【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的功能不同，可將 PLC 分為低檔、中檔、高檔三類。 （ 1）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)。 （ 2）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)。 13 （ 3）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(guò)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。 PLC 的指令 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。不懂 PLC 指令，就不懂得怎么編程，也就沒(méi)有程序， PLC 就不會(huì)工作。 PLC 的指令越來(lái)越多，越來(lái)越豐富。功能很強(qiáng)的指令，綜合多種作用的指令日 見(jiàn)增多。 但 PLC 的指令繁多，但主要的有這么幾種類型： 基本邏輯指令，用于處理邏輯關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制。這類指令不管什么樣的 PLC 都總是有的。 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。 數(shù)據(jù)運(yùn)算指令，用于進(jìn)數(shù)據(jù)的運(yùn)算，如十、一、 X、 /等，可進(jìn)行整形數(shù)計(jì)算，有的還可浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算；也可進(jìn)行邏輯量運(yùn)算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運(yùn)行流程。 PLC 的用戶程序一般是從零地址的指令開(kāi)始執(zhí)行，按順序推進(jìn)。但遇到流程控制指令也可作相應(yīng)改變。流程控制指令也較多，運(yùn)用得好，可使程序簡(jiǎn)練，并便于調(diào)試 與閱讀。 狀態(tài)監(jiān)控指令，用以監(jiān)視及記錄 PLC 及其控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，對(duì)提高 PLC控制系統(tǒng)的工作可靠性大有幫助。 當(dāng)然，并不是所有的 PLC 都有上述那么多類的指令，也不是有的 PLC 僅有上述幾類指令。以上只是指出幾個(gè)例子，說(shuō)明要從哪幾個(gè)方面了解 PLC 指令，從中也可大致看出指令的多少及功能將怎樣影響 PLC 的性能。 除了指令，為進(jìn)行通訊， PLC 還有相應(yīng)的協(xié)議與通訊指令或命令，這些也反映了 PLC 的性能。 為了便于編制 PLC 程序，多數(shù) PLC 廠家都開(kāi)發(fā)有關(guān)計(jì)算機(jī)支持軟件。 從本質(zhì)上講， PLC 所能識(shí)別的只是機(jī)器語(yǔ)言 。它之所以能使用一些助記符語(yǔ)言、梯形圖語(yǔ)言、流程圖語(yǔ)言，以至高級(jí)語(yǔ)言，全靠為使用這些語(yǔ)言而開(kāi)發(fā)的種種軟件。 14 助記符語(yǔ)言是最基本也是最簡(jiǎn)單的 PLC 語(yǔ)言。它類似計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言， PLC的指令系統(tǒng)就是用這種語(yǔ)言表達(dá)的。這種語(yǔ)言僅使用文字符號(hào)，所使用的編程工具簡(jiǎn)單，用簡(jiǎn)易編程器即可。所以，多數(shù) PLC 都配備有這種語(yǔ)言。 梯形圖語(yǔ)言是圖形語(yǔ)言，它用類似于繼電器電路圖的符號(hào)表達(dá) PLC 實(shí)現(xiàn)控制的邏輯關(guān)系。這種語(yǔ)言與符號(hào)語(yǔ)言有對(duì)應(yīng)關(guān)系，很容易互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟悉，故用得很普遍，幾乎所有的 PLC 都開(kāi)發(fā)有這種 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。多數(shù)是在計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 編程時(shí)，才使用這種語(yǔ)言。 流程圖語(yǔ)言，它也是圖形語(yǔ)言，不過(guò)所用的符號(hào)不與電氣元件符號(hào)相似，而與計(jì)算機(jī)用的流程圖符號(hào)相似，便干計(jì)算機(jī)工作人員了解與熟悉。流程圖語(yǔ)言與符號(hào)語(yǔ)言也有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，只是它對(duì)應(yīng)的符號(hào)語(yǔ)言與梯形圖的對(duì)應(yīng)不一樣。熟悉計(jì)算機(jī)而又未從事過(guò)一般電氣工作的人員，樂(lè)于用這種語(yǔ)言對(duì) PLC 編程。日本OMRON 公司開(kāi)發(fā)的 F 系列機(jī)就是使用這種語(yǔ)言。 梯形圖與流程圖混合語(yǔ)言。這種語(yǔ)言，梯形圖與流程 圖兩者兼用，可使 PLC程序結(jié)構(gòu)化。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。用梯形圖再確定塊中的種種量間的邏輯關(guān)系。這種混合語(yǔ)言有不同的實(shí)現(xiàn)方法，而且多用于大型的 PLC 的編程 高級(jí)語(yǔ)言， PLC 編程也可以使用高級(jí)語(yǔ)言，如 BASIC、 C 語(yǔ)言等?？梢栽?DOS，也可在 WINDOWS 平臺(tái)上運(yùn)行。關(guān)鍵在于要把用高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序轉(zhuǎn)換成助記符語(yǔ)言，或直接轉(zhuǎn)換成 PLC 所能識(shí)別的機(jī)器語(yǔ)言。從根本上講，只要能實(shí)現(xiàn)這個(gè)轉(zhuǎn)換的，什么高級(jí)語(yǔ)言都可以。而編寫(xiě)這個(gè)轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠家開(kāi)發(fā)與提供。當(dāng) 前不少 PLC 廠家已有提供。如 GE－ FANAC 的 PLC 就提供有可用 C 語(yǔ)言編程的軟件。 支持軟件不僅編制 PLC 程序需要，監(jiān)控 PLC 運(yùn)行，特別是監(jiān)視 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況也需要。所以，多數(shù)支持編程的軟件，也具有監(jiān)視 PLC 工作的功能。 此外，也有專用于監(jiān)控 PLC 工作的軟件，它多與 PLC 的監(jiān)視終端連用。 有的 PLC 廠家或第三方廠家還開(kāi)發(fā)了使用 PLC 的組態(tài)軟件，用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì) PLC 控制系統(tǒng)監(jiān)控，以及與 PLC 交換數(shù)據(jù)。 PLC的用戶也可基于 DOS或 WINDOWS平臺(tái)開(kāi)發(fā)用于 PLC控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件， 以提高 PLC 系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。 15 總之，為了用好 PLC， PLC 的支持軟件越來(lái)越豐富，性能也越來(lái)越好，其界面也越來(lái)越友好，也因此，它的情況如何，已成為評(píng)判 PLC 性能的指標(biāo)之一。 PLC 的發(fā)展方向 可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)成為了一個(gè)不可代替的控制系統(tǒng)，它們可以與其它系統(tǒng)通訊，提供產(chǎn)品報(bào)表，生產(chǎn)調(diào)度，診斷自身和設(shè)備的故障，這些技術(shù)上的改進(jìn)，讓 PLC 成為今天的各行各業(yè)的高質(zhì)量和產(chǎn)量的重要的貢獻(xiàn)者。以下是 PLC 的發(fā)展方向： 1．向更高處理速度、更大存儲(chǔ)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(yīng)速度和更大的存儲(chǔ)容量。在 PLC 中，用戶程序的存儲(chǔ)容量有的是用編程的步數(shù)來(lái)表示，每編一條語(yǔ)句為一步；有的是以字為單位來(lái)計(jì)算， 16 位二進(jìn)制數(shù)為一個(gè)字節(jié)，每 1024 個(gè)字節(jié)為 1KB；有的是以編程的地址來(lái)表示，每編一條語(yǔ)句為一地址。目前大型 PLC 的存儲(chǔ)容量是幾百 KB，最高可達(dá)幾 MB。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)容量，有的公司已使用了磁泡存儲(chǔ)器或硬盤(pán)。目前大中型 PLC的掃描速度可達(dá) 0． 2ms／ KB左右。如歐姆龍公司的 C1000H為 0． 4ms／ KB，三菱公司的 A3N 為 0． 2ms／ KB。 2．產(chǎn)品規(guī)模 向大、小兩個(gè)方向發(fā)展 PLC 主要有超大型和超小型兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。超小型 PLC 向體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、價(jià)格更低方向發(fā)展，以真正完全取代最小的繼電器系統(tǒng)。超大型PLC 向大容量、高速度、多功能方向發(fā)展，能與計(jì)算機(jī)組成分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠生產(chǎn)全過(guò)程的集中管理。 3． PLC 編程語(yǔ)言更加豐富，功能不斷提高，編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化 在 PLC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)， PLC 的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富，功能也不斷提高，除了大多數(shù) PLC 使用的梯形圖語(yǔ)言外，還有些 PLC 采用 BASIC、 C 語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編程。美國(guó)生產(chǎn)的 PLC 在基 本控制方面編程語(yǔ)言已標(biāo)準(zhǔn)化，均采用梯形圖編程，日本、英國(guó)也進(jìn)入了標(biāo)準(zhǔn)化階段，法國(guó)還采用專用編程語(yǔ)言 GRAFCET，德國(guó)采用 DIN40719 標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言。 4．不斷開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)和通信能力 為了滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近年來(lái)不斷開(kāi)發(fā)出許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程 I／ O 模塊、通信和人機(jī)接口模塊等，擴(kuò)大 16 了 PLC 應(yīng)用范圍。目前加強(qiáng) PLC 聯(lián)網(wǎng)與通信的能力，是 PLC 技術(shù)進(jìn)步的潮流。 PLC的聯(lián)網(wǎng)和通信可分為兩類：一類是 PLC 之間聯(lián)網(wǎng)通信，各 PLC 制造廠家都有自己的專有聯(lián)網(wǎng)手段；另一類是 PLC 與計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般 PLC 都有通信模塊用于與計(jì)算機(jī)通信。 PLC的未來(lái)發(fā)展除了產(chǎn)品本身的發(fā)展，更大程度上取決于用戶和市場(chǎng)的發(fā)展，任何產(chǎn)品存在的根本在于用戶和市場(chǎng)的需求。 PLC 以它的高可靠性和易操作性，主導(dǎo)了工控行業(yè)數(shù)十年，我相信它將繼續(xù)存在且壯大下去。 第二章 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 十字路口交通信號(hào)燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通信號(hào)燈發(fā)揮的作用越來(lái)越大，正因?yàn)橛辛私煌ㄐ盘?hào)燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時(shí)，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號(hào)燈不合理使用或設(shè)置， 也會(huì)影響交通的順暢。 交通信號(hào)燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準(zhǔn)許通行，黃燈表示警示。交通信號(hào)燈分為機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、非機(jī)動(dòng)車信號(hào)燈、人行橫道信號(hào)燈、車道信號(hào)燈、方向指示信號(hào)燈、閃光警告信號(hào)燈、道路與鐵路平面交叉道口信號(hào)燈。交通信號(hào)燈用于道路平面交叉路口，通過(guò)對(duì)車輛、行人發(fā)出行進(jìn)或停止的指令，使各 同時(shí)到達(dá)的人、車交通流盡可能減少相互干擾，從而提高路口的通行能力，保障路口暢通和安全。 17 圖 所示是十字路口交通燈示意圖。在十字路口的東、西、南、北各個(gè)方向裝紅、綠、黃燈各一套。 圖 十字路口交通信號(hào)燈示意圖 為了便于理解，首先編制正常時(shí)序控制程序，在此基礎(chǔ)上再增加急車強(qiáng)通控制程序。 交通信號(hào)燈正常時(shí)的時(shí)序圖如圖 所示。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，首先是南、北紅燈亮并維持 25s，在南、北紅燈亮的同時(shí)，東、西綠燈也亮，但只維持 20s。到 20s 時(shí)，東、西綠燈閃亮 3s 后熄滅，東 、西黃燈再亮 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。南、北綠燈亮并維持 25s，到 25s 時(shí)，南、北綠燈閃亮 3s 后熄滅，南、北黃燈再亮 2s。到 2s 時(shí)，南、北黃燈熄滅，南、北紅燈亮，同時(shí)東、西紅燈熄滅，東、西綠燈亮，開(kāi)始第二周期的動(dòng)作， 以后周而復(fù)始地循環(huán)。綠 燈或紅燈閃亮的周期為 1s（即亮 ，熄 ）。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈熄滅。 圖 十字路口交通燈正常時(shí)序控制時(shí)序圖 當(dāng)發(fā)生急車要求強(qiáng)行通過(guò)時(shí)，急車強(qiáng)通控制時(shí)序圖如圖 所示。 18 圖 急車強(qiáng)通控制時(shí)序圖 急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)的控制。有急車來(lái)時(shí)，將該方向急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)接 通，無(wú)論 原來(lái)信號(hào)燈的狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過(guò)為止。 急車一過(guò)，將急車強(qiáng)通開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，信號(hào)燈的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向上的綠燈閃 3 次，隨后按正常時(shí)序控制。 急車強(qiáng)通信號(hào)只能響應(yīng)一路方向的急車，若兩個(gè)方向先后來(lái)急車，則響應(yīng)先來(lái)的一方，隨后再響應(yīng)另一方。 PLC 機(jī)型的選擇步驟與原則 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類也越來(lái)越多。不同型號(hào)的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對(duì)于提高 PLC 控制 系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機(jī)型、容量、 I/O 模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)： 合理的結(jié)構(gòu)型式 PLC 主要有整體式和模塊式兩種結(jié)構(gòu)型式。 19 整體式 PLC 的每一個(gè) I／ O 點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)較小一般用于系統(tǒng)工藝過(guò)程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴(kuò)展靈活方便在 I／ O 點(diǎn) 數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)數(shù)的比例、 I／ O 模塊的種類等方面選擇余地大，且維修方便，一般于較復(fù)雜的控制系統(tǒng)。 安裝方式的選擇 PLC 系統(tǒng)的安裝方式分為集中式、遠(yuǎn)程 I／ O 式以及多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)程 I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠(yuǎn)程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程 I／ O 電源；多臺(tái) PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型 PLC，但必須要附加通 訊模塊。 相應(yīng)的功能要求 一般小型 (低檔 )PLC 具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等功能，對(duì)于只需要開(kāi)關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 對(duì)于以開(kāi)關(guān)量控制為主，帶少量模擬量控制的系統(tǒng)，可選用能帶 A／ D 和 D／ A 轉(zhuǎn)換單元，具有加減算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔 PLC。 對(duì)于控制較復(fù)雜，要求實(shí)現(xiàn) PID 運(yùn)算、閉環(huán)控制、通信聯(lián)網(wǎng)等功能，可視控制規(guī)模大小及復(fù)雜程度，選用中檔或高檔 PLC。但是中、高檔 PLC 價(jià)格較貴，一般用于大規(guī)模過(guò)程控制和集散控制系統(tǒng)等場(chǎng)合。 響應(yīng)速度要求 PLC 是為工業(yè)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的通用控制器，不同檔次 PLC 的響應(yīng)速度一般都能滿足其應(yīng)用范圍內(nèi)的需要。如果要跨范圍使用 PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮 PLC 的響應(yīng)速度，可選用具有高速 I／ O 處理功能的 PLC，或選用具有快速響應(yīng)模塊和中斷輸入模塊的 PLC 等。 系統(tǒng)可靠性的要求 對(duì)于一般系統(tǒng) PLC 的可靠性均能滿足。對(duì)可靠性要求很高的