【正文】 IEC11313 的梯形圖中除了線圈、常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)外，還允許增加功能和功能塊。它是一種軟件信息，是一種反映 PLC 的輸入輸出控制邏輯關(guān)系的程序軟 件，它與傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)的梯形圖（硬件）電路不同，不是真正的物理（硬件）電路，一定不能把它們當(dāng)作硬件電路來(lái)看待。因此，通常只是將 SFC作為 PLC的輔助編程工具，而不是一種獨(dú)立的編程語(yǔ)言。在并行支路中，所有的支路被同時(shí)執(zhí)行。在順序結(jié)構(gòu)中， CPU首 先反復(fù)執(zhí)行 1中的動(dòng)作，直到轉(zhuǎn)換 1變?yōu)?“ 1” 狀態(tài)， CPU 才處理第 2步。步是一種邏輯塊，即對(duì)應(yīng)于特定的控制任務(wù)的編程邏輯；動(dòng)作是控制任務(wù)的獨(dú)立部分；轉(zhuǎn)換是從一個(gè)任務(wù)到另一個(gè)任務(wù)的原因。 順序功能圖（ SFC） SFC提供了一種組織程序的圖形方法，在 SFC中可以用別的語(yǔ)言嵌套編程。由其制定的編程語(yǔ)言即滿足目前市場(chǎng)的要求，又適應(yīng)未來(lái)技術(shù)的發(fā)展。因此， IEC（國(guó)際電工委員會(huì)） 1994年 5 月公布了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)（ IEC1131）。 PLC 編程語(yǔ)言與編程結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代的 PLC 一 般備有多種編程語(yǔ)言，供用戶使用。計(jì)算機(jī)配套平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 相應(yīng)的軟件后，便可以對(duì)不同類(lèi)型或型號(hào)的 PLC 進(jìn)行編程。優(yōu)勢(shì)是攜帶方便，缺點(diǎn)是一般手持編程器只能編寫(xiě)指令表語(yǔ)句。 （ 1）手持編程器。指令表語(yǔ)句類(lèi)似于計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言，梯形圖語(yǔ)言需要轉(zhuǎn)換為指令表語(yǔ)句后才能執(zhí)行，這個(gè)轉(zhuǎn)換可由編程軟件自動(dòng)完成。 4 PLC 的程序語(yǔ)言與編程工具 PLC 程序可以用梯形圖語(yǔ)言或指令表語(yǔ)言編寫(xiě)。I/O 點(diǎn)數(shù)小于 64 點(diǎn)為微型機(jī)； I/O點(diǎn)數(shù)在 64 至 128 點(diǎn)為小型機(jī)； I/O 點(diǎn)數(shù)在 129至 512 點(diǎn)為中型機(jī)； I/O 點(diǎn)數(shù)在 512 點(diǎn)以上為大型機(jī)。模塊式是把 CPU、輸入接口、輸出接口等做成獨(dú)立的單元塊，具有 配置靈活、組裝方便的優(yōu)勢(shì)，適合輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)差異較大的控制系統(tǒng)。整體式的 PLC 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)，適合常規(guī)電氣控制。 在我國(guó)，一般按 I/O 點(diǎn)數(shù)將 PLC 分為以下級(jí)別（但不絕對(duì)，國(guó)外分類(lèi)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(guó)應(yīng)用的 PLC 系統(tǒng)中， I/O64 點(diǎn)以下 PLC 銷(xiāo)售額占整個(gè) PLC 的 47%， 64點(diǎn) ~256 點(diǎn)的占31%，合計(jì)占整個(gè) PLC 銷(xiāo)售額的 78%。 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)。 （ 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 系統(tǒng)中，可以完成大量的數(shù)據(jù)處 理工作。PID 模塊提供了使 PLC 具有閉環(huán)控制的功能，即一個(gè)具有 PID 控制能力的 PLC 可用于過(guò)程控制。每個(gè)軸移動(dòng)時(shí)，位置控制模塊保持適當(dāng)?shù)奈恢煤图铀俣?，確保運(yùn)動(dòng)平滑。例如：注塑機(jī)械、印刷機(jī)械、包裝機(jī)械、切紙機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、裝配生產(chǎn)線、電鍍流水線及電梯控制等。它用來(lái)取代傳統(tǒng)的 繼電器順序控制。目前PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、采礦、水泥、 石油 、化工、 電力 、 機(jī)械制造 、汽車(chē)、裝卸、造紙、紡織、環(huán)保和娛樂(lè)等行業(yè)。 2 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 PLC 的初期由于其價(jià)格高于繼電器控制裝置，使得其應(yīng)用 受到限制。同時(shí)可編程序控制器的標(biāo)準(zhǔn)化工作也受到了有關(guān)部門(mén)的重視，于 1993 年成立了可編程序控制器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，為我國(guó)可編程序控制器的進(jìn)一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 ③ 可編程序控制器的廣泛發(fā)展階段（ 90 年代初期到現(xiàn)在） 進(jìn)入 90 年代，我國(guó)的可編程序控制器進(jìn)入了廣泛發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (2)政府重視 可編程序控制器的發(fā)展得到了政府的高度重視，在當(dāng)時(shí)機(jī)械電子工業(yè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，于 1991 年成立了可編程序控制器行業(yè)協(xié)會(huì)。 ② 可編程序控制器的引進(jìn)應(yīng)用和消化移植階段（ 80 年代初期到 90年代初期） 80年代初期開(kāi)始，隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入，在成套設(shè)備引進(jìn)的同時(shí)，國(guó)外原裝的可編程序控制器開(kāi)平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 始涌 入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。繼寶鋼一期工程后，國(guó)內(nèi)許多廠家陸續(xù)引進(jìn)的設(shè)備和生產(chǎn)線大都配備了可編程序控制器，其應(yīng)用范圍包括電站、石油化工、汽車(chē)制造、港口和碼頭等各領(lǐng)域。大致可劃分為下述三個(gè)階段： ① 可編程序控制器的初級(jí)認(rèn)識(shí)階段（ 70 年代后期到 80 年代初期）國(guó)際上可編程序控制器的發(fā)展，首先引起了國(guó)內(nèi)工程技術(shù)界的極大興趣，所以我國(guó)對(duì)可編程序控制器的認(rèn)識(shí)始于 70 年代后期到 80 年代初期的成套設(shè)備引進(jìn)中，當(dāng)時(shí)的上海寶鋼一期工程中有多項(xiàng)工程引進(jìn)了十幾種機(jī)型約 200 多臺(tái)可編程序控制器。 PLC 的性能主要包括 CPU 性能與 I/O 性能兩大方面?，F(xiàn)代 PLC 無(wú)論從內(nèi)部元件組成還是硬件、軟件結(jié)構(gòu)都已經(jīng)與早期的 PLC 有了很大的不同， PLC 體積被大幅度縮小。 ①體積小型化。三菱公司本階段的主要產(chǎn)品有 FX小型 PLC 系列產(chǎn)品（包括最新的 FX3u 系列產(chǎn)品）， Qn,QnPH 系列中，大型 PLC 系列產(chǎn)品等 。一方面， PLC 在繼續(xù)提高 CPU 運(yùn)算速度，位數(shù)的同時(shí)，開(kāi)發(fā)了適用于過(guò)程控制，運(yùn)動(dòng)控制的特殊功能與模塊，使 PLC 的應(yīng)用范圍開(kāi)始涉及工業(yè)自動(dòng)化的全部領(lǐng)域。 2021 年至今： PLC 的高性能與網(wǎng)絡(luò)化階段。此外， PLC 的體積大幅度縮小，出現(xiàn)了各類(lèi)微型化 PLC。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1990— 2021 年， PLC 的高性能與小型化階段。 PLC 的應(yīng)用范圍開(kāi)始向順序控制的全部領(lǐng)域擴(kuò)展。在這一階段， PLC 的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，價(jià)格不斷下降，PLC 被迅速普及。 PLC 的原理、結(jié)構(gòu)、軟件、硬件趨向統(tǒng)一與成熟， PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域由最初的小范圍、有選擇使用、逐步向機(jī)床、生產(chǎn)線擴(kuò)展。在這一階段，由于 PLC 剛誕生，各種類(lèi)型的順序控制器不斷 出現(xiàn)（如邏輯電路型、 1位機(jī)型、通用計(jì)算機(jī)型、單板機(jī)型等），但迅速被淘汰。 PLC 不僅控制功能增強(qiáng)，同時(shí)可靠性提高，功耗、體積減小，成本降低，編程和故障檢測(cè)更加靈活方便，而且具有通信和聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)處理和圖象顯示等功能，使 PLC 真正成為具有邏輯控制、過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)處理、聯(lián)網(wǎng)通信等功能的名符其實(shí)的多功能控制器。隨著 微電子 技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 70 年代中期微處理器技術(shù)應(yīng)用到 PLC 中，使 PLC 不僅具有邏輯控制功能，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送和數(shù)據(jù)處理等功能。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。于是就設(shè)想將計(jì)算機(jī)功能強(qiáng)大、靈活、通用性好等優(yōu)點(diǎn)與電器控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單易懂、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，制成一種通用控制裝置，而且這種裝置采用面向控制過(guò)程、面向問(wèn)題的 “ 自然語(yǔ)言 ” 進(jìn)行編程，使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能很快掌握使用。但是電器控制系統(tǒng)存在體積大、可靠性低、查找和排除故障困難等缺點(diǎn)，特別是其接線復(fù)雜、不易更改，對(duì)生產(chǎn)工藝變化的適應(yīng)性差。 此實(shí)驗(yàn)是以三菱公司的 PLC 為基礎(chǔ)而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令、并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程，可編程序控制器及其有關(guān)設(shè) 備，都應(yīng)按易于使工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)”。它不僅是單機(jī)自動(dòng)化中應(yīng)用最廣的控制設(shè)備，在大型工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中也占有不可動(dòng)搖的地位， PLC應(yīng)用程度之廣、普及程度之高，是其他計(jì)算機(jī)控制設(shè)備無(wú)法比擬的。 第 2 章 可編程控制器（ PLC） PLC 基本概念 現(xiàn)代社會(huì)要求制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)需求作出迅速反應(yīng)，生產(chǎn)出小批量、多品種、多規(guī)格、低成本和高質(zhì)量的產(chǎn)品，為滿足這一要求，生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)必須具備極高的可靠性和靈活性，可編程控制器（ Programmable Logic Controller， PLC正是順應(yīng)這一要求出現(xiàn)的，它是以微處理器為基礎(chǔ)的通用工業(yè)控制裝置。 第三章，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來(lái)完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 本文的主要內(nèi)容 第一章，回顧交通燈的發(fā)展歷史，闡述研 究交通燈的目的和意義！隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通管制的要求越來(lái)越高，采用可編程程序控制器來(lái)代替中間繼電器和過(guò)程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了交通燈控制系統(tǒng)，才會(huì)滿足穩(wěn)定可靠的交通控制系統(tǒng)需求。三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸出、輸入擴(kuò)充設(shè)備，有豐富的特殊擴(kuò)展設(shè)備，其中的模擬輸入設(shè)備和通信設(shè)備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網(wǎng)通信。 本系統(tǒng)采用 PLC 是基于以下三個(gè)原因： ① PLC 具有很高的可靠性，通常的平均無(wú)故障時(shí)間都在 30萬(wàn)小時(shí)以上； ②編程能力強(qiáng)，可以將模糊化、模糊決策和解模糊都方便地用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)； ③抗干擾能力強(qiáng)，目前空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁 干擾環(huán)境下正常工作的 PLC； 根據(jù)交通信號(hào)燈系統(tǒng)的要求與特點(diǎn)，我們采用了日本三菱公司 FX2n 型 PLC。 可編程控制器交通燈控制系 統(tǒng)的特點(diǎn)： ①脫機(jī)手動(dòng)工作； ②聯(lián)機(jī)自動(dòng)就地工作； ③上機(jī)控制的單周期運(yùn)行方式； ④由上位機(jī)通過(guò)串口向下位機(jī)送入設(shè)定配方參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； ⑤自動(dòng)啟動(dòng)、自動(dòng)停機(jī)控制方式。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要。為此，采用不依賴(lài)數(shù)學(xué)模型的模糊控制方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問(wèn)題。 目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。即使是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒(méi)有什么車(chē)輛，而紅 燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過(guò)。 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過(guò)車(chē)輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利 用好耗費(fèi)巨資修建的城市高速道路，緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的主要問(wèn)題。然而，隨著交通量的快速增長(zhǎng)和缺乏對(duì)高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒(méi)有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交 通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。 研究目的和意義 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。紅燈是禁行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車(chē)輛必須在交叉路口的停車(chē)線后停車(chē)。綠燈是通行信號(hào)，面 對(duì)綠燈的車(chē)輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺(jué)到有人要過(guò)馬路。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市 5號(hào)大街的一座高塔上。 1869 年 1月 2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 1868 年，英國(guó)機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。 第 4 章 系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試 .......................................... 40 檢測(cè)與調(diào)試 ................................................. 40 本章小結(jié) ................................................... 39 設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì) .................................................. 39 參考文獻(xiàn) ......................................................... 40 謝 辭 ........................................................... 41 附錄一 FX2N 型 PLC 軟元件表 ................................... 44 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1章 緒論 交通燈設(shè)計(jì)背景 1858年，在英國(guó)倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車(chē)通行。 本文選擇三菱可編程控制器 FX2n 為核心部件，著重進(jìn)行硬件接口設(shè)計(jì)，利用梯形圖和語(yǔ)句表進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈控制系統(tǒng)的自動(dòng)化。同時(shí)， PLC 本身還具有通訊聯(lián)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(chē)輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。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，可對(duì)目前普遍使用的“漸進(jìn)式”信號(hào)燈進(jìn)行精確控制，特別對(duì)多岔路口的控制可方便地實(shí)現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工業(yè)自動(dòng)化裝置中應(yīng)用最