【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程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通 或斷開，該線圈的所有觸點 (包括其常開或常閉觸點 )不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。模塊式 PLC 包括 CPU模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 2 PLC 在我國的應(yīng)用 雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活 躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。當過程控 制中某個變量出現(xiàn)偏差時， PID 控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。 (2)運動控制 PLC 制造商目前已提供了拖動步進電機或伺服電機的單軸或多軸位置控制模塊，在多數(shù)情況下， PLC 把描述目標位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標位置。 PLC 的應(yīng)用范圍通常可分成以下 5種類型： （ 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。同時可編程序控制器的標準化工作也受到了有關(guān)部門的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標準化技術(shù)委員會，為我國可編程序控制器的進一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 ② 可編程序控制器的引進應(yīng)用和消化移植階段（ 80 年代初期到 90 年代初期） 80 年代初期開始，隨著我國改革開放的不斷深入，在成套設(shè)備引進的同時，國外原裝的可編程序控制器開始涌入國內(nèi)市場。大致可劃分為下述三個階段： ① 可編程序控制器的初級認識階段（ 70 年代后期到 80 年代初期）國際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國對可編程序控制器的認識始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進中，當時的上海寶鋼一期工程中有多項工程引進了十幾種機型約 200 多臺可編程序控制器。現(xiàn)代 PLC 無論從內(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)模日益擴大，價格不斷下降， PLC 被迅速普及。在這一階段，由于 PLC 剛誕生，各種類型的順序控制器不斷出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1 位機型、通用計算機型、單板機型等），但迅速被淘汰。隨著 微電子 技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀 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)想將計算機功能強大、靈活、通用性好等優(yōu)點與電器控制系統(tǒng)簡單易懂、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過程、面向問題的 “自然語言 ”進行編程，使不熟悉計算機的人也能很快掌握使用。隨著全球一體化經(jīng)濟的發(fā)展，努力發(fā)展可編程序控制器在我國的大規(guī)模應(yīng)用，形成具有自主知識產(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)的進步與現(xiàn)代社會生產(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，通過論述 可編程程序控制器 的各種優(yōu)點、 卓越性能、 結(jié)構(gòu)、原理，有一個感性的 總體 認識。 西門子 PLC 有小型化、高速度、高性能等特點，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 自動控制技術(shù)、計量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計算機管理技術(shù)于一體的機電一體化產(chǎn)品；充分利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)過程進行集中監(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，采用標準化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，配置靈活、組態(tài)方便。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。然而，實際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。 研究目的和意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標志禁止某一種轉(zhuǎn)向。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。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 號大街的一座高塔上。 1868 年，英國機械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 西門子 可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(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，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 I 摘要 自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進 。 本文 選擇 西門子可編程控制器 S7200 為核心部件 ，著重進行 硬件接口設(shè)計，利用梯形圖和語句表進行編程，實現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動化。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 ”。紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。左右 轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。但是隨著社會、經(jīng)濟的快速發(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)過長期運行、較適用的方案，仍然會發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過。為此，采用不依賴數(shù)學模型的模糊控制方法設(shè)計交通燈控制器，能較好地解決這個問題。 可編程控制器交通燈 控制 系統(tǒng)的特點 ： ① 脫機手動工作； ②聯(lián)機自動 就地工作； ③ 上機控制的 單周期運行 方式； ④ 由上位機通過串口向下位機送入設(shè)定配方參數(shù)實現(xiàn)自動控制； ⑤ 自動啟動、自動停機控制方式 。西門子 可編程控制器指令 豐富，可以接各種輸出、輸入擴充設(shè)備，有豐富的特殊擴展設(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，進行硬件、程序設(shè)計，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計任務(wù)。 PLC 從 1969 年問世以來，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 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）根據(jù)美國通用汽車公司的這種要求，研制成功了世界上第一臺可編程控制器，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用，取得很好的效果。 20 世紀 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，取得了市場的認可，得以迅速發(fā)展 .推廣。各 PLC 生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的價格 .品種開始系列化，并且形成了固定I/O 點型、基本單元加擴展塊型、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)的進步，PLC 的功能日益增強， PLC 的 CPU 運算速度大幅度上升、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發(fā)， PLC 的應(yīng)用范圍由單一的順序控制向現(xiàn)場控制拓展。在本階段，為了 適應(yīng)信息技術(shù)的發(fā)展與工廠自動化的需要， PLC 的各種功能不斷進步。 PLC 的發(fā)展 趨勢 從當前產(chǎn)品技術(shù)性能來看， PLC 發(fā)展趨勢仍然主要體現(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、鋼管等整個鋼鐵冶煉以及加工生產(chǎn)線上，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)。許多部門和單位相繼引進可編程序控制器并自己設(shè)計組成控制系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍也 擴大到建材、輕工、煤炭、水處理、食品、制藥、造紙、橡膠和精細化工等工業(yè)領(lǐng)域。 PLC 的應(yīng)用 1 PLC 的 應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用受到限制。它用來取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當?shù)奈恢煤图铀俣?，確保運動平滑。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機械加工中， 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，一般按 I/O 點數(shù)將 PLC 分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區(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 在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47%， 64 點 ~256點的占 31%，合計占整個 PLC 銷售額的 78%。 其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式 掃描技術(shù)。在整個運行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，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)動相應(yīng)的外設(shè)。 2 南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮時應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并報警。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2S。南北綠燈亮維持 25S。 系統(tǒng) 設(shè)計 方案分析 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下， 結(jié)合 西門子 S7200 系列 可編程控制器的特性 （見附錄） ，選擇適合的型號。 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、東西綠燈同時亮，報警。 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 個交通燈進行編號 圖 31 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個交通燈共有四個狀態(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。 定時實際時間 =設(shè)定值精度 1ms: T32,T96 10ms: T33~T36, T97~T100 100ms: T37~T63, T101~T255 表 32 交通信號燈 PLC的輸入 /輸出點分配表 輸入信號 定時元件 輸出信號 名稱 代號 輸入點編號 T33:南北紅燈工作 25S 名稱 代號 輸出點編號 工作按鈕 SB1 T97: 東西 紅燈工作 30S 報警燈 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 接線形式 如圖 35所示 圖 35 PLC控制接線圖 端口 為接入系統(tǒng)開關(guān)的傳送信號，端口 接起報警作用的信號燈，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 2 秒后， T100 的動斷觸點斷開， 線圈失電，東西黃燈滅 。 21 維持 2 秒后， T36 動斷觸點斷開， 線圈失電，南北黃燈滅。重 點 要掌握 PLC 系統(tǒng)設(shè)計的基本原則和設(shè)計的一般流程 ,要有一個整體的概念。有人說只懂硬件，那是一個技術(shù)員，只懂軟件的，那是程序員。 ①靜態(tài)調(diào)試 靜態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)未工作時的一種硬件檢測。先用萬用表復(fù)核目測中有疑問的連接點，再檢測各種電源線與地線之間是否有短路現(xiàn)象。 ②動態(tài)調(diào)試 動態(tài)調(diào)試是在用戶系統(tǒng)工作的情況下發(fā)現(xiàn)和排除用戶系統(tǒng)硬件中存在的器件內(nèi)部故障、器件連接邏輯錯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誤。當真正做起來的時候，還是覺