在控制器指

24、揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 cpu速度和內存容量是plc的重要參數，它們決定著plc的工作速度，io數量及軟件容量等，因此限制著控制規模。 （二）存儲器存放系統軟件的存儲器稱為系統程序存儲器；存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 1 plc 常用的存儲器類型 （1） ram (random assess memory)，這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器) ，其存取速度最快，由鋰電池支持。（2） eprom (erasable programmable read only memory)，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內的所有內

25、容保持不變(在紫外線連續照射下可擦除存儲器內容)。（3） eeprom(electrical erasable programmable read only memory)，這是一種電可擦除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內容進行修改。2 plc 存儲空間的分配雖然各種plc 的cpu 的最大尋址空間各不相同，但是根據plc 的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區域：系統程序存儲區；系統ram 存儲區(包括i/o 映象區和系統軟設備等)；用戶程序存儲區。(1)系統程序存儲區在系統程序存儲區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序，包括監控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、

26、系統診斷子程序、等由制造廠商將其固化在eprom 中，用戶不能直接存取，它和硬件一起決定了該plc 的性能。(2)系統ram 存儲區 系統ram 存儲區包括i/o 映象區以及各類軟設備如：邏輯線圈、數據寄存器、計時器、計數器、變址寄存器、累加器、等存儲器。 i/o 映象區，由于plc 投入運行后只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態和數據在輸出刷新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外設，因此它需要一定數量的存儲單元(ram)以存放i/o 的狀態和數據，這些單元稱作i/o 映象區，一個開關量i/o 占用存儲單元中的一個位(bit)，一個模擬量i/o 占用存儲單元中的一個字(16 個bit)， 因

27、此整個i/o 映象區可看作兩個部分組成：開關量i/o 映象區，模擬量i/o 映象區。系統軟設備存儲區除了i/o 映象區區以外，系統ram 存儲區還包括plc 內部各類軟設備(邏輯線圈、計時器、計數器、數據寄存器和累加器等)的存儲區，該存儲區又分為具有失電保持的存儲區域和無失電保持的存儲區域，前者在plc 斷電時由內部的鋰電池供電，數據不會遺失，后者當plc 斷電時數據被清零1) 邏輯線圈與開關輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統ram 存儲區中的一個位，但不能直接驅動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器，另外不同的plc 還提供數量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2)

28、數據寄存器 與模擬量i/o 一樣，每個數據寄存器占用系統ram 存儲區中的一個字(16bits) ，另外plc 還提供數量不的特殊數據寄存器，具有不同的功能。3) 計時器4) 計數器(3) 用戶程序存儲區 用戶程序存儲區存放用戶編制的用戶程序，不同類型的plc 其存儲容量各不相同。 （三）電源plc 的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的可靠得電源系統是無法正常工作的，因此plc 的制造商對電源的設計和制造也十分重視，一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內可以不采取其它措施，而將plc 直接連接到交流電網上去。（四）i/o 模塊plc與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分

29、（i/o）完成的。i/o模塊集成了plc的i/o電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態，輸出點反映輸出鎖存器狀態。輸入模塊將電信號變換成數字信號進入plc系統，輸出模塊相反。i/o分為開關量輸入（di），開關量輸出（do），模擬量輸入（ai），模擬量輸出（ao）等模塊。 常用的i/o分類如下： 1 開關量：按電壓水平分，有220vac、110vac、24vdc，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 2 模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20ma,0-20ma），電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。3 模擬量：按信號類型分，有電流

30、型（4-20ma,0-20ma）、電壓型（0-10v,0-5v,-10-10v）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等按i/o點數確定模塊規格及數量，i/o模塊可多可少，但其最大數受cpu所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。 （五）plc系統的其它設備 編程設備：編程器是plc開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統作一些設定、監控plc及plc所控制的系統的工作狀況，但它不直接參與現場控制運行。小編程器plc一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統的上位機。 人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，

31、目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應用越來越廣泛，由計算機（運行組態軟件）充當人機界面非常普及。 （六）plc的通信聯網 依靠先進的工業網絡技術可以迅速有效地收集、傳送生產和管理數據。因此，網絡在自動化系統集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出網絡就是控制器的觀點說法。 plc具有通信聯網的功能，它使plc與plc 之間、plc與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統一的整體，實現分散集中控制。現在幾乎所有的plc新產品都有通信聯網功能，它和計算機一樣具有rs-232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內交換信息。 當然，plc之間的通訊

32、網絡是各廠家專用的，plc與計算機之間的通訊，一些生產廠家采用工業標準總線，并向標準通訊協議靠攏，這將使不同機型的plc之間、plc與計算機之間可以方便地進行通訊（七）外部設備外部設備是plc系統不可分割的一部分，它有四大類 1. 編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統作一些設定、監控plc及plc所控制的系統的工作狀況。編程器是plc開發應用、監測運行、檢查維護不可缺少的器件，但它不直接參與現場控制運行。 2.監控設備：有數據監視器和圖形監視器。直接監視數據或通過畫面監視數據。 3.存儲設備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失

33、，如eprom、eeprom寫入器等。 4.入輸出設備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機等。 了解了plc的基本結構，我們在購買程控器時就有了一個基本配置的概念，做到既經濟又合理，盡可能發揮plc所提供的最佳。2.4 plc的工作原理可編程控制器屬于工業控制計算機,它的工作原理是建立在計算機工作原理基礎之上的,通過執行反映控制要求的用戶程序來實現.執行用戶程序時,需要各種現場信息,如果這些現場信息(例如按鈕sb接通或斷開)已經送到plc的輸入端口,plc將采用所有輸入信息號存放到輸入映像寄存器中，執行用戶程序時所需輸入狀態均在輸入映像寄存器中取用。同樣plc

34、的外部輸出控制也是先把cpu執行用戶程序的輸出結果存放在輸出映象寄存器中,等執行完用戶程序后,將所有輸出結果一次性向輸出端口或輸出模塊輸出,是輸出設備部件動作. plc的工作過程是一個不斷掃描的過程.cpu從第一條指令開始,按順序逐條地執行用戶程序直到結束,然后返回第一條指令，開始新的一輪掃描，當plc處于正常運行時，plc 會不斷循環掃描地工作下去，其工作過程示意圖如下；輸入端子輸入鎖存器輸入映象寄存器 執行程序輸入映象寄存器輸出鎖存器輸出端子 每一次掃描過程有輸入采樣、程序執行和輸出刷新三個階段。1 輸入采樣階段 plc在輸入采樣階段，首先掃描所有出入端子，并將各輸入狀態存入對應的輸入映象

35、寄存器中。當輸入映象寄存器被刷新后，進入程序執行階段，當在程序執行階段和輸出刷新階段，因輸入鎖存器的 存在，無論輸入信號如何變化，其內容都保持不變，直到下一個掃描周期和采樣階段開始，才重新向輸入端寫入新內容。2 程序執行階段 plc按從上到下，從左到右的順序株距掃描程序。當指令中涉及輸入輸出狀態時，plc就從輸入映象寄存器“讀入”上一階段采入的對應輸入端子的狀態。從元件映象寄存器“讀入”對應元件（軟繼電器）當前狀態。然后進行相應的計算，并將運算結果存入元件映象寄存器中。對元件映象寄存器來說，每一個元件（軟繼電器）的狀態都會隨著程序執行過程的變化而變化。3 輸出刷新階段 當用戶程序執行結束后，元

36、件映象寄存器中所有輸出繼電器的狀態，在輸出刷新階段轉存輸出鎖存器中，并通過一定方式輸出，驅動外部負載，每一次掃描所用時間稱為一個掃描周期。2.5 plc的基本性能指標可編程控制器的基本性能可用如下八條予以概括： （一）工作速度 工作速度是指plc的cpu執行指令的速度及對急需處理的輸入信號的響應速度。工作速度是plc工作的基礎。速度高了，才可能通過運行程序實現控制，才可能不斷擴大控制規模，才可能發揮plc的多種多樣的作用。 plc的指令是很多的。不同的plc。指令的條數也不同。少的幾十條，多的幾百條。指令不同，執行的時間也不同。但各種plc總有一些基本指令，而且各種的plc都有這些基本指令，故

37、常以執行一條基本指令的時間來衡量這個速度。這個時間當然越短越好，已從微秒級縮短到零點微秒級。并隨著微處理器技術的進步，這個時間還在縮短。 執行時間短可加快plc對一般輸入信號的響應速度。從討論plc的工作原理知，從對plc加入輸入信號，到plc產生輸出，最理想的情況也要延遲一個plc運行程序的周期。因為plc監測到輸入信號，經運行程序后產生的輸出，才是對輸入信號的響應。不理想時，還要多延長一個周期。當輸入信號送入plc時，plc的輸入刷新正好結束，就是這種情況。這時，要多等待一個周期，plc的輸入映射區才能接受到這個新的輸入信號。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需響應的輸入信號，就

38、不能接受了。對急需處理的輸人信號延遲多長時間plc能予以響應，要另作要求。為了處理急需響應的輸入信號，plc有種種措施。不同的plc措施也不完全相同，提高響應速度的效果也不同。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結束后再刷新。 這個效果可從兩個方面來衡量：一是能否對幾個輸入信號作快速響應；二是快速響應的速度有多快。多數plc都可對一個或多個輸入點作快速響應，快速響應時間僅幾個毫秒。性能高的、大型的plc響應點數更多。 工作速度關系到plc對輸入信號的響應速度，是plc對系統控制是否及時的前提。控制不及時，就不可能準確與可靠，

39、特別是對一些需作快速響應的系統。這就是把工作速度作為plc第一指標的原因。 （二）控制規模 控制規模代表plc控制能力，看其能對多少輸入、輸出點及對多少路模擬進行控制。 控制規模與速度有關。因為規模大了，用戶程序也長，執行指令的速度不快，勢必延長plc循環的時間，也必然會延長plc對輸入信號的響應。為了避免這個情況，plc的工作速度就要快。所以，大型plc的工作速度總是比小的要快。 控制規模還與內存區的大小有關。規模大，用戶程序長，要求有更大的用戶存儲區。同時點數多，系統的存儲器輸入、輸出的信號區（輸入輸出繼電器區或稱輸入、輸出映射區）也大。這個區大，相應地內部器件（解釋見后）也要增多，這些都

40、要求有更大的系統存儲區。 控制規模還與輸入、輸出電路數有關。如控制規模為1024點，那就得有1024條i/o電路。這些電路集成于i/o模塊中，而每個模塊有多少路的i/o點總是有數的。所以，規模大，所使用的模塊也多。 控制規模還與plc指令系統有關。規模大的plc指令條數多，指令的功能也強，才能應付對點數多的系統進行控制的需要。 控制規模是對plc其它性能指標起著制約作用的指標；也是plc劃分為微、小、中、大和特大型 （三）組成模塊 plc的結構雖有箱體及模塊式之分，但從質上看，箱體也是模塊，只是它集成了更多的功能。在此，不妨把plc的模塊組成當作所有plc的結構性能。 這個性能含義是指某型號p

41、lc具有多少種模塊，各種模塊都有什么規格，并各具什么特點。 一般講，規模大的plc，檔次高的plc模塊的種類也多，規格也多，反映它的特點的性能指標也高。但模塊的功能則單一些。相反，小型plc、檔次低的plc模塊種類也少，規格也少，指標也低。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 組成plc的模塊是plc的硬件基礎，只有弄清所選用的plc都具有那些模塊及其特點，才能正確選用模塊，去組成一臺完整的plc，以滿足控制系統對plc的要求。 常見的plc模塊有： cpu模塊，它是plc的硬件核心。plc的主要性能，如速度、規模都由它的性能來體現。 電源模塊，它為plc運行提供內部工作電源，而且，有的還可為輸

42、入信號提供電源。 i/o模塊，它集成了i/o電路，并依點數及電路類型劃分為不同規格的模塊。 內存模塊，它主要存儲用戶程序，有的還為系統提供輔加的工作內存。在結構上內存模塊都是附加于cpu模塊之中。 底板、機架模塊，它為plc各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯系提供總線。若干底板間的聯系有的用接口模塊，有的用總線接口。不同廠家或同一廠家但不同類型的plc都不大相同。 箱體式的plc還有i/o擴展箱體，它不含cpu，僅有電源及i/o單元的功能。擴展箱體也依i/o點數的多少劃分有不同的規格。 除上述模塊，plc還有特殊的或稱智能或稱功能模塊。如a/d（模入）模塊、d/a（模出）模塊、高速計數模塊、

43、位控模塊、溫度模塊等等。這些模塊有自己的cpu，可對信號作預處理或后處理，以簡化plc的cpu對復雜的程控制量的控制。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的plc，這些模塊種類多，性能也好。 通訊模塊，它接人plc后，可使plc與計算機，或plc與plc進行通訊，有的還可實現與其它控制部件，如變頻器、溫控器通訊，或組成局部網絡。通訊模塊代表plc的組網能力，代表著當今plc性能的重要方面。 掌握plc性能，一定要了解它的模塊，并通過了解模塊的性能，去弄清楚plc的性能。 除了模塊，plc還有外部設備。 盡管用plc實現對系統的控制可不用外部設備，配置好合適的模塊就行了。然而，要對plc編程，

44、要監控plc及其所控制的系統的工作狀況，以及存儲用戶程序、打印數據等，就得使用plc的外部設備。故一種plc的性能如何，與這種plc所具外部設備豐富與否，外部設備好用與否直接相關。 plc的外部設備有四大類： 編程設備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的ex型可編程控制器）。復雜一點的有圖形編程器，可用梯形圖語編程。有的還有專用的計算機，可用其它高級語編程。編程器除了用于編程，還可對系統作一些設定，以確定plc控制方式，或工作方式。編程器還可監控plc及plc所控制的系統的工作狀況，以進行plc用戶程序的調試。 監控設備：小的有數據監視器，可監視數據

45、；大的還可能有圖形監視器，可通過畫面監視數據。除了不能改變plc的用戶程序，編程器能做的它都能做，是使用plc很好的界面。性能好的plc，這種外部設備已越來越豐富。 存儲設備：它用于永久性地存儲用戶數據，使用戶程序不丟失。這些設備，如存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器。而為實現這些存儲，相應的就有存卡器、磁帶機、軟驅或rom寫入器，以及相應的接口部件。各種plc大體都有這方面的配套設施。 輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與plc進行人機對話。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。輸出的有打印機、編程器、監控器雖也可對plc輸入信息，從plc輸出信息，但輸入輸出設備實現人機對話

46、更方便，可在現場條件下實現，并便于使用。隨著技術進步，這種設備將更加豐富。 外部設備已發展成為plc系統的不可分割的一個部分。它的情況，當然是選用plc必須了解的重要方面，所以也應把它列為plc性能的重要內容。 （四）內存容量 plc內存有用戶及系統兩大部分。用戶內存主要用以存儲用戶程序，個別的還將其中的一部分劃為系統所用。系統內存是與cpu配置在一起的。cpu既要具備訪問這些內存的能力，還應提供相應的存儲介質。 用戶內存大小與可存儲的用戶程序量有關。內存大，可存儲的程序量大，也就可進行更為復雜的控制。從發展趨勢看，內存容量總是在不斷增大著。大型plc的內存容量可達幾十k，以至于一百多k。系統

47、內存對于用戶，主要體現在plc能提供多少內部器件。不同的內部器件占據系統內存的不同區域。在物理上并無這些器件，僅僅為ram。但通過運行程序進行使用時，給使用者提供的卻實實在在有這些器件。 內存器件種類越多，數量越多，越便于plc進行種種邏輯量及模擬控制。它也是代表 plc性能的重要指標。 plc內部器件有： i/o繼電器，或稱映射區。它與plc所能控制的i/o點數及模擬量的路數直接相關。 內部繼電器數，有的稱為標志位數，代表著plc的內部繼電器數。它與i/o繼電器區相聯系著，有時與后者相聯系進行處理。內部繼電器多，便于plc建立復雜的時序關系，以實現多種多樣的控制要求。一般講，內部繼電器數比i

48、/o繼電器要多得多。 有的內部繼電器還可丟電保持，即它的狀態（on或off）、plc丟電后，靠內部電池仍予以保持。再上電后可繼續丟電前的狀態。保持繼電器可增強plc控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復運行，更顯得有用。 定時器，可進行定時控制。定時值可任意設定。定時器有多少，設定范圍有多大，設定值的分辨率又是多少，這些都代表定時器件的性能。 計數器，可進行計數，到達某設定計數值可發送相應信號。可進行什么樣的計數，計數范圍多大，怎么設定，有多少計數器，則是plc計數器性能的代表指標。 數據存儲區，用以存儲工作數據。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是plc進行模擬量控制，或記錄數據所必不可少

49、的。這個存儲區的大小代表plc的性能也是越大越好。趨勢也是越來越大。小型機也如此。如日本omron公司的cqm1機，其dm區就有6k字。而過去同是小型機的c60p的dm區才64個字。大型機的dm可達10k以至幾十k。 此外還有其它一些內部器件，了解某plc性能時，也都必須掌握它。 內部器件也是plc指令的操作數，不弄清楚是無法編程的。 （五）指令系統 plc有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用plc的重要方面。你不懂plc指令怎么編程，沒有程序，plc又怎么工作？ plc的指令越來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多。 plc的指令繁多，但主要的有這么幾種

50、類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關系，以實現邏輯控制。這類指令不管什么樣的plc都總是有的。 數據處理指令，用于處理數據，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。 數據運算指令，用于進數據的運算，如十、一、x、/等，可進行整形數計算，有的還可浮點數運算；也可進行邏輯量運算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運行流程。plc的用戶程序一般是從零地址的指令開始執行，按順序推進。但遇到流程控制指令也可作相應改變。流程控制指令也較多，運用得好，可使程序簡練，并便于調試與閱讀。 狀態監控指令，用以監視及記錄plc及其控制系統的工作狀態，對提高plc控制系統的工作可靠性大有幫助。 當然，并不是所有的plc都有上述

51、那么多類的指令，也不是有的plc僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解plc指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響plc的性能。 除了指令，為進行通訊，plc還有相應的協議與通訊指令或命令，這些也反映了plc的性能。 （六）支持軟件 為了便于編制plc程序，多數plc廠家都開發有關計算機支持軟件。 從本質上講，plc所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發的種種軟件。 助記符語言是最基本也是最簡單的plc語言。它類似計算機的匯編語言，plc的指令系統就是用這種語言表達的。這種語言僅使用

52、文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數plc都配備有這種語言。 梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號表達plc實現控制的邏輯關系。這種語言與符號語言有對應關系，很容易互相轉換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的plc都開發有這種語言。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數是在計算機對plc編程時，才使用這種語言。 流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應關系，只是它對應的符號語言

53、與梯形圖的對應不一樣。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這種語言對plc編程。日本omron公司開發的f系列機就是使用這種語言。 梯形圖與流程圖混合語言。這種語言，梯形圖與流程圖兩者兼用，可使plc程序結構化。它用流程圖把plc程序劃分成若干結構塊，并規范塊間的邏輯聯系。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關系。這種混合語言有不同的實現方法，而且多用于大型的plc的編程 高級語言，plc編程也可以使用高級語言，如basic、c語言等。可以在dos，也可在windows平臺上運行。關鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉換成助記符語言，或直接轉換成plc所能識別的機器語言。從根本上講，只要能實現這個轉換的，什么高級語言都可以。而編寫這個轉換的軟件工作量很大，當然應由有關廠家