【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 發(fā)控制系統(tǒng)軟件，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化、信息化，為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。（3）目前，PLC的功能增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化，IO模塊趨向分散化、智能化，編程工具和編程語(yǔ)言更具標(biāo)準(zhǔn)化和高級(jí)化。（4）PLC的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強(qiáng)，向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。(5)現(xiàn)在的PLC系統(tǒng)與DCS技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線IO技術(shù)相結(jié)合,結(jié)構(gòu)開放、擴(kuò)展方便、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格低廉。由以上分析可以預(yù)見，未來(lái)PLC將朝著多功能化、集成化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、開放化的方向發(fā)展,故PLC雖然面臨其它自動(dòng)化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn),但同時(shí)也在吸收它們的優(yōu)點(diǎn),互相融合,不斷創(chuàng)新,在今后一段時(shí)間內(nèi)將與其它先進(jìn)控制方式并存,共同發(fā)展[9]。 可編程序控制器PLC的分類可編程序控制器PLC的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對(duì)PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點(diǎn)數(shù)的多少等進(jìn)行大致分類。按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。整體式PLC整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC 由不同I/O點(diǎn)數(shù)的基本單元（又稱主機(jī)）和擴(kuò)展單元組成。基本單元內(nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴(kuò)展單元相連的擴(kuò)展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴(kuò)展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU[7]?；締卧蛿U(kuò)展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，使其功能得以擴(kuò)展。模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別做成若干個(gè)單獨(dú)的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框 架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點(diǎn)是配 置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴(kuò)展和維修。大、中型 PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨(dú)立的模塊，但它們之間是靠電纜進(jìn)行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧[6]。（2）按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。低檔PLC具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機(jī)控制系統(tǒng)。中檔PLC除具有低檔PLC的功能外，還具有較強(qiáng)的模擬量輸入/輸出、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。高檔PLC 除具有中檔機(jī)的功能外，還增加了帶符號(hào)算術(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、位邏輯運(yùn)算、平方根運(yùn)算及其它特殊功能函數(shù)的運(yùn)算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機(jī)具 有更強(qiáng)的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工廠 自動(dòng)化。（3）按I/O點(diǎn)數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點(diǎn)數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。小型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)小于256點(diǎn)；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲(chǔ)器容量4K 字以下。中型PLC——I/O點(diǎn)數(shù)256～2048點(diǎn)；雙CPU，用戶存儲(chǔ)器容量2～8K。大型PLC——I/O點(diǎn)數(shù) 2048點(diǎn)；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲(chǔ)器容量8～,共同發(fā)展。CPU的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體[4]。模塊式PLC包 括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)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(gè)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(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)和編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后 再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運(yùn)算器、 控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外 圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是PLC不可缺少的組成單元。在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析CPU的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng) 有足夠的理解。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。但 工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。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。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。I/O模塊：PLC與電氣回路的接口是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)輸入（DI）開關(guān)輸入量（DO）模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC,110VAC,24VDC,按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號(hào)類型分，有電流型（420Ma,020mA）,電壓型等，按精度分有12bit，14bit，16bit等。出來(lái)上述通用的IO外，還有特殊的I/O模塊，如熱電阻，熱電偶，脈沖等模塊。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，但是其最大數(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。電源模塊：PLC的電源用于為PLC的各模塊的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有時(shí)還為輸入電路提供24V的工作電源，電源輸入類型有：交流電源（220VAC/110VAC）直流電源（常用的為24VDC），底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。 PLC的選擇PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場(chǎng)安裝和控制室安裝兩類；按CPU的字長(zhǎng)分為1位、4位、8位、16位、32位、64位等，從應(yīng)用的角度出發(fā)，通?？砂垂δ芸刂苹蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。整體型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)，模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理的選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)，功能擴(kuò)展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。 輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對(duì)輸入輸出模塊，應(yīng)考慮信號(hào)電平、信號(hào)傳輸距離、信號(hào)供電方式等應(yīng)用要求。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)，可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng)用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴(kuò)展機(jī)架或遠(yuǎn)程I/O機(jī)架等[9]。 電源的選擇PLC的供電電源，除了引進(jìn)設(shè)備時(shí)同時(shí)引進(jìn)PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明書要求設(shè)計(jì)和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計(jì)選用220VAC電源，與國(guó)內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電[10]。為防止外部高電壓電源因誤操作而引入PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離。第3章 各部分硬件設(shè)計(jì) PLC的外連電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的隧道口信號(hào)燈控制器電路原理圖。利用可行的傳感器探測(cè)汽車到達(dá)隧道口的信號(hào)，本設(shè)計(jì)所采用的傳感器是光電傳感器，去感知汽車到達(dá)，作為輸入設(shè)備，輸入信號(hào)送入到PLC中，作為對(duì)來(lái)自傳感器輸入信號(hào)的響應(yīng)，PLC產(chǎn)生輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)信號(hào)等工作，從而實(shí)現(xiàn)隧道隧道口紅綠燈的變化。PLC還接受來(lái)自隧道口中兩個(gè)故障停止工作開關(guān)的輸入信號(hào)一個(gè)安裝在距A隧道口130m處，另一個(gè)安裝在距A隧道口260m處，它們用于處理故障情況下信號(hào)燈的停止控制從設(shè)計(jì)要求中可以看出，設(shè)計(jì)需要PLC的輸入輸出點(diǎn)數(shù)并不多，輸入點(diǎn)中兩個(gè)點(diǎn)是由傳感器采集到的信號(hào)輸入信號(hào)。一個(gè)點(diǎn)是起?？刂崎_關(guān)，另外兩個(gè)輸入點(diǎn)是故障控制系統(tǒng)停止開關(guān)，輸入點(diǎn)一共是五個(gè)點(diǎn)。輸出點(diǎn)接隧道口的四個(gè)紅綠指示燈，和一個(gè)報(bào)警電鈴。因此可以確定其硬件部分主要有PLC，光電傳感器、紅綠交通信號(hào)燈，報(bào)警電鈴以及一些輔助設(shè)備組成。圖31 PLC外部接線圖 系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計(jì)是利用PLC接受紅外傳感器接收的信號(hào)和手動(dòng)控制信號(hào)，然后通過PLC發(fā)送控制信號(hào)，控制各個(gè)交通燈的亮滅，從而達(dá)到指揮交通，避免發(fā)生交通事故的效果。如圖32所示。報(bào)警電鈴B口綠燈B口紅燈A口綠燈A口紅燈PLC機(jī) 紅外傳感器信號(hào)手動(dòng)控制信號(hào)圖32 系統(tǒng)原理框圖 傳感器的選擇及安裝本設(shè)計(jì)利用光電傳感器來(lái)感知汽車的到達(dá)，下面就光電傳感器做下介紹。圖33 傳感器原理框圖光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成：他們分為發(fā)送器、接收器和檢測(cè)電路。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來(lái)源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二級(jí)管、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷的發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接受器由光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接受器前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測(cè)電路，她能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。它由很小的三角錐反射材料組成，能夠使光束準(zhǔn)確的從反射板中返回，具有實(shí)用意義。它可以在于光軸0到25 的范圍內(nèi)改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。光電式傳感器工作原理：光電傳感器是采用光電元件作為檢測(cè)元件的傳感器，它首先把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，光電傳感器一般由光源，光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測(cè)方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。近年來(lái)，隨著光電技術(shù)的發(fā)展，光電傳感器已成為系類產(chǎn)品，其品種及產(chǎn)量日益增加，用戶可根據(jù)需要選用各種規(guī)格產(chǎn)品，在各種輕功自動(dòng)機(jī)上獲得廣泛的應(yīng)用[10]。分類和工作方式槽型光電傳感器把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面的裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽型光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無(wú)阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動(dòng)作。槽型開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。對(duì)射型光電傳感器若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測(cè)距離加大。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。它的檢測(cè)距離可達(dá)幾米甚至幾十米。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物體用過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。反光板型光電開關(guān)把發(fā)光器和收光器裝如同一個(gè)裝置內(nèi)，在它的前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用的稱為反光板反射式（或反射鏡反射）光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來(lái)被收光器收到，一旦光路被檢測(cè)物體物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和收光器，但前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來(lái)，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)?；诠怆妭鞲衅鞯谋姸鄡?yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中采用這種傳感器來(lái)采集汽車信號(hào)。而對(duì)射型光電傳感器可以檢測(cè)到大距離的信號(hào)，所以針對(duì)隧道口汽車的檢測(cè)，我們采用對(duì)射型光電傳感器作為PLC的信號(hào)采集器傳感器要準(zhǔn)確無(wú)誤的檢測(cè)到汽車的到來(lái)，這需要對(duì)傳感器的安裝位置進(jìn)行很好的設(shè)計(jì)，傳感器安裝的位置不對(duì)，可能人或動(dòng)物都會(huì)對(duì)信號(hào)采集有影響。由于汽車體積較大，我們選擇4只光電傳感器，在隧道A、B口各安兩只，采用兩只光電傳感器，便可以可靠地檢測(cè)汽車的到來(lái)。光電傳感器采集到的汽車到達(dá)信號(hào)后，各輸出一個(gè)高電平，將兩個(gè)信號(hào)相與后，輸出的高電平送至PLC中，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作。采用這種采集系統(tǒng)，只有當(dāng)兩個(gè)傳感器都采集到信號(hào)時(shí)，PLC的輸入繼電器才會(huì)動(dòng)作，不會(huì)因?yàn)樵谛〉奈矬w觸及到一個(gè)傳感器而使信號(hào)燈工作，具有很高的可靠性。以下為傳感器基本原理圖（RPR220光電傳感器）。圖33 傳感器內(nèi)部原理圖若檢測(cè)到光，剛RPR220的3腳輸出一個(gè)電壓與基準(zhǔn)電壓比較，若RPR220的3腳的電壓比基準(zhǔn)電壓大，則LM339的2腳就輸出一個(gè)低電平。相反檢測(cè)不到光，則LM339的2腳就輸出一個(gè)高電平。 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)與選型 （1）按鈕：系統(tǒng)需要的按鍵有3個(gè)，一個(gè)啟動(dòng)鍵，一個(gè)130m控制鍵，還有一個(gè)260m的控制鍵，三個(gè)按鈕通過通信線與PLC相連，直接將控制信號(hào)輸送到PLC中，按鈕選用LA1911型號(hào)。（2）報(bào)警電鈴：利用電磁繼電器原理制造的，通電時(shí)，電磁鐵有電流通過，產(chǎn)生磁性，把小錘下方的彈性片吸過來(lái)了，是小捶打擊電鈴發(fā)出聲音，同時(shí)電路斷開，電磁鐵失去了磁性，小錘又被彈回，電路閉合，不斷重復(fù)，電鈴便發(fā)出連續(xù)擊打聲了。電鈴在隧道口A，B口各安裝一個(gè)，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠及時(shí)報(bào)警通知即將進(jìn)入隧道的汽車，起到了安全保障作用。第4章 軟件設(shè)計(jì) 梯形圖程序設(shè)計(jì)PLC是以程序的形式進(jìn)行工作的，所以必須把控制要求變換成PLC能接受并執(zhí)行的程序