【正文】 要變成元件 1． 編程元件的功能和作用 (1) 數(shù)值的處理 FX2N 系列 PLC 根據(jù)不同的用途和目的，使用 5 種類型的數(shù)值，其作用和功能如下： 1 十進(jìn)制數(shù) (K) 2 十六進(jìn)制數(shù) (H) 3 二進(jìn)制數(shù) (B) 4 八進(jìn)制數(shù) (O) 5 BCD 碼 (2) 輸入輸出繼電器 輸入端子時(shí) PLC 從外部開關(guān)接受信號(hào)的窗口。先后推出的小型、超小型 PLC 有 F、 FF FX FX FX2C、 FX2N 等系列。 5. 內(nèi)部器件的種類和數(shù)量 內(nèi)部器件包括各種繼電器、計(jì)算器 /定時(shí)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等。 2. 輸入 /輸出點(diǎn)數(shù) I/O 點(diǎn)數(shù)即 PLC 面板上的輸入、輸出端子的個(gè)數(shù)。在 PLC 術(shù)語中，字也稱為通道。 I/O 刷新階段的時(shí)間長短取決于 I/O 點(diǎn)數(shù)的多少。例如，有的用戶程序中安排了跳轉(zhuǎn)指令，當(dāng)條件滿足時(shí)某段 程序被掃描并執(zhí)行，否則不對(duì)其掃描并且跳過該段程序區(qū)執(zhí)行下面的程序；有的用戶程序使用了子程序調(diào)用指令，當(dāng)條件滿足時(shí)就停止執(zhí)行當(dāng)前程序去執(zhí)行預(yù)先編排的子程序，當(dāng)條件不滿足時(shí)就不掃描子程序；有的用戶程序安排了中斷控制程序，當(dāng)有中斷申請(qǐng)信號(hào)時(shí)就轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷處理子程序，否則就不掃描中斷處理子程序，等等。 執(zhí)行用戶程 序階段的掃描時(shí)間不是固定的，其原因主要取決以下幾方面因素： (1) 用戶程序中所用語句條數(shù)的多少。一次循環(huán)掃描過程可歸納分五個(gè)工作階段。 （ 2） 梯形圖 。有的 PLC 能向外部提供 24V 的直流電源，可給輸入單元所連接的外部開關(guān)或傳感器供電。指示燈 LED 滅，表示該輸出點(diǎn)斷開。圖中只畫出對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路，各輸出點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸出電路均相同。圖中只畫出對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸出點(diǎn)的輸出電路，各個(gè)輸出點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電路均相同。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 晶體管輸出電路 圖中， T 1 是光電耦合器， LED 指示輸出點(diǎn)的狀態(tài)； T2 為輸出晶體管， D 為保護(hù)二極管， FU 為熔斷器，防止負(fù)載短路時(shí)損壞 PLC。顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管 LED 也是反向并聯(lián)的。當(dāng) CPU訪問該路信號(hào)時(shí)，將該輸入點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸入映像寄存器狀態(tài)置 0。虛線框內(nèi)是 PLC 內(nèi)部的輸入電路，框外左側(cè)為外部用戶接線，圖中只畫出對(duì)應(yīng)于一個(gè)輸入點(diǎn)的輸入電路，各個(gè)輸入點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電路均相同。數(shù)據(jù)表用來存放各種數(shù)據(jù)，它存儲(chǔ)用戶程序執(zhí)行時(shí)的某些可變參數(shù)值及 A/D 轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量和數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果等。一般要用后備電池（鋰電池）進(jìn)行掉電保護(hù)，以防掉電時(shí)丟失程序。診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的故障，根據(jù)故障或錯(cuò)誤的類型，通過顯示蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 器顯示出相應(yīng)的信息，以提示用戶及時(shí)排除故障或糾正錯(cuò)誤。其作用有以下幾點(diǎn)： 1. 接收、存儲(chǔ)由編程工具輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，并可通過顯示器顯示出程序的內(nèi)容和存儲(chǔ)地址。整體式 PLC 的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，小型機(jī)常采用這種結(jié)構(gòu)。 1977 年 ，我國采用美國 Motorola 公司的一位機(jī)集成芯片，研制成功了國內(nèi)第一臺(tái)有實(shí)用價(jià)值的 PLC。到 90 年代中期之后， PLC 幾乎完全計(jì)算機(jī)化，其速度更快、功能更強(qiáng)， PLC 的各種智能化模塊不斷被開發(fā)出來，一些廠家還推出了 PLC 的計(jì)算機(jī)輔助編程軟件，許多小型 PLC 的性能也不可小視。自然，人們對(duì)控制裝置提出了更高的要求，即經(jīng)濟(jì)、可靠、通用、易變、易修。后來，可編程控制器采用微處理器作為其控制核心，它的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過邏輯控制的范圍，于是人們又將其稱為 Programmable Controller，簡稱 PC。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，道路交通已愈來愈成為社會(huì)活動(dòng)的重要組成部分。同時(shí)隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增 加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進(jìn)入尋常老百姓的家庭。 本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)利用 PLC 來實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的控制。 目前，我國許多大中城市的交通壓力都非常大。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分 。 于是，舊的交通控制系統(tǒng)的弊病和人們?cè)絹碓礁叩囊蠹せ嗣埽乖瓉聿惶怀龅慕煌▎栴}被提上了日程。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第二章 可編程控制器 （ PLC） 概述 PLC 的定義 可編程控制器是以自動(dòng)控制技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，目前它已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。 [1] PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 PLC 是生產(chǎn)力發(fā)展的必然產(chǎn)物。 1971 年，日本引進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)并開始生產(chǎn) PLC， 1973 年，原西德和法國也研制出自己的 PLC。 目前，世界上一些著名電器生產(chǎn)廠家?guī)缀醵荚谏a(chǎn) PLC，產(chǎn)品功能日趨完善、換代周期越來越短。 PLC 的基本組成及其作用 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同， PLC 可分為整體式（也稱箱體式）和組合式（也稱模塊式）兩類。中、大型機(jī)常采用組合式。 4. 執(zhí)行用戶程序。根據(jù)控制要求而編制的應(yīng)用程序稱為用戶程序。工作數(shù)據(jù)是經(jīng)常變化、經(jīng)常存取的，所以這種存儲(chǔ)器必須可讀寫。輸出單元將經(jīng)過 CPU 處理的微弱電信號(hào)通過光電隔離、功率放大等處理，轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備所需要的強(qiáng)點(diǎn)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等。此時(shí) A 點(diǎn)為高電平，該電平經(jīng)濾波器送到內(nèi)部電路中。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 圖 交流輸入電路 圖中，電容 C 為隔直電容，對(duì)交流相當(dāng)于短路。 （ 1）晶體管輸出單元 晶體管輸出單元的電路如圖 所示。 晶體管為無觸點(diǎn)開關(guān)，所以晶體管輸出單元使用壽命長，響應(yīng)速度快。 雙向晶閘管輸出型 PLC 的負(fù)載電源，可以根據(jù)負(fù)載的需要選用直流或交流。 其工作原理為：當(dāng)對(duì)應(yīng)于 J 的內(nèi)部件電器狀態(tài)為 1 時(shí)， J 得電吸合，其常開觸點(diǎn)閉合，負(fù)載得電。輸出只有一個(gè)公共端子的稱為共 點(diǎn)式；分組式是將輸出端子分為若干組，每組共用一個(gè)公共端子；隔離式是具有公共端子的各組輸出點(diǎn)之間互相隔離，可各自使用獨(dú)立的電源。通過外設(shè)端口， PLC 可與外部設(shè)備相連接。每一個(gè)循環(huán)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為一個(gè)掃描周期。公共處理階段所用的時(shí)間一般是固定的，不同機(jī)型的 PLC 有所差異。因?yàn)橛械闹噶顖?zhí)行時(shí)間只有幾個(gè)微秒，而有的則多達(dá)上百個(gè)微秒。自此輸入映像寄存器就與外界隔離，無論輸入點(diǎn)的狀態(tài)怎樣變化，輸入映像寄存器的內(nèi)容都保持不變，一直到下一個(gè)掃描周期的 I/O 刷新階段，才會(huì)寫進(jìn)新內(nèi)容。一個(gè)位對(duì)應(yīng) PLC 的一個(gè)繼電器，某位的狀態(tài)為 1 或 0，分別對(duì)應(yīng)該繼電器線圈得電（ ON）或失電（ OFF）。每 1024 個(gè)字為 1K 字。 PLC 用戶手冊(cè)一般給出執(zhí)行各條指令所用的時(shí)間，可以通過比較各種 PLC 執(zhí)行相同的操作所用的時(shí)間，來衡量掃描速度的快慢。智能單元種類的多少和 功能的強(qiáng)弱是衡量 PLC 產(chǎn)品水平高低的一個(gè)重要指標(biāo)。擴(kuò)展模塊用于增加 I/O 點(diǎn)數(shù)及改變 I/O比例，內(nèi)部無電源，由基本單元或擴(kuò)展單元供電。 PLC 外部輸出用觸點(diǎn)，按照輸出用軟元件的響應(yīng)滯后時(shí)間動(dòng)作。 特殊用途輔助繼電器按照使用方式可以分為： 1）觸點(diǎn)利用型特殊輔助繼電器，其線圈 由 PLC 自動(dòng)驅(qū)動(dòng)，用戶只可使用這些觸點(diǎn)。供信號(hào)報(bào)警器用的狀態(tài)器也屬于停電保持型，它還可以作為診斷外部故障用的輸出。不用作計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)器編號(hào)，可以用作數(shù)值存儲(chǔ)用數(shù)據(jù)寄存器。蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 對(duì)定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的線圈，使用 OUT 指令 后，必須設(shè)置常數(shù)，可通過常數(shù) K 直接指定或用數(shù)據(jù)寄存器編號(hào)間接指定。 表 35 ORB、 ANB 指令 助記符，名稱 功能 回路表示和可用軟元件 程序步 ORB 回路塊或 串聯(lián)回路塊并聯(lián)連接 1 ONB 回路塊與 并聯(lián)回路塊串聯(lián)連接 1 MPS、 MRD、 MPP 指令 如圖 32 所示 ，使用一次 MPS 指令，就將此時(shí)刻的運(yùn)算結(jié)果送入堆棧地第一段存儲(chǔ)。 表 38 MC、 MCR 指令 助記符，名稱 功能 回路表示和可用軟元件 程序步 MC 主控 公共串聯(lián)觸點(diǎn)的連接 3 MCR 主控復(fù)位 公共串聯(lián)觸點(diǎn)的清除 2 PLS、 PLF 指令 使用 PLS 指令時(shí)，僅在驅(qū)動(dòng)輸入為 ON 的一個(gè)掃描周期內(nèi)，軟元件 Y、 M 動(dòng)作，使用 PLF指令時(shí)，僅在驅(qū)動(dòng)輸入為 OFF 的一個(gè)掃描周期內(nèi)，軟元件 Y、 M 動(dòng)作。 表 312 STL、 RET 指令 助記符，名稱 功能 回路表示和可用軟元件 程序步 STL步進(jìn)梯形指令 步進(jìn)梯形圖開始 1 RET返回 步進(jìn)梯形圖結(jié)束 1 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 步進(jìn)梯形指令的特點(diǎn)： 步進(jìn)梯形指令僅對(duì)狀態(tài)器 S 有效，但是對(duì)于用作一般輔助繼電器的狀態(tài)器 S，則不能采用 STL 指令，而只能采用基本指令。 (4) 定時(shí)器線圈與輸出線圈一樣，也可以在不同狀態(tài)間對(duì)同一定時(shí)器軟元件編程，但是，響鈴狀態(tài)下對(duì)同一定時(shí)器編程時(shí)，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)定時(shí)器線圈不斷開，當(dāng)前值不能復(fù)位，因此需要注意在相鄰狀態(tài)不要對(duì)同一定時(shí)器編程。 圖 十字路口交通示意圖 1．交通燈閃亮的過程： 南北主干道： 左轉(zhuǎn)綠（ 20S） 直行綠（ 40S）黃（ 3S） 紅 （ 23S） 南北人行道： 紅（ 23S） 綠 (40S) 綠閃（ 5S） 東西主干道： 紅（ 66S） 左轉(zhuǎn)綠 （ 20S） 直行綠 （ 40S）黃（ 3S） 東西人行道： 紅（ 23S） 綠（ 40S） 綠閃（ 5S） 2．自動(dòng)循環(huán)控制方式 交通燈變化順序表（單循環(huán)周期 132 秒） （ 1） 南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有左行綠燈 20S，直行綠 燈 40S，黃燈 3S 當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈和黃燈；反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈和黃燈。在滿足控制要 求的前提下，應(yīng)盡量減少占用 PLC 的 I/O 點(diǎn)。如圖 所示。 通路口的智能控制 。 當(dāng)然，本系統(tǒng)也可采用通信聯(lián)網(wǎng)，適合于一條道路上多個(gè)十字交 。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 附錄 交通燈程序梯形圖 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 。由于其逼真的外設(shè)、控制要求的多任務(wù)性 , 很好地鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。 同時(shí)，考慮到 PLC的投資與系統(tǒng)的適應(yīng)性等問題，本系統(tǒng)采用小型 PLC為主控制器 。下面是使用 三凌 FX2N 系列 PLC 時(shí)所作的 I/O 分配如表 所示： (所有右轉(zhuǎn) 綠燈為 Y0，紅燈為 Y21) 表 41 I/O 分配 輸入 啟動(dòng) 停止 按鈕 1 按鈕 2 按鈕 3 按鈕 4 X0 X5 X1 X2 X3 X4 輸出 南北 左轉(zhuǎn)道 直行道 人行道 綠 黃 紅 綠 黃 紅 綠 紅 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 Y10 輸出 東西 左轉(zhuǎn)道 直行道 人行道 綠 黃 紅 綠 黃 紅 綠 紅 Y11 Y12 Y13 Y14 Y15 Y16 Y17 Y20 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 第五章 總結(jié) 難點(diǎn)分析 這種定時(shí)控制方式由于采用定時(shí)切換紅綠燈，必然會(huì)產(chǎn)生下述弊端：即當(dāng)某條道路的車流量很大，而此時(shí)另一條道路可能是空道或者車流量相對(duì)少得多的道路，按照這種定時(shí)控制方式，車流量很大道路也要等待紅燈而另一條道路無車卻依然按原定時(shí)間亮綠燈，這種現(xiàn)象是 未能對(duì)道路車輛的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的