燕山大学PLC课程设计报告书
第一章 PLC的特点及工作原理
1.1 PLC的定义与特点
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。它采用了可编程序的存储器，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的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程序的控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
可编程序控制器简称PLC，是微机技术与继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺序控制器和微机控制器的基础上发展起来的新型控制器，是一种以微处理器为核心用作数字控制的专用计算机。自1969年针对工业自动控制的特点和需要而丌发的第一台PLC问世以来，迄今己30多年，它的发展虽然包含了前期控制技术的继承和演变，但又不同于顺序控制器和通用的微机控制装置它不仅充分利用微处理器的优点来满足各种工业领域的实时控制要求，同时也照顾到现场电气操作维护人员的技能和习惯，摒弃了微机常用的计算机编程语言的表达方式，独具风格地形成一套以继电器梯形图为基础的形象编程语言和模块化的软件结构，使用户程序的编制清晰直观、方便易学，调试和查错都很容易。用户买到所需PLC后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活而方便地将PLC应用于生产实践。而且用户程序的编制、修改和调试不需要具有专门的计算机编程语言知识。这样就破除了“电脑”的神秘感，推动了计算机技术的普遍应用。可编程序控制器PLC在现代工业自动化控制中是最值得重视的先进控制技术。PLC现已成为现代工业控制三大支柱(PLC、CAD／CAM、ROBOT)之一，以其可靠性、逻辑功能强、体积小可在线修改控制程序、具有远程通信联网功能，易与计算机接口、能对模拟量进行控制、具备高速记数与位控等高性能模块等优异性能，同益取代由大量中间继电器、时间继电器、记数继电器等组成的传统的继电一接触控制系统，在机械、化工、石油、冶会、轻工、电子、纺织、食品、交通等行业德到广泛应用。PLC的应用深度和广度已经成为一个国家工业先进水平的重要标志之一。
PLC是综合了继电器接触器控制的优点以及计算机灵活、方便的优点而设计制造和发展起来的，这就是PLC具有许多其他控制器所无法相比的特点：
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（1）可靠性高，抗干扰能力强； （2）通用性高，使用方便； （3）程序设计简单，易学，易懂；
（4）采用先进的模块化结构，系统组合灵活方便； （5）系统设计周期短；
（6）安装简便，调试方便，维护工作量小； （7）对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产。
1.2 PLC的结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机其硬件结构基本上与微型计算机从结构上分，PLC分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式PLC包括CPU主板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式PLC包括CPU 模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合装配。
输入接口部件接口部件输出接受现场信号中央处理单元中央处理器CPU板电源部件
图1.2 PLC的基本结构框图
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1.3 PLC的工作原理
PLC在确定了工作任务，载入了专用控制程序后，成为一种专用的工业控制计算机，它采用循环扫描工作方式，系统工作任务管理及用户程序执行都是循环扫描方式完成的。循环扫描的工作方式是PLC的一大特点。用户程序的完成都是分时完成的，可以分为输入处理阶段、程序执行阶段和输出处理阶段。程序执行阶段根据PLC梯形图程序的扫描原则，按先左后右，先上后下的步序，逐句扫描，执行程序。由于PLC的这种循环扫描工作方式，再加上集中输入、集中输出刷新等特点，使PLC控制结果具有输入/输出滞后现象和多重输出不允许的特殊性。
1.4 PLC的应用
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，使用情况大致可归纳为 ：开关量的逻辑控制 、模拟量控制 、 运动控制 、 过程控制 、数据处理 、通信及联网。
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第二章 十字路口带倒计时显示的交通信号灯控制
2.1 设计目的
（1）通过十字路口带带倒计时显示的交通灯控制装置的设计实践, 了解一般电气控制系统的设计过程,设计要求,应完成的工作内容和具体设计方法。
（2）通过设计进一步巩固以往所学的知识,达到灵活应用的目的。在此过程中培养从事设计工作的整体观念，提高编写和调试语言程序水平。
（3）加强自己的科学研究方法训练和实践锻炼，增强分析问题和解决问题的能力，了解电气控制与可编程控制技术及应用的发展。
2.2 控制要求
采用PLC构成十字路口带倒计时显示的南北向和东西向交通信号灯的电气控制。系统上电后，交通指挥信号控制系统由一个3位转换开关SA1控制。SA1手柄指向左45°时，接点SA1-1接通，交通指挥系统开始按常规正常控制功能工作，按照如图2-1所示工作时序周而复始，循环往复工作。正常运行时，南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应的指示灯剩余时间值。SA1手柄指向中间0°时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45°时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
SA1-2南北向绿灯常亮SA1-1正常工作SA1-3东西向绿灯常亮
图2.2SA1转换开关
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2.3 交通灯工作时序图
南北绿灯南北黄灯南北红灯东西绿灯东西黄灯东西红灯T1:0.5sT2:0.5sT3:2sC0:3次T5:0.5sT6:0.5sT7:2sC1:3次T0:25sT4:25s图2.2 十字路口交通灯正常工作时序
2.4 系统总体方案设计
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。南北和东西每个方向各有红、绿、黄三种信号灯。交通灯控制示意图如图2.4所示。正常控制时：它是按信号灯置1与置0两种状态绘制的，置1表示信号灯点亮。SA1手柄指向左45o时，接点SA1-1接通，东西向红灯亮30s，南北向绿灯亮，25s后南北向绿灯闪烁3s，然后熄灭。在绿灯熄灭的同时，南北向黄灯亮2s，然后熄灭。在该灯熄灭的同时，南北向红灯亮及东西向绿灯亮，以下的变化规律与上述相同。到南北向绿灯亮，东西向红灯亮开始第二个循环，以后周而复始地循环动作。同时南北向及东西向均有两位数码管倒计时显示相应指示灯的剩余时间值。非正常控制时：SA1手柄指向中间0o时，接点SA1-2接通，交通指挥系统南北向绿灯常亮，东西向红灯常亮，数码管显示99不变。SA1手柄指向右45o时，接点SA1-3接通，交通指挥系统东西向绿灯常亮，南北向红灯常亮，数码管显示99不变。
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