基于三菱PLC的交通燈模擬控制.doc

基于三菱PLC的交通燈模擬控制 引言可編程序控制器（PLC）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的通用自動(dòng)控制裝置，在日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。PLC是一種數(shù)字式運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)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)等操作指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，PLC的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（又稱平均故障間隔時(shí)間MTBF）已經(jīng)高達(dá)幾十萬(wàn)小時(shí)。其次，PLC具有通用性強(qiáng)，使用方便的特點(diǎn)。由于PLC產(chǎn)品的系列化和模塊化，PLC配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用，可以組成能滿足各種控制要求的控制系統(tǒng)，用戶不必自己再設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。用戶在硬件方面的設(shè)計(jì)工作只是確定PLC的硬件配置和I/O的外部接線。一個(gè)控制對(duì)象的硬件配置確定以后，可以通過(guò)修改用戶程序，方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化。PLC還具有功能強(qiáng)，適應(yīng)面廣的特點(diǎn)，現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、順控等功能，還具有數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，也可以對(duì)模擬量進(jìn)行控制，既可控制一臺(tái)生產(chǎn)機(jī)械、一條生產(chǎn)線，也可控制一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。PLC還具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，可與上位計(jì)算機(jī)構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。用戶只需根據(jù)控制的規(guī)模和要求，適當(dāng)選擇PLC的型號(hào)和硬件配置，就可以組成所需的控制系統(tǒng)。隨著交通的不斷發(fā)展和汽車(chē)化進(jìn)程的加快，交通擁擠加劇，交通事故頻發(fā)，交通環(huán)境惡化，已經(jīng)成為引人注目的城市問(wèn)題之一。眾所周知，緩解交通擁擠的最直接和最有效辦法是增加道路網(wǎng)。但無(wú)論哪個(gè)國(guó)家的大城市，不可能無(wú)限制地修建道路，不論是資金因素還是土地因素，都限制了道路的無(wú)節(jié)制增長(zhǎng)。因此，不可能通過(guò)無(wú)限制地修建道路來(lái)滿足日益增長(zhǎng)的交通需求。與此同時(shí)，通過(guò)限制車(chē)輛增加削減交通需求也因受到客觀因素的制約而無(wú)法取得滿意的結(jié)果。事實(shí)上，由于交通系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的大系統(tǒng)，無(wú)論單獨(dú)從車(chē)輛方面考慮還是從道路方面考慮，都很難從根本上解決道路擁擠的問(wèn)題。道路交通系統(tǒng)是一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市的主要組成部份，這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況如何，直接反映了一個(gè)地區(qū)、一個(gè)城市的現(xiàn)代化管理水。1 緒論1.1 PLC的概述 可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的一種專(zhuān)門(mén)為適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境下而設(shè)計(jì)的工業(yè)控制裝置，涉及到很多自動(dòng)控制、電器方面的知識(shí)。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中獲得極其廣泛的應(yīng)用。目前，可編程控制器成為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中最重要、應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程控制器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造）的首位。其應(yīng)用的深度和廣度成為衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)自動(dòng)化程度高低的標(biāo)志。早期工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電器自動(dòng)控制系統(tǒng)是繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱繼電器控制系統(tǒng)，隨著20世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會(huì)小批量、多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，為了改變這一現(xiàn)狀，美國(guó)通用汽車(chē)公司在1969年公開(kāi)招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項(xiàng)招標(biāo)指標(biāo)，即： 1、編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序；2、維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；3、可靠性高于繼電器控制裝置；4、體積小于繼電器控制裝置；5、數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)；6、成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)；7、輸入可以是交流115V；8、輸出為交流115V，2A以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等；9、在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更；10、用戶程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到4KB。 這就是著名的GM10條。1969年，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺(tái)PLC，在美國(guó)通用汽車(chē)自動(dòng)裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡(jiǎn)單易懂，操作方便，可行性高，通用靈活，體積小，使用壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)點(diǎn)，很快地在美國(guó)其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。到1971年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國(guó)家的高度重視。1971日本從美國(guó)引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺(tái)PLC。1973年，西歐國(guó)家也研制出它們的第一臺(tái)PLC。我國(guó)從1974年開(kāi)始研制，于1977年開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用。PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成，如圖1-1所示。PLC的特殊功能模塊用來(lái)完成某些特殊的任務(wù)。CPU主要由微處理器（CPU芯片）和存儲(chǔ)器組成。在PLC控制系統(tǒng)中，CPU模塊相當(dāng)于認(rèn)得大腦和心臟，它不斷的采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源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。圖1-1PLC的組成當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過(guò)程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 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)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。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。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 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)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 在用戶程序執(zhí)行過(guò)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。 三 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。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)，這時(shí)才是PLC的真正輸出。隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈(紅、黃、綠三種標(biāo)志)于1918年誕生。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于它的誕生，使城市交通大為改善。 黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國(guó)的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國(guó)”的抱負(fù)到美國(guó)深造，在大發(fā)明家愛(ài)迪生為董事長(zhǎng)的美國(guó)通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過(guò)去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車(chē)呼地一聲擦身而過(guò)，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。中國(guó)最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。從最早的手牽皮帶到20世紀(jì)50年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國(guó)倫敦。那時(shí)的交通燈只有紅、綠兩色，經(jīng)改良后，再增加一盞黃色的燈，紅燈表示停止，黃燈表示準(zhǔn)備，綠燈則表示通行。 其實(shí),用這三色來(lái)作交通訊號(hào)和人的視覺(jué)機(jī)能結(jié)構(gòu)和心理反應(yīng)有關(guān)。我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細(xì)胞，。桿狀細(xì)胞對(duì)黃色的光特別敏感，三種錐狀細(xì)胞則分別對(duì)紅光、綠光及藍(lán)光最敏感。由于這種視覺(jué)結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍(lán)色也容易分辨，但因?yàn)檠矍?，?duì)藍(lán)光敏感的感光細(xì)胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什么顏色也是有大學(xué)問(wèn)的 顏色也有活動(dòng) (activity)的含意，要表達(dá)熱或劇烈的話，最強(qiáng)是紅色，其次是黃色。綠色則有較冷及平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險(xiǎn)，黃色代表警覺(jué)，綠色代表安全。而且，由于紅光的穿透力最強(qiáng)，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見(jiàn)，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見(jiàn)度比較低，也容易被看見(jiàn)，不會(huì)發(fā)生事故。所以我們用紅色表示禁止。 1.2 十字路口交通燈工作原理可編程控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖很相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等等。這種用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”，與繼電器系統(tǒng)中的物理繼電器在功能上也有某些相似之處。繼電器在控制系統(tǒng)中有功率放大、電氣隔離、邏輯運(yùn)算的作用。PLC有兩種基本的工作狀態(tài)，即運(yùn)行（RUN）狀態(tài)與停止（STOP）狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)，PLC通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶程序不實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使PLC的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào)，用戶程序不是只執(zhí)行一次，而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行，直至PLC停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外，在每次循環(huán)過(guò)程中，PLC還要完成內(nèi)部處理、通信處理等工作，一共有五個(gè)階段如圖2-1所示。PLC的這種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看，處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理階段，PLC檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常，將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位，以及完成別的一些內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段，PLC與別的帶微處理器的智能裝置通信，響應(yīng)編程器鍵入的命令，更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)PLC處于停止（STOP）狀態(tài)時(shí)，只執(zhí)行以上的操作。PLC處于運(yùn)行（RUN）狀態(tài)時(shí)，還要完成另外三個(gè)階段的操作。讀取輸入執(zhí)行用戶程序處理通信請(qǐng)求自診斷檢查改寫(xiě)輸出讀取輸入處理通信請(qǐng)求自診斷檢查改寫(xiě)輸出（a)（b)圖1-2掃描過(guò)程在PLC的存儲(chǔ)器中，設(shè)置了一片區(qū)域用來(lái)存放輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映象寄存器和輸出映象寄存器。PLC梯形圖中別的編程元件也有對(duì)應(yīng)的（a）RUN (b)STOP映象存儲(chǔ)區(qū)，它們統(tǒng)稱為元件映象寄存器。PLC的用戶程序由若干條指令組成，指令在存儲(chǔ)器中按步序號(hào)順序排列。在沒(méi)有跳轉(zhuǎn)指令時(shí)，CPU從第一條指令開(kāi)始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直到用戶程序結(jié)束之處。在程序執(zhí)行階段，當(dāng)執(zhí)行指令時(shí)，從輸入映象寄存器或別的元件映象寄存器中將有關(guān)編程元件的“0”/“1”狀態(tài)讀出來(lái)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，運(yùn)算的結(jié)果寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的元件映象寄存器中。因此，各編程元件的映象寄存器（輸入映象寄存器除外）的內(nèi)容隨著程序的執(zhí)行而變化。1.3 交通燈模擬控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求信號(hào)燈受一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)接通時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開(kāi)始工作，且先南北紅燈亮，東西綠燈亮。當(dāng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。南北紅燈亮維持25秒，在南北紅燈亮的同時(shí)東西綠燈也亮，并維持20秒。到20秒時(shí)，東西綠燈閃亮，閃亮3秒后熄滅。在東西綠燈熄滅時(shí)，東西黃燈亮，并維持2秒。到2秒時(shí)，東西黃燈熄滅，東西紅燈亮，同時(shí)，南北紅燈熄滅，綠燈亮。 東西紅燈亮維持25秒。南北綠燈亮維持20秒，然后閃亮3秒后熄滅。同時(shí)南北黃燈亮，維持2秒后熄滅，這時(shí)南北紅燈亮，東西綠燈亮，周而復(fù)始。2 交通燈控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 PLC機(jī)型的選擇隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，PLC產(chǎn)品的種類(lèi)也越來(lái)越多。不同型號(hào)的PLC，其結(jié)構(gòu)形式、性能、容量、指令系統(tǒng)、編程方式、價(jià)格等也各有不同，適用的場(chǎng)合也各有側(cè)重。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。 通過(guò)I/O接口模塊可以檢測(cè)被控生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)，并以這些現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)作為控制信息對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。同時(shí)通過(guò)I/O接口模塊將控制器的處理結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，從而驅(qū)動(dòng)各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。PLC從現(xiàn)場(chǎng)收集的信息及輸出給外部設(shè)備的控制信號(hào)都需經(jīng)過(guò)一定距離，為了確保這些信息的正確無(wú)誤，PLC的I/O接口模塊都具有較好的抗干擾能力。根據(jù)實(shí)際需要，一般情況下，PLC都有許多I/O接口模塊，包括開(kāi)關(guān)量輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸出模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊以及其它一些特殊模塊，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)它們的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。本設(shè)計(jì)選用FX2N-48M可變程序控制器。2.2 交通燈模擬控制系統(tǒng)硬件圖十字路口交通燈模擬圖如圖2-1所示當(dāng)南北方向紅燈（1、7）亮的時(shí)候，東西方向綠燈（6，12）先亮再閃爍最后綠燈滅黃燈（5、11）亮。當(dāng)東西方向紅燈（4、10）亮的時(shí)候，南北方向綠燈（3、8）先亮在閃爍最后綠燈滅黃燈（2、8）亮。 圖2-1 交通指揮燈示意圖輸入資源輸出資源輸入繼電器元件作用輸出繼電器元件作用X0SB啟動(dòng)開(kāi)關(guān)Y0HL1南北綠燈X1SB轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)Y1HL2南北黃燈Y2HL3南北紅燈Y3HL4東西綠燈Y4HL5東西黃燈Y5HL6東西紅燈 表2-1 分配表根據(jù)十字路口交通燈的輸入輸出點(diǎn)分配表，畫(huà)出如圖2.1所示的PLC控制系統(tǒng)I/O接線圖。 圖2-2 接線圖3 交通燈的模擬控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 PLC程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)現(xiàn)代的PLC一般備有多種編程語(yǔ)言，供用戶使用。但不同廠家的PLC的編程語(yǔ)言有很大的區(qū)別，用戶不得不學(xué)習(xí)多種編程語(yǔ)言和查找故障的方法。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）。該標(biāo)準(zhǔn)由以下5部分組成：通用信息、設(shè)備與測(cè)試要求、PLC的編程語(yǔ)言、用戶指南和通訊。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。同時(shí)，IEC11313圖3-1plc的編程語(yǔ)言詳細(xì)說(shuō)明了句法、語(yǔ)義和下述5種PLC編程語(yǔ)言如圖3-1所示。順序功能圖梯形圖功能塊圖指令表文本結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)中有兩種圖形語(yǔ)言梯形圖（LD）和功能塊圖（FBD），還有兩種文字語(yǔ)言指令表（IL）和結(jié)構(gòu)文本（ST），可以認(rèn)為順序功能圖（SFC）是一種結(jié)構(gòu)塊控制程序流程圖。1.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。步、轉(zhuǎn)換和動(dòng)作（Action）是SFC中的三種主要元件（見(jiàn)圖5）。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。作為梯形圖語(yǔ)言，SFC提供用戶了以上三種基本結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖5）。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)椤?”狀態(tài)，CPU才處理第2步。在選擇支路中，取決于哪一個(gè)轉(zhuǎn)換是活動(dòng)的，CPU只執(zhí)行一條支路。在并行支路中，所有的支路被同時(shí)執(zhí)行。對(duì)于目前大多數(shù)PLC來(lái)說(shuō)，SFC還僅僅作為組織編程的工具使用，尚需用其它的編程語(yǔ)言（如梯形圖）將它轉(zhuǎn)換為PLC可執(zhí)行的程序。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。2.梯形圖(LD)梯形圖是使用得最多的PLC圖形編程語(yǔ)言，有時(shí)又被稱為電路或程序。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。由于梯形圖與繼電器控制系統(tǒng)的電路圖很相似，具有直觀易懂的優(yōu)點(diǎn)，因此很容易被工廠熟悉繼電器控制的電氣技術(shù)人員掌握，特別適用于開(kāi)頭量邏輯控制。IEC1131-3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。3.梯形圖的主要特點(diǎn)（1）.PLC梯形圖是的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器、內(nèi)部輔助繼電器等。但是它們不是真實(shí)物理繼電器（即硬件繼電器），而是在軟件中使用的編程元件。（2）.梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為公共母線（Bus bar）。在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時(shí)，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個(gè)左正右負(fù)的直流電源電壓。當(dāng)圖6中的觸點(diǎn)1、2接通時(shí)，可假設(shè)“概念電流”或“能流”（Power flow）從左向右流動(dòng)，這一方向與執(zhí)行用戶程序時(shí)的邏輯運(yùn)算的順序一致。能流的方向只能從左向右流動(dòng)，因此圖6中（a）圖應(yīng)改為圖（b）所示的等效電路。（3）.根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對(duì)應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。邏輯運(yùn)算是按梯形圖中從上到下、從左到右的順序進(jìn)行的。解算的結(jié)果立即可以被后面的邏輯解算所利用。邏輯結(jié)算是根據(jù)輸入映象寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的。（4）.梯形圖中的線圈應(yīng)放在最右邊，如圖3.2所示。（a）的電路應(yīng)改為圖7（b）中的電路。（5）.梯形圖中各編程元件的常開(kāi)觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可無(wú)限次的使用。4.梯形圖經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法：（1）.可根據(jù)原有的繼電邏輯控制圖進(jìn)行轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)；（2）.沒(méi)有固定的方法和步驟可遵循，試探性和隨意性強(qiáng)；（3）.由于需要中間變量完成記憶聯(lián)鎖互鎖，需要考慮的因素很多；（4）.設(shè)計(jì)耗時(shí)長(zhǎng)，且修改麻煩；5.梯形圖編規(guī)則：（1）.每個(gè)繼電器的線圈和它的觸點(diǎn)均用同一編號(hào)，每個(gè)元件的觸點(diǎn)使用時(shí)沒(méi)有數(shù)量限制。（2）.梯形圖每一行都是從左邊開(kāi)始，線圈接在最右邊（線圈右邊不允許再有接觸點(diǎn)），如圖3-2所示。 (a） (b）圖3-2梯形圖的形式 (a）錯(cuò)誤 (b）正確（3）.線圈不能直接接在左邊母線上。（4）.在一個(gè)程序中，同一編號(hào)的線圈如果使用兩次，稱為雙線圈輸出，它很容易引起誤操作，應(yīng)盡量避免。圖3-3錯(cuò)誤梯形圖（5）.在梯形圖中沒(méi)有真實(shí)的電流流動(dòng)，為了便于分析PLC的周期掃描原理和邏輯上的因果關(guān)系，假定在梯形圖中有“電流”流動(dòng)，這個(gè)“電流”只能在梯形圖中單方向流動(dòng)即從左向右流動(dòng)，層次的改變只能從上向下。如圖3-3所示。6.功能塊圖(FBD)這是一種類(lèi)似于數(shù)字邏輯電路的編程語(yǔ)言，具有數(shù)字電路基礎(chǔ)的人很容易掌握。該編程語(yǔ)言用類(lèi)似與門(mén)、或門(mén)的方框來(lái)表示邏輯運(yùn)算關(guān)系，方框的左側(cè)為邏輯運(yùn)算輸入變量，右側(cè)為輸出變量，輸入端、輸出端的小圓圈表示“非”運(yùn)算，信號(hào)是自左向右流運(yùn)的。像SFC一樣，功能塊圖FBD也是一種圖形語(yǔ)言，在FBD中也允許嵌入別的語(yǔ)言（如梯形圖、指令表和結(jié)構(gòu)文本）。3.2 系統(tǒng)梯形圖設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān) X0，選擇開(kāi)關(guān)按下以后程序開(kāi)始循環(huán)啟動(dòng)，東西向綠1亮 25s，南北向紅2 亮30s；T0 為綠 1 亮 25s 定時(shí)器，T0 設(shè)定值 K250，從 X0 接通起計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到綠 1 斷開(kāi)，T1計(jì)時(shí)；T1、T2 為綠 1 閃動(dòng) 3 次控制，T1、T2 形成振蕩，T1 通時(shí)綠 1 亮，C0 計(jì)數(shù)；C0 為東西向黃1亮2s起點(diǎn)，T2為 C0計(jì)數(shù)信號(hào)，C0 接通時(shí)黃 1 點(diǎn)亮；T3為黃 1 亮 2s定時(shí)器，T3 設(shè)定值 K20，T3 設(shè)定值 K20，T3 接通時(shí)為紅 1、綠 2 點(diǎn)亮，紅 2 熄滅；T4 為紅 1 亮 30s定時(shí)器，T4設(shè)定值K300，T4接通時(shí)紅 1 熄滅，一循環(huán)周期結(jié)束。T5為綠 2亮 25s定時(shí)器，T5設(shè)定值 K250，從T3接通起計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到綠2斷開(kāi)，T6計(jì)時(shí)；T6、T7為綠 2 閃動(dòng) 3次控制，T6、T7 形成振蕩，T6 通時(shí)綠 2 點(diǎn)亮，C1計(jì)數(shù)；C1 為南北向黃 2 亮 2s 起點(diǎn)，T7為 C1 計(jì)數(shù)信號(hào)，C0 接通時(shí)黃2 點(diǎn)亮；T8為黃 2 亮2s定時(shí)器，T8設(shè)定值 K20，T8接通時(shí)黃 2 熄滅，一循環(huán)周期結(jié)束 3.3 程序的設(shè)計(jì)4 交通燈的模擬控制系統(tǒng)調(diào)試與仿真4.1程序調(diào)試 經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)，想一次性把程序完成是非常難的，在調(diào)試中就出現(xiàn)了不少的錯(cuò)誤。剛開(kāi)始的時(shí)候把程序?qū)戇M(jìn)去然后運(yùn)行卻發(fā)現(xiàn)有些燈亮不起來(lái)而且在完成了一個(gè)周期后就循環(huán)不起來(lái)了。那時(shí)真的不知道從哪里入手，只好一條一條地檢查才發(fā)現(xiàn)了一條指令把常閉寫(xiě)成了輸出真正的輸出口就沒(méi)有收到信號(hào)了。燈雖然是亮了但仍然循環(huán)不起來(lái)。從梯形圖又仔細(xì)的看了一次卻看不出什么問(wèn)題出來(lái)。突然想起來(lái)編程器還可以進(jìn)行監(jiān)控于是再在運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，于是發(fā)現(xiàn)了在程序的第一周期一切都運(yùn)行正常但再運(yùn)行下去的時(shí)候第二周期就再?zèng)]有反應(yīng)了，包括里面的輔助繼電器，最后發(fā)現(xiàn)原來(lái)是程序前面沒(méi)有并上完成這個(gè)循環(huán)的繼電器號(hào)。后來(lái)就這樣把加上其他功能出現(xiàn)的錯(cuò)誤也找出來(lái)了。雖然找錯(cuò)誤是一個(gè)枯燥無(wú)味的工作，但只要你耐心的去做的話，你肯定能學(xué)到有用的動(dòng)西。4.2難點(diǎn)分析其實(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況車(chē)輛的流量是變化的，本設(shè)計(jì)只是對(duì)其路燈起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用，即開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)。由于所學(xué)知識(shí)及設(shè)備有限，無(wú)法對(duì)其路燈進(jìn)行智能化控制，所以在編程時(shí)就沒(méi)把智能控制這一塊加上去，再加上編程軟件無(wú)法下載，在畫(huà)梯形圖方面受到一點(diǎn)阻礙。因?yàn)閷?shí)際的紅綠燈控制中行人道的紅綠燈和主干道的紅綠燈是有這一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的，所以在編程前一定要理清它們，這樣有利于在編程時(shí)簡(jiǎn)化程序、減少PLC不必要的運(yùn)算 。總結(jié)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，了解了PLC在自動(dòng)控制中的運(yùn)用，可編程序控制器（簡(jiǎn)稱PLC）是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)化控制裝置，它專(zhuān)門(mén)為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)，具有功能強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制中使用越來(lái)越廣泛。此實(shí)驗(yàn)后，基本掌握了三菱公司FX2N型PLC的使用方法，并用其來(lái)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制過(guò)程，受益匪淺。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐。我學(xué)會(huì)了PLC的基本編程方法，對(duì)PLC的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對(duì)理論的運(yùn)用中，提高了我們的工程素質(zhì)，在沒(méi)有做實(shí)踐設(shè)計(jì)以前，我們對(duì)知道的撐握都是思想上的，對(duì)一些細(xì)節(jié)不加重視，當(dāng)我們把自己想出來(lái)的程序與到PLC中的時(shí)候，問(wèn)題出現(xiàn)了，不是不能運(yùn)行，就是運(yùn)行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。能過(guò)解決一個(gè)個(gè)在調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，我們對(duì)PLC 的理解得到加強(qiáng)，看到了實(shí)踐與理論的差距。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于自己設(shè)計(jì)參數(shù)是一個(gè)很讓人頭疼的問(wèn)題，所以通過(guò)本次論文，我也感到自己在這些方面還有很多的不足，要在這方面加強(qiáng)練習(xí)，程序的套路是很多種的，我們要學(xué)會(huì)在其中找到最優(yōu)的方案，這樣不僅可以提高自己的編程水平，還可以讓我們編寫(xiě)的程序達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，為程序節(jié)約運(yùn)行時(shí)間是非常重要的，這也讓我明白了時(shí)間的重要性。致謝在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我有幸得到老師的精心指導(dǎo)，老師不斷的關(guān)注我的設(shè)計(jì)過(guò)程。在我迷惑和不解的時(shí)候老師并不是直接的替我解決問(wèn)題，而是讓我理清思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)，開(kāi)拓了我的研究思路。正所謂“授人以魚(yú)，不如授人以漁”，老師循序漸進(jìn)的教學(xué)方法讓我受益匪淺。在與老師交流的過(guò)程中，我不僅發(fā)現(xiàn)了他知識(shí)的淵博，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了他做人及做事的執(zhí)著，老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科研態(tài)度和踏踏實(shí)實(shí)的工作作風(fēng)讓我為之震撼，在以后的生活和工作中我將會(huì)發(fā)揚(yáng)這種精神?！皽毓识拢梢詾閹熞病?，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不僅僅讓我對(duì)我的專(zhuān)業(yè)知識(shí)有了更透徹的認(rèn)識(shí)，對(duì)可編程控制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成以及常用編程設(shè)計(jì)思路的技巧有了更深刻的領(lǐng)悟，更重要的是整個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了我分析和解決問(wèn)題的能力。大學(xué)的學(xué)習(xí)不是一種純粹的知識(shí)的學(xué)習(xí)，而是一種思維的學(xué)習(xí)，一種發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題能力培養(yǎng)。在設(shè)計(jì)中，使我對(duì)本專(zhuān)業(yè)知識(shí)在實(shí)際運(yùn)用中有了感性的認(rèn)識(shí)和全新的體會(huì)，基本做到了將所學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，學(xué)以致用，同樣我也意識(shí)到自動(dòng)化管理的重要性。在此，我還要感謝含辛茹苦培養(yǎng)教育我的老師和志同道合的學(xué)友們，你們的幫助、支持、寬容、理解讓我有了面對(duì)困難的勇氣和克服困難的信心。在論文即將結(jié)束之際，我的心情無(wú)法平靜，整個(gè)設(shè)計(jì)的圓滿成功，傾注了多少老師、同學(xué)、室友、朋友的支持和幫助，在此請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!“可憐天下父母心”，在這里我還要以不多的文字感謝我的父母，感謝您們把幸福給予了我，把辛酸留給了自己。最后，我還要感謝評(píng)閱和閱讀本文的老師為此付出的辛勤勞動(dòng)！參考文獻(xiàn)1 黃繼昌等 傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例 北京:人民郵電出版社 19982 張萬(wàn)忠 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 20013 英R.J.索爾特 道路交通分析與設(shè)計(jì) 張佐周等譯 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社19824 廖常初 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20045 廖常初 PLC的順序控制編程方法 工業(yè)自動(dòng)化 19976 廖常初 PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 20027 廖常初 PLC梯形圖的順序控制設(shè)計(jì)方法 電工技術(shù)雜志 20018 電機(jī)及拖動(dòng) 高等教育出版社9 朱獻(xiàn)清 物業(yè)供用電 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 200310 劉介才 實(shí)用供配電技術(shù)手冊(cè) 北京：中國(guó)水利水電出版社 200211 常斗南 可編程控制器原理*應(yīng)用*實(shí)驗(yàn) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 200512 求是科技編著 PLC應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)與工程實(shí)踐 電子工業(yè)出版社 200413 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 電氣制圖 北京：中國(guó)出版社 198714 余雷聲 電氣原理及PLC應(yīng)用 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 199615 鐘肇新、范建東 可編程控制器基礎(chǔ)及應(yīng)用 廣州：華東理工大學(xué) 200216 張萬(wàn)忠 可編程控制器入門(mén)與應(yīng)用實(shí)例 北京：中國(guó)電力出版社 200417 臺(tái)方 可編程控制器應(yīng)用教程 北京：中國(guó)水利水電出版社 200118 常斗南 可編程控制器原理*應(yīng)用*實(shí)驗(yàn) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 199819 邦田 電子電力實(shí)用抗干擾技術(shù) 北京：人民郵電出版社 199420 史國(guó)生 電氣控制與可編程控制器技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社附錄 指令表程序步序指令0LDX0031ZRSTM0M46ZRSTT0T1511ZRSTS500S51516LDM017ORM118ORM219ORM320ANIT1121OUT