【正文】 術(shù)的新成果會更多地應(yīng)用于可編程控制器的設(shè)計和制造上，會有運算速度更快、存儲 容量更大、智能更強(qiáng)的品種出現(xiàn)；從產(chǎn)品規(guī)模上看，會進(jìn)一步向超小型及超大型方向發(fā)展；從產(chǎn)品的配套性上看，產(chǎn)品的品種會更豐富、規(guī)格更齊全，完美的人機(jī)界面、完備的通信設(shè)備會更好地適應(yīng)各種工業(yè)控制場合的需求；從市場上看，各國各自生產(chǎn)多品種產(chǎn)品的情況會隨著國際競爭的加劇而打破，會出現(xiàn)少數(shù)幾個品牌壟斷國際市場的局面，會出現(xiàn)國際通用的編程語言；從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況來看，可編程控制器和其它工業(yè)控制計算機(jī)組網(wǎng)構(gòu)成大型的控制系統(tǒng)是可編程控制器技術(shù)的發(fā)展方向。 第二部分 ，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(rèn)識。它是 以微處理器為核心，將計算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的一種專門為適應(yīng)惡的工業(yè)環(huán)境下面設(shè)計的工業(yè)控制裝置，涉及很多自動控制、電氣方面的知識。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個國家工業(yè)自動化程度高低的標(biāo)志。PLC 及其有關(guān)外圍設(shè)備， 都按易于工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體，按易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。 實 實 現(xiàn) 現(xiàn) 面向用戶 實 現(xiàn) 的指令 實 實 現(xiàn) 現(xiàn) 圖 21 PLC 的整體認(rèn)識 3. PLC 的結(jié)構(gòu) PLC 的結(jié)構(gòu)與一般計算機(jī)的結(jié)構(gòu)基本相同，也是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，下面分別對 PLC 的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)進(jìn)行介紹。 1. 中央處理單元（ CPU） 邏輯運算 PLC 定時、計數(shù) 數(shù)字量或模擬量的輸入∕輸出控制 算 術(shù)操作 順序控制 工業(yè)領(lǐng)域 13 同一般的微機(jī)一樣， CPU 是 PLC 的核心。對于雙 CPU 系統(tǒng)，一般一個為字處理器，通常采用 8位或 16 位處理器，另一個為位處理器，采用由各廠商設(shè)計制造的專用芯片。 在 PLC 中， CPU 按系統(tǒng)程序賦予的功能，指揮 PLC 有條不紊地進(jìn)行工作，歸納起來主要有以下幾個方面： （ 1） 接收從編輯器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)。 （ 5） 根據(jù)執(zhí)行的結(jié)果，更新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出映像寄存器的內(nèi)容，通過輸出單元實現(xiàn)輸出控制。 系統(tǒng)程序是由 PLC 的制造廠商編寫的，與 PLC 的硬件組成有關(guān)，完成系統(tǒng)診斷、命令解釋、功能子程序調(diào)用管理、邏輯運算、通信及各種參數(shù)設(shè)定等功能，提供 PLC 運行的平臺。為了防止干擾對RAM 中程序的破壞，當(dāng)用戶程序經(jīng)過運行正常不需要改變時，可將其固化在 EPROM中。根據(jù)需要部分?jǐn)?shù)據(jù)在掉電的時用后備電池維持其現(xiàn)有的狀態(tài)，這部分在掉電的可保存數(shù)據(jù)的存儲區(qū)域稱為保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)。 PLC 通過輸入接口也可以檢測被控對象的各種數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)作為 PLC 對被控對象進(jìn)行控制的依據(jù)。另外， I/O 接口上通常還有狀態(tài)指示，工作狀況能夠直觀的顯示出來，以便于維護(hù)。 開關(guān)量輸入是把現(xiàn)場各種開關(guān)信號轉(zhuǎn)化為 PLC 能處理的標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制信號。 模擬量輸入在過程控制中的應(yīng)用很廣，如溫度、壓力、速度、流量、位移以及酸堿度等都是相對于電壓電流的模擬量值，再通過一定運算（ PID）后，控制生產(chǎn)過程達(dá)到一定的目的。 模擬量輸出是將 PLC 與運算后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號（ 4~20mA、0~20mA 的電流輸出信號或 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 的電壓輸出信號 ）輸出，然后通過信號轉(zhuǎn)化為外圍設(shè)備需要的信號來控制外圍設(shè)備，例如繼電器 、接觸器 、 電動閥和伺服電機(jī)等，以滿足生產(chǎn)過程現(xiàn)場連續(xù)信號的控制要求。 PLC 通過這些通信接口可與打印機(jī)、監(jiān)視器、其他 PLC、計算機(jī)等設(shè)備實現(xiàn)通信。與計算機(jī)連接， 圖 23 模擬量輸入框 圖 圖 24 模擬量輸出框圖 可組成多級分布式控制系統(tǒng)，實現(xiàn)控制與管理相結(jié)合。內(nèi)部：開關(guān)穩(wěn)壓電源，供內(nèi)部電路使用；大多數(shù)機(jī)型還可以向外提供DC24V 穩(wěn)壓電源，為現(xiàn)場的開關(guān)信號、外部傳感器供電，如三菱 F F FX2 和FX2N 系列等。 （ 2） 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。 了解了 PLC 的基本結(jié)構(gòu)，我們在購買程控器 時就有了一個基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳。它被固化在 ROM 或 EPROM 中，安裝在PLC 的系統(tǒng)程序存儲器內(nèi)，隨產(chǎn)品提供給用戶，主要用于控制 PLC 本身運行。 （ 2） 用戶指令解釋程序用于將用戶通過各種編輯語言（梯形圖、語句表等）編制的用戶應(yīng)用程序變成機(jī)器能執(zhí)行的機(jī)器語言程序。用戶程序包括開關(guān)量邏輯控制程序、模擬量邏輯運算控制程序、閉環(huán)控制程序和操作站系統(tǒng)應(yīng)用程序等。 PLC 的編程和計算機(jī)編程一樣，用戶程序需要一個用戶環(huán)境、用戶程序結(jié)構(gòu)、用戶編程語言。如圖 26 所示。 PLC 由于采用現(xiàn)代大規(guī)模集成電路技 術(shù)，采用嚴(yán)格的生產(chǎn)工藝制造，內(nèi)部電路采取了先進(jìn)的抗干擾技術(shù)，具有很高的﹠ 20 可靠性。這樣，整個系統(tǒng)將極高的可靠性。加上 PLC 通信能力的增強(qiáng)及人機(jī)界面技術(shù)的發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。 4. 系統(tǒng)的設(shè)計，工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制 系統(tǒng)設(shè)計及建造的周期大為縮短，同時日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。為了使 PLC 的輸出能夠及時地響應(yīng)可能隨時變化的輸入信號，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不停地重復(fù)執(zhí)行，直至 PLC 停機(jī)或切換到 STOP 狀態(tài)，因此 PLC采用的是周期循環(huán)掃描工作方式。 當(dāng) PLC 處于 STOP 狀態(tài)時，只執(zhí)行以上兩個階段的操作。 4． 程序執(zhí)行階段 用戶程序執(zhí)行階段， PLC 按照梯形圖的順序，自坐而右、自 上而下地逐行掃描，在這一階段中， CPU 從用戶程序的第一條指令開始執(zhí)行直到最后一條指令結(jié)束，程序運行結(jié)果放入輸出映像寄存器和其他軟元件映像寄存器中。這個時間 由輸入電路的濾波時間、輸出模塊的滯后時間和因掃描工作方式產(chǎn)生的滯后時間三部分組成。若是繼電器型輸出電路，負(fù)載由導(dǎo)通到斷開時的最大滯后時間為 10ms；雙向晶閘管輸出電路的滯后時間約為 1ms。 （ 2） 觸電數(shù)量的差別 硬繼電器的觸電數(shù)量有限，用于控制的繼電器的觸電數(shù)一般只有 48 對；而提醒途中每個軟元件供編程使用的觸電數(shù)在理論上有無限對。 23 第三 部分 PLC十字路口交通信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 一、 設(shè)計選題 在十字路口的東西、南北主干道上裝設(shè)紅燈、綠左轉(zhuǎn)、綠直行和黃燈，控制機(jī)動車輛和非機(jī)動車輛，并用數(shù)碼管顯示倒計時。 若某方向上的車流量較大而另一方向較少時，則用傳感器測車流量的多少，從而控制紅綠燈的變化，使其正常通行。當(dāng)開關(guān) SB1 啟動后，系統(tǒng)開始工作，當(dāng)開關(guān) SB2 啟動后，所有燈熄滅。 異常時序：十字路口的交通異常狀況現(xiàn)象是指正常交通信號燈控制可能與實際的交通運行狀況不相符合。交通燈控制主流程如圖 32 所示 25 圖 31 正常時序控制流程圖 東西綠燈 40S 開始 南北紅燈 65S 東西黃閃 5S 南北紅燈 65S 東西左轉(zhuǎn) 20S 東西紅燈 65S 南北 綠燈 40S 東 西紅燈 65S 南北 黃閃 5S 東西紅燈 65S 南北左轉(zhuǎn) 20S 南北紅燈 65S 26 N Y 圖 32 異常 時序控制流程圖 開始 運行正常時序 東西綠燈 東西通行 判斷車流量東西方向 南北方向？ 東西黃閃 東西紅燈亮 65S 南北紅燈亮 65S 南北左轉(zhuǎn) 南北通行 東西左轉(zhuǎn) 南北綠燈 南北黃閃 27 表 31 自動控制時序表 三 、 硬件設(shè)計 1. 輸入 /輸出分配表 根據(jù)十字路口交通信號燈的控制要求，依據(jù)各信號燈控制的時間及條件設(shè)計程序，見表 31。則可將 I/O 分配用表 32 表示。其中，每一方向的兩組指示燈中，同種顏色的指示燈并聯(lián)，用 PLC 的同一個輸觸點。在用戶存儲器中，指令按步序順序排列。 FX2N系列是 FX系列 PLC家族中最先進(jìn)的系列?？焖贁嚅_端子塊因為采用了優(yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子，即使接著電纜也可以更換單元。持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時間定義操作周期在線程序編輯在線改變程序不會損失工作時間或者停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。它具有靈活的配置，除了滿足特殊需求的大量特殊模塊， 6 個基本單元中的每個單元可擴(kuò)展 256 個 I/O。滿足我的設(shè)計需要。因此在使用中應(yīng)注意以下問題： 1. 工作環(huán)境 （ 1）溫度 PLC 要求環(huán)境溫度在 0~55oC，安裝時不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。 （ 4）空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。一般 PLC 都有直流 24V 輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直 流電源時，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。 （ 1）干擾源及一般分類 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產(chǎn)生磁場，對設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；磁場改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。差模干擾是指作用于信號兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場在信號間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號上，直接影響測量與控制精度。 2） 柜內(nèi)干擾 控制柜內(nèi)的高壓電器，大的電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對 PLC 造成一定程度的干擾。 4） 來自接地系統(tǒng)混亂時的干擾 接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（ EMC）的有效手段之一。 3. 主要抗干擾措施 （ 1） 電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾 對于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺帶屏蔽層的變比為 1： 1 的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響 PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會對人造成傷害。信號源接地時，屏蔽層應(yīng)在信號側(cè)接地；不接地時，應(yīng)在 PLC 側(cè)接地；信號線中間有接頭時，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點接地；多個測點信號的屏蔽雙絞線與多芯對絞總屏蔽電纜連接時 ，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c接點。 42 二 、 傳感器的使用 1. 感應(yīng)線圈（電感式傳 感器 ） 傳感器的使用對本次的設(shè)計尤為重要，本次設(shè)計所采用的傳感器是電磁感應(yīng)線圈。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。 電感式傳感器的高頻電流頻率為 60kHz，尺寸為 23m ，電感約為 100μH.這種傳感器可檢測的電感變化率在 ％以上。其具體電路圖由三部分組成 :信號源部分、檢測部分、比較鑒別部分。 4. 車流量的計量 1. 每股行車道的車流量通過 PLC 分別統(tǒng)計。 3. 統(tǒng)計每股車道上車輛的滯留量后按通行最大化原則 (不影響行車安全的 圖 42 地感線圈鋪設(shè)的平面位置圖 多道相向行駛 )累加