【正文】 ,簡(jiǎn)化控制線路、提高系統(tǒng)可靠性 ,是 PLC 的最大優(yōu)點(diǎn) ； 根據(jù)實(shí)際工藝要求 ,借助于順序功能圖和梯形圖來編制用戶控制程序 ,實(shí)現(xiàn)單臺(tái)設(shè)備或生產(chǎn)過程的順序控制 ,則是 PLC 的主要功能之一 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 自動(dòng)控制裝置的先進(jìn)程度是體現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,可編程序控制器已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 本課題是對(duì)可編程控制器的順序控制進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，通過歐姆龍的 CPM1A 可編程控制軟件對(duì)十字路口交通燈編寫來研究順序控制在使用中的作用。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題之一。 關(guān)鍵詞 ： P LC、 CXProgra mmer、 C D451 順序控 制、梯形 圖、數(shù)碼管顯示 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract The advanced degree that the automatic control equips i s the important sign that embodies industry automation with the fast fierce development of the calculator technique and the microelectronics technique, the programmable preface controller has already bee one of the standard equipmentses of industrial the distancesoft co mponent to replace with the inner part after a great deal of time in the electric appliances logic control electric circuit after the electric appliances and in the center simplifying control circuit and raising system credibility after the electric appliances is PLC the biggest advantage。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來存儲(chǔ)用戶指令，通過數(shù)字或模擬的輸入輸出，完成 確定的邏輯、順序、定時(shí)、計(jì)數(shù)、運(yùn)算和一些確定的功能，來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展 ,可編程序控制器已經(jīng)成為工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備之一。 課題目的 本課題是對(duì)可編程控 制器的順序控制進(jìn)行實(shí)際的應(yīng)用，通過歐姆龍的 CP M1 A 可編程控制軟件對(duì)十字路口交通燈編寫來研究順序控制在使用中的作用。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題之一。 交通信號(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。用可編程控制器實(shí)現(xiàn)交通燈管制的控制系統(tǒng)，以及該系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)方法，實(shí)驗(yàn)證效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。可編程序控制器在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 21 世紀(jì)， PLC 會(huì)有 更大的發(fā)展。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS 中已有大量的可編程控制器應(yīng)用。 在中國(guó)機(jī)動(dòng)車量的不斷增加，許多大城市如北京、上海、南京等地出 現(xiàn)了 交通 超負(fù) 荷運(yùn) 行的 情況 ，交 通事故 的問 題也 越來 越 嚴(yán)重。而且，目前大多數(shù)交通燈在同一 時(shí)刻都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上方向同時(shí)為綠燈的情況，也增加了交通事故的發(fā)生率。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第 2 章 PLC 的概述 PLC 的發(fā)展歷程 P LC 英文全稱 Progra mmable Lo gic Co ntroller ,中文全稱為可編程邏輯控制器，定義是 : 一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。 雖然 P LC 問世時(shí)間不長(zhǎng)，但是隨著微處理器的出現(xiàn)，大規(guī)模，超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的不斷進(jìn)步， P LC也迅速發(fā)展，其發(fā)展過程大致可分三個(gè)階段： 一 . 早期的 P LC(60年代末 —70 年代中期 ) 早期的 P LC 一般稱為可編程邏輯控制器。它在硬件上以準(zhǔn)計(jì)算機(jī)的形式出現(xiàn)，在 I/O 接口電路上作了改進(jìn)以適應(yīng)工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的要求。另外還采取了一些措施，以提高其抗干擾的能力。因此，早期的 P LC 的性能要優(yōu)于繼電器控制裝置，其優(yōu)點(diǎn)包括簡(jiǎn)單易懂，便于安裝，體積小，能耗低，有故障指使，能重復(fù)使用等。 二 . 中期的 P LC(70 年代中期 —80 年代中，后期 ) 在70 年代，微處理器的出現(xiàn)使 P LC 發(fā)生了巨大的變化。 這樣，使 P LC 得功能大大增強(qiáng)。在硬件方面，除了保持其原有的開關(guān)模塊以外，還增加了模擬量模塊、遠(yuǎn)程 I/O 模塊、各種 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 特殊功能模塊。 三 . 近期的 P LC(80 年代中、后期至今 ) 進(jìn)入 80 年代中、后期，由于超大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展，微處理器的市場(chǎng)價(jià)格大幅度下跌，使得各種類型的 P LC 所采用的微處理器的當(dāng)次普遍提高。這樣使得 P LC 軟、硬件功能發(fā)生了巨大變化。固定式 P LC 包括 CP U 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊 、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。相同如圖 21 所示： 圖 21 PLC 的構(gòu)成 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 （一）中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CP U) 是 P LC 的控制中樞，它按照 P LC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲(chǔ)器 I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯(cuò)誤。 為了進(jìn)一步提高 P LC 的可靠性近年來對(duì)大型 P LC 還采用雙CP U 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或 采用三 CP U 的表決式系統(tǒng)， 這樣即 使某個(gè)CPU 出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。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。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 P LC 不可缺少的組成單元。 CP U 的控制器控制 C P U 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。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。 CP U 速度和內(nèi)存容量是 P LC 的重要參數(shù)，它們決定著 P LC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模 （二）存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器；存放應(yīng)用軟件的 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 存儲(chǔ)器稱為用戶程序存儲(chǔ)器。 （ 2） EP RO M (Erasable Progra mmable Read O nly Me mory) ，這是一種可擦除的只讀存儲(chǔ)器，在斷電情況下存儲(chǔ)器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變 (在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲(chǔ)器內(nèi)容 )。 2 PLC 存儲(chǔ)空間的分配 雖然各種 P LC 的 CP U 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù)PLC 的工作原理其存儲(chǔ)空間一般包括以下三個(gè)區(qū)域： 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)區(qū)；系統(tǒng) R AM 存儲(chǔ)區(qū) ( 包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等 )；用戶程序存儲(chǔ)區(qū)。 （ 2）系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū) 系統(tǒng) RAM 存儲(chǔ)區(qū)包括 I/O 映象區(qū)以及各類軟設(shè)備如：邏輯線圈、數(shù)據(jù)寄存器、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、變址寄存器、累加器、等存儲(chǔ)器。 系統(tǒng)軟設(shè)備存儲(chǔ)區(qū) 除了 I/O 映象區(qū)區(qū)以外，系統(tǒng) RA M 存儲(chǔ)區(qū)還包括 P LC 內(nèi)部 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 各類軟設(shè)備 (邏輯線圈、計(jì)時(shí)器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)寄存器和累加器等 )的存儲(chǔ)區(qū)，該存儲(chǔ)區(qū)又分為具有失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域和無失電保持的存儲(chǔ)區(qū)域，前者在 P LC 斷電時(shí)由內(nèi)部的鋰電池供電，數(shù)據(jù)不會(huì)遺失，后者當(dāng) P LC 斷電時(shí)數(shù)據(jù)被清零。 2) 數(shù)據(jù)寄存器與模擬量 I/O 一樣，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器占用系統(tǒng) RA M 存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)字 (16bits) ，另外 P LC 還提供數(shù)量不的特殊數(shù)據(jù)寄存器，具有不同的功能。 （三）電源 PLC 的電源在整 個(gè)系統(tǒng)中 起著十分 重要得作 用。 （四） I/O 模塊 PLC 與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（ I/O）完成的。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入 P LC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。 常用的 I/O 分類如下： （ 1）開關(guān)量：按電壓水平分，有 220 VAC、 110 VAC、 24 VDC，按隔離方 式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。 （ 3）除了上述通用 I/ O 外，還有特殊 I/ O 模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。 （五） PLC 系統(tǒng)的其它設(shè)備 編程設(shè)備：編程器是 P LC 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，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控 P LC 及 P LC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。也就是我們系統(tǒng)的上位機(jī)。 （六） PLC 的通信聯(lián)網(wǎng) 依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 P LC 與 P LC 之間、 P LC 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， P LC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的， P LC 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 P LC 之間、 P LC 與計(jì)算機(jī)之間可以方便地進(jìn) 行通訊與聯(lián)網(wǎng)。編程器是 P LC 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）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。 PLC 的特點(diǎn) PLC 是面向用戶的專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，具有許多明顯的特點(diǎn)： 1. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) ； 為了限制故障的發(fā)生或者在發(fā)生故障時(shí)，能很快查出故障發(fā)生點(diǎn)，并將故障限制在局部，各 PC 的生產(chǎn)廠商在硬件和軟件方面采取了多種措施，使 PC 除了本身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)給出出錯(cuò)信息， 停止運(yùn)行等待修復(fù)外，還使 PC 具有了很強(qiáng)的抗干擾能力。用戶在硬件確定以后，在生產(chǎn)工藝流程改變或生產(chǎn)設(shè)備更新的情況下，不必改變 P LC的硬設(shè)備，只需改編程序就可以滿足要求。 3. 功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣 ； 現(xiàn)代 PLC 不僅有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，還具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出、功率驅(qū)動(dòng)、通信、人機(jī)對(duì)話、自檢、 記錄顯示等功能。 4. 編程簡(jiǎn)單，容易掌握 ； 目前，大多數(shù) P LC 仍采用繼電控制形式的 “梯形圖編程方式 ”。 P LC 在執(zhí)行梯形圖程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺g成匯編語言然后執(zhí)行 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ PLC 內(nèi)部增加了解釋程序）。 5. 減少了 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工的工作量 ； 由于 PLC 采用了軟件來取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)安裝接線工作量大為減少。并且，由于 PLC 的低故障率及很強(qiáng)的監(jiān)視功能，模塊化等等，使維修也極為方便。并且由于 P LC 的強(qiáng)抗干擾能力，易于裝入設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備 。 程控：在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液體、速度、電流和電壓等，稱為模擬量。 2. 數(shù)據(jù)處理：一般可編程控制器都設(shè)有四則運(yùn)算指令，可以很方便地對(duì)生產(chǎn)過程中的資料進(jìn)行處理。較高檔次的可編程控制器都有位置控制模塊，用于控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種機(jī)械的位置控制?？删幊炭刂破鞯耐ㄐ拍K可以滿足這些通信聯(lián)網(wǎng)要求。 PLC 的工作原理 PLC(Power Line Co mmunicatio n) 即電力線 通信是 指利 用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話 音信號(hào)的一種通信方式。在高壓輸電網(wǎng)（ 35 kV 以上）、中壓輸電網(wǎng)（ 10 kV35kV）以及低壓 (10kV 以下 ) 的各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ崝?shù)率不斷提高。在中壓配電網(wǎng)傳輸技術(shù)方面，高于 10 Mbps數(shù)據(jù)信號(hào)的設(shè)想和方案也日益引起人們的重視并開發(fā)成功。 本章小結(jié) 通過本章對(duì) P LC 的原理、特點(diǎn)、功能、發(fā)展做簡(jiǎn)單的介紹，加深了對(duì) P LC 的了解，為接下來對(duì) P LC 的應(yīng)用，提供了理論基礎(chǔ)。這也是至關(guān)重要的，程序通過 I/O 點(diǎn)的輸入輸出，來完成邏輯量控制的顯示。實(shí)驗(yàn)室的 OMRON P LC 的輸出點(diǎn)只有 16 個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?qū)崿F(xiàn)倒計(jì)時(shí)的方式，并且出于節(jié)約 P LC 輸出點(diǎn)的方式，加入 C D4511譯碼，取消 P LC 的直接譯碼，這樣不僅大大的節(jié)約 了輸出點(diǎn)，而且也能完全實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)