【正文】 mmable Logic Controller 簡稱 PLC 它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時間繼電器?？梢杂糜诟鞣N規(guī) 模的工業(yè)控制場合。 3 程序設(shè)計(jì)簡單 易學(xué) 易懂 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 4 采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)組合靈活方便 2 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 以超小型 PLC 為例 新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于 100mm 重量小于 150g 功耗僅數(shù)瓦。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合。為了使可編程控制器處理模擬量 必須實(shí)現(xiàn)模擬量 Analog 和數(shù)字量 Digital 之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。 PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。 5 數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算 含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換、排序、查表、位操作等功能 可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展 工廠自動化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快 各 PLC 廠商都十分重視 PLC 的通信功能 紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 3 按 plc 功能分類 抵擋型 中擋型 高檔型。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。 4 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 輸出刷新階段 當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢通過隔離電路 驅(qū)動功率放大器 電路是輸出端子向外界輸出控制信號驅(qū)動外部負(fù)載。梯形圖與繼電器電路圖很相似 具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn) 特別適合于數(shù)字量邏輯控制。指令框用來表示定時器、計(jì)數(shù)器或者數(shù)學(xué)運(yùn)算等附加指令。梯形圖中采用 繼電器名稱 但不是真實(shí)物理繼電器稱為 “軟繼電器 ”每個梯級流過的是概念電流 從左向右 其兩端母線設(shè)有電源。即用類似于與門、 或門的方框來表示邏輯運(yùn)算關(guān)系 方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算的輸 入變量 右側(cè)為輸出變量輸入、輸出端的小圓圈表示 “非 ”運(yùn)算 方框被 “導(dǎo)線 ”連接在一起 信號自左向右流動。一般講 其順序?yàn)? 先輸入 后輸出 含其他處理 先上 后下 先左 后右。輸出指令用于并行輸出 能連續(xù)使用多次。 ORB 指令是一種獨(dú)立指令 其后不帶操作元件號 因此 ORB 指令不表示觸點(diǎn) 可以看成電路塊之間的一段連接線。若不寫 END 指令 PLC 將以用戶存貯器的第一步執(zhí)行到最后一步 因此使用 END 指令可縮短掃描周期。假設(shè)一個十字路口為東西南北 走向。過一段時間轉(zhuǎn)狀態(tài) 4 南北綠燈滅 閃幾次黃燈 東西仍然紅燈。所以我們首先要了解 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和內(nèi)容。 設(shè)計(jì)的步驟和實(shí)現(xiàn)過程 1 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟對于復(fù)雜的控制系統(tǒng) 最好繪制編程流程圖 相當(dāng)于設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)梯形圖 程序輸入 PLC 模擬調(diào)試 修改 直到滿足要求為止 現(xiàn)場施工完畢后進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試 直至可靠地滿足控制要求 編寫技術(shù)文件 交付使用。 分析控制要求 確定 I/O 設(shè)備 選擇 PLC 分配 I/O、設(shè)計(jì)電氣圖 編寫流程圖 設(shè)計(jì)梯形圖 設(shè)計(jì)控制柜 編制程序清單 輸入程序并檢查 現(xiàn)場連接 N 調(diào)試 滿足 Y 聯(lián)機(jī)調(diào)試 N N 滿足 編制技術(shù)文件 交付使用 圖 31 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟框圖 13 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 PLC 控制系統(tǒng)執(zhí)行程序的過程及特點(diǎn) PLC 執(zhí)行程序的過程分為三個階段 即輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段、輸出刷新階 段。若程序用梯形圖來表示 則總是按先上后下 先左后右的順序進(jìn)行。 輸出刷 新階段 程序執(zhí)行完畢后 進(jìn)入輸出處理階段。這方式稱為集中采樣 即在一個掃描周期內(nèi) 集中一段時間對輸入狀態(tài)進(jìn)行采樣。這種方式稱為集中輸出。對一般的工業(yè)控制這種滯后是完全允許的。 交通信號燈的控制要求 隨著城市 和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大 正因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘枱舨攀管嚵?、人流有了?guī)范 同時 減少了交通事故發(fā)生的概率。紅燈表示禁止通行 綠燈表示準(zhǔn)許通行 黃燈表示警示。一般的十字路口交通信號燈現(xiàn)場示意圖如圖 41 所示 其南北和東西每個方向各有紅、綠、黃三種信號燈 為確保交通安全 對其控制系統(tǒng)的要求如下。 SA1 手柄指向中間 0176。 2 信號燈的控制原則 當(dāng)東西方向允許通行 綠燈 時 南北方向應(yīng)禁止通行 紅燈 同樣 當(dāng)南北方向允許通行 綠燈 時 東西方向應(yīng)禁止通行 紅燈 。假設(shè)東西向較忙 綠燈時間是南北向的 2 倍 (40s)。因此 PLC 的選型是設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一步。Bradly)公司的產(chǎn)品 目前有 SLC、 Micro Logix、 Control Logix 等產(chǎn)品 GEFanuc 公司的產(chǎn)品法國施耐德(Schneider)公司的產(chǎn)品 日本三菱、歐姆龍等公司產(chǎn)品。綜上所述 我采用了西門子公司 S7200PLC/CPU224 它有 24 輸入 /16 輸出。 20 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 交通信號燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中以城市十字路口為研究對象 根據(jù)十字路口車輛運(yùn)行情況 調(diào)整各紅、綠、黃燈亮的時間 利用 STEP7 軟件對其進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)對交通信號燈的實(shí)時控制。 STEP7 用 SIMATIC 管理器對項(xiàng)目進(jìn)行集中管理 它可以方便地瀏覽 SIMATIC S M C7 和 WinAC 的數(shù)據(jù)。 所謂 “狀態(tài) ”是指特定的功能 因此狀態(tài)轉(zhuǎn)移實(shí)際上就是控制系統(tǒng)的功能轉(zhuǎn)移。 21 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 啟動 X 0 S 0 Y 6 南北紅燈 Y 6 Y 0 東西綠燈 S 2 0 Y 0 S 3 0 Y 6 T 0 T 0 K 2 5 0 T 3 S 3 1 Y 4 S 2 1 T 1 K 5 T 1 T 4 K 2 5 0 T 1 S 3 2 T 5 K 5 S 2 2 Y 0 T 5 T 2 K 5 T 2 T 2 S 3 3 Y 4 C 0 C 0 K 3 T 6 T 6 T 6 K 5 S 2 3 Y 1 C 1 C 1 K 3 T 3 T 3 K 2 0 S 3 4 Y 5 S 2 4 Y 2 T 7 K 2 0 R S T C 0 R S T C 1 T 7 圖 51 十字路口交通信號燈 PLC 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖 交通信號燈程序設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)圖 51 所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程 其具體的程序設(shè)計(jì)步驟如下 PLC 開始運(yùn)行時 M8002 產(chǎn)生一初始脈沖 使初始狀態(tài) S0 置 1 當(dāng) SA1 手柄指向中間 0176。另一方面狀態(tài) S30 轉(zhuǎn)移到 S31 使 S31 置 1 同時 S30 在下一掃描周期自動復(fù)位 線圈 Y4 得電東西綠燈亮延時 25S 后 轉(zhuǎn)移條件 T4 閉合 狀態(tài)從 S31 轉(zhuǎn)移到 S32 使 S32 置 1 同時驅(qū)動 T5 記時 而 S31 在下一掃描周期自動復(fù)位延時 5S 后 轉(zhuǎn)移條件 T5 閉合 狀態(tài)從 S32 轉(zhuǎn)移 S33 使 S33 置 1 產(chǎn)生 接通和 斷開的時針脈沖信號 從而使東西綠燈閃爍 同時驅(qū)動計(jì)數(shù)器 C1 記數(shù) 若記數(shù)次數(shù)未到三次 C1 的常閉觸點(diǎn)接通 狀態(tài)轉(zhuǎn)移到 S32 繼續(xù)循環(huán)共計(jì)三次次數(shù)到三 C1 常開觸點(diǎn)閉合 狀態(tài)由 S33 轉(zhuǎn)移到 S34 使 S34 置 1 同時 S33 在下一掃描周期自動復(fù)位 Y5 線圈得電東西黃燈亮 計(jì)數(shù)器 C1 復(fù)位延時 2S 后 回到初始狀態(tài) S0 進(jìn)行循環(huán)執(zhí)行。 經(jīng)過兩個月的設(shè)計(jì)里 過程曲折可謂一語難盡。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題可以說得是困難 重重 這畢竟第一次做 難免會遇到過各種各樣的問題 同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處 對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻 掌握得不夠牢固。 26 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 致 謝 的青春年華。 [5] 《 PLC 控制交通信號燈的編程方法討論》 北京工商大學(xué)學(xué)報 自然科學(xué)版 2021,26(3) [6] 廖常初主編 . PLC 基礎(chǔ)及應(yīng)用 . 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 [7] 廖常初等 .PLC 的順序控制編程方法 .工業(yè)自動化 香港 1997 [8] 廖常初 .PLC 梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)法 .電工技術(shù)雜志 2021 [9] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 電氣制圖 北京 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1987 [10] 常斗南《可編程序控制器》原理 ?應(yīng)用 ?實(shí)驗(yàn) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1998 [11] 余雷聲主編 電氣原理與 PLC 應(yīng)用。而且大 獻(xiàn) 們的夢曾今都在 南京校 個月來辛苦了 。所幸有這次機(jī)會 好讓我有深刻的認(rèn)知 亡羊補(bǔ)牢 為時未晚。從開始時的滿富激情到后來汗水背后的復(fù)雜心情 點(diǎn)點(diǎn)滴滴無不令我回味無長。具體過程如 下 23 基于 PLC 的十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 52 PLC 控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 24 基于 PLC 的十字路口交通燈控制 系