【文章內(nèi)容簡介】 的規(guī)模更大 ,存儲器的容量又提高了 1 個數(shù)量級 (最高可達 896 K) ,有的 PLC 已采用了 32 位微處理器 ,多臺 PLC 可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng) ,在軟件方面有的已與通用計算機系統(tǒng)兼容。編程語言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語句表外 ,還有用于算術(shù)的 BASIC 語言、用于機床控制的數(shù)控語言等。 3． 2 ＰＬＣ系統(tǒng)的特點 [2] 、抗干擾能力強 PLC 是專為工業(yè)控制而設計的， PLC 的平均故障間 隔可達幾十萬小時。一般由程序控制的數(shù)字電子設備產(chǎn)生的故障常有兩種：一種是軟故障，由于外界惡劣環(huán)境，如電磁干擾、超高溫、超低溫、過電壓、欠電壓等引起的未損壞系統(tǒng)硬件的暫時性故障，另一種是由多種因素而導致元器件損壞所引起的故障，稱為硬故障。 PLC 的循環(huán)掃描工作方式能在很大程度上減少軟故障的發(fā)生。此外， PLC 采用了如下一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （ 1）、硬件方面： 隔離是抗干擾的主要手段之一。在微處理器與 I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾源對 PLC 的影響，同時還可以防止外部高電壓 進入 CPU模塊。濾波 是抗干擾的又一主要措施。對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，可抑制高頻干擾。 （ 2）、軟件方面： a、設置故障檢測與診斷程序。 PLC在每一次循環(huán)掃描過程的內(nèi)部處理期間，檢測 系統(tǒng)硬件是否正常，鋰電池電壓是否過低，外部環(huán)境是否正常，如掉電、欠電壓等； b、當軟故障條件出現(xiàn)時，立即把現(xiàn)狀態(tài)重要信息存入指定存儲器，軟硬件配合封閉 存儲器，禁止對存儲器進行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防存儲信息被沖掉，這樣，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。 由于采取 了以上抗干擾措施， PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高，可以承受幅值為 1000V、上升時間為 1ns、脈沖寬度為 1us的干擾脈沖。 2. 編程簡單、使用方便 目前大多數(shù)的 PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，這是一種面向生產(chǎn)、面向用戶的編程方式，與常用的微機語言相比更容易被操作人員所接受并掌握。通過閱讀 PLC的使用手冊或短期培訓，電氣技術(shù)人員可以很快熟悉梯形圖語言，并用來編制一般的用戶程序。配套的簡易編程器的操作和使用也很簡單，這也是PLC近年來獲得迅速普及和推廣的原因之一。 3. 設計、安裝容易、維 護工作量少 由于 PLC已實現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標準化和通用化，用 PLC組成控制系統(tǒng)，在設計、安裝、調(diào)試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。設計部門能在規(guī)格繁多、品種齊全的系列 PLC產(chǎn)品中，選出高性能價格比的產(chǎn)品。 PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，控制柜的設計、安裝接線工作量大為減少。在用戶維修方面，由于 PLC本身的故障率極低，維修工作量很?。徊⑶?PLC有完善的診斷和顯示功能，可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或在線編程器上提供的信息，迅速地查明原因。因此維修極為方便 。 、通用性強 現(xiàn)代 PLC不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，而且還具有 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)值運算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對開關量進行控制，也可對模擬量進行控制；既可以控制單臺設備，也可以控制一條生產(chǎn)線或全部生產(chǎn)工藝過程 . 5. 體積小、能耗低 以西門子中小型 PLC S7300為例， CPU 314模塊可以擴展為 512點開關量， 64路模擬量，其外形尺寸為 80mm*125mm*130mm，重量僅 ,消耗功率 8W。由于體積小， PLC很容易裝入機械設備內(nèi)部，是實現(xiàn)機 電一體化的理想控制設備。 2． 3 ＰＬＣ控制系統(tǒng)應用領域 [3] 隨著 PC 技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應用越來越廣泛，下面介紹幾個 PLC 的應用實列： 可編程控制器 (PLC)的應用領域極其廣闊。對于早期的可編程控制器，凡是有繼電器的地方就需要可編程控制器；而對于當今的可編程控制器，幾乎可以說凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要可編程控制器。就目前的應用情況來看，可編程控制器主要用于有大量開關量和少量模擬量的控制系統(tǒng)方面。小型可編程控制器主要用于單機自動化，而大型可編程控制器則是自動 生產(chǎn)線的必不可少的部件。最近我國引進的生產(chǎn)設備和自動生產(chǎn)線絕大多數(shù)都是采用可編程控制器作為核心控制部件的。 3． 3 PLC控制系統(tǒng)應用領域 [3] 在發(fā)達的工業(yè)國家， PLC已經(jīng)廣泛地應用在所有的工業(yè)部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應用范圍不斷擴大，主要有以下幾個方面： 1. 開關量邏輯控制 PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實現(xiàn)觸點和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進行組合邏輯控制、定時控制與順序邏輯控制。開關量邏輯控制可以用于單臺設備，也可以用于自動生產(chǎn)線，其應用領域已遍及各行各業(yè)，甚至深 入到民用和家庭中。 2. 運動控制 PLC使用專用的指令或運動控制模塊，對直線運動或圓周運動的位置、速度和加速度進行控制，可以實現(xiàn)單軸、雙軸、 3軸和多軸聯(lián)動的位置控制，使運動控制與順序控制功能有機結(jié)合在一起。 PLC的運動控制功能廣泛用于各種機械，例如金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯等場合。 3. 閉環(huán)過程控制 閉環(huán)過程控制是指對溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。 PLC通過模擬量 I/O模塊，實現(xiàn)模擬量 (Analog)和數(shù)字量 (Digital)之間的 A/D轉(zhuǎn)換與 D/A轉(zhuǎn)換， 并對模擬量實行閉環(huán) PID(比例 積分 微分 )控制。其閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應用于塑料擠壓成形機、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設備，以及輕工、化工、機械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的 PLC具有整數(shù)四則運算、矩陣運算、函數(shù)運算、字邏輯運算、求反、循環(huán)、移位、浮點數(shù)運算等運算功能，和數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，也可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 5. 機器人控制 機器人作為工業(yè)過程自動生產(chǎn)線中的重要設備，已成為未來工業(yè)生產(chǎn)自動化的三大支柱之一。現(xiàn)在許多機器人制造公司，選用 PLC作為機器人控制器來控制各種機械動作。隨著 PLC體積進一步縮小，功能進一步增強， PLC在機器人控制中的應用必將更加普遍。 6. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括 PLC與遠程 I/O之間的通信、多臺 PLC之間的通信、 PLC與其他智能控制設備 (例如計算機、變頻器、數(shù)控裝置 )之間的通信。 PLC與其他智能控制設備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 3． 4 ＰＬＣ控制系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢 [4] 隨著新技術(shù)、新器件的不斷出現(xiàn)，特別是微處理器、單片機、半導體存儲器等技術(shù)的飛速發(fā)展和迅速融合，使得 PLC功能更加齊全，適用范圍更加廣泛，使用更加方便，具有更高的性能價格比。目前， PLC以廣泛應用于工業(yè)控制各個領域，而且產(chǎn)品更新速度快，有的更新?lián)Q代周期僅為 3~5年。未來的 PLC將有以下幾個發(fā)展趨勢： 1．向大型、高性能化方向發(fā)展 PLC的輸入 /輸出點數(shù)不斷上升，可達到 8192點，甚至高達 10000點以上或號稱無限點，這類產(chǎn)品可以滿足鋼鐵工業(yè)、石油、化工等大型生產(chǎn)自動控制的需要。它們采用有高速 運算能力的高性能 16位和 32位微處理器，而且常常采用多處理器結(jié)構(gòu)，并吸收以連續(xù)量處理為主的集散控制系統(tǒng)（ DCS）的優(yōu)點，熱備冗余系統(tǒng)更高速、可靠，進一步增強科學計算、數(shù)據(jù)處理能力和聯(lián)網(wǎng)能力，網(wǎng)絡更開放，有很高的運行速度并能方便地與微機以及其他控制器構(gòu)成控制、管理系統(tǒng)和計算機集成過程系統(tǒng)（ CIPS）等。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的 Windows9x/NT/2020/XP為平臺的工業(yè)計算機（ IPC）和通用的人機界面軟件，并在管理層上應用各種數(shù)據(jù)庫管理軟件進行生產(chǎn)過程的處理。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將成為主流。 2．向方便靈 活、小型化發(fā)展 為滿足工業(yè)生產(chǎn)過程對控制系統(tǒng)小型化以及減少體積、降低成本的需要， PLC生產(chǎn)廠家?guī)缀醵奸_發(fā)了結(jié)構(gòu)簡單、使用方便靈活的小型、微型 PLC，這是 20世紀 80年代中后期發(fā)展最快的一類產(chǎn)品。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)字表明，小型 PLC約占市場的 1/4。而另一方面，小型 PLC的功能不斷增加，如增加了數(shù)值運算、模擬量處理、與上位機或操作站聯(lián)網(wǎng)通信的功能。在結(jié)構(gòu)上，一些小型 PLC也采用了模塊式結(jié)構(gòu)，用戶可以根據(jù)需要配置系統(tǒng)大小，使用戶可以方便地構(gòu)成易于擴展、靈活經(jīng)濟的最小控制系統(tǒng)。小型化的 PLC作為機電一體化的基本構(gòu)成 要素和原始設備制造商（ OEM）的重要設備，將是一個重要的發(fā)展方向。 3．網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)更開放、通信功能更完善 隨著通信網(wǎng)絡技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展， PLC的冗余網(wǎng)絡、局域網(wǎng)絡技術(shù)日趨成熟，并向統(tǒng)一、通用的開放網(wǎng)絡發(fā)展，不同品牌 PLC的互操作性將大大提高，工業(yè)以太網(wǎng)、過程控制的對象鏈接和嵌入（ OPC）和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在 PLC系統(tǒng)中大量應用。從控制層、操作層到管理層，實現(xiàn)全方位的多層次、分布的自動化網(wǎng)絡管控一體化，成為真正的過程控制解決方案。 4．編程組態(tài)更方便靈活 除提供傳統(tǒng)的梯形圖編程 環(huán)境外，大多數(shù) PLC 都提供語句表、順序功能圖以及更友好、方便和高效的圖形化組態(tài)軟件和符合 IEC11313 標準的編程組態(tài)工具。 第 4章 設計項目的總體方案設計 4． 1 受控對象的控制要求與控制過程分析 交通信號燈安置如圖 3所示： 圖 3 信號燈安置 1. 受控對象的控制要求 （ 1）系統(tǒng)受一個啟動開關控制，開關啟動時系統(tǒng)開始工作，開關斷開所有信號燈熄滅；南北綠燈和東西紅燈不能同時亮，否則關閉信號系統(tǒng)并報警。（ 2）系統(tǒng)工作時，先南北紅燈亮，同時東西綠燈亮。（ 3）南北紅燈亮維持 25s，東西綠燈亮 20s。到 20s時，東西綠燈閃亮，綠燈閃亮周期 1s（亮 ,熄 ）；綠燈閃亮 3s后熄滅，東西黃燈亮，并維持 2s。（ 4）到 2s時，東西黃燈熄，東西紅燈亮，同時南北紅燈熄，南北綠燈亮。（ 5）東西紅燈亮維持 30s，南北綠燈亮維持25s。（ 6）到 25s時，南北綠燈閃亮 3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持 2s。（ 7）到2s時 ,南北黃燈熄，南北紅燈亮，同時東西紅燈熄，東西綠燈亮，開始第 2周期的動作。周而復始的循環(huán)。 2. 控制過程分析[5] 給上電源，運行用戶程序。安下啟動鈕后， 20200接通且自鎖。 TIM000接通 計時，TIM006同時接通計時， 01002接通，南北紅燈亮，同時由 01002使 01004接通，東西綠燈亮。 當 TIM006計滿 20s時，使 TIM007接通計時，同時 TIM006常閉接點打開，使東西綠燈亮的功能停止，而 TIM006的一個常開接點接通，該接點與時鐘周期為 1s的 25502一起控制 01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 當 TIM007計滿 3s后，其常開接點使 TIM005計時開始，其另一個常閉接點斷開東西 綠燈閃爍電路，而一常開接點則使 01005 接通，東西黃燈亮。 當 TIM005 計滿 2s 后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。 當 TIM005 計滿 2s 的同時，恰好 TIM000 計時滿 25s，此時循環(huán)工作的下半周期開始。 TIM000 常開接點首先啟動 TIM004 和 TIM001 定時器開始計時，而其常閉接點斷開 01002，常開接點接通 01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時由 01006 使 01000 接通，南北綠燈亮起來。 TIM001 計滿 25s，其一常開接點起動 TIM002 計時開始，一常閉斷開南北綠燈，而另一常開與 25502 一起使南北綠燈閃爍。 TIM002 計滿 3s 后，起動 TIM003 計時開始， TIM002 的一常閉接點使南北綠燈停止閃爍，而 TIM002 的一常開接點使 01001 通，南北黃燈亮。 當 TIM003 計滿 2s 時，斷開 01001，南北黃燈熄滅。此時也正是 TIM004 計滿 30s。TIM004 的常閉接點使 TIM000 斷開復位，隨后 TIM004 自動亦被復位。在程序的下一個掃描周期開始時，系統(tǒng)工作的下一個循環(huán)開始，即南北紅燈亮，東西綠燈亮。 按下停止按鈕時，因 20200 釋放，所有燈熄滅。 在運行中若東西、南北綠燈因錯誤而被同時驅(qū)動時， 01003 就會被驅(qū)動且自鎖，它一方面使