【導(dǎo)讀】第一部分課題背景---------------------------------6. 第二部分PLC的基礎(chǔ)知識(shí)和工作原理-------------------11. 第三部分PLC十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-----------23. 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳。成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。由于PLC具有對(duì)使用環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的特性，同時(shí)其內(nèi)。部定時(shí)器資源十分豐富，客隊(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，同時(shí)，PLC本身還具有通訊連網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號(hào)燈組成一。局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制的PLC5應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅。PLC方面還不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件。十分形象的顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

　　

【正文】 只需要一個(gè)啟動(dòng)按鈕 SB一個(gè)停止按鈕 SB2 和一個(gè)急停按鈕 SB3 三個(gè)輸入信號(hào)，而東西南北的紅綠燈共 8 組信號(hào)燈，共 8 個(gè)輸出信號(hào)。為了避免大材小用，而造成 的資金浪費(fèi)，同時(shí)要保證實(shí)現(xiàn)操作的可行性，則選用三菱型號(hào)為 FX2N48MR 系列的 PLC 機(jī)型。 FX2N系列是 FX系列 PLC家族中最先進(jìn)的系列。由于 FX2N系列具備如下特點(diǎn)：最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能、適合世界各國(guó)不同的電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊功能模塊，他可以為你的工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活和控制能力。為大量實(shí)際應(yīng)用而開發(fā)的特殊功能開發(fā)了各個(gè)范圍的特殊功能模塊以滿足不同的需要，模擬 I/O，高速計(jì)數(shù)器。內(nèi)置 24V 直流電源， 24V、 400mA 直流電源可用于外圍設(shè)備，如傳感器 或其他元件?？焖贁嚅_端子塊因?yàn)椴捎昧藘?yōu)良的可維護(hù)性快速斷開端子，即使接著電纜也可以更換單元。時(shí)鐘功能和小時(shí)表功能在所有的 FX2N 的 PLC 中都有實(shí)時(shí)時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)。時(shí)間設(shè)置和比較指令易于操作。小時(shí)表功能對(duì)過(guò)程跟蹤和機(jī)器維護(hù)提供了有價(jià)值的信息。持續(xù)掃描功能為應(yīng)用所需求的持續(xù)掃描時(shí)間定義操作周期在線程序編輯在線改變程序不會(huì)損失工作時(shí)間或者停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。 RUN/STOP 開關(guān)面板上運(yùn)行 /停止開關(guān)易于操作。遠(yuǎn)程維護(hù)遠(yuǎn)處的編程軟件可以通過(guò)調(diào)制調(diào)解器來(lái)檢測(cè)、上載或是卸載程序和數(shù)據(jù)密碼保護(hù)使用一個(gè)八位數(shù)字密碼保護(hù)您的程序。 FX2N48MR 的 PLC 機(jī)型， I/O 總點(diǎn)數(shù)為 48 點(diǎn)，輸入點(diǎn)數(shù)為 24(X000~X027)點(diǎn)，輸出點(diǎn)為 24（ Y000~Y027） ,為繼電器輸出，交流電源、 24V 直流輸入類型。它具有靈活的配置，除了滿足特殊需求的大量特殊模塊， 6 個(gè)基本單元中的每個(gè)單元可擴(kuò)展 256 個(gè) I/O。有高速運(yùn)算，基本指令： ，應(yīng)用指令： 至幾百 us/指令。有突出的寄存器容量， FX2N 系列包括 8K 步內(nèi)置 RAM 寄存器，用一個(gè)寄存器盒可擴(kuò)展到 16RAM 或 EEPROM。有豐富的元件資源， 3072 點(diǎn)輔助繼電 38 器， 256 點(diǎn)計(jì)時(shí)器， 235 點(diǎn)計(jì)數(shù)器， 8000 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。滿足我的設(shè)計(jì)需要。 為了簡(jiǎn)約整個(gè)系統(tǒng)組件及成本，提高工作可靠性，交通等選用 220VAC 為宜，選用其他型號(hào)的交通燈，只需加裝相應(yīng)等級(jí)電壓轉(zhuǎn)換裝置即可，同時(shí)要特別注意單點(diǎn)負(fù)載電流不能超過(guò) 2A，若高于 2A 則要采取隔離技術(shù)手 段。 2. PLC 使用 中需要注意的問題 PLC 是一種用于工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化控制的設(shè)備，一般不需要采取什么措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。然而，盡管有如上所述的可靠性較高，抗干擾能力較強(qiáng)，但當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境過(guò)于惡劣，電磁干擾特別強(qiáng)烈，或安裝使用不當(dāng)，就可能造成程序錯(cuò)誤或運(yùn)算 錯(cuò)誤，從而產(chǎn)生誤輸入并引起誤輸出，這將會(huì)造成設(shè)備的失控和誤動(dòng)作，從而不能保證 PLC 的正常運(yùn)行，要提高 PLC 控制系統(tǒng)可靠性，一方面要求 PLC 生產(chǎn)廠家提高設(shè)備的抗干擾能力；另一方面，要求設(shè)計(jì)、安裝和使用維護(hù)中引起高度重視，多方配合才能完善解決問題，有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。因此在使用中應(yīng)注意以下問題： 1. 工作環(huán)境 （ 1）溫度 PLC 要求環(huán)境溫度在 0~55oC，安裝時(shí)不能放在發(fā)熱量大的元件下面，四周通風(fēng)散熱的空間應(yīng)足夠大。 （ 2）濕度 為了保證 PLC 的絕緣性能，空氣的相對(duì)濕度應(yīng)小于 85%（無(wú)凝露）。 （ 3） 震動(dòng) 應(yīng)使 PLC 遠(yuǎn)離強(qiáng)烈的震動(dòng)源，防止振動(dòng)頻率為 10~55Hz 的頻繁或連續(xù)振動(dòng)。當(dāng)使用環(huán)境不可避免震動(dòng)時(shí)，必須采取減震措施，如采用減震膠等。 （ 4）空氣 避免有腐蝕和易燃的氣體，例如氯化氫、硫化氫等。對(duì)于空氣中有較多粉塵或腐蝕性氣體的環(huán)境，可將 PLC 安裝在封閉性較好的控制室或控制柜中。 （ 5）電源 PLC 對(duì)于電源線帶來(lái)的干擾具有一定的抵制能力。在可靠性要求很高或電源干擾特別嚴(yán)重的環(huán)境中，可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地 39 之間的干擾。一般 PLC 都有直流 24V 輸出提供給輸入端，當(dāng)輸入端使用外接直 流電源時(shí)，應(yīng)選用直流穩(wěn)壓電源。因?yàn)槠胀ǖ恼鳛V波電源，由于紋波的影響，容易使 PLC 接收到錯(cuò)誤信息。 2． 控制系統(tǒng)中干擾及其來(lái)源 現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾是 PLC 控制系統(tǒng)中最常見也是最易影響系統(tǒng)可靠性的因素之一，所謂治標(biāo)先治本，找出問題所在，才能提出解決問題的辦法。因此必須知道現(xiàn)場(chǎng)干擾的源頭。 （ 1）干擾源及一般分類 影響 PLC 控制系統(tǒng)的干擾源，大都產(chǎn)生在電流或電壓劇烈變化的部位，其原因是電流改變產(chǎn)生磁場(chǎng)，對(duì)設(shè)備產(chǎn)生電磁輻射；磁場(chǎng)改變產(chǎn)生電流，電磁高速產(chǎn)生電磁波。通常電磁干擾按干擾模式不同，分為共模干擾和差模干擾。共模干擾是 信號(hào)對(duì)地的電位差，主要由電網(wǎng)串入、地電位差及空間電磁輻射在信號(hào)線上感應(yīng)的共態(tài)（同方向）電壓疊加所形成。共模電壓通過(guò)不對(duì)稱電路可轉(zhuǎn)換成差模電壓，直接影響測(cè)控信號(hào)，造成元器件損壞（這就是一些系統(tǒng) I/O 模件損壞率較高的主要原因），這種共模干擾可為直流，亦可為交流。差模干擾是指作用于信號(hào)兩極間的干擾電壓，主要由空間電磁場(chǎng)在信號(hào)間耦合感應(yīng)及由不平衡電路轉(zhuǎn)換共模干擾所形成的電壓，這種干擾疊加在信號(hào)上，直接影響測(cè)量與控制精度。 （ 2） PLC 系統(tǒng)中干擾的主要來(lái)源及途徑 1） 強(qiáng)電干擾 PLC 系統(tǒng)的正常供電電源均由電網(wǎng)供電。由 于電網(wǎng)覆蓋范圍廣，它將受到所有空間電磁干擾而在線路上感應(yīng)電壓。尤其是電網(wǎng)內(nèi)部的變化，刀開關(guān)操作浪涌、大型電力設(shè)備起停、交直流傳動(dòng)裝置引起的諧波、電網(wǎng)短路暫態(tài)沖擊等，都通過(guò)輸電線路傳到電源原邊。 2） 柜內(nèi)干擾 控制柜內(nèi)的高壓電器，大的電感性負(fù)載，混亂的布線都容易對(duì) PLC 造成一定程度的干擾。 3） 來(lái)自信號(hào)線引入的干擾 與 PLC 控制系統(tǒng)連接的各類信號(hào)傳輸線，除了傳輸有效的各類信息之外，總會(huì)有外部干擾信號(hào)侵入。此干擾主要有兩種途徑：一是通過(guò)變送器供電電源或共 40 用信號(hào)儀表的供電電源串入的電網(wǎng)干擾，這往往被忽視；二是信號(hào) 線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號(hào)線上的外部感應(yīng)干擾，這是很嚴(yán)重的。由信號(hào)引入干擾會(huì)引起 I/O 信號(hào)工作異常和測(cè)量精度大大降低，嚴(yán)重時(shí)將引起元器件損傷。 4） 來(lái)自接地系統(tǒng)混亂時(shí)的干擾 接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（ EMC）的有效手段之一。正確的接地，既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾；而錯(cuò)誤的接地，反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾信號(hào)，使 PLC 系統(tǒng)將無(wú)法正常工作。 5） 來(lái)自 PLC 系統(tǒng)內(nèi)部的干擾 主要由系統(tǒng)內(nèi)部元器件及電路間的相互電磁輻射產(chǎn)生，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及 元器件間的相互不匹配使用等。 6） 變頻器干擾 一是變頻器啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生諧波對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射干擾，影響周邊設(shè)備的正常工作。 3. 主要抗干擾措施 （ 1） 電源的合理處理，抑制電網(wǎng)引入的干擾 對(duì)于電源引入的電網(wǎng)干擾可以安裝一臺(tái)帶屏蔽層的變比為 1： 1 的隔離變壓器，以減少設(shè)備與地之間的干擾，還可以在電源輸入端串接 LC 濾波電路。 （ 2） 正確選擇接地點(diǎn)，完善接地系統(tǒng) 良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā) 生的電壓沖擊危害。接地的目的通常有兩個(gè)，其一為了安全，其二是為了抑制干擾。完善的接地系統(tǒng)是 PLC 控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。 PLC 控制系統(tǒng)的地線包括系統(tǒng)地、屏蔽地、交流地和保護(hù)地等。接地系統(tǒng)混亂對(duì) PLC 系統(tǒng)的干擾主要是各個(gè)接地點(diǎn)電位分布不均，不同接地點(diǎn)間存在地電位差，引起地環(huán)路電流，影響系統(tǒng)正常工作。例如電纜屏蔽層必須一點(diǎn)接地，如果電纜屏蔽層兩端 A、 B 都接地，就存在地電位差，有電流流過(guò)屏蔽層，當(dāng)發(fā)生異常狀態(tài)如雷擊時(shí)，地線電流將更大。 此外，屏蔽層、接地線和大地有可能構(gòu)成閉合環(huán)路，在變化磁場(chǎng)的作用 下， 41 屏蔽層內(nèi)又會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，通過(guò)屏蔽層與芯線之間的耦合，干擾信號(hào)回路。若系統(tǒng)地與其它接地處理混亂，所產(chǎn)生的地環(huán)流就可能在地線上產(chǎn)生不等電位分布，影響 PLC 內(nèi)邏輯電路和模擬電路的正常工作。 PLC 工作的邏輯電壓干擾容限較低，邏輯地電位的分布干擾容易影響 PLC 的邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)存貯，造成數(shù)據(jù)混亂、程序跑飛或死機(jī)。模擬地電位的分布將導(dǎo)致測(cè)量精度下降，引起對(duì)信號(hào)測(cè)控的嚴(yán)重失真和誤動(dòng)作。 1） 安全地或電源接地 將電源線接地端和柜體連線接地為安全接地。如電源漏電或柜體帶電，可從安全接地導(dǎo)入地下，不會(huì)對(duì)人造成傷害。 2） 系統(tǒng)接地 PLC 控制器為了與所控的各個(gè)設(shè)備同電位而接地，叫系統(tǒng)接地。接地電阻值不得大于 4Ω ，一般需將 PLC 設(shè)備系統(tǒng)地和控制柜內(nèi)開關(guān)電源負(fù)端接在一起，作為控制系統(tǒng)地。 3） 信號(hào)與屏蔽接地 一般要求信號(hào)線必須要有唯一的參考地，屏蔽電纜遇到有可能產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾的場(chǎng)合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成 “ 地環(huán)路 ” 。信號(hào)源接地時(shí)，屏蔽層應(yīng)在信號(hào)側(cè)接地；不接地時(shí)，應(yīng)在 PLC 側(cè)接地；信號(hào)線中間有接頭時(shí)，屏蔽層應(yīng)牢固連接并進(jìn)行絕緣處理，一定要避免多點(diǎn)接地；多個(gè)測(cè)點(diǎn)信號(hào)的屏蔽雙絞線與多芯對(duì)絞總屏蔽電纜連接時(shí) ，各屏蔽層應(yīng)相互連接好，并經(jīng)絕緣處理，選擇適當(dāng)?shù)慕拥靥巻吸c(diǎn)接點(diǎn)。 （ 3） 對(duì)變頻器干擾的抑制 變頻器的干擾處理一般有下面幾種方式： 加隔離變壓器，主要是針對(duì)來(lái)自電源的傳導(dǎo)干擾，可以將絕大部分的傳導(dǎo)干擾阻隔在隔離變壓器之前。 使用濾波器，濾波器具有較強(qiáng)的抗干擾能力，還具有防止將設(shè)備本身的干擾傳導(dǎo)給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能。 使用輸出電抗器，在變頻器到電動(dòng)機(jī)之間增加交流電抗器主要是減少變頻器輸出在能量傳輸過(guò)程中線路產(chǎn)生電磁輻射，影響其它設(shè)備正常工作。 42 二 、 傳感器的使用 1. 感應(yīng)線圈（電感式傳 感器 ） 傳感器的使用對(duì)本次的設(shè)計(jì)尤為重要，本次設(shè)計(jì)所采用的傳感器是電磁感應(yīng)線圈。 電感式傳感器其主要部件是埋設(shè)在公路下十幾厘米深處的環(huán)狀絕緣電線(特別適合新鋪道路，可用混凝土直接預(yù)埋，老路則需開挖再埋 )。當(dāng)有高頻電流通過(guò)電感時(shí)，公路面上就會(huì)形成 高頻磁場(chǎng)。當(dāng)汽車進(jìn)入這一高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，汽車就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少。當(dāng)汽車正好在該感應(yīng)線圈的正上方時(shí)，該感應(yīng)線圈的電感減到最小值。當(dāng)汽車離開這高頻磁場(chǎng)區(qū)時(shí)，該感應(yīng)線圈電感逐漸復(fù)原到初始狀態(tài)。由于電感變化該感應(yīng)線圈中流動(dòng)的高頻電流的振幅 (本論文所涉及的 檢測(cè)工作方式 )和相位發(fā)生變化，因此，在環(huán)的始端連接上檢測(cè)相位或振幅變化的檢測(cè)器，就可得到汽車通過(guò)的電信號(hào)。若將環(huán)狀絕緣電線作為振蕩電路的一部分，則只要檢測(cè)振蕩頻率的變化即可知道汽車的存在和通過(guò)。 電感式傳感器的高頻電流頻率為 60kHz，尺寸為 23m ，電感約為 100μH.這種傳感器可檢測(cè)的電感變化率在 ％以上。 電感式傳感器安裝在公路下面，從交通安全和美觀考慮 , 它是理想的傳感器。傳感器最好選用防潮性能好的原材料。 2. 電路 檢測(cè)汽車存在的具體實(shí)現(xiàn)是在感應(yīng)線圈的始端連接上檢測(cè)電感電流變化的檢測(cè)器 , 并將之轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)脈沖電壓輸出。其具體電路圖由三部分組成 :信號(hào)源部分、檢測(cè)部分、比較鑒別部分。 如圖 41 所示。 43 圖 41 車輛檢測(cè)電路原理圖 3. 傳感器的鋪設(shè) 車輛計(jì)數(shù) 是智能控制的關(guān)鍵，為防止車輛出現(xiàn)漏檢的現(xiàn)象，環(huán)狀絕緣電線在 地下的鋪設(shè)我們?cè)O(shè)采取在每個(gè)車行道上中的出口地 (停車線處 )以及在離出口地一定遠(yuǎn)的進(jìn)口的地方各鋪設(shè)一個(gè)相同的傳感器，方案如圖 (以典型的十子路口為例 )，同一股道上的兩傳感器相距的距離為該股道正常運(yùn)行時(shí)所允許的最長(zhǎng)停車車龍為好。 如圖 42 所示。 4. 車流量的計(jì)量 1. 每股行車道的車流量通過(guò) PLC 分別統(tǒng)計(jì)。當(dāng)車輛進(jìn)入路口經(jīng)過(guò)第一個(gè)傳感器 1 時(shí)，使統(tǒng)計(jì)數(shù)加 1，經(jīng)過(guò)第二個(gè)傳感器 2 出路口時(shí)，使統(tǒng)計(jì)數(shù)減 1，其差值為該股車道上車輛的滯留量 (動(dòng)態(tài)值 )，可以與其他道的值 進(jìn)行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)。 2. 先統(tǒng)計(jì)每股車道上車輛的滯留量，然后按大方向原則累加統(tǒng)計(jì)。如，將 東西向的左行、直行、右行道上的車輛的滯留量相加，再與其它的 3 個(gè)方向的車 60kHz 正弦信號(hào)源 感應(yīng)線圈電流檢測(cè)電 比較鑒別電 44 流量進(jìn)行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)。 3. 統(tǒng)計(jì)每股車道上車輛的滯留量后按通行最大化原則 (不影響行車安全的 圖 42 地感線圈鋪設(shè)的平面位置圖 多道相向行駛 )累加統(tǒng)計(jì)。如，東、西相向的 2 個(gè)左行、直行、右行道上的車輛的滯留量全部相加，再與南北向的總車流量進(jìn) 行比較，據(jù)此作為調(diào)整紅綠燈時(shí)長(zhǎng)的依據(jù)。 以上計(jì)算判別全部由 PLC 完成。可以把以上