福建水利电力职业技术学院毕业设计
绪 论
随着我国道路交通事业的飞速发展，交通事故猛增已经成了交通管理所面临严重问题。汽车交通作为人类文明的标志，彻底改变了人类发展的历史进程，给人类以舒适和便捷等正面效应的同时也给人类生活带来了一些负面效应，交通事故就是其中最严重、危害最大的负面效应之一。正因为交通事故造成的严重后果，世界各国尤其是发达国家都对事故预防及对策倾注了大量人力、物力和财力，制定了较为完善的道路交通管理法律、法规和相关政策，许多国家从20世纪60年代起开始实行了综合治理交通和减少交通事故的措施，虽然每年因交通事故造成的损失很高，但交通事故上升的势头已趋于平缓，欧美、日本等发达国家交通事故尤其是近几年交通事故处于稳定趋势，而我国的道路交通事故所造成的损害后果却依然严重，而且一直处于上升的趋势，每年交通事故死亡人数居于世界首位。近年来在我国机动车数量快速增长的情况下，交通事故及伤亡人数呈不断上升趋势。我国自1951年开始统计交通事故数据，当年全国共发生交通事故5922起，死亡852人，伤5159人。1951年至1984年的30多年间，交通事故各项指标的变化基本上是平稳的。80年代中期以后至今，社会交通需求日益旺盛，城乡交通活动随之激增，而道路建设和交通管理的发展却不能满足交通运输发展的客观需求，道路事故急剧增加，尤其是1991年后随着国家总体经济实力的不断增强，机动车保有量急剧增加，交通运输发展迅速，交通事故及其死亡人数急剧增长，从1998-2002年的5年中，全国道路交通事故绝对数呈上升趋势，事故起数、死亡人数、受伤人数年均增长率分别为32.5%、8.8%、42.7%。2002年全国一般以上道路共发生交通事故77.31万起，造成10.94万人死亡、56.21万人受伤，直接经济损失33.24亿元，与2001年相比分别增长了2.41%、3.26%、2.85%、和7.66%，是历年之最。改善交通环境刻不容缓，通过交通灯能很有效的解决很大一部分交通事故。所以就有了本文十字路口交通信号灯PLC控制系统
用PLC控制十字路口交通灯，PLC抗干扰能力强，可靠性高。控制系统结构简单，通用性强，灵活运用。编程方便，易于使用。功能完善，扩张能力强。PLC控制系统设计，安装，调试方便。维修方便，维修工作量小。可以随着不同场合的需要灵活改变程序以实现不同的功能需求，可靠性高，性价比较好。
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第一章 PLC的基本知识
第一节 PLC的产生及发展
一种新型的控制装置和先进的应用技术，总是根据工业生产的实际需要而产生的。在可编程控制器产生以前，以各种继电器为主要元件的电气控制线路，承担着生产过程自动控制的艰巨任务，可能由成百上千只各种继电器构成复杂的控制系统，需要用成千上万根导线连接起来，安装这些继电器需要大量的继电器控制柜，且占据巨大的空间。当这些继电器运行时，有产生大量的噪音，消耗大量的电能。为保证控制系统的正常运行，需要排大量的电气技术人员进行维护，有时某个继电器的损坏，或某个继电器的触头接触不良，都会影响整个系统的正常运行。如果系统出现故障，要进行检查和排除故障是非常困难的，全靠现场电气技术人员长期积累的经验，尤其是在生产工艺发生变化时，可能需要增加很多的继电器或继电器控制柜，重新接线或改线的工作量大，甚至可能需要重新设计控制系统。尽管如此，这种控制系统的功能也仅仅局限在能实现具有粗略定时、计数的功能的顺序逻辑控制。因此，人们迫切需要一种新的工业控制装置来取代传统的继电器控制系统，使电气控制系统工作更可靠、更容易维修、更能适应经常变化的生产工艺技术要求。 1968年，美国通用公司为改造汽车生产设备的传统控制方式，解决因汽车不断改型而重新设计汽车装配线上各种继电器的控制线路问题，提出了著名的十条技术指标在社会上招标；要求制造商为其装配线提供一种新型的通用控制器，它应有以下几个特点： （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9） （10）
编程简单，可在现场方便地编辑及修改程序。 价格便宜，其性能价格比要高于继电器控制系统。 体积明显小于继电器控制柜。 可靠性要明显高于继电器控制系统。 具有数据通信功能。 输入可以是AC 115V. 输出为AC 115V,2A以上。
硬件维护方便，最好是插件式结构。 扩展时对原有系统只需做很小改动。 用户程序存储器容量至少可以扩展到4KB。
于是可编程控制器应运而生。1969年，美国数字设备公司（DEC）根据上述要求研制出世界上第一台可编程控制器，型号为PDP-14，并在GM公司的汽车生产线上首次应用成功，起得了显著的经济效益。当时人们把它称为可编程控制器（Programmable Logic
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Controller, 简称PLC）。
随着可编程控制器技术的应用，推广，可编程控制器大致有以下几个发展趋势： （1） （2） （3） （4） （5）
系列化、模板（块）化 小型机功能强化
中、大型机高速度、高功能、大容量 低成本 多功能
第二节PLC的定义
1987年2月，国际电工技术委员会（IEC）在颁布可编程控制器标准草案第三稿时，对可编程控制器作了明确定义：“可编程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。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储器执行逻辑运算和顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的或模拟的输入和输出接口，控制各种类型的机器设备或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备的设计原则是它按易于与工业控制系统连成一个整体和具有扩充功能。”
该定义强调了可编程控制器是数字运算操作的电子系统，它是一种计算机。是专为工业环境下应用而设计的工业控制计算机。
第三节 PLC的工作原理
可编程控制器其本质是工业控制专业计算机。它的软件、硬件配置与计算机极为类似。PLC硬件主要是中央处理器单元（CPU模块）、输入模块、输出模块和可编程控制器构成。如图：
可编程控制器按钮选择快关限位开关电源接触器输入模块模块输出模块电磁阀指示灯电源编程器
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一、中央处理器单元（CPU模块）
CPU模块主要由微处理器和存储器组成。它是PLC的重要元件，控制所有其他部件的操作。主要功能：不断的采集并存储输入信号和输入的用户程序数据；按扫描工作方式从存储器中读取指令，并存入CPU模块内的指令寄存器中；执行用户程序；刷新PLC的输出；执行系统诊断程序。 二、存储器
可编程控制器中存储器主要用于存放系统程序、用户程序和数据。系统程序相当于计算机的操作系统，它使可编程控制器具有基本智能，完成设计者规定的工作。系统程序由可编程控制器生产厂家设计且固定在ROM中，用户不能直接读取。可编程控制器的用户程序由用户设计，决定了可编程控制器的输入信号和输出信号之间的关系。存放系统软件的存储器称系统程序存储器，存放应用软件的存储器称为用户存储器。存放工作数据的存储器称为数据存储器。 三、输入\\输出模板
输入，输出模块简称I\\O模块。是可编程控制器与工业生产设备或生产过程连接的接口，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。
输入模块用来接收和采集输入信号，输入信号有两类：一类是按钮开关、行程开关、数字拨码开关、接近开关、光电开关、压力继电器等提供的开关量输入信号；另一类似从电位器、热电、测速电机、各种变送器送来的连续变化的模拟量输入信号。输入模块还需将这些各式各样的电平信号转换成CPU能够接受和处理的数字信号。
输出模块的作用是接受中央处理器处理过的数字信号，并把它转换成现场的执行部件能接受的信号，控制接触器、电磁阀、调节阀、调速装置，控制的另一类负载是指示灯、数字显示器和报警装置等。 四、特殊功能模块
随着可编程控制器在工业控制中的广泛应用和发展，为了增强可编程控制器的功能，扩大其应用范围。生产厂家开发了许多供用户选择的特殊功能模块。
（一） （二） （三） （四） （五）
模拟量输入输出模块。 高速计数器模块 PID过程控制模块
中断输入模块与快速响应模块 运动控制模块
（六） 通信模块
五、可编程控制器的内部工作过程
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一、 扫描技术
当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。
在输入采样阶段：PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。
在用户程序执行阶段：PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。 即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。
输出刷新阶段： 当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出 电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。
第四节PLC的特点和主要功能
一、可编程控制器的特点
可编程控制器的种类虽然千差万别，但为了在工业环境下使用，它们都有许多共同的特点：
（1） （2） （3）
抗干扰能力强，可靠性高 编程方便 使用方便
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