【正文】 通道路藕合處交通狀況的制約。據(jù)統(tǒng)計 ,可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。由于 PLC 本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。 8 第二章 PLC 的基本介紹 可編程控制器（ PLC）是在繼電器控制技術(shù)和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的工業(yè)自動控制設備，它以微 處理為核心，集自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)為一體，廣泛應用于自動化的各個領(lǐng)域。 這就是著名的 GM10 條， 1969 年，美國數(shù)字設備公司（ DEC）研制出第一臺 可編程控制器 ，在美國 9 通用汽車自動裝配線上 首次 試用 成功 ， 實現(xiàn)了生產(chǎn)的自動控制 .可編程控制器 ,簡稱 PLC(Programmable logic Controller).隨后有許多國家也開始引進這門新技術(shù) ,應用于工業(yè)生產(chǎn) .PLC 就這樣誕生了 ! PLC 的用途及特點 PLC 的用途 PLC 的初期由于 其價格高于繼電器控制裝置 ,使其應用受到限制。如注塑機、印刷機械、訂書機械、隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展， PLC 的功能也越來 越強大，更多地具有計算機的功能，所以又簡稱 PC（ PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是為了不和 切紙機械、組合機床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。 相對來說，位置控制模塊比計算機數(shù)值控制（ CNC）裝置體積更小，價格更低，速度更快， 操作方便。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計算機數(shù)值控制（ CNC）設備緊密結(jié)合的趨向。美國 GE 公司的 CNC設備新機種也同樣使用了具有數(shù)據(jù)處理的 PLC。 PLC的特點 (1) 抗干擾能力強，可靠性高 繼電接觸器控制系統(tǒng)雖具有較好的抗干擾能力，但使用了大量的 機械 觸頭，使設備連線復雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動及觸頭在開閉時受電弧的損害大大降 低了系統(tǒng)的可靠性。 (2)配套齊全，功能完善，適用性強 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。加上 PLC 通信能力的增 11 強及人機界面技術(shù)的 發(fā)展，使用 PLC 組成各種控制系統(tǒng)變得非常容易。為不熟悉電子電路、不懂計算機原理和匯編語言的人使用計算機從事工業(yè)控制打開了方便之門。 (5)體積小，重量輕，能耗低 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。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。 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程 序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。 在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的 內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 13 （ 2） EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory)，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容 )。 (2)系 統(tǒng) RAM 存儲區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設備如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計時器、計數(shù)器、變址寄存器、累加器、等存儲器。 3) 計時器 4) 計數(shù)器 (3) 用戶程序存儲區(qū) 用戶程序存儲區(qū)存放用戶編制的用戶程序，不同類型的PLC 其存儲容量各不相同。 I/O模塊集成了 PLC 的 I/O 電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。 2 模擬量：按信號類型分，有電流型（ 420mA,020mA ） ， 電壓型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等 。也就是我們系統(tǒng)的上位機。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC與 PLC 之間、 PLC與上位計算機以及其他智能設備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。 2. 監(jiān)控設備：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)濟又合理，盡可能發(fā)揮 PLC 所提供的最佳 。當輸入映象寄存器被刷新后，進入程序執(zhí)行階段，當在程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段，因輸入鎖存器的 存在，無論輸入信號如何變化，其內(nèi)容都保持不變，直到下一個掃描周期和采樣階段開始，才重新向輸入端寫入新內(nèi)容。然后進行相應的計算，并將運算結(jié)果存入元件映象寄存器中。工作速度是 PLC 工作的基礎(chǔ)。指令的條數(shù)也不同。這個時間當然越短越好，已從微秒 級縮短到零點微秒級。因為 PLC 監(jiān)測到輸入信號，經(jīng)運行程序后產(chǎn)生的輸出，才是對輸入信號的響應。對一般的輸入信號，這個延遲雖可以接受，但對急需 響應的輸入信號，就不能接受了。一般的作法是采用輸入中斷，然后再輸出即時刷新，即中斷程序運行后，有關(guān)的輸出點立即刷新，而不等到整個程序運行結(jié)束后再刷新。 工作速度關(guān)系到 PLC 對輸入信號的響應速度，是 PLC 對系統(tǒng)控制是否及時的前提。 控制規(guī)模與速度有關(guān)。 控制 規(guī)模還與內(nèi)存區(qū)的大小有關(guān)。 18 控制規(guī)模還與輸入、輸出電路數(shù)有關(guān)。 控制規(guī)模還與 PLC 指令系統(tǒng)有關(guān)。 這個性能含義是指某型號 PLC 具有多少種模塊，各種模塊都有什么規(guī)格，并各具什么特點。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 電源模塊，它為 PLC 運行提供內(nèi)部工作電源，而且，有的還可為輸入信號提供電源。 底板、機架模塊，它為 PLC 各模塊的安裝提供基板，并為模塊間的聯(lián)系提供總線。擴展箱體也依 I/O 點數(shù)的多少劃分有不同的規(guī)格。智能模塊的種類、特性也大不相同，性能好的 PLC，這些模塊種類多，性能也好。 除了模塊， PLC 還有外部設備。 PLC 的外部設備有四大類： 編程設備：簡單的為簡易編程器，多只接受助記將編程，個別的也可用圖形編程（如日本東芝公司的 EX 型可編程控制器）。編程器還可監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，以進行 PLC 用戶程序的調(diào)試。 存儲設備：它用于永久性地存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失。 20 輸入輸出設備：它用以接收信號或輸出信號，便于與 PLC 進行人機對話。 外部設備已發(fā)展成為 PLC 系統(tǒng)的不可分割的一個部分。系統(tǒng)內(nèi)存是與 CPU 配置在一起的。從發(fā)展趨勢看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。在物理上并無這些器件，僅僅為 RAM。 PLC 內(nèi)部器件有： I/O 繼電器，或稱映射區(qū)。內(nèi)部繼電器多，便于PLC 建立復雜的時序關(guān)系，以實現(xiàn)多種多樣的控制要求。保持繼電器可增強 PLC控制能力，特別對記錄故障，故障排除后恢復運行，更顯得有用。 計數(shù)器，可進行計數(shù)，到達某設定計數(shù)值可發(fā)送相應信號。這個存儲區(qū)的大小代表 PLC的性能也是越大越好。而過去同是小型機的 C60P 的 DM 區(qū)才 64 個字。 （五） 指令系統(tǒng) PLC 有多少條指令，各條指令又具有什么功能，是了解與使用 PLC 的重要方面。這類指令不管什么樣的PLC 都總是有的。 PLC的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行 ，按順序推進。 22 當然，并不是所有的 PLC 都有上述那么多類的指令，也不是有的 PLC 僅有上述幾類指令。 從本質(zhì)上講， PLC 所能識別的只是機器語言。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這 種語言對 PLC 編程。它用流程圖把 PLC 程序劃分成若干結(jié)構(gòu)塊，并規(guī)范塊間的邏輯聯(lián)系。關(guān)鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成助記符語言，或直接轉(zhuǎn)換成 PLC 所能識別的機器語 言。如 GE－ FANAC 的 PLC 就提供有可用 C 語言編程的軟件。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具有監(jiān)視 PLC 工作的功能。這方面的軟件已日益受到重視?？煽看胧┑哪康氖窃黾?PLC 平均故障間隔時間、MTBF（ MeanTimeBetweenFailure）及減少 PLC 的平均修復時間、 MTTR（ MeanTimeToRepair），以提高 PLC 的有效度 A（ Availability）。 24 鑒于可靠工作是 PLC 的重要特點，至關(guān)重要，故有關(guān)提高 MTBF 及降低 MTTR 的措施如何，以及 PLC 的 MTBF 與 MTTR 值也成為 PLC 性能的重要指標。所以，這個指標也是重要的。 PLC 的基本指令 1 輸入輸出指令（ LD/LDI/OUT） 下面把 LD/LDI/OUT 三條指令的功能、梯形圖表示形式、操作元件 以列表的形式加以說明： 符號 功 能 梯形圖表示 操作元件 LD（取） 常開觸點與母線相連 X， Y， M， T， C,S LDI（取反）常閉觸點與母線相連 X， Y， M， T， C,S OUT（輸出） 線圈驅(qū)動 Y， M， T， C， S,F LD與 LDI 指令用于與母線相連的接點，此外還可用于分支電路的起點。 OR、 ORI 是用于一個觸點的并聯(lián)連接指令。 將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時使用 ANB 指令，各并聯(lián)電路塊的起點，使用 LD 或 LDNOT 指令；與 ORB 指令一樣， ANB 指令也不帶操作元件，如需要將多個電路塊串聯(lián)連接，應在每個串聯(lián)電路塊之后使用一個 ANB 指令，用這種方法編程時串聯(lián)電路塊的個數(shù)沒有限制，若集中使用 ANB 指令，最多使用 7 次。在調(diào)試程序時，可以將 END 指令插在各程序段之后，分段檢查各程序段的動作，確認無誤后，再依次刪去插入的 END 指令。 結(jié)束 28 第三章 交通信號燈控制系統(tǒng)的設計 交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成 。 因此必須合理的設計路口主 干道的系統(tǒng)。 在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮并維持 2s，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄滅，南北綠燈亮； 東西紅燈亮并維持 30s；與此同時，南北綠燈亮并維持25s；然后，南北綠燈閃亮 3s后熄滅南北綠燈熄滅時，南北黃燈亮維持 2s 后熄滅；同時南北紅燈亮，東西綠燈亮。 十字路口交通信號燈示意圖 交通信號燈共有 12 盞，每個路口各有紅，黃，綠三盞， 具體分布如下圖所 29 示： 十字路口交通信號燈 控制過程分析 交通信號燈啟動和停止受觸摸屏上的啟動按鈕和停止按鈕控制，按下啟動按鈕，信號燈系統(tǒng)開始工作（現(xiàn)先以東西為例說明）。 8 萬光毅 ,嚴義 .單片機實驗與實踐教程 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021.