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摘 要 PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計(jì)算機(jī)，它以其編程方便、操作簡(jiǎn)單尤其是它的高可控性等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路，微型機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點(diǎn)和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控制系統(tǒng)到監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的許多控制領(lǐng)域。近年來隨著科技的飛速發(fā)展，PLC的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。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)用最多的一種設(shè)備。專家認(rèn)為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎(chǔ)設(shè)備之一，PLC、機(jī)器人、CAD/CAM將成為工業(yè)生產(chǎn)的三大支柱。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)。因此現(xiàn)在越來越多地將PLC應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。 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，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的PLC應(yīng)用系統(tǒng)中，PLC往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅PLC方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。十分形象地顯示出了PLC在交通燈系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。 關(guān)鍵字：PLC 交通燈;程序;報(bào)告;設(shè)計(jì) Abstract Summary of PLC (programmable logic controller) as an industrial control computer, in its programming, it convenient, simple operation, in particular its high controllability, and other advantages, has been widely used in the industrial production process. Application of LSI, microcomputer technology and communication technology for development results, and gradually form has several advantages and micro-, medium, large, and very large variety of products, such as, should be used from the relay control system to monitor the computer between many areas of control. In recent years, with the rapid development of science and technology, application of PLC is continuing to move towards in-depth, led both traditional controls testing day Crescent benefits update. It has a simple structure, convenient programming, high reliability, have been widely used in industrial process and control in the location. According to statistics, the PLC is one of the most widely used in industrial automation device equipment. Experts believe that the programmable controller will become the main instruments and an important foundation for future industrial control equipment, PLC, robotics, CAD/CAM will be the three pillars of industrial production. Due to the PLC to use strong environmental adaptability features, while its internal timer resources are very rich, is now widely used can be "incremental" precise control over lights, special controls for multiple fork can be easily achieved. Thus PLC is now increasingly applied to the traffic light system. At the same time, PLC itself also has a communications networking function, on the same path lights form a unified scheduling management LAN, traffic waiting time can be shortened, realize scientific management. Real time detection and automatic control in PLC application system, PLC is often used as a core part, PLC knowledge alone is not enough, should also be based on the specific hardware structure, as well as application-specific software combined with the characteristics of an object, to be refined. Very vividly demonstrate the application of PLC in the system of traffic lights. Keywords: traffic lights at the PLC; procedure; reports; design 目 錄 第1章 前 言 4 1.1課題背景 4 1.2研究目的和意義 5 1.3本文的主要工作 7 第2章PLC的基本知識(shí) 7 2.1PLC的概述 7 2.1.1國(guó)外PLC發(fā)展概況 7 2.1.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 8 2.1.3國(guó)內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用概況 8 2．2PLC的應(yīng)用領(lǐng)域 8 2．2．1開關(guān)量的邏輯控制 9 2.2.2模擬量控制 9 2.2.3運(yùn)動(dòng)控制 9 2.3.4過程控制 9 2.3PLC發(fā)展趨勢(shì) 9 2.3.1向高速度、大容量方向發(fā)展 9 2.3. 2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 9 2.3.3PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 10 2.3.4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 10 2.3.5編程語言多樣化 10 2.4PLC特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成 10 2.4.1plc 具有以下鮮明的特點(diǎn)。 10 2.4.2PLC的結(jié)構(gòu)組成 11 2.5PLC軟件的組成 15 2.6PLC的基本工作原理 18 第3章 紅綠燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 3.1交通燈控制的要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 20 3.2硬件設(shè)計(jì) 24 3.2.1PLC的選型 24 3.2.2PLC的地址分配 25 3.2.3PLC的接線形式 26 3.3系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 27 3.3.1語句表 27 3.3.2系統(tǒng)程序分析 27 3.4 本章小結(jié) 28 第4章 系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試 29 4.1檢測(cè)與調(diào)試 29 4.2本章小結(jié) 30 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 第1章 前 言 1.1課題背景 當(dāng)今，紅綠燈安裝在各個(gè)道口上，已經(jīng)成為疏導(dǎo)交通車輛最常見和最有效的手段。但這一技術(shù)在19世紀(jì)就已出現(xiàn)了。 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，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號(hào)燈。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。它由紅綠兩以旋轉(zhuǎn)式方形玻璃提燈組成，紅色表示“停止”，綠色表示“注意”。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。 電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國(guó)，這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，1914年始安裝于紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測(cè)器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。紅外線紅綠燈當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路。紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長(zhǎng)一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的消費(fèi)水平不斷的提高，私人車輛不斷的增加。人多、車多道路少的道路交通狀況已經(jīng)很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢(shì)在必行的。PLC 的智能控制原則是控制系統(tǒng)的核心，采用PLC把東西方向或南北方向的車輛按數(shù)量規(guī)模進(jìn)行分檔，相應(yīng)給定的東西方向與南北方向的綠燈時(shí)長(zhǎng)也按一定的規(guī)律分檔. 這樣就可以實(shí)現(xiàn)按車流量規(guī)模給定綠燈時(shí)長(zhǎng)，達(dá)到最大限度的有車放行，減少十字路口的車輛滯流，緩解交通擁擠、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，從而提高了交通控制系統(tǒng)的效率. 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。為了實(shí)現(xiàn)交通道路的管理，力求交通管理先進(jìn)性、科學(xué)化。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)證明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，能夠有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力?？删幊绦蚩刂破髟诠I(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)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。 1.2研究目的和意義 在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。 傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。 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。由于十字路口不同時(shí)刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(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)問題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，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?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。 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。 近年來PLC的性能價(jià)格比有較大幅度的提高，使得實(shí)際應(yīng)用成為可能。 本系統(tǒng)采用PLC是基于以下四個(gè)原因： ①PLC具有很高的可靠性，通常的平均無故障時(shí)間都在30萬小時(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)，我們采用了德國(guó)西門子公司S7-200型PLC。西門子PLC有小型化、高速度、高性能等特點(diǎn)，是S7-200系列中最高檔次的超小型程序裝置。西門子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)就是應(yīng)用可編程序控制器(PLC)對(duì)十字路口交通控制燈實(shí)現(xiàn)控制。 1.3本文的主要工作 第一章，回顧交通燈的歷史，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通管制的要求越來越高，采用可編程程序控制器來代替中間繼電器和過程控制的微型機(jī)，設(shè)計(jì)開發(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。 第二章，敘述了可編程程序控制器的產(chǎn)生、發(fā)展、應(yīng)用的歷程，通過論述可編程程序控制器的各種優(yōu)點(diǎn)、 卓越性能、結(jié)構(gòu)、原理，有一個(gè)感性的總體認(rèn)識(shí)。 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)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。 第四章，通過對(duì)系統(tǒng)的調(diào)試和檢測(cè)，再進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，將隱藏的不足之處加以修正和完善，確保系統(tǒng)能順利運(yùn)行。 第二章PLC的基本知識(shí) 2.1PLC的概述 2.1.1國(guó)外PLC發(fā)展概況 PLC自問世以來，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已成為重要的產(chǎn)業(yè)之一。世界總銷售額不斷上升、生產(chǎn)廠家不斷涌現(xiàn)、品種不斷翻新。產(chǎn)量產(chǎn)值大幅度上升而價(jià)格則不斷下降。目前，世界上有200多個(gè)廠家生產(chǎn)PLC，較有名的：美國(guó)：AB通用電氣、莫迪康公司；日本：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國(guó)：西門子公司；法國(guó)：TE 施耐德公司；韓國(guó)：三星、LG公司等。 　 2.1.2技術(shù)發(fā)展動(dòng)向 　　1. 產(chǎn)品規(guī)模向大、小兩個(gè)方向發(fā)展； 　 大：I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)14336點(diǎn)、32位為微處理器、多CPU并行工作、大容量存儲(chǔ)器、掃 描速度高速化。 　　?。河烧w結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，降低了成本。 　　2.PLC在閉環(huán)過程控制中應(yīng)用日益廣泛； 　　3.不斷加強(qiáng)通訊功能； 　　4.新器件和模塊不斷推出； 　　高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外，還有帶處理器的EPROM或RAM的 智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。 　　5.編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標(biāo)準(zhǔn)化； 有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件，采用梯形圖、功能圖、語句表等編程語言， 亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。 　　6.發(fā)展容錯(cuò)技術(shù)； 　　采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。 　　7.追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。 　2.1.3國(guó)內(nèi)發(fā)展及應(yīng)用概況 　　我國(guó)的PLC產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)經(jīng)歷了三個(gè)階段：順序控制器（1973～1979）——一位處理器為主的工業(yè)控制器（1979～1985）——8位微處理器為主的可編程序控制器（1985以后）。在對(duì)外開放政策的推動(dòng)下，國(guó)外PLC產(chǎn)品大量進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，一部分隨成套設(shè)備進(jìn)口。如寶鋼一、二期工程就引進(jìn)了500多套，還有咸陽顯示管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等?，F(xiàn)在，PLC在國(guó)內(nèi)的各行各業(yè)也有了極大的應(yīng)用，技術(shù)含量也越來越高。 2．2PLC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、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類： 2．2．1開關(guān)量的邏輯控制 這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，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，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。 2.2.2模擬量控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)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。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 2.2.3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。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 2.3.4過程控制 過程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的PID子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。 2.3PLC發(fā)展趨勢(shì) 2.3.1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)速度和更大的存儲(chǔ)容量。目前，有的PLC的掃描速度可達(dá)0.1ms/k步左右。PLC的掃描速度已成為很重要的性能指標(biāo)。 2.3. 2向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展 當(dāng)前中小型PLC比較多，為了適應(yīng)市場(chǎng)的多種需要，今后的PLC要向多品種方向發(fā)展，特別是向超大型和超小型兩個(gè)方向發(fā)展?，F(xiàn)已有I/O點(diǎn)數(shù)達(dá)到14336點(diǎn)的超大型PLC，其使用32微處理器，多CPU并行工作和大容量存儲(chǔ)器，功能強(qiáng)。小型的PLC由整體結(jié)構(gòu)向小型模塊化結(jié)構(gòu)發(fā)展，使配置更加靈活，為了市場(chǎng)需要，如三菱公司a系列PLC。 2.3.3PLC大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力 為了滿足各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求，近幾年不斷開發(fā)許多功能模塊，如高速計(jì)數(shù)模塊、溫度控制模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊、通信和人機(jī)接口模塊等。這些帶CPU和存儲(chǔ)器的智能模塊，既擴(kuò)展了PLC功能，又使用方便，擴(kuò)大了PLC應(yīng)用范圍。加強(qiáng)PLC聯(lián)網(wǎng)通信的能力，是PLC技術(shù)進(jìn)步的潮流。PLC的聯(lián)網(wǎng)通信有兩類：一類是PLC之間聯(lián)網(wǎng)通信，各PLC生產(chǎn)廠家都有自己的聯(lián)網(wǎng)通信手段；PLC于計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)網(wǎng)通信，一般PLC都有專用通信模塊與計(jì)算機(jī)通信。為了加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力，PLC生產(chǎn)廠家之間也在協(xié)商制訂通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DOS)不可缺少的重要組成。 2.3.4增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明：在PLC控制系統(tǒng)的故障中，CPU占5%，I/O接口占15%，輸入設(shè)備占30%，線路占5%。前兩項(xiàng)共20%故障屬于PLC的內(nèi)部故障，它可通過PLC本身的軟、硬件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、處理：而其余80%的故障屬于PLC的外部故障。因此，PLC生產(chǎn)廠家都致力于研制、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。 2.3.5編程語言多樣化 在PLC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展的同時(shí)，PLC的編程語言也越來越豐富，功能也不斷提高。除了大多數(shù)PLC使用梯形圖語言外，為了適應(yīng)各種控制要求，出現(xiàn)了面向順序控制的步進(jìn)編程語言、面向過程的流程語言、與計(jì)算機(jī)兼容的高級(jí)語言（BASIC、C語言）等。多種編程語言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC進(jìn)步的一種趨勢(shì)。 2.4PLC特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成 2.4.1plc 具有以下鮮明的特點(diǎn)。 　　1.系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易，以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回 路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和 DCS 等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。 　　2.使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動(dòng)硬件。 3. 能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。 2.4.2PLC的結(jié)構(gòu)組成 2.4.2.1硬件結(jié)構(gòu) 可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱PLC，是一種具有微處理機(jī)的數(shù)位電子設(shè)備，可以將控制指令隨時(shí)加載內(nèi)存內(nèi)儲(chǔ)存與執(zhí)行。 可編程控制器由內(nèi)部CPU，指令及資料內(nèi)存、輸入輸出單元、電源模組、數(shù)位類比...等單元所模組化組合成. PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如下： 2.4.2.2中央處理單元 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)程式賦予的功能接收并存貯用戶程式和資料，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來的狀態(tài)或資料，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。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程式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，與通用電腦一樣，主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的資料、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，還有周邊芯片、總線界面及有關(guān)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。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程式及資料，是PLC不可缺少的組成單元。 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。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。CPU的運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)位或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。 CPU的暫存器參與運(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，由于電路的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，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。 CPU模組的外部表現(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)。一般講，CPU模組總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線界面，用于接I/O范本或底板，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。CPU模組上還有許多設(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。 PLC的CPU內(nèi)部包含CU、ALU、暫存器三大部分： 1.CU：(控制單元-指令解碼器) 負(fù)責(zé)將儲(chǔ)存在內(nèi)存內(nèi)的程式解碼成控制信號(hào)，用以決定各單元模組的工作狀態(tài)，是PLC的指揮部。 2.ALU：(算數(shù)及邏輯運(yùn)算單元)專門負(fù)責(zé)做加減乘除的算術(shù)運(yùn)算及AND、OR、NOT邏輯運(yùn)算 暫存器：CPU內(nèi)部?jī)?nèi)存可以暫時(shí)存放運(yùn)算的結(jié)果，等待下一次運(yùn)算。 2.4.2.3內(nèi)存 PLC內(nèi)部存放撰寫完成編輯的程式指令及資料的地方，通常也可使用RAM或EEPROM等專用內(nèi)存卡片方式擴(kuò)充(但擴(kuò)充能力得依各廠牌與型號(hào)有所不同)。輸入/輸出單元(IO單元) PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模組與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模組規(guī)格及數(shù)量，I/O模組可多可少，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。I/O模組集成了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)。 輸入單元是用來連結(jié)擷取輸入元件的信號(hào)動(dòng)作并透過內(nèi)部總線將資料送進(jìn)內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動(dòng)程式指令部分。PLC輸入模組PLC系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入模組產(chǎn)品的選擇端視需要被監(jiān)測(cè)的輸入訊號(hào)位準(zhǔn)而定。 來自不同類型被監(jiān)測(cè)的傳感器與流程控制之變量訊號(hào)，可以涵蓋從10mV至10V的輸入訊號(hào)范圍。 輸出單元是用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的接口，主要原理是由CPU處理以書寫在PLC里的程式指令，判斷驅(qū)動(dòng)輸出單元在進(jìn)而控制外部負(fù)載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣(油)壓閥等。 PLC輸出模組在工業(yè)環(huán)境中用來控制制動(dòng)器、氣閥及馬達(dá)等的PLC系統(tǒng)類比輸出范圍包括5V、10V、0V到5V、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。 2.4.2.4AD/DA 類比/數(shù)位 單元(類比數(shù)位轉(zhuǎn)換控制) AD-類比訊號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)位訊號(hào)：主要是把外部微電壓微電流以及0與1的資料，透過專用模組接面接收，再以專用指令轉(zhuǎn)換運(yùn)算給程式運(yùn)用。 DA-數(shù)位訊號(hào)轉(zhuǎn)類比訊號(hào)：主要是把PLC內(nèi)部數(shù)學(xué)數(shù)值及專用指令以CPU做運(yùn)算，并透過專用模組將數(shù)學(xué)數(shù)值轉(zhuǎn)微電壓微電流信號(hào)再加以控制外部設(shè)備，如變頻器、溫控器等包含其他具有數(shù)位類比收送的接口設(shè)備。 通常在使用AD/DA模組時(shí)都會(huì)去考慮到設(shè)備的分辨率，因?yàn)榉直媛蕰?huì)影響到精準(zhǔn)度，所以我門通常會(huì)選用高分辨率的設(shè)備使用，并遵照期線性比例做數(shù)學(xué)運(yùn)算。 2.4.2.5電源模組 有些PLC中的電源，是與CPU模組合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。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。 2.4.2.6通訊 現(xiàn)在PLC大多具有可擴(kuò)充通信網(wǎng)絡(luò)模組的功能，簡(jiǎn)單的PLC以BUS纜線或RS-232方式通訊連結(jié)，較高階的PLC會(huì)采用USB或以太網(wǎng)路方式做通訊連結(jié)。它使PLC與PLC 之間、PLC與個(gè)人電腦以及其他智慧設(shè)備之間能夠交換資訊，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制?，F(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信網(wǎng)絡(luò)功能，它和電腦一樣具有RS-232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)交換資訊。 當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與電腦之間的通訊，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)定靠近，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與電腦之間可以方便地進(jìn)行通訊與網(wǎng)絡(luò)。 2.4.2.7PLC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)易編程器和智慧圖形編程器，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。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。 2、監(jiān)控設(shè)備 資料監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視資料或通過畫面監(jiān)視資料。 3、存儲(chǔ)設(shè)備 有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟碟或只讀內(nèi)存，用于永久性地存儲(chǔ)用戶資料，使用戶程式不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。 4、輸入輸出設(shè)備 用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀入器，輸入模擬量電位器，打印機(jī)等。 5、PLC內(nèi)主要元件 PLC利用內(nèi)部?jī)?nèi)存，規(guī)劃許多順序控制程式上常會(huì)使用到的元件，這些元件包括: 輸入繼電器、輸出繼電器、補(bǔ)助繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、資料暫存器等主要元件，各元件功能與使用方法，說明如下： (1)輸入接點(diǎn)(input)與輸出接點(diǎn)(Output) 用于PLC與外部元件之間的狀態(tài)傳送?？蛇B接外部器件，及按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字開關(guān)等，使用過大電流將會(huì)造成內(nèi)部接點(diǎn)元件損壞。 PLC輸出（Yn）與輸入(Xn)之繼電器對(duì)應(yīng)至實(shí)際輸出與輸入之接點(diǎn)狀態(tài)，由PLC內(nèi)部之記體來記憶，在每回程式執(zhí)行完畢后，PLC會(huì)將運(yùn)算結(jié)果后內(nèi)存之值（0 或1）反應(yīng)至輸出接點(diǎn)Yn（ON或OFF）；接著掃描輸入接點(diǎn)Xn之狀態(tài)，并更新所有輸入點(diǎn)內(nèi)存內(nèi)之值，以備下一回程式執(zhí)行使用。 輸入點(diǎn)Xn與輸出點(diǎn)Yn可當(dāng)作一虛擬繼電器的接點(diǎn)，因此可作常開接點(diǎn)(-| |-)與常閉接點(diǎn)(-|/|-)處理，每個(gè)輸出點(diǎn)Yn(-( )-)只能使用在程序一次(步進(jìn)指令STL+RET例外)，但如作為接點(diǎn)，則可在程式設(shè)計(jì)的程序中無限使用。 以上為三菱PLC標(biāo)記方式，其中n 代表接點(diǎn)之編號(hào)，接點(diǎn)編號(hào)方式各廠牌不同，有些PLC采八進(jìn)制而非慣用之十進(jìn)制。 內(nèi)部繼電器(M) PLC內(nèi)部提供很多補(bǔ)助繼電器（通常以M或者R表示），用來取代傳統(tǒng)順序控制中的繼電器。傳統(tǒng)繼電器包括接點(diǎn)與線圈二部份，但實(shí)際上PLC是以內(nèi)存來記憶補(bǔ)助繼電器之狀態(tài)，若線圈被驅(qū)動(dòng)則將1 寫入，否則將0 寫入。接點(diǎn)之運(yùn)算則直接讀自所對(duì)應(yīng)之內(nèi)存值（0 或1），但原理與傳統(tǒng)繼電器相同，只有持續(xù)輸出電源或采用自我保持設(shè)計(jì)，才可保持繼電器的ON(1)狀態(tài)，如果切斷PLC的電源，或者對(duì)PLC進(jìn)行復(fù)歸，內(nèi)部繼電器都將斷開OFF，除非是停電保持形態(tài)之內(nèi)部繼電器。 補(bǔ)助繼電器可分為一般型與停電保持型，差別在系統(tǒng)重新啟動(dòng)或斷電后，停電保持型記憶啟動(dòng)或斷電前之狀態(tài)。 依各廠生產(chǎn)型別，尚可能有網(wǎng)絡(luò)繼電器(B)、步進(jìn)繼電器(S)...等特殊型態(tài)。 (2)計(jì)數(shù)器(Counter) 計(jì)數(shù)器在程式中被用來計(jì)算重復(fù)動(dòng)作的次數(shù)。每一個(gè)計(jì)數(shù)器Cn 有一個(gè)位元內(nèi)存位址代表其接點(diǎn)狀態(tài)，另有一字符暫存器用來記錄目前所計(jì)數(shù)之大小。 一般PLC的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式可分為上數(shù)或下數(shù)方式，有的計(jì)數(shù)器則同時(shí)具有上數(shù)與下數(shù)方式。上數(shù)指的是由小往大數(shù)(如:1,2,3...)，下數(shù)指的是由大的往小數(shù)(如:9,8,7...)。因此首先要了解所使用之計(jì)數(shù)器到底是上數(shù)或下數(shù)。 一般PLC中的計(jì)數(shù)器并非真有硬件計(jì)數(shù)器存在，而是以內(nèi)存配合軟件的模擬方式來完成計(jì)數(shù)等功能。但有的PLC具有高速計(jì)數(shù)器，則是以實(shí)際的硬件來完成所需的高速計(jì)數(shù)工作。順序控制使用一般計(jì)數(shù)器即可，但若輸入訊號(hào)為高速脈波，則須改采高速計(jì)數(shù)器。有的PLC為避免意外停電后計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的遺失，也提供部份計(jì)數(shù)器具有停電后保持計(jì)數(shù)值與接點(diǎn)狀況之功能。 (3)計(jì)時(shí)器(Timer) 計(jì)時(shí)器用來計(jì)算動(dòng)作的時(shí)間長(zhǎng)短。每一個(gè)計(jì)時(shí)器Tn有一個(gè)內(nèi)存記憶其接點(diǎn)狀態(tài)，另有一暫存器用來記錄目前所計(jì)時(shí)之次數(shù)。每單位計(jì)時(shí)時(shí)間乘上計(jì)時(shí)次數(shù)，代表所計(jì)時(shí)之時(shí)間長(zhǎng)短。一般型計(jì)時(shí)器按其接點(diǎn)動(dòng)作方式可分為“啟動(dòng)延遲型”或“斷電延遲型”二種。另有積算型計(jì)時(shí)器，在輸入訊號(hào)消失或停電后，計(jì)時(shí)器內(nèi)之資料會(huì)被保存。因此積算計(jì)數(shù)內(nèi)之資料在每一次重新計(jì)時(shí)動(dòng)作前，應(yīng)先予以歸零?！皢?dòng)延遲型”計(jì)時(shí)器:在啟動(dòng)訊號(hào)輸入后開始計(jì)時(shí)，等到計(jì)時(shí)終了才啟動(dòng)計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)；“斷電延遲型”計(jì)時(shí)器:則在啟動(dòng)訊號(hào)輸入后，除了開始計(jì)時(shí)，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)，等到計(jì)時(shí)終了才將計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)關(guān)閉。 (4)資料暫存器(Data) 資料暫存器（Dn）用來儲(chǔ)存字符組之?dāng)?shù)值或字符資料。其資料型態(tài)使用二進(jìn)制符號(hào)，數(shù)據(jù)用O與1表示。每個(gè)暫存器使用16位元儲(chǔ)存，但是如果使用二個(gè)資料暫存器，則可處理32位元的數(shù)據(jù)。 數(shù)值存入后其內(nèi)容會(huì)一直保持，直到新數(shù)據(jù)送入或程式停止運(yùn)轉(zhuǎn)才清除歸零。 依其功能可分為一般用、停電保持用、特殊用、檔案暫存用四種。 2.5PLC軟件的組成 PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。 　　PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡(jiǎn)單、易懂、形象的專用語言。 　　PLC編程語言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語言，如梯形圖等。 　　以下簡(jiǎn)要介紹幾種常見的PLC編程語言。 　　1.梯形圖語言 　　梯形圖語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。 　　如圖1所示是傳統(tǒng)的電器控制線路圖和PLC梯形圖。 a） 電器控制線路圖 b）PLC梯形圖 圖1 電器控制線路圖與梯形圖 　　 　　從圖中可看出，兩種圖基本表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器等，都是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無法比擬的。 　　2.語句表語言 　　這種編程語言是一種與匯編語言類似的助記符編程表達(dá)方式。在PLC應(yīng)用中，經(jīng)常采用簡(jiǎn)易編程器，而這種編程器中沒有CRT屏幕顯示，或沒有較大的液晶屏幕顯示。因此，就用一系列PLC操作命令組成的語句表將梯形圖描述出來，再通過簡(jiǎn)易編程器輸入到PLC中。雖然各個(gè)PLC生產(chǎn)廠家的語句表形式不盡相同，但基本功能相差無幾。以下是與圖1中梯形圖對(duì)應(yīng)的（FX系列PLC）語句表程序。 　　 步序號(hào) 指令 數(shù)據(jù) 　 　0 LD X1 　　 1 OR Y0 　 　2 ANI X2 　　 3 OUT Y0 　 4 LD X3 　 　5 OUT Y1 　　可以看出，語句是語句表程序的基本單元，每個(gè)語句和微機(jī)一樣也由地址（步序號(hào)）、操作碼（指令）和操作數(shù)（數(shù)據(jù)）三部分組成。 　　3.邏輯圖語言 　　邏輯圖是一種類似于數(shù)字邏輯電路結(jié)構(gòu)的編程語言，由與門、或門、非門、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等邏輯符號(hào)組成。有數(shù)字電路基礎(chǔ)的電氣技術(shù)人員較容易掌握。 　　4.功能表圖語言 　　功能表圖語言（SFC語言）是一種較新的編程方法，又稱狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖語言。它將一個(gè)完整的控制過程分為若干階段，各階段具有不同的動(dòng)作，階段間有一定的轉(zhuǎn)換條件，轉(zhuǎn)換條件滿足就實(shí)現(xiàn)階段轉(zhuǎn)移，上一階段動(dòng)作結(jié)束，下一階段動(dòng)作開始。是用功能表圖的方式來表達(dá)一個(gè)控制過程，對(duì)于順序控制系統(tǒng)特別適用。 　　5.高級(jí)語言 　　隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，為了增強(qiáng)PLC的運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理及通信等功能，以上編程語言無法很好地滿足要求。近年來推出的PLC，尤其是大型PLC，都可用高級(jí)語言，如BASIC語言、C語言、PASCAL語言等進(jìn)行編程。采用高級(jí)語言后，用戶可以像使用普通微型計(jì)算機(jī)一樣操作PLC，使PLC的各種功能得到更好的發(fā)揮。 2.6PLC的基本工作原理 PLC的基本工作原理:由于PLC以微處理器為核心，故具有微機(jī)的許多特點(diǎn)，但它的工作方式卻與微機(jī)有很大不同。微機(jī)一般采用等待命令的工作方式，如常見的鍵盤掃描方式或I/O掃描方，若有鍵按下或有I/O變化，則轉(zhuǎn)入相應(yīng)的子程序，若無則繼續(xù)掃描等待。 　　PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，如果無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條執(zhí)行用戶程序，直至遇到結(jié)束符后又返回第一條指令，如此周而復(fù)始不斷循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)稱為一個(gè)掃描周期。掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于以下幾個(gè)因素：一是CPU執(zhí)行指令的速度；二是執(zhí)行每條指令占用的時(shí)間；三是程序中指令條數(shù)的多少。一個(gè)掃描周期主要可分為3個(gè)階段。 　　1．輸入刷新階段 　　在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。 　　2．程序執(zhí)行階段 　　在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入（出？）刷新階段。 　　3．輸出刷新階段 　　當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。 　　由此可見，輸入刷新、程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段構(gòu)成PLC一個(gè)工作周期，由此循環(huán)往復(fù)，因此稱為循環(huán)掃描工作方式。由于輸入刷新階段是緊接輸出刷新階段后馬上進(jìn)行的，所以亦將這兩個(gè)階段統(tǒng)稱為I/O刷新階段。實(shí)際上，除了執(zhí)行程序和I/O刷新外，PLC還要進(jìn)行各種錯(cuò)誤檢測(cè)（自診斷功能）并與編程工具通訊，這些操作統(tǒng)稱為“監(jiān)視服務(wù)”，一般在程序執(zhí)行之后進(jìn)行。綜上述，PLC的掃描工作過程如圖所示。 顯然掃描周期的長(zhǎng)短主要取決于程序的長(zhǎng)短。掃描周期越長(zhǎng)，響應(yīng)速度越慢。由于每個(gè)掃描周期只進(jìn)行一次I/O刷新，即每一個(gè)掃描周期PLC只對(duì)輸入、輸出狀態(tài)寄存器更新一次，所以系統(tǒng)存在輸入輸出滯后現(xiàn)象，這在一定程度上降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。但是由于其對(duì)I/O的變化每個(gè)周期只輸出刷新一次，并且只對(duì)有變化的進(jìn)行刷新，這對(duì)一般的開關(guān)量控制系統(tǒng)來說是完全允許的，不但不會(huì)造成影響，還會(huì)提高抗干擾能力。這是因?yàn)檩斎氩蓸与A段僅在輸入刷新階段進(jìn)行，PLC在一個(gè)工作周期的大部分時(shí)間是與外設(shè)隔離的，而工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾常常是脈沖、短時(shí)間的，誤動(dòng)作將大大減小。但是在快速響應(yīng)系統(tǒng)中就會(huì)造成響應(yīng)滯后現(xiàn)象，這個(gè)一般PLC都會(huì)采取高速模塊。 　　總之，PLC采用掃描的工作方式，是區(qū)別于其他設(shè)備的最大特點(diǎn)之一，我們?cè)趯W(xué)習(xí)和使用PLC當(dāng)中都應(yīng)加強(qiáng)注意。 第3章 紅綠燈系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1交通燈控制的要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)按鈕S01，當(dāng)它接通時(shí)，信號(hào)燈控制系統(tǒng)開始工作，且先南北綠燈亮，東西紅燈亮。設(shè)置一個(gè)開關(guān)S07進(jìn)行選擇紅綠燈連續(xù)循環(huán)與單次循環(huán)，當(dāng)S07為0時(shí)，紅綠燈連續(xù)循環(huán)，當(dāng)S07為1時(shí)，紅綠燈單次循環(huán)。其工藝流程如下： 1）S20～S23，東西紅燈亮并保持15S，同時(shí)南北綠燈2亮，但保持10S，到10S時(shí)南北綠燈2閃亮3次（每周期1S）后熄滅；繼而南北黃燈亮，并保持2S，到2S時(shí)南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時(shí)，東西紅燈熄滅，東西綠燈2亮。 2）S24～S27，南北紅燈亮并保持15S，同時(shí)東西綠燈2亮，但保持10S，到10S時(shí)東西綠燈2閃亮3次（每周期1S）后熄滅；繼而東西黃燈亮，并保持2S，到2S時(shí)東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈2亮。 3）S28～S31，東西紅燈亮并保持15S，同時(shí)南北綠燈1亮，但保持10S，到10S時(shí)南北綠燈1閃亮3次（每周期1S）后熄滅；繼而南北黃燈亮，并保持2S，到2S時(shí)南北黃燈熄滅，南北紅燈亮，同時(shí)，東西紅燈熄滅，東西綠燈1亮。 4）S32～S35，南北紅燈亮并保持15S，同時(shí)東西綠燈1亮，但保持10S，到10S時(shí)東西綠燈1閃亮3次（每周期1S）后熄滅；繼而東西黃燈亮，并保持2S，到2S時(shí)東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，南北綠燈2亮。 1.十字路口交通燈狀態(tài)的分析： 十字路口交通燈如下圖3-1所示，將16個(gè)交通燈進(jìn)行編號(hào) 圖3-1 十字路口交通燈狀態(tài)圖 2.主程序流程圖： 3.2硬件設(shè)計(jì) 3.2.1 PLC的選型 從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)1個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)7個(gè)，如果選用CPU222 / PLC，也需要擴(kuò)展單元 PLC，參照FX2N系列特性，選用主機(jī)為CPU224（14 輸入/10繼電器輸出）。 其外形圖3-4如下： 圖3-4 CPU224外形圖 輸入電路采用了雙向光電耦合器，24V DC極性可任意選擇， 1M、2M為輸入端子的公共端。1L、2L為輸出公共端。 CPU224另有24V、280mA電源供PLC輸入點(diǎn)使用。 3.2.2 PLC的地址分配 列出交通信號(hào)燈PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表，見表3-2。 紅綠燈I/O分配表 輸 入 輸 出 輸入設(shè)備 輸入編號(hào) 輸出設(shè)備 輸出編號(hào) 啟動(dòng)按鈕S01 X000 西紅燈 Y000 循環(huán)方式選擇開關(guān)S07 X001 西黃燈 Y001 西綠燈2 Y002 西綠燈1 Y003 北綠燈1 Y004 北綠燈2 Y005 北黃燈 Y006 北紅燈 Y007 東綠燈1 Y010 東綠燈2 Y011 東黃燈 YO12 東紅燈 Y013 南綠燈1 Y014 南綠燈2 Y015 南黃燈 Y016 南紅燈 Y017 3.2.3PLC的接線形式 3.3.2語句表 0 LD M8002 56 LD T3 112 OUT Y004 167 OUT Y017 1 SET S0 57 SET S24 113 OUT Y014 168 OUT T12 K100 3 STL S0 59 STL S24 114 OUT Y000 171 LD T12 4 LD X000 60 OUT Y002 115 OUT Y013 172 SET S33 5 SET S20 61 OUT Y011 116 OUT T8 K100 174 STL S33 7 STL S20 62 OUT Y007 119 LD T8 175 OUT Y007 8 OUT Y005 63 OUT Y017 120 SET S29 176 OUT Y017 9 0UT Y015 64 OUT T4 K100 122 STL S29 177 OUT T13 K5 10 OUT Y000 67 LD T4 123 OUT Y000 180 LD T13 11 OUT Y013 68 SET S25 124 OUT Y013 181 SET S34 12 OUT T0 K100 70 STL S25 125 OUT T9 K5 183 STL S34 15 LD T0 71 OUT Y007 128 LD T9 184 OUT Y003 16 SET S21 72 OUT Y017 129 SET S30 185 OUT Y010 18 STL S21 73 OUT T5 K5 131 STL S30 186 OUT Y007 19 OUT Y000 76 LD T5 132 OUT Y004 187 OUT Y017 20 OUT Y013 77 SET S26 133 OUT Y014 188 OUT T14 K5 21 OUT T1 K5 79 STL S26 134 OUT Y000 191 OUT C3 K3 24 LD T1 80 OUT Y002 135 OUT Y013 194 LD T14 25 SET S22 81 OUT Y011 136 OUT T10 K5 195 ANI C3 27 STL S22 82 OUT Y007 139 OUT C2 K3 196 SET S33 28 OUT Y005 83 OUT Y017 142 LD T10 198 LD T14 29 OUT Y015 84 OUT T6 K5 143 ANI C2 199 ANI C0 30 OUT Y000 87 OUT C1 K3 144 SET S29 200 SET S35 31 OUT Y013 90 LD T6 146 LD T10 202 STL S35 32 OUT T2 K5 91 ANI C1 147 AND C2 203 OUT Y007 35 OUT C0 K3 92 SET S25 148 SET S31 204 OUT Y017 38 LD T2 94 LD T6 150 STL S31 205 OUT Y001 39 ANI CO 95 AND C1 151 OUT Y000 206 OUT Y012 40 SET S21 96 SET S27 152 OUT Y013 207 OUT T15 K20 42 LD T2 98 STL S27 153 OUT Y006 210 RST C3 43 AND CO