【正文】 序控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)。第四章，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)，再進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)控制。近年來(lái)PLC的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，使得實(shí)際應(yīng)用成為可能。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。這種流量變化的偶然性是無(wú)法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)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(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以進(jìn)入交叉路口。1968年，聯(lián)合國(guó)《道路交通和道路標(biāo)志信號(hào)協(xié)定》對(duì)各種信號(hào)燈的含義作了規(guī)定。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來(lái)啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。 （2011屆）?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于PLC多工作方式交通燈設(shè)計(jì) 學(xué)院（部）： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù) 學(xué)生姓名： 劉曉桂 班 級(jí)： 機(jī)電0821 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師： 職 稱： 講師 最終評(píng)定成績(jī)： 2011年6月 摘 要PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的一種新型工業(yè)控制裝置。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)部定時(shí)器資源十分豐富，可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。本文選擇三菱可編程控制器FX2n為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。1868年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。本系統(tǒng)采用PLC是基于以下三個(gè)原因：①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間都在30萬(wàn)小時(shí)以上；②編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；③抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC；根據(jù)交通信號(hào)燈系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，我們采用了日本三菱公司FX2n型PLC。 第一章，回顧交通燈的發(fā)展歷史，闡述研究交通燈的目的和意義！隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通管制的要求越來(lái)越高，采用可編程程序控制器來(lái)代替中間繼電器和過(guò)程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)，才會(huì)滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。第2章 可編程控制器（PLC） PLC基本概念現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令、并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程，可編程序控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。PLC不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使PLC真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。PLC的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。PLC的應(yīng)用范圍開始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。此外，PLC的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類微型化PLC。一方面，PLC在繼續(xù)提高CPU運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開發(fā)了適用于過(guò)程控制，運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使PLC的應(yīng)用范圍開始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。①體積小型化。PLC的性能主要包括CPU性能與I/O性能兩大方面。繼寶鋼一期工程后，國(guó)內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器，其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域。③ 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（90 年代初期到現(xiàn)在） 進(jìn)入90年代，我國(guó)的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(2)政府重視可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視，在當(dāng)時(shí)機(jī)械電子工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，于 1991 年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會(huì)。2 PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。它用來(lái)取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。（4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，PLC作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于CNC和NC系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。整體式的PLC也稱為PLC的基本單元，在基本單元的基礎(chǔ)上可以加裝擴(kuò)展模塊以擴(kuò)大使用范圍。PLC的I/O接口數(shù)越多，其儲(chǔ)容量也越大，價(jià)格也越貴，因此，在設(shè)計(jì)程序時(shí)應(yīng)盡量減少使用I/O接口的數(shù)量。 PLC常用的編程工具如下。編程軟件。但不同廠家的PLC的編程語(yǔ)言有很大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語(yǔ)言和查找故障的方法。同時(shí)，IEC1131—3詳細(xì)說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種PLC編程語(yǔ)言（見圖4）的表達(dá)方式：順序功能圖梯形圖功能塊圖指令表文本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形語(yǔ)言——梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD），還有兩種文字語(yǔ)言——指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST），可以認(rèn)為順序功能圖（SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。作為梯形圖語(yǔ)言，SFC提供用戶了以上三種基本結(jié)構(gòu)（見圖5）。對(duì)于目前大多數(shù)PLC來(lái)說(shuō)，SFC還僅僅作為組織編程的工具使用，尚需用其它的編程語(yǔ)言（如梯形圖）將它轉(zhuǎn)換為PLC可執(zhí)行的程序。由于梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，因此很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣技術(shù)人員掌握，特別適用于開頭量邏輯控制。（2）梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（Bus bar）。（3）根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。（4）梯形圖中的線圈應(yīng)放在最右邊，圖7（a）的電路應(yīng)改為圖7（b）中的電路。（4）、在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免。像SFC一樣，功能塊圖FBD也是一種圖形語(yǔ)言，在FBD中也允許嵌入別的語(yǔ)言（如梯形圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本）。其結(jié)構(gòu)如圖21所示。當(dāng)PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。 CPU主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。1 PLC 常用的存儲(chǔ)器類型 （1） RAM (Random Assess Memory)，這是一種讀/寫存儲(chǔ)器(隨機(jī)存儲(chǔ)器) ，其存取速度最快，由鋰電池支持。(1)系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)在系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)中存放著相當(dāng)于計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序，包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)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P(yáng)LC 的性能。2) 數(shù)據(jù)寄存器與模擬量I/O 一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng)RAM 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字(16bits) ，另外PLC 還提供數(shù)量不的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。（四）I/O 模塊PLC與電氣回路的接口，是通過(guò)輸入輸出部分（I/O）完成的。常用的I/O分類如下： 開關(guān)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。 （五）PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。 （六）PLC的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 2.存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。工作速度是PLC工作的基礎(chǔ)。指令的條數(shù)也不同。這個(gè)時(shí)間當(dāng)然越短越好，已從微秒級(jí)縮短到零點(diǎn)微秒級(jí)。因?yàn)镻LC監(jiān)測(cè)到輸入信號(hào)，經(jīng)運(yùn)行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)。對(duì)一般的輸入信號(hào)，這個(gè)延遲雖可以接受，但對(duì)急需響應(yīng)的輸入信號(hào)，就不能接受了。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時(shí)刷新，即中斷程序運(yùn)行后，有關(guān)的輸出點(diǎn)立即刷新，而不等到整個(gè)程序運(yùn)行結(jié)束后再刷新。 工作速度關(guān)系到PLC對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度，是PLC對(duì)系統(tǒng)控制是否及時(shí)的前提。（二）控制規(guī)模 控制規(guī)模代表PLC控制能力，看其能對(duì)多少輸入、輸出點(diǎn)及對(duì)多少路模擬進(jìn)行控制。所以，大型PLC的工作速度總是比小的要快。這個(gè)區(qū)大，相應(yīng)地內(nèi)部器件（解釋見后）也要增多，這些都要求有更大的系統(tǒng)存儲(chǔ)區(qū)。所以，規(guī)模大，所使用的模塊也多。在此，不妨把PLC的模塊組成當(dāng)作所有PLC的結(jié)構(gòu)性能。相反，小型PLC、檔次低的PLC模塊種類也少，規(guī)格也少，指標(biāo)也低。PLC的主要性能，如速度、規(guī)模都由它的性能來(lái)體現(xiàn)。在結(jié)構(gòu)上內(nèi)存模塊都是附加于CPU模塊之中。 箱體式的PLC還有I/O擴(kuò)展箱體，它不含CPU，僅有電源及I/O單元的功能。這些模塊有自己的CPU，可對(duì)信號(hào)作預(yù)處理或后處理，以簡(jiǎn)化PLC的CPU對(duì)復(fù)雜的程控制量的控制。 掌握PLC性能，一定要了解它的模塊，并通過(guò)了解模塊的性能，去弄清楚PLC的性能。故一種PLC的性能如何，與這種PLC所具外部設(shè)備豐富與否，外部設(shè)備好用與否直接相關(guān)。編程器除了用于編程，還可對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定，以確定PLC控制方式，或工作方式。性能好的PLC，這種外部設(shè)備已越來(lái)越豐富。各種PLC大體都有這方面的配套設(shè)施。隨著技術(shù)進(jìn)步，這種設(shè)備將更加豐富。用戶內(nèi)存主要用以存儲(chǔ)用戶程序，個(gè)別的還將其中的一部分劃為系統(tǒng)所用。內(nèi)存大，可存儲(chǔ)的程序量大，也就可進(jìn)行更為復(fù)雜的控制。不同的內(nèi)部器件占據(jù)系統(tǒng)內(nèi)存的不同區(qū)域。它也是代表 PLC性能的重要指標(biāo)。它與I/O繼電器區(qū)相聯(lián)系著，有時(shí)與后者相聯(lián)系進(jìn)行處理。再上電后可繼續(xù)丟電前的狀態(tài)。定時(shí)器有多少，設(shè)定范圍有多大，設(shè)定值的分辨率又是多少，這些都代表定時(shí)器件的性能。多以字、兩字或多字為單位予以使用，是PLC進(jìn)行模擬量控制，或記錄數(shù)據(jù)所必不可少的。如日本OMRON公司的CQM1機(jī)，其DM區(qū)就有6k字。 內(nèi)部器件也是PLC指令的操作數(shù)，不弄清楚是無(wú)法編程的。 PLC的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 流程控制指令，用以控制程序運(yùn)行流程。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄PLC及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，