【正文】 的性能。 數(shù)據(jù)處理指令，用于處理數(shù)據(jù)，如譯碼，編碼，傳送、移位等等。大型機(jī)的 DM 可達(dá) 10K 以至幾十 K?？蛇M(jìn)行什么樣的計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)范圍多大，怎么設(shè)定，有多少計(jì)數(shù)器，則是 PLC 計(jì)數(shù)器性能的代表指標(biāo)。一般講，內(nèi)部繼電器數(shù)比 I/O 繼電器要多得多。但通過(guò)運(yùn)行程序進(jìn)行 使用時(shí)，給使用者提供的卻實(shí)實(shí)在在有這些器件。 CPU既要具備訪(fǎng)問(wèn)這些內(nèi)存的能力，還應(yīng)提供相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)。輸入的有條碼讀入器，輸入模擬量的電位器等。 監(jiān)控設(shè)備：小的有數(shù)據(jù)監(jiān)視器，可監(jiān)視數(shù)據(jù)；大的還可能有圖形監(jiān)視器，可通過(guò)畫(huà)面監(jiān)視數(shù)據(jù)。 盡 管用 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制可不用外部設(shè)備，配置好合適的模塊就行了。 除上述模塊， PLC 還有特殊的或稱(chēng)智能或稱(chēng)功能模塊。 I/O 模塊，它集成了 I/O 電路，并依點(diǎn)數(shù)及電路類(lèi)型劃分為不同規(guī)格的模塊。 一般講，規(guī)模大的 PLC，檔次高的 PLC 模塊的種類(lèi)也多，規(guī)格也多，反映它的特點(diǎn)的性能指標(biāo)也高。如控制規(guī)模為 1024 點(diǎn)，那就得有 1024條 I/O 電路。因?yàn)橐?guī)模大了，用戶(hù)程序也長(zhǎng)，執(zhí)行指令的速度不快，勢(shì)必延長(zhǎng) PLC 循環(huán)的時(shí)間，也必然會(huì)延長(zhǎng) PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)。 這個(gè)效果可從兩個(gè)方面來(lái)衡量：一是能否對(duì)幾個(gè)輸入信號(hào)作快速響應(yīng)；二是快速響應(yīng)的速度有多快。不理想時(shí)，還要多延長(zhǎng)一個(gè)周期。少的幾十條，多的幾百條。對(duì)元件映象寄存器來(lái)說(shuō)，每一個(gè)元件（軟繼電器）的狀態(tài)都會(huì)隨著程序執(zhí)行過(guò)程的變化而變化。 PLC 的工作原理 可編程控制器 屬于工業(yè)控制計(jì)算機(jī) ,它的工作原理是建立在計(jì)算機(jī)工作原理基礎(chǔ)之上的 ,通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn) .執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí) ,需要各種現(xiàn)場(chǎng)信息 ,如果這些現(xiàn)場(chǎng)信息 (例如按鈕 SB 接通或斷開(kāi) )已經(jīng)送到 PLC 的輸入端口 ,PLC 將采用所有輸入信息號(hào)存放到 輸入映像寄存器中，執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)所需輸入狀態(tài)均在輸入映像寄存器中取用?，F(xiàn)在幾乎所有的 PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有 RS232接口，通過(guò)雙絞線(xiàn)、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。 3 模擬量：按信號(hào)類(lèi)型分，有電流型（ 420mA,020mA ）、 電 壓 型（ 010V,05V,1010V）等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等 按 I/O 點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能 管 理的基本配置的能力， 即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 （三）電源 PLC 的電源在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要得作用。 （ 3） EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)，這是一種電可擦除的只讀存儲(chǔ)器，使用編程器就能很容 易地對(duì)其所存儲(chǔ)的內(nèi)容進(jìn)行修改。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 如圖所示 12 （一） 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。 (4)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 PLC 用存儲(chǔ)邏輯代替接線(xiàn)邏輯，大大減少了控 制設(shè)備外部的接線(xiàn)，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來(lái)?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。預(yù)計(jì)今后幾年 CNC 系統(tǒng)將變成以 PLC 為主體的控制和管理系統(tǒng)。 （ 3）閉環(huán)過(guò)程控制 PLC 能控制大量的物理參數(shù)，如溫度、壓力、速度和流量等。但近年來(lái) 由于微處理器芯片及有關(guān)元件價(jià)格大大下降 ,使 PLC 的成本下降 ,同時(shí)又由于PLC 的功能大大增強(qiáng) ,使 PLC 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛 ,廣泛應(yīng)用于鋼鐵、水泥、石油、化工、采礦、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)、造紙、紡織、環(huán)保等行業(yè)。 當(dāng)前，我 國(guó)交通建設(shè)也應(yīng)用 PLC 控制，適用性特強(qiáng)，軟件，硬件通過(guò)用 PLC控制有很高的自動(dòng)化，更能安全管理和控制 ，它的作用在我過(guò)交通建設(shè)方面極為重要。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車(chē)流量繁忙的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)待解決的主要問(wèn)題。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車(chē)放行，以免發(fā)生交通事故。 1868 年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 它的出現(xiàn) 使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著社會(huì)主義 的建設(shè)，城市的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，城市的交通也在不斷的提高和改進(jìn)，交通的順暢已經(jīng)成為制約社會(huì)主義建設(shè)的一個(gè)重要因素。 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展， PLC的正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。 電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成， 1914 年始安裝于紐約市 5號(hào)大街的一座高塔上?，F(xiàn)階段，許多設(shè)計(jì)工作者又設(shè)計(jì)出許多智能化，自動(dòng)化，數(shù)字化等更先進(jìn)的交通燈控制方案，這更方便于維護(hù)管理，給人們提供了更加便利的交通環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì) ,可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。 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(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型的工業(yè)自動(dòng)控制設(shè)備，它以微 處理為核心，集自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為一體，廣泛應(yīng)用于自動(dòng)化的各個(gè)領(lǐng)域。如注塑機(jī)、印刷機(jī)械、訂書(shū)機(jī)械、隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展， PLC 的功能也越來(lái) 越強(qiáng)大，更多地具有計(jì)算機(jī)的功能，所以又簡(jiǎn)稱(chēng) PC（ PROGRAMMABLE CONTROLLER），但是為了不和 切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線(xiàn)、電鍍流水線(xiàn)及電梯控制等。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中，出現(xiàn)了把支持順序控制的 PLC 和計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（ CNC）設(shè)備緊密結(jié)合的趨向。 PLC的特點(diǎn) (1) 抗干擾能力強(qiáng)，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(jī)械 觸頭，使設(shè)備連線(xiàn)復(fù)雜，由于器件的老化、脫焊、觸頭的抖動(dòng)及觸頭在開(kāi)閉時(shí)受電弧的損害大大降 低了系統(tǒng)的可靠性。加上 PLC 通信能力的增 11 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。 (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。 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC的系統(tǒng)程 序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 (2)系 統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類(lèi)軟設(shè)備如：邏輯線(xiàn)圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器、等存儲(chǔ)器。 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(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 2. 監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。當(dāng)輸入映象寄存器被刷新后，進(jìn)入程序執(zhí)行階段，當(dāng)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(wú)論輸入信號(hào)如何變化，其內(nèi)容都保持不變，直到下一個(gè)掃描周期和采樣階段開(kāi)始，才重新向輸入端寫(xiě)入新內(nèi)容。工作速度是 PLC 工作的基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)間當(dāng)然越短越好，已從微秒 級(jí)縮短到零點(diǎn)微秒級(jí)。對(duì)一般的輸入信號(hào)，這個(gè)延遲雖可以接受，但對(duì)急需 響應(yīng)的輸入信號(hào)，就不能接受了。 工作速度關(guān)系到 PLC 對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度，是 PLC 對(duì)系統(tǒng)控制是否及時(shí)的前提。 控制 規(guī)模還與內(nèi)存區(qū)的大小有關(guān)。 控制規(guī)模還與 PLC 指令系統(tǒng)有關(guān)。但功能則多樣些，以至于集成為箱體。 底板、機(jī)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(xiàn)。智能模塊的種類(lèi)、特性也大不相同，性能好的 PLC，這些模塊種類(lèi)多，性能也好。 PLC 的外部設(shè)備有四大類(lèi)： 編程設(shè)備：簡(jiǎn)單的為簡(jiǎn)易編程器，多只接受助記將編程，個(gè)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）。 存儲(chǔ)設(shè)備：它用于永久性地存儲(chǔ)用戶(hù)數(shù)據(jù)，使用戶(hù)程序不丟失。 外部設(shè)備已發(fā)展成為 PLC 系統(tǒng)的不可分割的一個(gè)部分。從發(fā)展趨勢(shì)看，內(nèi)存容量總是在不斷增大著。 PLC 內(nèi)部器件有： I/O 繼電器，或稱(chēng)映射區(qū)。保持繼電器可增強(qiáng) PLC控制能力，特別對(duì)記錄故障，故障排除后恢復(fù)運(yùn)行，更顯得有用。這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)的大小代表 PLC的性能也是越大越好。 （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。 PLC的用戶(hù)程序一般是從零地址的指令開(kāi)始執(zhí)行 ，按順序推進(jìn)。 從本質(zhì)上講， PLC 所能識(shí)別的只是機(jī)器語(yǔ)言。由于它是用圖形表達(dá)，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫(huà)面的編程器，才能使用它。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。如 GE－ FANAC 的 PLC 就提供有可用 C 語(yǔ)言編程的軟件。這方面的軟件已日益受到重視。 24 鑒于可靠工作是 PLC 的重要特點(diǎn)，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(biāo)。 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(shuō)明： 符號(hào) 功 能 梯形圖表示 操作元件 LD（?。? 常開(kāi)觸點(diǎn)與母線(xiàn)相連 X， Y， M， T， C,S LDI（取反）常閉觸點(diǎn)與母線(xiàn)相連 X， Y， M， T， C,S OUT（輸出） 線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng) Y， M， T， C， S,F LD與 LDI 指令用于與母線(xiàn)相連的接點(diǎn)，此外還可用于分支電路的起點(diǎn)。 將分支電路（并聯(lián)電路塊）與前面的電路串聯(lián)連接時(shí)使用 ANB 指令，各并聯(lián)電路塊的起點(diǎn)，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(gè)電路塊串聯(lián)連接，應(yīng)在每個(gè)串聯(lián)電路塊之后使用一個(gè) ANB 指令，用這種方法編程時(shí)串聯(lián)電路塊的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，若集中使用 ANB 指令，最多使用 7 次。 結(jié)束 28 第三章 交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成 。 在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮并維持 2s，然后東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，南北綠燈亮； 東西紅燈亮并維持 30s；與此同時(shí)，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(shí)，南北黃燈亮維持 2s 后熄滅；同時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮。 8 萬(wàn)光毅 ,嚴(yán)義 .單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2021.