【文章內(nèi)容簡介】 位置控制模塊，在多數(shù)情況下， PLC 把描述目標(biāo)位置的數(shù)據(jù)送給模塊，其輸出移動一軸或數(shù)據(jù)到目標(biāo)位置。每個軸移動時，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣龋_保運(yùn)動平滑。 （ 3）過程控制 PLC 還能控制大量的過程參數(shù)，例如：溫度、流量、壓力、液位和速度。 PID 模塊提供了使 PLC 具有閉環(huán)控制的功能，即一個具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過程控制。當(dāng)過程控 制中某個變量出現(xiàn)偏差時， PID 控制算法會計算出正確的輸出，把變量保持在設(shè)定植上。 （ 4）數(shù)據(jù)處理 在機(jī)械加工中， PLC 作為主要的控制和管理系統(tǒng)用于 CNC 和 NC 系 6 統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處理工作。 （ 5）通信網(wǎng)絡(luò) PLC 的通信包括主機(jī)與遠(yuǎn)程 I/O 之間的通信、多臺 PLC 之間的通信、PLC 和其他智能控制設(shè)備（如計算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置）之間的通信。 PLC 與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成 “集中管理、分散控制 ”的分布式控制系統(tǒng)。 2 PLC 在我國的應(yīng)用 雖然我國在 PLC 生產(chǎn)方面比較弱，但在 PLC 應(yīng)用方面，我國是很活 躍的，近年來每年約新投入 10 萬臺套 PLC 產(chǎn)品，年銷售額 30 多億人民幣，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。 在我國，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級別（但不絕對，國外分類有些區(qū)別）： 微型： 32 I/O 小型： 256 I/O 中型： 1024 I/O 大型： 4096 I/O 巨型： 8192 I/O 在我國應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC 銷售額占整個 PLC 的 47%， 64 點(diǎn) ~256點(diǎn)的占 31%，合計占整個 PLC 銷售額的 78%。 PLC 的 硬件 結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)其 硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機(jī)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不可拆卸的整體。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。 其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 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(dāng) PLC 投入運(yùn)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(yùn)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(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。 7 圖 21 PLC 的結(jié)構(gòu)圖 PLC 的 工作 原理 PLC 的 CPU 則采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通 或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn) (包括其常開或常閉觸點(diǎn) )不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作。 考慮到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此， PLC 采用了一種不同于一般微型計算機(jī)的運(yùn)行方式 掃描技術(shù)。這樣在對于 I/O 響應(yīng)要求不高的場合， PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間， PLC 的 CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。 1 輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化， I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 2 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序 (梯形圖 )。在掃 描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后 8 右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 3 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后， PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間， CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。 PLC 的掃描工作過程 如圖 2圖 23所示 圖 22 PLC 的 掃描 工作 過程 圖 圖 23 PLC 的 掃描周期 圖 本章小結(jié) 本 章 介紹的是 PLC 的 產(chǎn)生、發(fā)展及應(yīng)用，通過這 些基礎(chǔ)知識， 希望能給 PLC 初學(xué)者經(jīng)常會遇到的疑惑 有 一些幫助 ， 更好地理解 PLC 的控制 ， 基于 PLC 在交通燈 控制系統(tǒng) 上應(yīng)用 這一范疇 ，使下一步 PLC 的程序設(shè)計開發(fā) 和實(shí)際需要有機(jī)地融合在一起 。 第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計 控制要求 交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下： 輸入刷新 程序執(zhí)行 輸出刷新 一個掃描周期 輸入刷新 讀 用 戶 輸 出 設(shè) 備 輸 入 端 子 輸 入 鎖 存 器 輸 入 映 象 寄 存 器 輸 出 映 象 寄 存 器 輸 出 鎖 存 器 輸 出 端 子 程序 執(zhí)行 用 戶 輸 入 設(shè) 備 寫 讀 9 1 信號燈受一個起動開關(guān)控制，當(dāng)起動開關(guān)接通時，信號系統(tǒng)開始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。 2 南北綠燈和東西綠燈不能同時亮，如果同時亮?xí)r應(yīng)關(guān)閉信號燈系統(tǒng)，并報警。 3 南北紅燈亮維持 25S。在南北紅燈亮的同時東西綠燈也亮，并維持 20S。到 20S 時，東西綠燈閃爍，閃爍 3S 后熄滅。在東西綠燈熄滅時，東西黃燈亮，并維持 2S。到 2S 時，東西黃燈熄，東西紅燈亮。同時，南北紅燈熄滅 ，南北綠燈亮。 4 東西紅燈亮維持 30S。南北綠燈亮維持 25S。然后閃爍 3S，熄滅。同時南北黃燈亮，維持 2S 后熄滅，這時南北紅燈亮，東西綠燈亮。 5 周而復(fù)始。 系統(tǒng) 設(shè)計 方案分析 按照交通燈系統(tǒng)控制要求下， 結(jié)合 西門子 S7200 系列 可編程控制器的特性 （見附錄） ，選擇適合的型號。 設(shè)計思想分析如下： 給一個啟動的輸入信號， 要配合一個 SB1 的按鈕，當(dāng) SB1 啟動 按鈕動作 ，系統(tǒng)工作。 首先， 南北 方向道 路處于 禁止 通行的狀態(tài)， 東西 方向道 路處于 允許 通行的狀態(tài) 。 南北 方向道 路亮 紅 燈 狀態(tài)過程中 ， 南北紅燈亮 25S,需計 時器 設(shè)定 延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮； 同時， 東西 方向道 路 也一起 亮 綠 燈 20S,需計時器 設(shè)定 延時 20 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍 ； 東西綠燈閃爍 3S，需 振蕩器 或脈沖 源 （秒 /次）動作使東西綠燈閃爍，還要需計時器 設(shè)定 延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮 ； 東西黃燈亮 2S,需計時器 設(shè)定 延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài) 東西紅 燈亮 。 其次， 東西 方向道 路處于 禁止 通行的狀態(tài)， 南北 方向道 路處于 允許 通行的狀態(tài) 。 東西方向道 路亮 紅 燈 狀態(tài)過程中 ， 東西紅燈亮 30S,需計時器設(shè)定延時 30 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時，南北方向道 路 也一起 亮 綠 燈 25S,需計時器設(shè)定延時 25 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍 ； 南北綠燈閃爍 3S，需振蕩器 或脈沖 源 （秒 /次）動作使南北綠燈閃爍，還要需計時器設(shè)定延時 3 秒，才會轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮 ； 南北黃燈亮 2S,需計時器設(shè)定延時 2 秒，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。 如此循環(huán)下去。 另外，當(dāng)斷開系統(tǒng)，所有信號燈熄滅；需要按鈕 SB1 動作斷開系統(tǒng) ， 停此 輸入信號入可編程控制器，而最快的方法，是使可編程控制器 不動作，那么肯定無信號輸出。而且，南北、東西綠燈同時亮，報警。可編程控制器要輸出一個信號，驅(qū)動一個報警燈。 綜上所述，可 編程控制器要滿足 一 個信號輸入（ 作系統(tǒng)接通、斷開作用 ），七個信號輸出，十字路口有十二個交通信號燈，但南北、東西兩個 為 一組用一個 輸出 信號控制，再加上一個報警信號驅(qū)動的報警燈。 通過如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表、 主流程圖、 十字路口交通燈 時序圖 一一展開，將 十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計思路逐漸脈絡(luò)清晰。 表 31 十字路口交通燈狀態(tài) 分析 表 10 十字路口交通燈狀態(tài)的分 析： 十字路口交通燈如下圖 31 所示，將 12 個交通燈進(jìn)行編號 圖 31 十字路口交通燈狀態(tài)圖 這 12 個交通燈共有四個狀態(tài)： 狀態(tài) 1： 南北 紅燈（ 7）亮， 東西 綠燈（ 12）亮。 狀態(tài) 2： 南北 紅燈（ 7） 繼續(xù) 亮， 東西 綠燈（ 12） 閃 。 狀態(tài) 3： 南北 紅燈（ 7） 繼續(xù) 亮， 東西黃燈 （ 11） 亮 。 狀態(tài) 4：東西 紅燈 （ 10） 亮 ， 南北 綠燈（ 9）亮。 狀態(tài) 5：東西 紅燈 （ 10） 繼續(xù)亮 ， 南北 綠燈（ 9） 閃 。 狀態(tài) 6： 東西 紅燈（ 7） 繼續(xù) 亮， 南北黃燈 （ 8） 亮 。 主程序流程圖：（如圖 32 所示） 南北方向 交通燈狀態(tài) 紅燈亮 25S 綠燈亮 25S 綠燈閃 3S 黃燈亮 2S 東西方向 交通燈狀態(tài) 綠燈亮 20S 綠燈閃 3S 黃燈亮 2S 紅燈亮 30S 開始 11 圖 32 主流程圖 南北紅燈亮，東西綠燈閃 20S 南北紅燈亮，東西綠燈亮 南北紅燈亮，東西黃燈亮 3S 東西紅燈 亮，南北綠燈亮 2S 東西紅燈亮，南北綠燈閃 25S 東西紅燈亮，南北黃燈亮 3S 結(jié)束 2S 12 硬件設(shè)計 PLC 的選型 從上 面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 1 個，開關(guān)量輸出點(diǎn) 7 個，如果選用CPU222 / PLC，也需要擴(kuò)展單元 PLC，參照西門子 S7200 系列特性（見附錄） ，選用主機(jī)為 CPU224（ 14 輸入 /10 繼電器輸出）。 啟動 東西 綠 東西黃 東西紅 南北綠 南北 黃 20S 3S 2S 25S 3S 2S 30S 20S 3S 2S ON OFF 圖 33 十字路口交通燈 時序圖 25S 南北紅 13 其外形圖 34 如下： 圖 34 CPU224外形圖 輸入電路采用了雙向光電耦合器， 24V DC 極性可任意選擇， 1M、 2M 為輸入端子的公共端。 1L、 2L 為輸出公共端。 CPU224 另有 24V、 280mA 電源供 PLC 輸入點(diǎn)使用。 PLC 的地址分配 列出交通信號燈 PLC 的輸入 /輸出點(diǎn)分配表 ，見表 32。 定時器 T=PT S。 定時實(shí)際時間 =設(shè)定值精度 1ms: T32,T96 10ms: T33~T36, T97~T100 100ms: T37~T63, T101~T255 表