【文章內(nèi)容簡介】 C 的結(jié)構(gòu)形式，可將 PLC 分為整體式和模塊式兩類。 （ 1）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機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。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 點數(shù)的基本單元（又稱 主機）和擴展單元組成。基本單元內(nèi)有 CPU、 I/O 接口、與 I/O 擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或 EPROM 寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有 I/O 和電源等，沒有 CPU?；締卧蛿U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，使其功能得以擴展。 （ 2）模塊式 PLC 模塊式 PLC 是將 PLC 各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，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結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式 PLC。疊裝式PLC 其 CPU、電源、 I/O 接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(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。 ．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。 （ 1）低檔 PLC 具有邏輯運算、定時 、計數(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控制系統(tǒng)。 （ 2）中檔 PLC 除具有低檔 PLC 的功能外，還具有較強的模擬量輸入／輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程 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)。 （ 3）高檔 PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表 格傳送功能等。高檔 P河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 LC 機具有更強的通信聯(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)，實現(xiàn)工廠自動化。 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 第 二 章 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 沒有程序， PLC 就不會 工作 。 PLC 的指令越 來越多，越來越豐富。功能很強的指令，綜合多種作用的指令日見增多 。 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)運算指令，用于進數(shù)據(jù)的運算，如十、一、 X、 /等，可進行整形數(shù)計算，有的還可浮點數(shù)運算；也可進行邏輯量運算，等等。 流程控制指令，用以控制程序運行流程。 PLC 的用戶程序一般是從零地址的指令開始執(zhí)行，按順序推進。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，運用得好，可使程序簡練，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。以上只是指出幾個例子，說明要從哪幾個方面了解 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 廠家都開發(fā)有關(guān)計算機支持軟件。 從本質(zhì)上講， PLC 所能識別的只是機器語言。它之所以能使用一些助記符語言、梯形圖語言、流程圖語言，以至高級語言，全靠為使用這些語言而開發(fā)的種種軟件。 助記符語言是最基本也是最簡單的 PLC 語言。它類似計算機的匯編語言， PLC 的指令系統(tǒng)就是用這種語言表達的。這種語言僅使用文字符號，所使用的編程工具簡單，用簡易編程器即可。所以，多數(shù) PLC 都配備有這種語言。 梯形圖語言是圖形語言，它用類似于繼電器電路圖的符號表達 PLC 實現(xiàn)控制的邏輯關(guān)系。這種語言與符號語言有對應(yīng)關(guān)系，很容易互相轉(zhuǎn)換，并便于電氣工程師了解與熟河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 悉，故用得很普遍，幾乎所有的 PLC 都開發(fā)有這種語言。由于它是用圖形表達，小的編程器不好使用它，得有較大的液晶畫面的編程器，才能使用它。多數(shù)是在計算機對 PLC編程時，才使用這種語言。 流程圖語言，它也是圖形語言，不過所用的符號不與電氣元件符號相似，而與計算機用的流程圖符號相似，便干計算機工作人員了解與熟悉。流程圖語言與符號語言也有一一對應(yīng)關(guān)系，只是它對應(yīng)的符號語言與梯形圖的對應(yīng)不一樣。熟悉計算機而又未從事過一般電氣工作的人員，樂于用這種語言對 PLC 編程。日本 OMRON 公司開發(fā)的 F 系列機就是使用這種語言。 梯形圖與流程圖混合語言。這種語言，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。這種混合語言有不同的實現(xiàn)方法，而且多用于大型的PLC 的編程 高級語言， PLC 編程也可以使用高級語言，如 BASIC、 C 語言等。可以在 DOS，也可在 WINDOWS 平臺上運行。關(guān)鍵在于要把用高級語言編寫的程序轉(zhuǎn)換成助記符語言，或直接轉(zhuǎn)換成 PLC 所能識別的機器語言。從根本上講，只要能實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)換的，什么高級語言都可以。而編寫這個轉(zhuǎn)換的軟件工作量很大，當(dāng)然應(yīng)由有關(guān)廠家開發(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 語言編程的軟件。 支持軟件不僅編制 PLC 程序需要，監(jiān)控 PLC 運行，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發(fā)了使用 PLC 的組態(tài)軟件，用以實現(xiàn)計算機對 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 平臺開發(fā)用于 PLC 控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件， 以提高 PLC 系統(tǒng)自動化及智能化水平。這方面的軟件已日益受到重視。 總之，為了用好 PLC， PLC 的支持軟件越來越 豐富，性能也越來越好，其界面也越來越友好，也因此，它的情況如何，已成為評判 PLC 性能的指標之一。 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 第 三 章 十字路口交通燈控制 十字路口交通信號燈的控制要求 隨著城市和經(jīng)濟的發(fā)展，交通信號燈發(fā)揮的作用越來越大，正因為有了交通信號燈，才使車流、人流有了規(guī)范，同時，減少了交通事故發(fā)生的概率。然而，交通信號燈不合理使用或設(shè)置，也會影響交通的順暢。 交通信號燈由紅燈、綠燈、黃燈組成。紅燈表示禁止通行，綠燈表示準許通行，黃燈表示警示。交通信號燈分為機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈 、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。交通信號燈用于道路平面交叉路口，通過對車輛、行人發(fā)出行進或停止的指令，使各同時到達的人、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。圖 31 所示是十字路口交通燈示意圖。在十字路口的東、西、南、北各個方向裝紅、綠、黃燈各一套。 圖 31 十字路口交通信號燈示意圖 Fig. 31 Schematic diagram of traffic light intersection 為了 便于理解，首先編制正常時序控制程序，在此基礎(chǔ)上再增加急車強通控制程序。 交通信號燈正常時的時序圖如圖 32 所示。當(dāng)啟動開關(guān)接通時，首先是南、北紅燈亮并維持 25s，在南、北紅燈亮的同時，東、西綠燈也亮，但只維持 20s。到 20s 時，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 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 時南、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，南、北綠燈閃亮 3s 后熄滅，南、北黃燈再亮 2s。到 2s 時，南、北黃燈熄滅，南、北紅燈亮，同時東、西紅燈熄滅， 東、西綠燈亮，開始第二周期的動作，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)啟動開關(guān)斷開時，所有信號燈熄滅。 圖 32 十字路口交通燈正常時序控制時序圖 Fig. 32 The normal timing of traffic lights control intersections timing diagram 當(dāng)發(fā)生急車要求強行通過時，急車強通控制時序圖如圖 33 所示。 圖 33 急車強通控制時序圖 Fig. 33 The normal timing of traffic lights control intersections timing diagram 急車強通信號受急車強通開關(guān)的控制。有急車來時，將該方向急車強通開關(guān)接通， 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 無論原來信號燈的狀態(tài)如何，一律強制讓急車方向的綠燈亮，使急車放行，直至急車通過為止。 急車一過，將急車強通開關(guān)斷開，信號燈的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向上的綠燈閃3 次，隨后按正常時序控制。 急車強通信號只能響應(yīng)一路方向的急車，若兩個方向先后來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 PLC 機型和容量的選擇步驟與原則 隨著 PLC 技術(shù)的發(fā)展， PLC 產(chǎn)品的種類也越來越多。不同型號的 PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價格等也各有不同，適用的場合也各有側(cè)重。因此，合理選用 PLC，對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標有著重要意義。 PLC 的選擇主要應(yīng)從 PLC 的機型、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 機型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護方便的前提下，力爭最佳的性能價格比。選擇時主要考慮以下幾點： 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。 整體式 PLC 的每一個 I／ O 點的平均價格比模塊式的便宜，且體積相對較小一般用于系統(tǒng)工藝過程較為固定的小型控制系統(tǒng)中；而模塊式 PLC 的功能擴展靈活方便在 I／ O點數(shù)、輸入點數(shù)與輸出點數(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、遠程 I／ O 式以及多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動遠程 I／ O 硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠程 I／ O 式適用于大型系統(tǒng)，系統(tǒng)的裝置分布范圍很廣，遠程 I／ O 可以分散安裝在現(xiàn)場裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動器和遠程 I／ O 電源；多臺 PLC 聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺設(shè)備分別獨立控制，又要相互聯(lián)系的場合，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 具有邏輯運算、定時、計數(shù)等功能，對于只需要開關(guān)量控制的設(shè)備都可滿足。 河南農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 對于以開關(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)運算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強型低檔 PLC。 對于控制較復(fù)雜，要求實現(xiàn) PID 運算、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 價格較貴，一般用于大規(guī)模過程控制和集散控制系統(tǒng)等場合。 響應(yīng)速度要求 PLC 是為工業(yè)自動化設(shè)計的通用控制器，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有特殊 的速度要求時，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。