【正文】 圖 21 PLC 的結(jié)構(gòu)圖 PLC 的 工作 原理 PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶(hù)程序的運(yùn)行方式，即如果一個(gè)輸出線(xiàn)圈或邏輯線(xiàn)圈被接通 或斷開(kāi)，該線(xiàn)圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開(kāi)或常閉觸點(diǎn) )不會(huì)立即動(dòng)作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時(shí)才會(huì)動(dòng)作。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2 PLC 在我國(guó)的應(yīng)用 雖然我國(guó)在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國(guó)是很活 躍的，近年來(lái)每年約新投入 10 萬(wàn)臺(tái)套 PLC 產(chǎn)品，年銷(xiāo)售額 30 多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。當(dāng)過(guò)程控 制中某個(gè)變量出現(xiàn)偏差時(shí)， PID 控制算法會(huì)計(jì)算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。 (2)運(yùn)動(dòng)控制 PLC 制造商目前已提供了拖動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下， PLC 把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動(dòng)一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置。 PLC 的應(yīng)用范圍通?？煞殖梢韵?5種類(lèi)型： （ 1）順序控制 這是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，也是最適合 PLC 使用的領(lǐng)域。同時(shí)可編程序控制器的標(biāo)準(zhǔn)化工作也受到了有關(guān)部門(mén)的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，為我國(guó)可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 ② 可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段（ 80 年代初期到 90 年代初期） 80 年代初期開(kāi)始，隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入，在成套設(shè)備引進(jìn)的同時(shí)，國(guó)外原裝的可編程序控制器開(kāi)始涌入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。大致可劃分為下述三個(gè)階段： ① 可編程序控制器的初級(jí)認(rèn)識(shí)階段（ 70 年代后期到 80 年代初期）國(guó)際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國(guó)內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國(guó)對(duì)可編程序控制器的認(rèn)識(shí)始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中，當(dāng)時(shí)的上海寶鋼一期工程中有多項(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)型約 200 多臺(tái)可編程序控制器?，F(xiàn)代 PLC 無(wú)論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的 PLC 有了很大的不同， PLC 體積被大幅度縮小。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX 小型 PLC 系列產(chǎn)品（包括最新的 FX3u 系列產(chǎn)品）， Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列產(chǎn)品等。 2021 年至今： PLC 的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。 1990— 2021 年， PLC 的高性能與小型化階段。在這一階段， PLC 的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降， PLC 被迅速普及。在這一階段，由于 PLC 剛誕生，各種類(lèi)型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1 位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。隨著 微電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到 PLC 中，使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的 “自然語(yǔ)言 ”進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。隨著全球一體化經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國(guó)的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可編程序控制器技術(shù)，應(yīng)該是廣大技術(shù)人員努力的方向?？删幊绦蚩刂破魇请S著技 術(shù)的進(jìn)步與現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變，為適應(yīng)多品種 .小批量生產(chǎn)的需要，生產(chǎn) .發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)控制裝置。 第二章，敘述了 可編程程序控制器 的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程，通過(guò)論述 可編程程序控制器 的各種優(yōu)點(diǎn)、 卓越性能、 結(jié)構(gòu)、原理，有一個(gè)感性的 總體 認(rèn)識(shí)。 西門(mén)子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)，是 S7200 系列中最高檔次的超小型程序裝置。 可編程控制器交通燈 控制 系統(tǒng) 集 成 自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。由于十字路口不同時(shí)刻車(chē)輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。然而，實(shí)際上車(chē)輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。 研究目的和意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車(chē)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。紅外線(xiàn)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。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。 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。 西門(mén)子 可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備 更 是 符合交通燈 控制 系統(tǒng)的 要求與特點(diǎn)，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 I 摘要 自從交通燈誕生以來(lái)，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn) 。 本文 選擇 西門(mén)子可編程控制器 S7200 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。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示 “停止 ”，綠色表示 “注意 ”。紅燈亮表示 “停止 ”，綠燈亮表示 “通行 ”。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車(chē)放行，以免發(fā)生交通事故。左右 轉(zhuǎn)彎車(chē)輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車(chē)輛和過(guò)人行橫道的行人優(yōu)先通行。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。為此，采用不依賴(lài)數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。 可編程控制器交通燈 控制 系統(tǒng)的特點(diǎn) ： ① 脫機(jī)手動(dòng)工作； ②聯(lián)機(jī)自動(dòng) 就地工作； ③ 上機(jī)控制的 單周期運(yùn)行 方式； ④ 由上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； ⑤ 自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式 。西門(mén)子 可編程控制器指令 豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 第三章，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來(lái)完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 PLC 從 1969 年問(wèn)世以來(lái)，雖然至今還不到 40 年，但由于其具有通用靈活的控制性能 .簡(jiǎn)單方便的使用性能，可以適應(yīng)各種工業(yè)環(huán)境的可靠性，因此在工業(yè)自動(dòng)化各領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。 PLC 的發(fā)展 歷程 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電氣控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位，應(yīng)用廣泛。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國(guó)通用汽車(chē)公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺(tái)可編程控制器，并在通用汽車(chē)公司的自動(dòng)裝配線(xiàn)上試用，取得很好的效果。 20 世紀(jì) 80 年代以后，隨著大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 16位和 32 位微處理器應(yīng)用 于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。最終以微處理器為核心的 現(xiàn)有 PLC 結(jié)構(gòu)形成，取得了市場(chǎng)的認(rèn)可，得以迅速發(fā)展 .推廣。各 PLC 生產(chǎn)廠(chǎng)家產(chǎn)品的價(jià)格 .品種開(kāi)始系列化，并且形成了固定I/O 點(diǎn)型、基本單元加擴(kuò)展塊型、模塊化結(jié)構(gòu)型這三種延續(xù)至今的基本結(jié)構(gòu)模型。在這一階段，隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，PLC 的功能日益增強(qiáng)， PLC 的 CPU 運(yùn)算速度大幅度上升、位數(shù)不斷增加，使得適用于各種特殊控制的功能模塊不斷被開(kāi)發(fā)， PLC 的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場(chǎng)控制拓展。在本階段，為了 適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠(chǎng)自動(dòng)化的需要， PLC 的各種功能不斷進(jìn)步。 PLC 的發(fā)展 趨勢(shì) 從當(dāng)前產(chǎn)品技術(shù)性能來(lái)看， PLC 發(fā)展趨勢(shì)仍然主要體現(xiàn)在體積的縮小與性能的提高兩大方面。 ②性能的提高。這些可編程序控制器用于原料碼 5 頭到高爐、軋鋼、鋼管等整個(gè)鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線(xiàn)上，取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯系統(tǒng)，并部分取代了模擬量控制和小型 DDC 系統(tǒng)。許多部門(mén)和單位相繼引進(jìn)可編程序控制器并自己設(shè)計(jì)組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也 擴(kuò)大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細(xì)化工等工業(yè)領(lǐng)域。 PLC 的應(yīng)用 1 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)奈恢煤图铀俣龋_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 6 統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 在我國(guó)，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類(lèi)有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國(guó)應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC 銷(xiāo)售額占整個(gè) PLC 的 47%， 64 點(diǎn) ~256點(diǎn)的占 31%，合計(jì)占整個(gè) PLC 銷(xiāo)售額的 78%。 其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 考慮到繼電器控制裝置各類(lèi)觸點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶(hù)程序的時(shí)間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。在整個(gè)運(yùn)行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 2 南北綠燈和東西綠燈不能同時(shí)亮，如果同時(shí)亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號(hào)燈系統(tǒng)，并報(bào)警。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2S。南北綠燈亮維持 25S。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方案分析 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下， 結(jié)合 西門(mén)子 S7200 系列 可編程控制器的特性 （見(jiàn)附錄） ，選擇適合的型號(hào)。 其次， 東西 方向道 路處于 禁止 通行的狀態(tài)， 南北 方向道 路處于 允許 通行的狀態(tài) 。而且，南北、東西綠燈同時(shí)亮，報(bào)警。 表 31 十字路口交通燈狀態(tài) 分析 表 10 十字路口交通燈狀態(tài)的分 析： 十字路口交通燈如下圖 31 所示，將 12 個(gè)交通燈進(jìn)行編號(hào) 圖 31 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個(gè)交通燈共有四個(gè)狀態(tài)： 狀態(tài) 1： 南北 紅燈（ 7）亮， 東西 綠燈（ 12）亮。 狀態(tài) 5：東西 紅燈 （ 10） 繼續(xù)亮 ， 南北 綠燈（ 9） 閃 。 1L、 2L 為輸出公共端。 定時(shí)實(shí)際時(shí)間 =設(shè)定值精度 1ms: T32,T96 10ms: T33~T36, T97~T100 100ms: T37~T63, T101~T255 表 32 交通信號(hào)燈 PLC的輸入 /輸出點(diǎn)分配表 輸入信號(hào) 定時(shí)元件 輸出信號(hào) 名稱(chēng) 代號(hào) 輸入點(diǎn)編號(hào) T33:南北紅燈工作 25S 名稱(chēng) 代號(hào) 輸出點(diǎn)編號(hào) 工作按鈕 SB1 T97: 東西 紅燈工作 30S 報(bào)警燈 L0 T98:東西綠燈工作 20S 南北紅燈 L1 14 T99:東西綠燈閃爍 3S 東西綠燈 L2 T100:東西黃燈工作 2S 東西黃燈 L3 T34:南北綠燈工作 25S 東西紅燈 L4 T35:南北綠燈閃爍 3S 南北綠燈 L5 T36:南北黃燈工作 2S 南北黃燈 L6 PLC 的 接線(xiàn)形式 如圖 35所示 圖 35 PLC控制接線(xiàn)圖 端口 為接入系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的傳送信號(hào)，端口 接起報(bào)警作用的信號(hào)燈，端口 接南北紅燈，端口 接 東西綠燈 ，端口 接 東西黃燈 ，端口 接 東西黃燈 ，端口 接 南北綠燈 ，端口 接 南北黃燈 。 再過(guò) 2 秒后， T100 的動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)， 線(xiàn)圈失電，東西黃燈滅 。 21 維持 2 秒后， T36 動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)， 線(xiàn)圈失電，南北黃燈滅。重 點(diǎn) 要掌握 PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則和設(shè)計(jì)的一般流程 ,要有一個(gè)整體的概念。有人說(shuō)只懂硬件，那是一個(gè)技術(shù)員，只懂軟件的，那是程序員。 ①靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)未工作時(shí)的一種硬件檢測(cè)。先用萬(wàn)用表復(fù)核目測(cè)中有疑問(wèn)的連接點(diǎn)，再檢測(cè)各種電源線(xiàn)與地線(xiàn)之間是否有短路現(xiàn)象。 ②動(dòng)態(tài)調(diào)試 動(dòng)態(tài)調(diào)試是在用戶(hù)系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶(hù)系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯(cuò)誤等的一種硬件檢查。由分到合的調(diào)試既告完成。程序后，編輯，查看程序是否有邏輯的錯(cuò)誤。當(dāng)真正做起來(lái)的時(shí)候，還是覺(jué)