【正文】 應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。這是因?yàn)檩斎氩蓸觾H在輸入刷新階段進(jìn)行， PLC 在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間里實(shí)際上是外設(shè)隔離的。輸入接口 11 通過 PLC 的輸入端子接受現(xiàn)場輸入設(shè)備的控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成CPU 所能接受和處理的數(shù)字信號。 【 6】 PLC 的基本結(jié)構(gòu)及原理 1. PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 目前 PLC 種類繁多，功能和指令系統(tǒng)也都各不相同，但都是以微處理器為核心用做工業(yè)控制的專用計(jì)算機(jī)，所以其結(jié)構(gòu)和工作原理都 大致相同，硬件結(jié)構(gòu)與微機(jī)相似。而采用 PLC 控制，由于其硬軟件齊全，為模塊化積木式結(jié)構(gòu)，且已商品化，故僅需按性能、容量等選用組裝，而大量具體的程序編制工作也可在 PLC 到貨前進(jìn)行，因而縮短了設(shè)計(jì)周期，使設(shè)計(jì)和施工可同時(shí)進(jìn)行。在 PLC 的電源電路和輸入 /輸出電路中設(shè)置了多種濾波電路，用以對高頻干 擾信號進(jìn)行有效的抑制。 5. PLC 編程語言的標(biāo)準(zhǔn)化 與個(gè)人計(jì)算機(jī)相比， PLC 的硬件、軟件的體系結(jié)構(gòu)都是封閉的而不是開放的。 【 2】 PLC 的定義 美國國際電工委員會(huì)（ IEC）在 1987 年對可編程序控制器做出如 下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。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，許多大城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，再加上政府大力發(fā)展的道交、出租車，使得車輛越來越多，這不僅要求道路要越來越寬闊，而且要求有新的交通管理模式和交通規(guī)則的出臺(tái)。 I 基于 PLC 交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 現(xiàn)在社會(huì)，交通工具越來越多，從古代的“ 11 路公交車”到后來的馬、馬車以及近代的人力車、自行車、汽車、摩托車等越來越多的交通工具出現(xiàn)。因此，自 80 年代后期，很多城市紛紛擴(kuò)建建城市道路，在道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況?？杀槌绦蚩刂破鳂O其相關(guān)外部設(shè)備，都應(yīng)按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。在硬件方面，各廠家的 CPU 模塊和 I/O 模塊互不通用。 （ 3）對內(nèi)部電源還采用了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保護(hù)供電質(zhì)量。 6. 體積小，維護(hù)操作方便 PLC 體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。主要包括中央處理單元 CPU、存儲(chǔ)器 RAM 和 ROM、輸入輸出接口電路、電源、 I/O 擴(kuò)展接口、外部設(shè)備接口等。 (4) 電源 PLC 的電源是指將外部輸入的交流電經(jīng)過整流、濾波、穩(wěn)壓等處理 后轉(zhuǎn)換成滿足 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出接口等內(nèi)部電路工作所需要的直流電源電路或電源模塊。而工業(yè)現(xiàn)場的干擾常常是脈沖式的、短時(shí)的，由于系統(tǒng)響應(yīng)較慢，往往要幾個(gè)掃描周期才響應(yīng)一次，而多次掃描后，因瞬間干擾而引起的誤操作將會(huì)大大減少，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。在東西紅燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持 2s，到 2s 時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)南北紅燈熄滅，綠燈亮。無協(xié)議通訊不適合上、下位機(jī)的通訊，而且一般 PLC 廠家都提有協(xié)議的通訊模塊，以 OMRON 為例，它與上位機(jī)通訊是利用 PS432 口，使用 HOSTLINK 通訊協(xié)議，用 OMRONPLC構(gòu)成上，下位機(jī)結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)分為兩類：一類使系統(tǒng)僅由一臺(tái) PLC 和一臺(tái)微機(jī)組成，及點(diǎn)對點(diǎn)通訊。因此，合理選擇 PLC，對于提高PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起著重要的作用。大型 PLC 多采用在線編程。一般地一個(gè)用可編程序控制器控制的可逆直流傳動(dòng)系統(tǒng)大約需 12個(gè)輸入點(diǎn)和 8個(gè)輸出點(diǎn) 一個(gè)不可逆的直流傳動(dòng)系統(tǒng)需 9 個(gè)輸入點(diǎn)和 6 個(gè)輸出點(diǎn)。輸出模塊同時(shí)接通點(diǎn)數(shù)的電流累計(jì)值必須小于公共端所允許通過的電流值。對于同樣的系統(tǒng)，不同用戶編寫的程序可能會(huì)使程序長短和執(zhí)行時(shí)間差距很大。 可編程序控制器的控制功能都是以程序的形式來體現(xiàn)．程序設(shè)計(jì)通常采用邏輯設(shè)計(jì)法，它是以布爾代數(shù)為理論基礎(chǔ)，根據(jù)生產(chǎn)過程各工步之間各檢測元件狀態(tài)的不同組合和變化，確定所需的中間環(huán)節(jié) (如中間繼電器 )=再按各執(zhí)行元件所應(yīng)滿足的 動(dòng)作節(jié)拍表，分別列寫出各自川相應(yīng)的檢測元件及中間環(huán)節(jié)狀態(tài)邏輯疽表示的布爾表達(dá)式，最后用觸點(diǎn)的串并聯(lián)組合在電路 l 進(jìn)行邏輯表達(dá)式的物理實(shí)現(xiàn)一町編程序控制器的輔助繼電器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、狀態(tài)器數(shù)量相當(dāng)大，且這些器件的觸點(diǎn)為無限多個(gè)。 II is limited by the level of corporate governance, Chinese enterprises are in a planned economy to a market economy over the stage, the majority of enterprises still in a single product, the production status of the major domestic marketoriented, but also retain some of the characteristics of the planned economy model, nonstandardized management model, businesstoachieve sufficient understanding of the significance of CIPS. In recent years, vigorous development of domestic enterprises, China39。 可編程序控制器軟件設(shè)計(jì)就不用考慮觸頭的數(shù)量。 綜上所述，推薦下面的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式： 總存儲(chǔ)器字?jǐn)?shù) =(開關(guān)量輸人點(diǎn)數(shù) +開關(guān)量 輸出點(diǎn)數(shù) ) 10。 【 13】 內(nèi)存估計(jì) 用戶程序所需內(nèi)存容量受到下面幾個(gè)因素的影響：內(nèi)存利用率，開關(guān)量輸入輸出點(diǎn)數(shù)，模擬量輸入輸出點(diǎn)數(shù)，用戶的編程水平。此表在實(shí)際確定控制對象的 I/O點(diǎn)數(shù)時(shí)有一定的參考價(jià)值。對于產(chǎn)品定型的設(shè)備和工藝不常變動(dòng)的設(shè)備，應(yīng)用離線編程的 PLC；反之，可考慮選用在線編程的 PLC。具體應(yīng)考慮以下幾方面： 1. 結(jié)構(gòu)合理 對于工藝過程比較固定、環(huán)境條件較 好 (維修量較小 )的場合，選用整體式結(jié)構(gòu) PLC 其他情況則選用模塊式結(jié)構(gòu) PLC。 1. 通訊協(xié)議 OMRONPLC 的通訊采用應(yīng)答模式 20 通訊時(shí)首先從上位機(jī)向下位機(jī) PLC 發(fā)出指令， PLC 接受命令執(zhí)行后，向上位機(jī)發(fā)出回應(yīng)信號和數(shù)據(jù)。南北紅燈亮維持 25s 然后閃亮 3s 后熄滅，同時(shí)南北紅燈亮維持 2s 熄滅。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了 PLC 的應(yīng)用。 【 7】 PLC 的國內(nèi)外狀 況 13 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。 (6) PLC 的基本工作原理 PLC 采用的是循環(huán)掃描工作方式。 如圖 11 所示， PLC 控制系統(tǒng)由輸入量 — PLC— 輸出量組成，外部的各種開關(guān)信號、模擬信號、傳感器檢測的各種信號均作為 PLC 的輸入量，它們經(jīng) PLC 外部輸入端子，作為 PLC 的輸出量對外圍設(shè)備進(jìn)行各種控制。 7. 易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化 8 PLC 可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 （ 4）內(nèi)部設(shè)置了連鎖、環(huán)境檢測與診斷、 watchdog（“看門狗”）等電路，一旦發(fā)現(xiàn)故障或程序循環(huán)執(zhí)行時(shí)間超過了警戒時(shí)鐘（ WDT）規(guī)定時(shí)間（預(yù)示程序進(jìn)入了死循 環(huán)），立即報(bào)警，以保證 CPU 可靠運(yùn)行。為了解 決這一問題， IEC 制定了可遍程序控制器標(biāo)準(zhǔn)。這也是區(qū)別與一般微機(jī)控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。而城市道路多十字路口、多交叉的特點(diǎn)，也決定了城市道路的交通狀況必然受這種路況的制約。近年來隨著科技的飛速發(fā)展。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 不同的城市有不同城市的問題，但共性就是混合交通流問題。價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位 .但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特 別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差 .【 1】 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更新，它必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個(gè)開展系統(tǒng)重新配置 .為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會(huì)招標(biāo)，對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： 1. 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 ； 2. 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) ； 3. 可靠性高于 繼電器控制裝置 ； 4. 體積小于繼電器控制盤 ； 5. 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī) ； 6. 成本可與繼電器控制盤競爭 ； 7. 輸入可以是交流 150V 以上 ； 8. 輸出為交流 115V，容量要求在 2A以上，可直接驅(qū)動(dòng)接觸器，電磁閥等 ； 9. 擴(kuò)展時(shí)原系統(tǒng)改變最小 ； 10. 用戶存儲(chǔ)器至少能擴(kuò)張到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時(shí)汽車裝配過程的需要） 。 4. 基于 PC 的編程軟件取代編程器 隨著計(jì)算機(jī)的日益普及，越來越多的用戶使用基于個(gè)人計(jì)算機(jī)上的編程軟件。這種光電隔離措施，使外部電路與內(nèi)部電路之間避免了電的聯(lián)系，可有效的抑制外部干擾源對于 PLC 的影響，同時(shí)防止外部高電壓串入，從而減少故障和誤操作。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、 及報(bào)表生成等功能。 9. 通信聯(lián)網(wǎng) 功能 通信聯(lián)網(wǎng)功能是指通過 PLC 之間的聯(lián)網(wǎng)、 PLC 與上位機(jī)的鏈接等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程 I/O 控制或數(shù)據(jù)交換，以完成較大規(guī)模系統(tǒng)的復(fù)雜控制。 二大部分是用戶存儲(chǔ)器，包括用戶程序存儲(chǔ)區(qū)及工作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)。反之，若在本次刷新之后輸入變量才發(fā)生變化，則本次掃描輸出不變，而要到下一次掃描的 I/O 刷新期間輸出才會(huì)發(fā)生變化。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 1. 南北紅燈不能同時(shí)亮：如果同時(shí)亮應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并立刻報(bào)警； 2. 南北紅燈亮維持 25s。下面我們以 OMRONPLC 為例作一介紹 。 利用設(shè)備配置向?qū)Ь涂梢酝瓿纱型ㄓ嵎绞降?I/O 設(shè)備安裝，安裝過程簡單、方便。中、小型 PLC：多采用離線編程。 (3)控制直流電動(dòng)機(jī)所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)：晶閘管直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)足直流調(diào)速的主要形式，它采用晶閘管整流裝置對直流電動(dòng)機(jī)供電。 輸出模塊的任務(wù)是將機(jī)器內(nèi)部信號電平轉(zhuǎn)換為外部過程的控制信號。 26 在只有模擬量輸入的系統(tǒng)中，一般要對模擬量進(jìn)行讀入、數(shù)字濾波編成子程序使用，這樣會(huì)使所占內(nèi)存大大減少，特別是在模擬量路數(shù)比較多時(shí)，每一路模擬量所需的內(nèi)存數(shù)會(huì)明顯減少。在系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程中，用戶常面臨 PLC 的編程問題，用戶應(yīng)當(dāng)對所選擇的產(chǎn)品的軟件功能有所了解。另外由于 IST 本身具有通訊聯(lián)網(wǎng)功能 , 將同一條道路上的信號組成局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理 , 可縮短車輛通行等候時(shí)間。 首先對可編程序控制器外部接線作仔細(xì)檢查，外部接線一定要準(zhǔn)確、無誤。 【 15】 響應(yīng)時(shí)間 對過程控制，掃描周期和響應(yīng)時(shí)間必須認(rèn)真考慮。我們把一個(gè)程序段中的接點(diǎn)數(shù)與存放該程序段所代表的機(jī)器語言所需的內(nèi)存字?jǐn)?shù)的比值稱為內(nèi)存利用率。 I/O 點(diǎn)數(shù)是衡量可編程序控制器規(guī)模大小的重要指標(biāo)。 (2)控制交流電動(dòng)機(jī)所需的 I/O 點(diǎn)數(shù)。 對于控制比較復(fù)雜、控制功能要求高的工程項(xiàng)目，例如要求實(shí)現(xiàn) PID運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等，可視控制規(guī)模及復(fù)雜的程度，選用中檔或高檔機(jī)。校碼兩個(gè)字節(jié)，用戶計(jì)算得到呢，每幀最后用 “*” 和回車結(jié)尾。 設(shè)計(jì)步驟 更具控制要求，畫出交通燈的狀態(tài)圖，如圖 21 所示。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。人們很快將其引入可編程控制器，使PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。 a. 輸入刷新階段 在輸入刷新階段， CPU 掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。運(yùn)算器也稱為算術(shù)邏輯單元，它的功能就是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。 1. 定時(shí) /記數(shù)控制功能 定時(shí) /記數(shù)控制功能指用 PLC 提供 的定時(shí)器、記數(shù)器指令實(shí)現(xiàn)對某種操作的定時(shí)或記數(shù)控制，以取代時(shí)間繼電器和記數(shù)繼電器。 （ 7）采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 7. 組態(tài)軟件與 PLC 的軟件化 個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）的價(jià)格便宜，有很強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、通信和人