【正文】 5）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)采集、分析及處理。一般用于大型系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造業(yè)。在工業(yè)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展加快前提下，廠家都十分重視PLC的通訊功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通訊十分方便。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，常見的有箱體式，模塊式，及疊裝式三種結(jié)構(gòu)。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。(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。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。PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖如下所示：接口部件輸出輸入接口部件 中央處理單元 CPU板接受 驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào) 受控元件電 源 部 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)和編程過程中的語法錯(cuò)誤等。 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。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。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。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。CPU模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。CPU模塊上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì)PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。(4)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。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。④輸入輸出設(shè)備：用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀人器，輸入模擬量的電位器，打印機(jī)等?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，它和計(jì)算機(jī)一樣具有RS232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換信息。了解了PLC的基本結(jié)構(gòu)，我們?cè)谫徺I程控器時(shí)就有了一個(gè)基本配置的概念，做到既經(jīng)濟(jì)又合理，盡可能發(fā)揮PLC所提供的最佳功能。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。 　　(一) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。 　　(二) 用戶程序執(zhí)行階段 　　在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。 　　即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。 PLC內(nèi)部運(yùn)作方式　　雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。(2)編程簡(jiǎn)單，使用方便PLC采用面向過程，面向問題的“自然語言”編程，比如梯形圖語言編程方式，非常直觀，易懂易編，容易推廣使用，現(xiàn)代的 PLC已經(jīng)使用 IEC11313作為編程語言標(biāo)準(zhǔn)，具有功能清晰、易于理解的特點(diǎn)正在被技術(shù)人員所接納和采用。PLC的配置、安裝、使用和維護(hù)都很簡(jiǎn)單，方便，PLC標(biāo)準(zhǔn)的積木式結(jié)構(gòu)與模塊化的程序設(shè)計(jì)可以適應(yīng)大小不同、功能復(fù)雜的控制要求，并能適應(yīng)產(chǎn)品規(guī)格或者工藝要求的變化，從而可以節(jié)省大量的人力和物力 PLC的選用 plc目前的主要品牌美國AB，和利時(shí)，ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺(tái)達(dá)，富士，施耐德，信捷 創(chuàng)研等。馮如今，它的國際總部位于德國慕尼黑。西門子在電氣工程和電子領(lǐng)域擁有完善的業(yè)務(wù)組合。目前，西門子正在研發(fā)新的方案，以迎接未來來自衛(wèi)生、能源、水處理、通信、交通、安防、物流和自動(dòng)化領(lǐng)域的挑戰(zhàn)。西門子的產(chǎn)品十分的抗震動(dòng)，通過集中式和分布式I/O控制。這和西門子產(chǎn)品的質(zhì)量和性能有著十分大的關(guān)系. 其中西門子（SIEMENS）公司的PLC產(chǎn)品包括LOGO，S7200(CN)，S71200, S7300，S7400，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，HMI人機(jī)界面，工業(yè)軟件等。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7300）和中、高性能要求的PLC（如S7400）等。S7200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。S7200系列PLC具有極高的可靠性、極豐富的指令集、豐富的內(nèi)置集成功能、實(shí)時(shí)特性、強(qiáng)勁的通訊能力、豐富的擴(kuò)展模塊等特點(diǎn)，易于掌握，操作便捷。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡(jiǎn)單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)等。 （2）系統(tǒng)工作后，首先南北紅燈亮并維持25s；與此同時(shí)，東西綠燈亮，并維持20s時(shí)間，到20s時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。 （4）東西紅燈亮并維持30s；與此同時(shí)，南北綠燈亮并維持25s；然后，南北綠燈閃亮3s后熄滅。至此，結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)。設(shè)計(jì)思想分析如下：給一個(gè)啟動(dòng)的輸入信號(hào)，要配合一個(gè)SB1的按鈕，當(dāng)SB1啟動(dòng)按鈕動(dòng)作，系統(tǒng)工作。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)25秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時(shí)，東西方向道路也一起亮綠燈20S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)20秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西綠燈閃爍；東西綠燈閃爍3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使東西綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)3秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)東西黃燈亮；東西黃燈亮2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)2秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。東西方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，東西紅燈亮30S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)30秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈亮；同時(shí)，南北方向道路也一起亮綠燈25S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)25秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北綠燈閃爍；南北綠燈閃爍3S，需振蕩器或脈沖源（秒/次）動(dòng)作使南北綠燈閃爍，還要需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)3秒，才會(huì)轉(zhuǎn)下一狀態(tài)南北黃燈亮；南北黃燈亮2S,需計(jì)時(shí)器設(shè)定延時(shí)2秒，才會(huì)轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北紅燈亮。另外，當(dāng)斷開系統(tǒng)，所有信號(hào)燈熄滅；需要按鈕SB1動(dòng)作斷開系統(tǒng)，停此輸入信號(hào)入可編程控制器，而最快的方法，是使可編程控制器不動(dòng)作，那么肯定無信號(hào)輸出。可編程控制器要輸出一個(gè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)報(bào)警燈。通過如下的十字路口交通燈狀態(tài)分析表、主流程圖、十字路口交通燈時(shí)序圖一一展開，將十字路口交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路逐漸脈絡(luò)清晰。南北向和東西向行人道均設(shè)為通行綠燈和禁行紅燈。東西行人道通行綠燈于東西主干道綠燈點(diǎn)亮是點(diǎn)亮，當(dāng)東西主干道綠燈閃亮和黃燈點(diǎn)亮?xí)r東西行人道綠燈也要對(duì)應(yīng)閃亮，其它時(shí)間為紅燈。其中8個(gè)安裝在人行道的兩邊。南北向脈沖開關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同，另外兩個(gè)脈沖開可以控制車流量，當(dāng)東西向主干道等待車量較多的時(shí)候，按下東西向控制脈沖開關(guān)，東西向主干道延長(zhǎng)綠燈點(diǎn)亮?xí)r間到15秒。南北向脈沖開關(guān)對(duì)應(yīng)東西向功能相同。急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開關(guān)的控制。急車一過，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，信號(hào)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(shí)序控制。 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC選擇 一、PLC機(jī)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。因此，合理選用PLC，對(duì)于提高PLC控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有著重要意義。 PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。 整體式PLC的每一個(gè)I／O點(diǎn)的平均價(jià)格比模塊式的便宜，且體積相對(duì)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(kuò)展靈活方便在I／O點(diǎn)數(shù)、輸入點(diǎn)數(shù)與輸出點(diǎn)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)。 集中式不需要設(shè)置驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I／O硬件，系統(tǒng)反應(yīng)快、成本低；遠(yuǎn)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(yuǎn)程I／O可以分散安裝在現(xiàn)場(chǎng)裝置附近，連線短，但需要增設(shè)驅(qū)動(dòng)器和遠(yuǎn)程I／O電源；多臺(tái)PLC聯(lián)網(wǎng)的分布式適用于多臺(tái)設(shè)備分別獨(dú)立控制，又要相互聯(lián)系的場(chǎng)合，可以選用小型PLC，但必須要附加通訊模塊。 對(duì)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(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送功能的增強(qiáng)型低檔PLC。但是中、高檔PLC價(jià)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(chǎng)合。如果要跨范圍使用PLC，或者某些功能或信號(hào)有特殊的速度要求時(shí)，則應(yīng)該慎重考慮