【正文】 定或控制開(kāi)關(guān)。 CPU 的寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC不可缺少的組成單元。 與通用計(jì)算機(jī)一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制 及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。 PLC 的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 接受 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 受控元件 圖 21 基本構(gòu)成 （ 1） CPU 的構(gòu)成： PLC中的 CPU是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每臺(tái) PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過(guò)程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤等。按照點(diǎn)數(shù)的多少，可將 PLC 分為超小，小，中，打，超大等五類型如下 表 21： 表 21 PLC 按規(guī)模分類 超小型 小型 中型 大型 超大型 64點(diǎn)以下 64— 128點(diǎn) 128— 512點(diǎn) 512— 8192點(diǎn) 8192點(diǎn)以上 可編程控制器的配置 可編程控制器雖然外觀各異，但硬件結(jié)構(gòu)大體相同。 (2)按應(yīng)用規(guī)模及功能分類：為了適應(yīng)不同工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的應(yīng)用要求， PLC 能夠處理的輸入信號(hào)數(shù)量是不一樣的。模塊式 PLC一般用于規(guī)模較大，輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，輸入輸出點(diǎn)數(shù)比例靈活的場(chǎng)合。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝，便于擴(kuò)展，方便接線，其結(jié)構(gòu)與普通計(jì)算機(jī)有很大區(qū)別，常見(jiàn)的有箱體式 ，模塊式，及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。多種語(yǔ)言并存、互補(bǔ)與發(fā)展是 PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。外部故障的幾率很大，因此， PLC 廠家致力于研制、發(fā)展用于檢測(cè)外部故障的專用智能模塊，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性 (5)編程語(yǔ)言多樣化。為了擴(kuò)大適用范圍，廠家還制定了通用的通信彼岸準(zhǔn)，已構(gòu)成更 大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。以適應(yīng)不同類型的自動(dòng)控制系統(tǒng)的需要。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) (1)向高速度、大容量方向發(fā)展為了提高 PLC 的處理能力，要求 PLC 具有更好的響應(yīng)速度和更大的儲(chǔ)存容量。 自從第一臺(tái) PLC 出現(xiàn)以后，日本、德國(guó)、法國(guó)等也相繼開(kāi)始研制 PLC，并得到了迅速的發(fā)展。 20世紀(jì) 80 年代后，隨著大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅速發(fā)展， 16位和 32位微處理器應(yīng)用于 PLC 中，使 PLC 得到迅速發(fā)展。 早期的 PLC 僅有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，只是用來(lái)取代傳統(tǒng) 的繼電器控制，故稱為可編程控制器。 1969 年美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司根據(jù)美國(guó)通用汽車公司的要求研制成功了世界上第一臺(tái) PLC，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上使用，取得很好的成果。 PLC 的發(fā)展 在可編程控制器出現(xiàn)前，在工業(yè)電器控制領(lǐng)域中，繼電器控制占主導(dǎo)地位。 第二章 可編程控制器概況 可編程控制器（ PROGRAMMABLE CONTROLLER，簡(jiǎn)稱 PC）?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(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)。國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）頒布了對(duì) PLC的規(guī)定：可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。通常的平均無(wú)障礙時(shí)間都在 30 萬(wàn)小時(shí)以上； （ 2）系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期短，維護(hù)方便，改造容易，功能完善，實(shí)用性強(qiáng)； （ 3）干擾能力強(qiáng)，具有硬件故障的自我檢查功能，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； （ 4）近年來(lái) PLC 的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，是的實(shí)際應(yīng)用成為可能。本系統(tǒng)就是應(yīng)用可編程控制器（ PLC）對(duì)十字路口交通控制等實(shí)現(xiàn)控制。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)與周邊地區(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)劃部門亟待解決的主要問(wèn)題， 根據(jù)交通等工藝控制要求和特點(diǎn)，我們采用了日本三菱公司 FX2N_48MR。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)控指揮中最重要的組成部分。第一章 緒 論 交通信號(hào)燈的作用和意義 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。人，車，路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。 隨著城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。三菱 PLC有小型化，高速度，高性能等特點(diǎn)，三菱可編程控制器指令豐富，可以 接各種輸入，輸出擴(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 是基于以下四個(gè)原因： （ 1） PLC 具有很高的可靠性，抗干擾能力。 本文的研究?jī)?nèi)容 PLC 是在傳統(tǒng)的順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的一代新型工業(yè)控制裝置，目的是用來(lái)取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。它采用可編程序的存貯器，用來(lái)在其內(nèi)部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令 ，并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 本文分六章，第 1章介紹了交通燈的作用和意義；第 2章介紹了 PLC 的發(fā)明、發(fā)展、PLC的一般結(jié)構(gòu)以及他的應(yīng)用領(lǐng)域；第 3章交通燈的軟件編程；第 4章介紹了系統(tǒng)的控制要求，系統(tǒng)的 I/O 分配表和實(shí)物圖，系統(tǒng)的梯形圖；第 5章介紹了系統(tǒng)整體調(diào)試的硬件安裝和軟件調(diào)試；第 6章總結(jié)本次設(shè)計(jì)所學(xué)到的知識(shí)。與個(gè)人計(jì)算機(jī)的 PC相區(qū)別，用 PLC 表示。但是電氣控制系統(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。從此這項(xiàng)技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)。隨著微電子和計(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不僅具有邏輯運(yùn)算，還增加了算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。 PLC 不僅控制能力增強(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)處理和圖像顯示等功能，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)通信等功能的名副其實(shí)的 多功能控制器。 PLC 已成為工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域中占主導(dǎo)地位的通用工業(yè)控制裝置。 (2)向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 (3)PLC 大力開(kāi)發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信功能。 (4)增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。 PLC 結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí) ,PLC 的編程語(yǔ)言也越來(lái)越豐富。 PLC 的一般結(jié)構(gòu) 可編程控制器的結(jié)構(gòu)分類 (1)按硬件的結(jié)構(gòu)類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計(jì)的。 箱體式 PLC 一般用于規(guī)模小，輸入輸出點(diǎn)數(shù)固定，不需要擴(kuò)展的場(chǎng)合。疊裝式 PLC 具有二者的優(yōu)點(diǎn)。一般將一路信號(hào)稱作一個(gè)店，將輸入輸出點(diǎn)數(shù)的總和稱為機(jī)器的點(diǎn)。主要由中央處理器（ CPU），存儲(chǔ)器（ RAM/ROM），輸入輸出（ I/O 接口） ,電源及編程設(shè)備幾大部分組成。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。它確定了進(jìn)行控制的規(guī)模、工作速度、內(nèi)存容量等。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。 CPU 的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 CPU 雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但 PLC 中的 CPU 芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電 輸入接口部件 中央處理單元 CPU板 電 源 部 件 接口部件輸出 路的高度集成，對(duì) CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無(wú)必要，我們只要 弄清它在 PLC 中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。一般講， CPU 模塊總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。它的總線接口，用于接 I/O 模板或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。 （ 2） I/O 模塊： PLC 的對(duì)外功能，主要是通過(guò)各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián) 系的，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的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。 （ 3）電源模塊：有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開(kāi)的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為 24V。 （ 5） PLC 的外部設(shè)備：外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 ①編程設(shè)備：有簡(jiǎn)易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。 ②設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。 ③存儲(chǔ)設(shè)備：有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟磁盤或只讀存儲(chǔ)器，用于永久性地存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、 EEPROM 寫入器等。 （ 6） PLC 的通信聯(lián)網(wǎng)： PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、 PLC 與上位計(jì)算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。 當(dāng)然， PLC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的， PLC 與計(jì)算機(jī)之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的 PLC之間、 PLC 與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通訊與聯(lián)網(wǎng)。 PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為 以下幾類： （ 1）開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 這是 PLC 最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可用它取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，又可用于多機(jī)群控制及自動(dòng)化流水線。 （ 2）模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。 （ 3）運(yùn)動(dòng)控制 PLC 可以用于圓周運(yùn) 動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。廣泛的運(yùn)用于各種機(jī)床、機(jī)械、機(jī)器人、電器等場(chǎng)合。 PLC 能編制各種控制算法程序，完成閉環(huán)控制。 PID 處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較。 （ 6）通信及聯(lián)網(wǎng) PLC通信包含 PLC之間的通信以及 PLC與其他智能設(shè)備間的通信。 第三章 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) MCGS 組態(tài)軟件簡(jiǎn)介 圖 組態(tài)環(huán)境圖 MCGS 組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱 MCGS）由“ MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“ MCGS 運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成。 圖 組態(tài)運(yùn)行圖 MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program 子目錄中。 MCGS 運(yùn)行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境，由可執(zhí)行程序 支持，其存放于 MCGS 目錄的 Program子目錄中。 MCGS 組態(tài)軟件所建立的工程由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五部分構(gòu)成，每一部分分別進(jìn)行組態(tài)操作，完成不同的工作，具有不同的特性。在主控窗口中可以放置一個(gè)設(shè)備窗口和多個(gè)用戶窗口，負(fù)責(zé)調(diào)度和管理這些窗口的打開(kāi)或關(guān)閉。 設(shè)備窗口：是連接和驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的工作環(huán)境。 用戶窗口：本窗口主要用于設(shè)置工程中人機(jī)交互的界面，諸如：生成各種動(dòng)畫顯示畫面、報(bào)警輸出、數(shù)據(jù)與曲線圖表等。在本窗口內(nèi)定義不同類型和名稱的變量，作為數(shù)據(jù)采集、處理、輸出控制、動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。包括編寫控制程序（腳本程序），選用各種功能構(gòu)件，如：數(shù)據(jù)提取、歷史曲線、定時(shí)器、配方操作、多媒體 輸出等。其原理為：當(dāng)起動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，數(shù)碼管從 70s 開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，且南北紅燈亮，東西綠燈亮。工作時(shí)東西綠燈亮30s，并閃爍 3 次（即 3s），黃燈亮 2s，且南北紅燈 35s。這時(shí)南北綠燈開(kāi)始亮 30s,并閃爍 3次（即 3s），黃燈亮 2s，且東西紅燈亮 35S。然后數(shù)碼管按照此時(shí)間進(jìn)行循環(huán)。 工程立項(xiàng)搭建框架： MCGS 稱為建立新工程。經(jīng)過(guò)此步操作，即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中，建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。 設(shè)計(jì)菜單基本體系：為了對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)及工作流程進(jìn)行有效地調(diào)度和控制，通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。在組態(tài)過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際需要，隨時(shí)對(duì)菜單的內(nèi)容進(jìn)行增加或刪除，不斷完善工程的菜單。前一部分類似于“畫畫”，用戶通過(guò) MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動(dòng)畫構(gòu)件庫(kù)，在用戶窗口內(nèi)“組合”成各種復(fù)雜的畫面。 編寫控制流程程序：在運(yùn)行策略窗口內(nèi)，從策略構(gòu)件箱中，選擇所需功能策略構(gòu)件，構(gòu)成各種功能模塊（稱為策略塊 ），由這些模塊實(shí)現(xiàn)各種人機(jī)交互操作