【文章內(nèi)容簡介】 硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠程 I/O模塊、各種特殊功能模塊。并擴大了存儲器的容量，使各種邏輯線圈的數(shù)量增加，還提供了一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寄存器，使 PLC 的應用范圍得以擴大。近期的 PLC（80 年代中、后期至今）進入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場價格大幅度下跌，使得各種類型的 PLC 所采用的微處理器的檔次普遍提高。而且，為了進一步提高 PLC 的處理速度，各制造廠商還紛紛研制開發(fā)了專用邏輯處理芯片。這樣使得 PLC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化. PLC 發(fā)展趨勢1．向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高 PLC 的處理能力，要求 PLC 具有更好的響應速度和更大的存儲容量。目前，有的 PLC 的掃描速度可達 。PLC 的掃描速度已成為很重要的一個性能指標。2．向超大型、超小型兩個方向發(fā)展當前中小型 PLC 比較多，為了適應市場的多種需要，今后 PLC 要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個方向發(fā)展?，F(xiàn)已有 I/O 點數(shù)達 14336點的超大型 PLC，其使用 32 位微處理器，多 CPU 并行工作和大容量存儲器，功能強。3．PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力為滿足各種自動化控制系統(tǒng)的要求，近年來不斷開發(fā)出許多功能模塊，如高速計數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠程 I/O 模塊、通信和人機接口模塊等。這些帶 CPU 和存儲器的智能 I/O 模塊，既擴展了 PLC 功能，又使用靈活方便，擴大了 PLC 應用范圍。4．增強外部故障的檢測與處理能力根據(jù)統(tǒng)計資料表明：在 PLC 控制系統(tǒng)的故障中，CPU 占 5%，I/O 接口占15%，輸入設備占 45%，輸出設備占 30%，線路占 5%。前二項共 20%故障屬于PLC 的內(nèi)部故障，它可通過 PLC 本身的軟、硬件實現(xiàn)檢測、處理；而其余 80%的故障屬于 PLC 的外部故障。因此，PLC 生產(chǎn)廠家都致力于研制、發(fā)展用于檢測外部故障的專用智能模塊，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。5．編程語言多樣化在 PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時，PLC 的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語言外，為了適應各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進編程語言、面向過程控制的流程圖語言、與計算機兼容的高級語言（BASIC、C 語言等）等。多種編程語言的并存、互補與發(fā)展是PLC 進步的一種趨勢。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。CPU模塊I/O模塊編程器電源接口圖 21 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 的基本結(jié)構(gòu)：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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。PLC 常用的存儲器類型：（1）RAM（Random Assess Memory）這是一種讀/寫存儲器(隨機存儲器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。 （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)（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是一種電可擦除的只讀存儲器。使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進行修改。PLC 存儲空間的分配：雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC 的工作原理，其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：（1）系統(tǒng)程序存儲區(qū)；（2）系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)（包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設備等） ；（3）用戶程序存儲區(qū)。系統(tǒng)程序存儲區(qū)：在系統(tǒng)程序存儲區(qū)中存放著相當于計算機操作系統(tǒng)的系統(tǒng)程序。包括監(jiān)控程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統(tǒng)診斷子程序等。由制造廠商將其固化在 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC 的性能。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。（1）I/O 映象區(qū)：由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，在輸出刷新階段才將輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)送至相應的外設。因此，它需要一定數(shù)量的存儲單元(RAM)以存放 I/O 的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，這些單元稱作 I/O映象區(qū)。一個開關(guān)量 I/O 占用存儲單元中的一個位（bit） ，一個模擬量 I/O 占用存儲單元中的一個字（16 個 bit） 。因此整個 I/O 映象區(qū)可看作兩個部分組成：開關(guān)量 I/O 映象區(qū)；模擬量 I/O 映象區(qū)。 （2）系統(tǒng)軟設備存儲區(qū) ：除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)還包括 PLC 內(nèi)部各類軟設備（邏輯線圈、計時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等）的存儲區(qū)。該存儲區(qū)又分為具有失電保持的存儲區(qū)域和無失電保持的存儲區(qū)域，前者在 PLC 斷電時，由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會遺失；后者當 PLC 斷電時，數(shù)據(jù)被清零。，每個邏輯線圈占用系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中的一個位，但不能直接驅(qū)動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。 另外，不同的 PLC還提供數(shù)量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。I/O 一樣，每個數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中的一個字(16 bits)。 另外，PLC 還提供數(shù)量不等的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。 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。電源：PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可得電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 PLC 的工作原理PLC 是采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的方式進行工作的。即在 PLC 運行時，CPU 根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號（或地址號）作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。PLC 的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。PLC 在輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序?qū)⑺袝捍嬖谳斎腈i存器中的輸入端子的通斷狀態(tài)或輸入數(shù)據(jù)讀入，并將其寫入各對應的輸入狀態(tài)寄存器中，即刷新輸入。隨即關(guān)閉輸入端口，進入程序執(zhí)行階段。PLC 在程序執(zhí)行階段：按用戶程序指令存放的先后順序掃描執(zhí)行每條指令，經(jīng)相應的運算和處理后，其結(jié)果再寫入輸出狀態(tài)寄存器中，輸出狀態(tài)寄存器中所有的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而改變。輸出刷新階段：當所有指令執(zhí)行完畢，輸出狀態(tài)寄存器的通斷狀態(tài)在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式（繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅(qū)動相應輸出設備工作。 本章小結(jié)本章結(jié)合系統(tǒng)設計所需要的核心 PLC，講述了 PLC 的基本定義、發(fā)展階段與趨勢，并對 PLC 的基本結(jié)構(gòu)與工作原理進行了介紹。對于他們的其他產(chǎn)品與功能在后面的章節(jié)中會詳細的介紹。第三章 停車場管理系統(tǒng)的總體設計方案 車輛出入庫管理系統(tǒng)設計 車輛出入庫管理系統(tǒng)工作流程圖圖 31 車輛出入庫管理系統(tǒng)工作流程圖道閘在關(guān)閉位置自動 手動觸動稱重傳感器 1觸動稱重傳感器 2按下觸摸屏打開控制檢測到正確的IC 卡信號 道閘打開否車輛出庫車輛進庫經(jīng)過光電傳感器 1，再經(jīng)過2,寄存器加 1觸動稱重傳感器 2經(jīng)過光電傳感器 2，再經(jīng)過1,寄存器減 1觸動稱重傳感器 1車輛出入庫經(jīng)過兩個光電傳感器，寄存器相應加減 1否按下觸摸屏關(guān)閉控制道閘關(guān)閉結(jié)束否道閘打開否否道閘打開開始上圖是設計的車輛管理系統(tǒng)工作流程圖，其中包括很多功能，有車輛的檢測識別功能，車輛計數(shù)功能，道閘自動開關(guān)功能，還有一個是報警系統(tǒng)功能，在下文獨立說明。下圖是車輛管理系統(tǒng)示意圖：圖 32 車輛出入庫單道管理示意圖 系統(tǒng)功能構(gòu)成及相關(guān)元器件汽車檢測功能汽車檢測的功能主要表現(xiàn)在對車輛身份的識別與車輛到位的檢測,當檢測功能完成時，所啟動了道閘開關(guān)系統(tǒng)，使用的設備儀器主要有刷卡儀器和稱重傳感器。身份識別：當車輛準備進車庫時，停在刷卡區(qū)旁，車主使用 IC 信息卡，通過刷卡儀器，檢測正確后將車主信號傳到 PLC 控制器中，完成身份識別。車輛到位檢測：在車輛停在刷卡區(qū)的同時，汽車觸動 1稱重傳感器，管理系統(tǒng)檢測到壓力傳感信號，有車輛準備進入車庫。道閘開關(guān)功能 道閘開關(guān)主要是通過 PLC 控制電動機正反轉(zhuǎn)與到位開關(guān)實現(xiàn)的，所使用的設備主要有電動機和到位開關(guān)。當車輛準備進車庫，在完成汽車檢測時，PLC 控制電動機正轉(zhuǎn)，道閘打開，車輛開進并觸動 2稱重傳感器，PLC 控制電動機反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉；當車輛準備出車庫，在車輛觸動 2光電傳感器時，PLC 控制電動機正轉(zhuǎn)，道閘打開，車輛出道閘并觸動 1稱重傳感器，PLC 控制電動機反轉(zhuǎn)，道閘關(guān)閉。車輛計數(shù)功能車輛計數(shù)主要是通過 PLC 處理兩個光電傳感器信號，完成車輛計數(shù)功能。當車輛觸動 1光電傳感器，再觸動 2光電傳感器，PLC 寄存器加 1，當車輛觸動 2光電傳感器，再觸動 1光電傳感器時，PLC 寄存器減 1，兩個光電傳感器的位置如圖 32 所示。車位顯示功能圖 33 控制面板圖最上邊是車位顯示指示燈，用來顯示停車場是否有空位，當綠燈一直亮著時就表示這個時候停車場還有空位，當紅燈亮的時候就說明這個停車場沒有空位了。中間的是用來停止和啟動控制系統(tǒng)的，開始時按下啟動按鈕然后對應的指示燈就會亮，說明該系統(tǒng)正在運行當中，按下停止按鈕系統(tǒng)就停止運行。最下邊的兩個指示燈分別用來顯示當有車進出停車場的時候，傳感器接收到信號后，對應的燈就會亮一下，是用來監(jiān)視進出情況用的，即某一段時間停車場的進出頻繁程度用的。當車輛計數(shù)功能中計數(shù)達到停車場車位數(shù)時，