【正文】 通過翻閱資料了解了國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù) 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都采用繼電器 — 接觸器等元件組成的硬件邏輯控制電路，不但接線復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性較差等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于 PLC 控制器的全自動(dòng)窄隧道汽車雙向行駛系統(tǒng)，大大減少繼電器等硬件邏輯單元的數(shù)量；對(duì)交通有緩解作用 ，更增加安全性。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 圖 光電隔離示意圖 7 結(jié)束語(yǔ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)幾個(gè)月時(shí)間轉(zhuǎn)瞬即逝，在這幾個(gè)月時(shí)間里，我經(jīng)常進(jìn)入到學(xué)校資料室、機(jī)房等場(chǎng)所，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。 e． 輸入輸出信號(hào)線，必須使用屏蔽電纜，屏蔽電纜必須單側(cè)接地，接地點(diǎn)應(yīng)在 PLC 控制器外。 抑制外部配線干擾的措施 a． 交流輸入輸出信號(hào)與直流輸入輸出信號(hào)分別使用各自的電纜。 輸出信號(hào)的抗 干擾措施 交直流感應(yīng)負(fù)載如圖 所示 圖 交直流感應(yīng)負(fù)載引起的干擾的處理 如果是交流，在負(fù)載二端并接 RC浪涌的吸收器， RC愈靠近負(fù)載愈好。 圖 減少電磁干擾接線圖 經(jīng)過這樣的處理，可以除掉 來自電源的多種干擾，提高 PLC的抗干擾能力。下面我們就對(duì)就一般的干擾信號(hào)及抗干擾措施作一個(gè)詳細(xì)的介紹。但現(xiàn)場(chǎng)的條件往往比較惡劣，如各種工業(yè)電磁波、聲光、輻射，所以須采用合理的抗干擾措施，保證 PLC的可靠工作?？刂崎_關(guān)在打開時(shí)，要解決兩個(gè)問題，一是關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，讓信號(hào)燈停止工作，二是要讓整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，以至系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)，能夠讓系統(tǒng)從開始執(zhí)行，因此設(shè)計(jì)梯形圖如下： 圖 緊急控制開關(guān) 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 S??是程序中的‘步’，也就是在程序中的每一步后面都要編寫上面的程序，當(dāng) S??為活動(dòng)步， X10 被打開時(shí)， S0 被置 1，并且系統(tǒng)被復(fù)位， S0 為 1 時(shí)， X10 非為 0，因此不會(huì)執(zhí)行無(wú)車程序，整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)執(zhí)行。在 A 口有車程序段執(zhí)行完以后同樣加上如下梯形圖便可以返回?zé)o車程序的起始位置。如何在無(wú)車程序執(zhí)行的時(shí)候，當(dāng)有車信號(hào)來時(shí)，跳到有車程序的 S24 步呢？我們?cè)跓o(wú)車程序的每步后面編寫如下程序： 圖 A 口 無(wú)車程序后加的復(fù)位程序 梯形圖中 S??是無(wú)車程序的每個(gè)‘步’，即當(dāng)前步為活動(dòng)步時(shí)， S??是為 1 的狀態(tài)，當(dāng) A 口有車信號(hào) X2 為 1 時(shí)，則 S24 被置 1， S24 便成了活動(dòng)步，也就是有車程序的起始位置 S24 有效，可以順序執(zhí)行 S24 到 S28 的有車程序段。 用步進(jìn)指令的執(zhí)行條件，我們就能夠解決在執(zhí)行無(wú)車程序的任何時(shí)刻，當(dāng)有車信號(hào)到來時(shí)，都能夠立即轉(zhuǎn)為到車程序，在跳轉(zhuǎn)后的有車程序執(zhí)行完以后，返 回到無(wú)車程序的起始位置。考慮到用中斷調(diào)用，不能夠在執(zhí)行完無(wú)車程序后返回有車程序并從頭開始執(zhí)行，所以我們不采用中斷調(diào)用，如果用跳轉(zhuǎn)指令也會(huì)遇到同樣的問題。 程序中 S29 到 S33 為 B 口有車程序，即 B 口有車到達(dá)時(shí)，檢測(cè)信號(hào)輸送到 PLC 中，X4 為 1， S29 步被置 1，在執(zhí)行 S29 步時(shí)，同樣要對(duì) C0、 C1 進(jìn)行復(fù)位，因?yàn)樵跓o(wú)車程序段使用到了計(jì)數(shù)器，所以必須進(jìn)行復(fù)位才能再次使用，接著系統(tǒng)執(zhí)行 S29 以后的順序程序， S29 步啟動(dòng)程序如下所示： 圖 有車通過 B 口時(shí)的 梯形圖程序 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 程序按照時(shí)序圖順序執(zhí)行，在執(zhí)行完 B 口有車程序后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要返回?zé)o車程序，所以當(dāng)執(zhí)行完 S33 步后計(jì)數(shù)器 C1 計(jì)數(shù)滿被置 1，同時(shí)作為 S0 被置 1 的條件，即可返回?zé)o車程序。 圖 返回?zé)o車程序的程序設(shè)計(jì) （二） 有車通過 B 口時(shí)的程序設(shè) 計(jì) 當(dāng) B 口有汽車到達(dá)時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫出 A、 B 口信號(hào)燈的工作時(shí)序圖如圖所示： 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 有車通過 B 口時(shí)的 信號(hào)燈工作時(shí)序圖 從上面的時(shí)序圖可以分析出 A、 B 口各個(gè)信號(hào)燈的工作情況，系統(tǒng)轉(zhuǎn)為執(zhí)行 B 口有車程序時(shí)，首先 A 口的紅燈亮， B 口的綠燈亮。 20S 后 A 口綠燈閃 2S 后熄滅，隨之 A 口紅燈點(diǎn)亮， 90S 過后 B 口紅燈熄滅綠燈亮，在 A 口的紅燈亮 75S 后，即系統(tǒng)默認(rèn)汽車通過隧道， 這時(shí)程序返回?zé)o車程序。當(dāng)執(zhí)行完無(wú)車程序以后，在隧道的 A、 B 口沒有信號(hào)到來時(shí)，要求循環(huán)執(zhí)行無(wú)車程序，在 135 到 138 步就是為了返回 S0，循環(huán)執(zhí)行無(wú)車程序。 圖 A、 B 均無(wú)車時(shí)的梯形程序圖 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 啟動(dòng)停止按鈕 X0 被按下時(shí)， S20 被置 1，系統(tǒng)開始執(zhí)行無(wú)車程序。 無(wú)車程序的設(shè)計(jì)必須在整個(gè)程序的 前面，因?yàn)樵谙到y(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)來時(shí)，當(dāng)沒有車在隧道口時(shí)，就直接進(jìn)入到無(wú)車程序，并循環(huán)執(zhí)行。 無(wú)車通過隧道式的程序設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，畫出 A、 B 口信號(hào)燈的工作時(shí)序圖如圖所示： 圖 A、 B 口均無(wú)車時(shí)信號(hào)燈工作時(shí)序圖 從上面的時(shí)序圖可以分析出 A、 B 口各個(gè)信號(hào)燈的工作情況，系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先 A口的綠燈亮， B 口的紅燈亮。 采用這種指令進(jìn)行順序執(zhí)行，主要是為了在設(shè)計(jì)程序中，如果 A、 B 隧道口有車時(shí)，我們能夠采用一些簡(jiǎn)單辦法立即停止當(dāng)前執(zhí)行的無(wú)車程序，并轉(zhuǎn)移到有車程序。這種指令是專為順序控制而設(shè)計(jì)的 指令 。 X10 和X11 作為隧道 130m 和 260m 的系統(tǒng)故障急停開關(guān)，在任何時(shí)候只要撥動(dòng)開關(guān)，都可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行停止控制，當(dāng)檢修完線路后，將 X10 和 X11 撥回原位，又可以啟動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作狀態(tài)。假如隧道 A 口有車到達(dá)時(shí)，通過我們的紅外傳感器探測(cè)到信號(hào)后，將其信號(hào)輸送到 PLC 中，即如流程圖中，中斷無(wú)車程序，轉(zhuǎn) 為 A 口有車程序，當(dāng)執(zhí)行完一次后，返回到初始狀態(tài)，并檢測(cè) X0、 X X4 的狀態(tài)，只要誰(shuí)為 1 時(shí)，便執(zhí)行相應(yīng)的程序。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 圖 程序流程圖 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想：當(dāng)系統(tǒng)上電后進(jìn)入初始狀態(tài)， X0 作為整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)停止開關(guān)，當(dāng) X0 被按下時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)進(jìn)入程序的運(yùn)行，當(dāng) X0 再次按下時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)停止工作。由于系統(tǒng)干擾受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響較大，也較復(fù)雜，所以在布置抗干擾措施時(shí)，要充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)的因素，這樣才能最大可能的使 PLC穩(wěn)定工作。 采用浮地，就是 PLC整個(gè)系統(tǒng)與大地 絕緣起來，這種方式可避免大地電位和地回路電磁干擾所造成的干擾，但因系統(tǒng)浮地機(jī)殼易積累靜電，操作不安全。但是為了降低電子噪聲的干擾，這兩個(gè)電源的公共端應(yīng)連在一起。 24V直流傳感器電源可以作為 CPU 本機(jī)和 數(shù)字量擴(kuò)展模塊的輸入，擴(kuò)展模塊的電源以及外部傳感器電源使用。為了提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性， PLC 的供電系統(tǒng)中一般采用隔離變壓器，這樣可以隔離掉供電電源中的各種干擾信號(hào)，從而提高系統(tǒng)的抗干擾性。電網(wǎng)的波動(dòng)直接影響可編程控制器系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的精度和可靠性，有時(shí)電網(wǎng)的沖擊可能給系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞。配線結(jié)束偶把標(biāo)簽移去，否則標(biāo)簽將會(huì)堵住冷卻通道，阻礙空氣流通； 3. RUN 輸出主要用于緊急停車的控制，使用時(shí) RUN 接點(diǎn)應(yīng)與被控電源串聯(lián)； 。 電源單元的外部接線不多，在接線時(shí)要注意以下問題： 1. 根據(jù)所使用的外部電壓數(shù)值正確選擇電壓選擇器； 2. 在接線過程中不要移去單元頂部的保護(hù)標(biāo)簽，直到配線完成。 系統(tǒng)的電源設(shè)計(jì) PLC 控制系統(tǒng)的電源除交流電源以外，還包括給光電傳感器和直流電機(jī)供電的直流電源。通電時(shí)，電磁鐵有電流通過，產(chǎn)生了磁性，把小錘下方的彈性片吸過來，使小錘打擊電鈴發(fā)出聲音，同時(shí)電路斷開，電磁鐵失去了磁性，小錘又被彈回，電路閉合，不斷重復(fù)，電鈴便發(fā)出 連續(xù)擊打聲了。另行附加有與串口和 PLC 連接的數(shù)據(jù)傳輸線一根。按鈕選用LA1911 型號(hào)。由于汽車體積較大，我們選擇 4 只光電傳感器，在隧道 A、 B 口各安裝兩只，采用兩只光電傳感器，便可以可靠的檢 測(cè)汽車的到來，具體安裝位置如圖所示： 圖 傳感器安裝位置示意圖 光電傳感器采集的到汽車到達(dá)信號(hào)后，各輸出一個(gè)高電平信號(hào)，將兩個(gè)信號(hào)相與后，輸出的高電平送至 PLC 中，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作。而對(duì)射型光電傳感器可以檢測(cè)大距離的信號(hào)，所以針對(duì)隧道口汽車的檢測(cè)，我們采用對(duì)射型光電傳感器作為 PLC 的信號(hào)采集器。當(dāng)檢測(cè)物通過時(shí)擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號(hào)，輸出一個(gè)開關(guān)信號(hào)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光被反光板反射回來被收光器收到；一旦光路被檢測(cè)物擋住，收光器收不到光時(shí)，光電開關(guān)就動(dòng)作，輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)它的檢測(cè)頭里也裝有一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器，但前方?jīng)]有反光板。使用時(shí)把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測(cè)物通過路徑的兩側(cè)，檢測(cè)物通過時(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。由一個(gè)發(fā)光器和一個(gè)收光器組成的光電開關(guān)就稱為對(duì)射分離式光電開關(guān)，簡(jiǎn)稱對(duì)射式光電開關(guān)。槽形開關(guān)的檢測(cè)距離因?yàn)槭苷w結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。但當(dāng)被檢測(cè)物體從槽中通過時(shí)，光被遮擋，光電開關(guān)便動(dòng)作。 分類和工作方式： ⑴槽型光電傳感器把一個(gè)光發(fā)射器和一個(gè)接收器面對(duì)面地裝在一個(gè)槽的兩側(cè)的是槽形光電。 光電檢測(cè)方法具有精度高，反應(yīng)快，非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè)參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，體積小。它可以在與光 軸 0 到 25 的范圍改變發(fā)射角，使光束幾乎是從一根發(fā)射線，經(jīng)過反射后，還是從這根反射線返回。三角反射板是結(jié)構(gòu)牢固的發(fā)射裝置。在其后面是檢測(cè)電路，它能濾出有效信號(hào)和應(yīng)用該信號(hào)。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。發(fā)送器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管 (LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。 光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)控制的。因此可以確定其硬件部分主要由 PLC、光電傳感器、紅綠交通 信號(hào)燈、報(bào)警電鈴以及一些輔助設(shè)備組成。 從設(shè)計(jì)要求中可以看出，設(shè)計(jì)需求 PLC 的輸入輸出點(diǎn)數(shù)并不多，輸入點(diǎn)中兩個(gè)點(diǎn)是由傳感器采集到的信號(hào)輸入，一個(gè)點(diǎn)是起?？刂崎_關(guān)，另外兩個(gè)輸入點(diǎn)是故障控制系統(tǒng)停止開關(guān)，輸入點(diǎn)一共是五個(gè)點(diǎn)。作為對(duì)來自傳感器輸入信號(hào)的響應(yīng)， PLC 產(chǎn) 生輸出控制信號(hào)去驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈工作，從而實(shí)現(xiàn)隧道口紅綠燈的變化。 輸入電路 CPU EPROM RAM 輸出電路 基本單元 內(nèi)部電源 擴(kuò)展 I/O接口 各種外設(shè)接口 輸出信號(hào) 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 主機(jī) 編程器 打印機(jī) … PC 機(jī) … 輸入電路 輸出電路 擴(kuò)展單元 … 輸出信號(hào) 擴(kuò)展連接電纜 至其他擴(kuò)展單元 … … 現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào) 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 圖 三菱 FX2N 小型 PLC 產(chǎn)品主機(jī)示意圖 PLC 的外連電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的隧道口信號(hào)燈控制器電路原理圖如圖 33 所示。 圖 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)圖 圖 為三菱 FX2N小型 PLC 產(chǎn)品主機(jī)示意圖。 4 各部分硬件設(shè)計(jì) PLC 部分硬件介紹 本設(shè)計(jì)采用 三菱 FX2N PLC，其主要特點(diǎn)是： 一個(gè)程序包的單元型可編程控制器 采用裝卸式端子臺(tái) 內(nèi)裝 RUN/STOP開關(guān) 程序存儲(chǔ)器 鐘表功能 RUN寫入 元件注解 利用鍵盤保護(hù)程序（編程手冊(cè)，外圍設(shè)備手冊(cè)） 豐富的輸出入擴(kuò)展設(shè)備 豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備 用 SFC表現(xiàn)的編程 簡(jiǎn)便的應(yīng)用指令群 高速處理 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 一套 PLC系統(tǒng)在硬件上由基本單元（包含中央處理單元、存儲(chǔ)器、輸入／輸出接口、內(nèi)部電源）、 I／ O擴(kuò)展單元及外部設(shè)備組成。為防止外部高壓電源因誤操作而引入 PLC，對(duì)輸入和輸出信號(hào)的隔離是必要的，有時(shí)也可采用簡(jiǎn)單的二極管或熔絲管隔離 存儲(chǔ)器的選擇 由于計(jì)算機(jī)集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)器的價(jià)格已下降，因此，為保證應(yīng)用項(xiàng)目的正常投運(yùn)，一般要求 PLC 的存儲(chǔ)器容量，按 256 個(gè) I/O 點(diǎn)至少選 8K 存儲(chǔ)器選擇。 重要的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。 中北大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 活，一般用于大中型控制系統(tǒng)?？筛鶕?jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本。對(duì)輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價(jià)格低 、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)等特點(diǎn)；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功率因數(shù)負(fù)荷場(chǎng)合，但價(jià)格較貴，過載能力較差。 輸入輸出模塊的選擇 輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c(diǎn)數(shù)選型。 底板或機(jī)架大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機(jī)架，其作用是：電氣上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機(jī)械上，實(shí)現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個(gè)整體。同時(shí)，有的還為輸入電路提供 24V 的工作電源。按 I/O點(diǎn)數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置