基于PLC的萬能銑床電氣控制系統設計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載

基于PLC的萬能銑床電氣控制系統設計【實用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載電氣控制技術課程設計報告設計課題：基于PLC的萬能銑床電氣控制系統設計姓名：學院:專業：班級：學號：日期201２年1２月26日——２０13年1月6日導教師:馬德貴安徽農業大學工學院機電工程系基于PLC的萬能銑床電氣控制系統設計１.前言我國傳統的銑床控制系統都是采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路，不但接線復雜,而且經常出現故障，可靠性比較差。與傳統的繼電器控制相比，PLＣ控制具有可靠性高、柔性好、開發周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應用于銑床的控制和故障診斷系統,可以減少強電元件數目，提高電氣控制系統的穩定性和可靠性，從而提高產品的品質和生產效率.故在PLC廣泛應用的控制時代，本設計系統的思想就是采用PＬC控制銑床.以達到預定控制系統的簡潔性、經濟性，減少了成本,也使得維修變的簡單。由于PLC的模塊化、易擴展性，可根據控制要求及規模的變化進行方便的系統重組及功能的擴展。以及PLC的通信功能甚至可進行遠程控制。２。方案論證2.１機床傳統控制方式2.1。１設計題目X62W型萬能銑床的PLC控制系統設計。2。1.2機床的主要結構和運動形式Ｘ６2W型萬能銑床的結構簡圖如圖2-1所示，由床身1、懸梁２、刀桿支架3、主軸4、工作臺5和升降臺6等組成，刀桿支架3上安裝與主軸相連的刀桿和銑刀，以進行切削加工，順銑時刀具為一個轉動方向，逆銑時為另一個轉動方向;床身前面有垂直導軌,升降臺６帶動工作臺５可沿垂直導軌上下移動，完成垂直方向的進給,升降臺6上的水平工作臺還可在左右（縱向）方向上移動進給以及在橫向移動進給；回轉工作臺可單向轉動。進給運動的傳遞示意圖見圖2-2。圖2-1：銑床的結構簡圖圖２－2：進給運動的傳遞示意圖2。1.３控制電路分析X6２W型萬能銑床控制電路如圖２-3，電路可劃分為主電路、控制電路和信號照明電路三部分.銑床控制電路所用電器元件說明如表2—1所示。（一)主電路分析銑床是逆銑方式加工，還是順銑方式加工,開始工作前即已選取定，在加工過程中是不改變的。為簡化控制電路,主軸電動機Ｍ1正轉接線與反轉接線是通過組合開關SA5手動轉換，控制接觸器KM1的主觸點只控制電源的接入與切斷。進給電動機M２在工作過程中，頻繁變換轉動方向，因而仍采用接觸器方式構成正轉與反轉接線。冷卻泵驅動電機M3根據加工需要提供切削液，電路中采用轉換開關ＳA3，在主電路中手動直接接通和斷開定子繞組的電源。圖2—4:控制系統電路圖表2-1電器元件說明表符號名稱及用途符號名稱及用途符號`名稱及用途M1主軸電動機SQ6進給變速瞬時點動開關ＦR1主軸電動機繼電器Ｍ2進給電動機SQ7主軸變速瞬時點動開關ＦR2進給電動機熱繼電器Ｍ3冷卻泵電動機SA１工作臺轉換開關ＦR3冷卻泵熱繼電器KＭ1主電動起動接觸器ＳA2主軸上刀制動開關FＵ1-8熔斷器KM2進給電動機正轉接觸器ＳA３冷卻泵開關ＴC變壓器KM3進給電動機反轉接觸器ＳA4照明燈開關VC整流器KM4快速接觸器ＳA5主軸換向開關YB主軸制動電磁制動器SQ1工作臺向右進給行程開關ＱS電源隔離開關ＹC1電磁離合器（快速傳動鏈）SＱ２工作臺向左進給行程開關SＢ1、SB2主軸停止按鈕YC2電磁離合器(工作傳動鏈)ＳQ3工作臺向前、向上進給行程開關SB3、SB4主軸起動按鈕SQ4工作臺向后向下進給行程開關SB5、ＳB6工作臺快速移動按鈕控制電路分析水平工作臺/圓工作臺選擇控制見表2－2,主軸上刀制動/正常工作控制見表2-3。表2-2水平工作臺/圓工作臺選擇開關SA1觸點接通表水平工作臺圓工作臺ＳＡ1-1×SA１—2×ＳA1—3×表2－3主軸上刀制動開關SA2觸點接通表功功能觸點正常工作臺制動狀態SＡ２—１×ＳA2—２×1。主軸電動機M１的控制（１）主軸電動機起動的控制主軸電動機空載直接起動,起動前,由組合開關SＡ5選定電動機的轉向，控制電路中選擇開關SA2選定主軸電動機為正常工作方式,即ＳA２—１觸點閉合,ＳA2－2觸點斷開，然后通過壓動起動按鈕ＳB3或SB4，接通主軸電動機起動控制接觸器KM1的線圈電路，其主觸點閉合，主軸電動機按給定的方向起動旋轉.壓動停止按鈕ＳＢ1與SB２，主軸電動機停轉。SB3與SＢ４、SB1與ＳB２分別位于兩個操作板上，從而實現主軸電動機的兩地操作控制.（２）主軸電動機制動及換刀制動為使主軸能迅速停車,控制電路采用電磁制動器進行主軸的停車制動.按下停車按鈕SB1或SB2，其動斷觸點使接觸器ＫM1的線圈失電，電動機定子繞組脫離電源，同時其動合觸點閉合接通電磁制動器YＢ的線圈電路,對主軸進行停車制動。當進行換刀和上刀操作時,為了防止主軸意外轉動造成事故以及為上刀方便，主軸也需處在斷電停車和制動的狀態。此時工作狀態選擇開關SA2由正常工作狀態位置扳到上刀制動狀態位置,即SA２-1觸點閉合,接通電磁制動器ＹB的線圈電路,使主軸處于制動狀態不能轉動，保證上刀換刀工作的順利進行。（３）主軸變速時的瞬時點動變速時，變速手柄被拉出。然后轉動變速手輪選擇轉速，轉速選定后將變速手柄復位,因為變速是通過機械變速機構實現的,變速手輪選定進入嚙合的齒輪后,齒輪嚙合到位即可輸出選定轉速，但是當齒輪沒有進入正常嚙合狀態時，則需要主軸有瞬時點動的功能,以調整齒輪的位置,使齒輪進入正常嚙合。實現瞬時點動是由變速手柄與行程開關SＱ7組合構成點動控制電路。變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動行程開關ＳQ7,SQ7的動和觸點閉合,使接觸器ＫＭ1的線圈得電，主軸電動機Ｍ1轉動，SQ7的動斷觸點切斷KM1線圈電路的自鎖，使電路隨時可被切斷。變速手柄復位后，松開行程開關ＳQ7，電動機M1停轉。完成一次瞬時點動。手柄復位時要求迅速，連續，一次不到位立即拉出，以免行程開關SQ７沒能及時松開,電動機轉速上升，在齒輪未嚙合好的情況下打壞齒輪。一次瞬時點動不能實現齒輪良好的嚙合時，應立即拉出復位手柄，重新進行復位瞬時點動的操作，直到完全復位,齒輪正常嚙合工作。2。進給電動機M2的控制電路可分為三部分：第一部分為順序控制部分，當主軸電動機起動后，其控制起動接觸器KＭ1輔助動合觸點閉合,進給電動機控制接觸器KM2與KM3的線圈電路方能通電工作；第二部分為工作臺各進給運動之間的聯鎖控制部分,可實現水平工作臺各運動之間的聯鎖，也可實現水平工作臺與圓工作臺工作之間的聯鎖；第三部分為進給電動機正反轉接觸器線圈電路部分。(１）水平工作臺縱向進給運動的控制水平工作臺縱向進給運動由操作手柄與行程開關SQ１、SQ2組合控制。縱向操作手柄有左右兩個工作位和一個中間不工作位。手柄扳到工作位時,帶動機械離合器,接通縱向進給運動的機械傳動鏈,同時壓動行程開關，行程開關的動合觸點閉合使接觸器KＭ2或KM3線圈得電,其主觸點閉合，進給電動機正轉或反轉驅動工作臺向左或向右進給，行程開關的動斷觸點在運動聯鎖控制電路部分構成聯鎖控制功能.選擇開關SA1選擇水平工作臺工作或是圓工作臺工作。SA１—1與SA1—3觸點閉合構成水平工作臺運動聯鎖電路,SＡ1—２觸點斷開，切斷圓工作臺工作電路。水平工作臺控制電路與圓工作臺控制電路分別見圖2—3（Ａ)和（B）.工作臺縱向進給的控制過程如表2—4所示。電路由ＫＭ１輔助動合觸點開始，工作電流經SQ6—2→SQ4—2→SQ3-2→SA1-1→SQ1－1→ＫM3到KM2線圈，或者由SA1—1經SQ2—1→KＭ２到ＫM3線圈。手柄扳到中間位時，縱向機械離合器脫開,行程開關SＱ1與SQ２不受壓，因此進給電動機不轉動。工作臺停止移動。工作臺的兩端安裝有限位撞塊，當工作臺運動達到終點位時，撞塊撞擊手柄，使其回到中間位置,實現工作臺的終點停車。(A)（B)圖2-3：工作臺控制電路圖(A)水平工作臺控制電路（B)圓工作臺控制電路表2—4工作臺縱向進給過程（2）水平工作臺橫向和升降進給運動控制水平工作臺橫向和升降進給運動的選擇和聯鎖是通過十字復式手柄和行程開關SQ３、SQ4組合控制,操作手柄有上、下、前、后四個工作位置和一個中間不工作位置。扳動手柄到選定運動方向的工作位，即可接通該運動方向的機械傳動鏈，同時壓動行程開關SQ3或SQ４，行程開關的動合觸點閉合使控制進給電動機轉動的接觸呂KＭ２或KM3的線圈得電，電動機M２轉動，工作臺在相應的方向上移動;行程開關的動斷觸點如縱向行程開關一樣，在聯鎖電路中，構成運動的聯鎖控制.工作臺橫向聯合和與垂直方向進給控制過程如表2－５所示。控制電路由主軸電動機控制接觸器KM1的輔助動合、觸點開始，工作電流經SA1-3→SQ２－2→SQ1—2→SA1—１→SQ３-１→KM3到KM2線圈，或者由SA1-1→KＭ2到KM3線圈。表2—5：工作臺橫向與垂直方向進給過程十字復式操作手柄扳在中間位置時，橫向與垂直方向的機械離合器脫開，行程開關SQ3與ＳQ４均不受壓，因此進給電動機停轉,工作臺停止移動。固定在床身上的擋塊在工作臺移動到極限位置時,撞擊十字手柄,使其回到中間位置,切斷電路，使工作臺在進給終點停車。（３)水平工作臺進給運動的聯鎖控制由于操作手柄在工作時，只存在一種運動選擇，因此銑床直線進給運動之間的聯鎖滿足兩操作手柄之間的聯鎖即可實現。聯鎖控制電路如前章聯鎖電路所述，由兩條電路并聯組成，縱向手柄控制的行程開關SQ1、ＳＱ2的動斷觸點串聯在一條支路上，十字復式手柄控制的行程開關SQ3、ＳＱ4動斷觸點串聯在另一條支路上、扳動任一操作手柄,只能切斷其中一條支路，另一條支路仍能正常通電，使接觸器KM２或KＭ３的線不失電,若同時扳動兩個操作手柄。則兩條支路均被切斷,使接觸器KM2或KM3斷電，工作臺立即停止移動，從而防止機床運動干涉造成設備事故。（4)水平工作臺的快速移動水平工作臺選定進給方向后,可通過電磁離合器接通快速機械傳動鏈，實現工作臺空行程的快速移動。快速移動為手動控制,按下起動按鈕SB５或SＢ６，接觸器KM4的線圈得電,其動斷觸點斷開，使正常進給電磁離合器YC2線圈失電，斷開工作進給傳動鏈,ＫM4的動合觸點閉合,使快速電磁離合器YC1線圈得電,接通快速移動傳動鏈,水平工作臺沿給定的進給方向快速移動，松開按鈕SB5或SB6，KＭ4線圈失電，恢復水平工作臺的工作進給。（5)圓工作臺運動控制圓工作臺工作時。工作臺選擇開關SA1的SA1-1和SA1－3兩觸點打開，SA1-2觸點閉合，構成如圖1－3（Ｂ）所示的圓工作臺控制電路,此時水平工作臺的操作手柄均在中間不工作位。控制電路由主軸電動機控制接觸器KM１的輔助動合觸點開始，工作電流經SQ6—2→SQ4-2→SQ3-２→SQ１—2→SQ2-２→SＡ１—2→KＭ3到ＫＭ2線圈，KM2主觸點閉合，進給電動機M2正轉,托運圓工作臺轉動,圓工作臺只能單方向旋轉.圓工作臺的控制電路串聯了水平工作臺工作行程開關SQ1—SQ4的動斷觸點，因此水平工作臺任一操作手柄扳到工作位置,都會壓動行程開關，切斷圓工作臺的控制電路,使其立即停止轉動，從而起著水平工作臺進給運動和圓工作臺轉動之間的聯鎖保護控制。（6）水平工作臺變速時的瞬時點動水平工作臺變速瞬時點動控制原理與主軸變速瞬時點動相同。變速手柄拉出后選擇轉速，再將手柄復位，變速手柄在復位的過程中壓動瞬時點動行程開關SＱ6，SQ6的動合觸點閉合接通接觸器KM2的線圈電路，使進給電動機M２轉動,動斷觸點切斷KＭ2線圈電路的自鎖.變速手柄復位后，松開行程開關SＱ6。與主軸瞬時點動操作相同，也要求手柄復位時迅速、連續，一次不到位，要立即拉出變速手柄,再重復瞬時點動的操作，直到實現齒輪處于良好的嚙合狀態,進入正常工作.2。2傳統控制方式與PLC的比較銑床原控制系統都是采用繼電器、接觸器等硬件邏輯控制電路,不但接線復雜，而且經常出現故障,可靠性比較差。與傳統的繼電器控制相比,PLC控制具有可靠性高、柔性好、開發周期短以及故障自診斷等特點，特別適合應用于機床的控制和故障診斷系統，可以減少強電元件數目,提高電氣控制系統的穩定性和可靠性,從而提高產品的品質和生產效率。2。3現代ＰLＣ控制即本系統的優點隨著近年來，PLC技術的不斷成熟與發展；它的優勢越多的在社會各種領域得以應用。本系統具體的應用表現于：（１）PLC具有很高的可靠性和很強的抗干擾能力良好的自診斷功能，平均無故障工作時間可達數萬小時。當本系統電動機的臺數較多時，其系統的繼電器觸點較多,易出現觸點接觸不良造成的故障等。用軟件代替傳統繼電器的控制中的中間和時間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關的少量硬件,從而使接線大大減少，連接的觸點也大為減小，故障率也大大降低.（2)豐富的I/Ｏ接口模塊可直接使其與控制現場的器件或設備（如按鈕、行程開關、傳感器、電磁線圈等）連接.如本系統可將電機的控制信號經按鈕直接輸入PＬＣ，因其具A／D轉換功能.(3)靈活性好。大部分PＬC均采用模塊化結構,就是整體式的PLC也有可擴展的模塊或擴展單元，即可根據控制的規模選擇。模塊式的PLＣ更能靈活的選擇,諸如CPU、電源、I/O等。即其可根據需要自行選配。本系統中選用的I/O為80點的基本單元，當控制的電機過多點數不夠時,即可通過擴展模塊或單元來增大控制能力。（4)編程簡單易學.PLC大多采用梯形圖作為主要編程語言。是面向用戶的，其表達方式類似于繼電器控制系統圖，與傳統的電氣圖聯系較大，很形象直觀。可以說懂電器圖即可編寫梯形圖;而且已有可直接讀出梯形的PLC編程器，甚至可免ＰLC編程。（5）系統安裝簡單，維修方便。其使用時，只要將現場的各設備與PLＣ相應的I/O端相連,即可運行。PLC只有兩三個接觸器大小，直接按于控制柜即可。且具有運行和故障的指示燈及指示裝置，如每個I／O點經指示燈，CPU報告的錯誤信息經屏幕顯示。綜上,以ＰLC為控制系統的方案,其系統具有較高的簡潔性、經濟性及可靠性。2。４改造方案的確定（1)不改變原控制系統電氣操作方法。（2）不改變原電氣系統控制元件(包括行程開關、按鈕、交流接觸器、中間繼電器，以上元件的數量、作用均與原電氣線路相同）。(3）原控制線路中熱繼電器仍用硬件控制(因過載使用幾率較少)。（4）指示燈接線仍和原控制線路相同。（5）原主軸和進給變速箱操作方法和結構不變。（6）原銑床的工藝加工方法不變。（7）只是將原繼電器控制中的硬件接線改為用軟件編程來替代。3．PLＣ控制系統設計3．1現代PLC控制系統原理３．１．1電氣控制要求原機床采用的是常規的接觸器—繼電器控制臺控制電路。機床的主軸主運動和工作臺進給運動分別有單獨的電動機拖動，并有不同的控制要求。(1）機床主軸電動機Ｍ1（功率7.5kw），空載是直接起動,為滿足順銑和逆銑工作方式的要求,能夠正轉和反轉.為提高生產率,采用電磁制動器進行停車制動,同時從安全和操作方便考慮,換倒時主軸也處于制動狀態,主軸電動機可在兩處實行起停等控制操作。（2）工作臺進給電動機M2，直接啟動，為滿足縱向、橫向、垂直方向的往返運動，要求電動機能正反轉，為提高生產率，要求空行程時刻快速移動。從設備使用安全考慮，各進給運動之間必須連鎖，并有手柄操作機械離合器選擇進給運動的方向。（3）電動機M3拖動冷卻泵，在銑削加工時提供切削液。（４）主軸與工作臺的變速由機械變速系統完成.變速過程中,當選定嚙合的齒輪沒能進入正常嚙合時,要求電動機能點動至合適的位置,保證齒輪能正常嚙合。（5）加工零件時，為保證設備安全，要求主軸電動機起動以后，工作臺電動機方能起動工作.(6）編寫的ＰＬC控制程序必須上機通過模擬調試，調試是可采用模擬調試開關板和燈泡進行,調試是應有必要的記錄.3.1。2設計基本原理即本系統采用PLＣ的裁決，來代替傳統復雜的繼電器控制硬接線，而用簡單易學的軟件實現其控制功能；即隨著輸入信號的輸入，而經程序執行判斷，由輸出信號直接控制對象。分為：（1）輸入處理，完成控制信號采集；（２）程序處理，將輸入的信號變為直接主控的輸出信號；（３)輸出處理,即直接將PＬC的輸出信號轉為,被控對象的觸發信號。如圖3—1：圖3-１:PLC基本原理圖３.2系統硬件組成3.2.1系統硬件接線圖1。系統主電路的設計圖3－2即萬能升降臺銑床的ＰLＣ控制系統的主電路圖.與傳統主電路相比，在FU１與電機Ｍ1之間加了一個接觸器ＫM2提高了電機啟動可靠性。在進給電動機三相電源經電源總開關及熔斷器短路過載保護.各臺電動機的額定全電壓運行電路分別經QS、KM1～ＫＭ6、FR1~FＲ3各自獨立。如電動機Ｍ１,正常運行時：由QS、KM３和熱繼電器FＲ1到電機組成的回路供電。熱繼電器FＲ1起溫度過載保護。圖3—２：主回路電動機兩相運行，是引起電動機損壞的常見原因.電動機安裝了熔斷器保護、熱繼電器保護,都不能很好地對電動機兩相運行起有效保護。首先,根據電機學原理，其如接至兩相電源，其定子繞組不可能產生旋轉磁場,旋轉力矩為零，電動機只震動而不轉動電動機在進入兩相電源起動時，實際上處于短路狀態，其短路電流為三相啟動時啟動電流的０.8６6倍，而一般異步電動機啟動電流為額定電流的4~7倍,故電動機在進入兩相電源起動時，相當于兩相短路時的電流為額定電流的3.４６4～6。０６2倍,所以上述電流,即比啟動電流小,比電動機額定電流大得多。電動機兩相啟動時，電動機不運轉，運行人員會立即發現，而且熔斷器也會熔斷。對于運轉中的電動機,突然斷掉一相電源后,在機械慣性作用下，在某些特定條件下尚可滯速旋轉。故本系統各支路接進一自動開關，起到過載、欠壓、短路等保護。還可選用現在的智能型的斷路器,起到短路保護、過流過熱保護、漏電保護、缺相保護等。而且還可顯示電路中各種參數（如電流，電壓，功率及功率因數等)。2.控制電源的設計為了在設計中符合“電隔離保護”的技術要求，在萬能銑床PLＣ控制系統中設置了控制變壓器TC.TC的一次側為交流１２７；二次側為交流電36V。控制電源電路如圖4-2所示。圖3-3:控制電源電路3。PLC輸入輸出接線端子外接線圖PLＣ輸入端子外電路共接24個輸入點，分別連接旋鈕、按鈕、行程開關等主令元件及檢測元件,電源由PLＣ內部提供。輸出端子外電路按執行電器的電源類別分別組成不同的端子組,共用端子CＯM端加裝熔斷器做短路保護,必要時可并聯放電二極管以利PLC輸出繼電器觸電的滅弧。PＬＣ輸入／輸出接線端子外接線電路如圖3—４所示。圖3—４：輸入輸出端子外接線圖３.2．2系統硬件設備選型1.ＰLC控制說明及I/O點定義、分配表PLＣ的控制電路,既是可通過一定的輸入信號送給ＰLＣ經內部程序處理后，由輸出的控制信號直接驅動或控制電器執行件,達到預定目的.這也是與傳統的控制電路區別最大的地方。即PLC的處理器可實現復雜,繁瑣的控制要求.換句話說就是能使控制電路系統簡潔化。如本控制系統設計,其PLC的程序可代替復雜的硬接線。表3—1：PLC的輸入及輸出（I／O)地址表地址號符號名稱用途X0SＢ１主軸電機啟動按鈕X1ＳＢ２主軸電機啟動按鈕X２SB3主軸電機停止按鈕X3SB4主軸電機停止按鈕X4SＢ5工作臺快速進給按鈕X5ＳＢ6工作臺快速進給按鈕X6SＱ1工作臺右移行程開關Ｘ７SQ2工作臺左移行程開關Ｘ10SＱ3工作臺前、下移行程開關X11SＱ4工作臺后、上移行程開關Ｘ12SＱ6進給變速沖動行程開關X13SQ7主軸變速沖動行程開關X14SA1圓工作臺轉換開關X１5SA3冷卻泵電機起、停轉換開關X16KＳ—1主軸電機速度繼電器X１７KS-２主軸電機速度繼電器表3－1（a）:輸入分配表地址號符號名稱用途Y0KＭ１冷卻泵電機交流接觸器Ｙ１KM2主軸電機反接制動交流接觸器Y2KM3主軸電機運行交流接觸器Y3KMＹ4ＫＭY５KM6工作臺快速進給電磁鐵交流接觸器表３-1(b）:輸出分配表其I/O分配表如上表３-１所示:２.PLC的選用（一）X62W萬能銑床輸入輸出點數統計因為在改造中不改變原控制系統,所以ＰＬC輸入輸出點數可根據原繼電器控制電路來計算.１.輸入點數(1)原主軸電機啟動按鈕2個，主軸電機停止按鈕2個,主軸電機反接制動速度繼電器2個，主軸變速沖動行程開關1個，共7點;(2)工作臺右移行程開關1個，左移行程開關1個，前、下移行程開關1個,后、上移行程開關1個，工作臺快速進給按鈕2個,工作臺變速沖動行程開關1個,共7點；(3)圓工作臺轉換開關1個；（４)冷卻泵電機起、停轉換開關1個;輸入點數共16點.２.輸出點數根據原控制電路主軸電機、工作臺進給電機、快速進給電磁鐵及冷卻泵電機用交流接觸器統計輸出點數為：（1）主軸電機運行交流接觸器1個主軸電機反接制動交流接觸器1個，共2點(2)工作臺進給電機正、反轉交流接觸器各1個,快速進給電磁鐵交流接觸器1個，共3點；（３)冷卻泵電機交流接觸器1個；輸出點數共為6點。(二）PLC選擇Ｘ6２W銑床改造后共需點數為22點，考慮１0%余量及以后加報警電路和故障顯示電路,考慮發展及工藝控制問題，故選用三菱FX2N—48MＲPLＣ，繼電器輸出，I/O總點數為48點，輸入點數為２4點，輸出點數為24點。FＸ２N是ＦX系列中功能最淺、速度最高的微型可編程控制器。它的基本指令執行是高達0.0８us每條指令,用戶存貯器容量可擴展到１6K步,各點狀態均有知識等現實,便于用戶不帶負載調試程序。單片既具有片內存ROM256Ｂ、RAM8KB,定時/計數器3個，并行Ｉ/O接口4個,5個終端元。用戶程序容量３2KB。PＬC的供電電源為２20YV，有38V－2２０V的隔離變壓器提供，這樣可以減少電網波動或噪聲對ＰLC的干擾。３．3系統軟件部分3。3.1設計PLC流程圖PLC流程圖見圖３—6所示。圖3—6：設計流程圖3．3.２設計系統PLC梯形圖及編程由控制要求及上列I/O定義表設計的梯形圖如圖３-４所示。設計中設置了Ｍ0的自鎖，以及M0、M１的互鎖。還設置了順序控制與制動裝置。這些保護與前面的硬件接線的保護，即是我們所說的實現軟件、硬件雙重保護。這與傳統的完全繼電器及硬件電路控制,大大提高了控制系統可靠性和容錯能力。圖3-7：控制系統梯形圖及控制程序（2）本系統選用三菱ＦX2N系列ＰLC語言，如下：0LＤIＸ131MCN1Ｍ11M2ORX03ＯRX14OＲＮ05ANIX26AＮIX37ＡNIN1８OUＴM09LDX21０LDX３１1LDＭ1１２ORB1３ANDX1614ＯRＸ1７15AＮIＸ016LDX117LDＭ０18OUTM11９LＤＭ020ANIY１21ＯUTY222LDM０23ＭCＮ１SＰＭ1１24LDIX1２2５ＡNIX1426ＡNIＸ627ANIＸ７28ＡNIX102９AＮIX1130OUTM23１LDIX1232ANIＸ143３ANIX6３4ANIX７３５AＮIX1０3６AＮIＸ11３７OUTＭ338LDIX123９ＡNＩX14４0AＮIX641AＮIX742ANIX1０４3AＮＩＸ114４OUTM445LDIX12４6ANＩX１44７AＮIＸ648ANIX７４9AＮＩX105０ＡNIX1151OUＴM552LDＩX1253ANIX1454ANIX655ANＩＸ756AＮIX１0５７ＡNIX1158OＵTM659LＤＩX1260AＮＩX１４61ANIX662ANIX７63ANIＸ1０64ＡＮIX1165OＵTM７66LDM267OＲＭ36８OＲＭ4６9ORM570ＡNＩM67１ANＩM7７２ＡNIY４７3OUTY374LDＭ6７5ORM776ANIM27７ANIM378AＮＩＭ479ANＩM５80ＡNIY381OUTY４８2LDX４83ＯＲＸ584LDY385ORY486ＡNB87OUTY588ＭCRN1８9LＤＭ190ＯRＸ139１ＡNIY29２ＬＤX1５9３ＯUTＹ０94END3。３.3PＬC梯形圖的說明(1）用輔助繼電器以簡化控制電路。（2）應根據X６2Ｗ的控制原理進行總體程序設計,在控制電路中應注意自鎖和互鎖控制.（3)SQ7(常閉）為軟繼電器的工作條件，只有這一條件滿足時,機床控制才有效，所以在程序設計時用了一主控指令。（4）應注意主軸運動與進給運動的順序聯鎖控制，故在程序中又用了一主控指令,以保證在主軸電機M1起動后才可起動進給電機Ｍ2.（5）應注意長工作臺六個進給方向的聯鎖控制，銑床工作時，只允許一個進給方向運動,故除了操作手柄自身的機械聯鎖外，在程序設計時還需用軟繼電器加電氣聯鎖控制；圓工作臺與長工作臺之間也需用軟繼電器加聯鎖控制。（6）應給PＬC工作電源加外部啟動、停止按鈕。（７）應注意動作的互鎖控制,例如主軸正轉和反轉是兩個不可能同時發生的動作，此時一般需要采用互鎖控制。可以采用M0和Ｍ1的常閉觸點為互鎖信號，分別串入M0和M1的控制回路中，這樣當Ｍ0和Ｍ1當中任何一個啟動的先決條件就是另一個回路必須關斷。而任何一個回路啟動之后又都能同時把另一個回路的控制回路關斷，而保證兩者不可能同時動作。(８）還要注意順序聯鎖控制，在銑床的運動控制中，有些是有嚴格的順序要求的，不能發生顛倒次序的現象。這時可以采用聯鎖控制的方法,即選擇前一個動作的常開觸點.串聯在下一個動作的啟動回路中。同時將后一個動作的常閉觸點串聯在上一個動作的關斷回路中。這樣就可以使各個動作嚴格地按照設計好的順序執行.大大提高了產品的可靠性和品質。3．３。4軟件程序調試PLC控制系統軟件程序完成后,必須講程序寫入PLC進行調試；若選擇的機型與實驗機型一致，可直接利用實驗室的模擬調試開關板進行調試.調試時先不接執行電器，注意關PＬＣ輸入、輸出狀態指示燈，以確定程序是否符合控制要求。若設計用的機型與實驗室及行不通,也必須想辦法進行調試,只是要根據實驗室能用的機型改寫新的輸入輸出點核心的指令,設計時最好能避免這種情況發生.調試可在軟件程序設計好后立即進行，也可待硬件系統設計好后一起進行。調試過程中一定要注意各個基本環節之間的控制邏輯是否慢度控制和連鎖要求,輸出有無失步現象。由于模擬調試開關板一般又不能扶危的牛自開關組成,調試時要注意模擬能復位的按鈕的動作,必須是鈕子開關接通后立即斷開。4.銑床的ＰLC電氣控制系統電器元件的選擇由于各類電器在萬能升降臺銑床PLC電器控制系統中所處的位置和所起的作用不同，因此選用電器的方法也就各異。1。電源總開關的選擇電源總開關應根據萬能升降臺銑床PLC電氣控制系統的要求和特點進行選擇。目前一般有自動空氣斷路器；刀開關和熔斷器的組合;組合開關三種。選用方法有兩種思路：一是認為有必要用自動空氣斷路器和下端電路中的熔斷器、熱繼電器進行電路的上沖保護，傾向于電源開關選用自動空氣斷路器.另一種認為沒有必要再加自動空氣斷路器著測高湖，選用組合開關更為合理。萬能升降臺銑床選用自動空氣斷路器QＦ作為電源開關,選擇時考慮電動機M1~M3的額定電流、起動點六和同時啟動的臺屬。兼顧控制變壓器ＴC和PLC外電路中接觸器和電磁閥線圈的額定電流、起動電流和同時工作情況。根據組合機床的具體加工工藝情況及綜合ＰＬC控制系統部分的電壓等級和電流情況，選擇Ｔ0系列塑料外殼式斷路器為萬能銑床電氣控制系統的電源總開關.該系列斷路器可在５0HZ,額定電流值６00Ａ的使用條件下做控制設備的過載和短路保護。具體選擇型號為：T0－125型３極380V額定電流１25V2。控制變壓器的選擇控制變壓器除了在電氣控制中為控制電路提供不同的電壓等級外,還可對控制電路進行電氣隔離，使PLC外電路及電器元件,如接觸器和電磁閥線圈，電器照明燈和狀態指示燈等同電網隔離，提高系統的安全性.常用的機床控制變壓器有BK—50;100；1５0;200；25０;30０；４00；500;700;1000；150０等型號.一次側交流電壓等級是220V；3８０Ｖ；220Ｖ~3８0V（可向廠商提供要求)，二次側提供了可組合的11０V；36Ｖ;2４V；1２V；6.3Ｖ等交流電壓。控制變壓器的容量可以根據由它供電的最大工作負載所需要的功率留有一定余量選取.選擇控制變壓器TC為：BＫ—500型500ＶＡ380Ｖ／１27V；36V3.交流接觸器的選擇主軸電動機M1額定電流１５。４A，選擇KM1的型號為CJX1-2２(3TB4３），額定電流22Ａ，吸引線圈電壓1２７Ｖ，消耗功率7.5KW。進給電動機M2的額定電流2.7Ａ,有換向的要求.考慮3倍的起動電流,選擇KM2的型號為CJX1－9（3TＢ40），額定電流9Ａ,吸引線圈電壓127V，消耗功率1.5KＷ。液壓泵電動機M３的額定電流為8.8A，考慮2。５倍的啟動點六。選擇ＫＭ3的幸好未ＣJXI-12（3TＢ41），額定電流1２A，吸引線圈電壓127V,加裝輔助觸電組，吸引線圈電壓12７Ｖ,加裝輔助觸點組，吸引線圈消耗功率０.１25ＫW。4。照明燈和指示燈的選擇(１)照明燈的選擇ＪC2型，交流36V，40W.(2）指示燈的選擇ZＳD型,交流６。3V，0。25W.5．按鈕的選擇ＬA１9型,38０V,內設交流6.3V0.５Ａ指示燈。6．熔斷器的選擇（1)ＦＵ1的選擇：主軸電動機的額定電流為15.4Ａ,輕載起動,選擇ＦU1為：RL１-60型，熔體取４０A.（2）FU2的選擇:進給電動機的額定電流為２.7A,考慮到起動電流，選擇FＵ2為：RＬ1-１５型，熔體取10A。（3）FU3的選擇:冷卻泵電動機Ｍ3的額定電流是8.8A,輕載起動,連續運轉，考慮到電動機起動電流的倍數及熔斷器外形的統一,選擇FＵ3為：ＲL1－60型,熔體取25Ａ.（4)FＵ４的選擇:FＵ3是電源熔斷器,選型號為:ＢＨC型，熔體取2Ａ。(5)FU5的選擇：ＦＵ5是照明燈的熔斷器，選RT1８－32型,熔體取２A。(6)FU6、FU7是信號燈組熔斷器，選BＨC型，熔體取4A.（7)ＦＵ8是主軸控制電路熔斷器，選ＲT18—３2型，熔體取２A.7.熱繼電器的選擇熱繼電器應選取和3TB系列接觸器配套的熱繼電器，安裝在相應的接觸器上，安裝后不增加安裝底板空間,使接觸器可以并排安裝,縮小控制柜的體積。（1)ＦR1的選擇：M1的額定電流１5。４A，故選取和３TB４3型交流接觸器配套的熱繼電器為３UA52００－2Ｂ,整定電流12。５~２０A可調.(2)ＦＲ２的選擇：選取3UＡ500０—ＩＤ，2～3.2Ａ可調。（３）FR3的選擇:M3的額定電流為8。8A，故和冷卻泵電動機電源接觸器配套的熱繼電器為3ＵＡ5０0０—1J，整定電流6。3~10Ａ可調。８．導線的選擇（１)主回路中導線面積較大,不用考慮機械強度而只按照允許載流量選擇.本設計主回路中電流按電動機達最大功率時滿載電流選擇。選用缺員電壓為３８0V的ＢVＲ—49／0。５2型銅芯塑料絕緣軟線。該線表承接面積為100m，環境溫度為４0°C時允許載流量為5７Ａ，按其中1／２允許載流量作為實際載流量為（2）本設計的控制回路選用絕緣電壓為交流３80V的ＢＶＲ-7／0。43型銅芯塑料絕緣軟線作為連接線.該線標稱截面積為１，環境溫度為4０°C時允許載流量為14A。考慮導線成捆或在行線槽中布線時按1/２允許載流量作為實際載流量為28。5A９．接線端子接線端子分為主回路接線端子和控制回路接線端子.主回路接線端子與控制回路接線端子的選擇以滿足電路的電壓、電流為基本原則，結構類型等可根據各自需要而定。這里主回路接線端子選用ＴZ１—40型,該類接線端子額定電壓為交流380V,額定電流為40A，顯然滿足要求。控制回路則選用ＴZ1—1０B型，其額定電壓為交流38０V,額定電流為10A。與這兩種接線端子配套的還需標記座和端蓋，分別選用TZ1—４0B、ＴＺ1-10B和TZ1-40G、TＺ１－10G.5。結束語至此，本系統的設計已經完成.Ｘ62W型銑床原繼電器控制電路經PLC控制改造后。降低了設備運行的故障率，提高了設備運行的穩定性和使用率，減輕了操作人員維修勞動強度改造后設備經過長期運行，結果表明效果非常良好,收到了較好的經濟效益和社會效益.設計中PＬＣ充分表現了其在控制中的靈活性；軟件和硬件兩方面實現了安全互鎖控制，也體現了其較高的可靠性。但是影響PＬC控制系統性能的因素很多，在進行設計時可能考慮得不是很全面，對于系統將可能出現的故障,有待進一步改進并完善。參考文獻【1】鐘肇新彭侃。《可編程控制器原理及應用》華南理工大學出版社20０1年4月【2】鄭萍。《現代電氣控制技術》重慶大學出版社２0０3年８月【3】高欽和。《可編程控制器應用技術與設計實例》人民郵電出版社2００4年7月【4】袁任光.《可編程序控制器（ＰC)應用技術與實例》華南理工大學出版社２00１年3月【5】汪志鋒。《可編程序控制器原理及應用》西安電子科技大學出版社2０0４年2月【６】陳宇．《可編程序控制器基礎及編程技巧》華南理工大學出版社2００１年6月【7】徐德孫同景陳貴友。《可編程序控制器(PＬC)應用技術》山東科技大學出版社2０03年1０月【8】張鳳珊．《電氣控制及可編程序控制器》中國輕工業出版社2０0５年1月【9】馮濟纓黃明琪．《可編程序控制器應用基礎》重慶大學出版社1998年月【10】廖常初。《ＰLC基礎及應用》機械工業出版社2０04年８月【11】何建平.《可編程序控制器及其應用》重慶大學出版社200４年7月【12】吳中俊黃永紅.《可編程序控制器原理及應用》機械工業出版社200３年９月【13】史國生．《電氣控制與可編程序控制器技術》化學工業出版社20０4年6月【１4】黃凈.《電氣控制與可編程序控制器》機械工業出版社２00４年８月【１5】程憲平.《機電傳動與控制》華中科技大學出版社2002年3月基于PLC和MＣGS的交通燈系統設計【摘要】當今，紅綠燈安裝在各個道口上，已經成為疏導交通車輛最常見和最有效的手段.社會的發展,人們的消費水平不斷的提高，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很明顯了。所以采用有效的方法控制交通燈是勢在必行的。PLＣ的智能控制原則是控制系統的核心，采用PＬC把東西方向或南北方向的車輛按數量規模進行分檔,相應給定的東西方向與南北方向的綠燈時長也按一定的規律分檔。這樣就可以實現按車流量規模給定綠燈時長,達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、實現最優控制，從而提高了交通控制系統的效率．PＬＣ結構簡單、編程方便、可靠性高等優點，已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中.由于PLＣ具有對使用環境適應性強的特性，同時其內部定時器資源十分豐富，可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制，特別對多岔路口的控制可方便地實現。因此現在越來越多地將PＬC應用于交通燈系統中。PLC還具有通訊聯網功能，將同一條道路上的信號燈組成同一局域網進行統一調度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現科學化管理。在實時檢測和自動控制的PLＣ應用系統中，ＰLC往往是作為一個核心部件來使用。關鍵字：PLC、交通燈、控制系統、組態設計Abstract:Ｔｏday,tｒaffｉclightsinstalledｏnｔhｅｃrｏssingatall，ｔｏｅaｓｅｔhetrａｆficｏfｖehicleshasbecomethｅmosｔcoｍmｏnａnｄmostefｆeｃtivemeanｓ。Ｓoｃialｄｅveｌopｍｅｎｔ,pｅopｌe'ｓcｏｎsumｐtioｎｌｅｖelscontinｕｅｔoincrｅase,pｒｉvateveｈiclesiｓincreasing。Oｆpeoｐlｅ，caｒsandmoreroａdshaveｌesstrafｆｉcstaｔｕｓiｓobvious。Ｔｈerｅｆorｅ,tｈｅadoptionofefｆectivemethodｓtocoｎtrｏltrafficｌｉghtｓisimpｅｒａｔｉｖe.PLＣintelｌigentcontrolpｒiｎcｉpｌeｉｓｔhecｏrｅofthecontroｌｓyｓtｅｍusiｎgPLCｎortｈ—southdｉrectiontｏeaｓt-wｅｓtdirectｉonorscalｅｏｆtheｖehiｃｌeｂytheｎumberｏfsub-fｉｌｅ，theapｐｒｏｐrｉateｔｈinggivenｔhegｒeenlightnｏrｔh-souｔhｄiｒectｉonandlengtｈofｔｉmeiｓalｓｏsub—ｆｉleaｃcｏrｄiｎｇtoｃeｒtaiｎrules。Tｈisｓcａlecaｎbeachievedgｉvｅnthegreeｎligｈtａttｒaｆfiｃｄuratｉｏn,toａchieveｍaｘiｍumreｌeａsｅacａｒtorｅdｕcｅｔhestaｇnａtiｏｎoｆｖehｉclescroｓsｉｎｇｔoｅaｓｅｔrafｆicｃonｇeｓtion，tｏachｉeveopｔimalcoｎｔroｌ,thusimprｏvｉngtｈeｅfficiｅｎcyofｔｒafｆicconｔrolsｙstem.PLCstrucｔuｒeissimplｅ，easyｐroｇｒａmmｉng,ｈigｈｒｅliability，haｓｂeｅｎwｉdelyｕseｄｆorｉnｄｕcessanｄｌｏcaｔionｏfthｅａｕtｏｍaticcｏntｒol。ＴheusｅｏfthePＬCｈasthecｈarａcteristiｃsofenvironmenｔａlａdａptabｉｌity,whiｌeitsinｔernaｌｔimerｒesｏuｒceｓａreｖeｒyriｃh，thｅcｕｒｒｅnｔwｉdesｐreaduseｏfthe"pｒogreｓｓiｖｅ"sigｎalfｏrｐｒecisecontｒol，paｒtｉcuｌarlｙcｏnｔroloｆmultｉ-forｋcanbeeasilyａｃhieved。Ｔherefore，thePＬCｉsnowｉｎcreasinglｙusedｉnｔraffｉｃlighｔｓsysｔem．ＰLCaｌsohａｓａcommｕｎicationsneｔworkｉngcａpａbilｉｔieｓ，tｈｅsaｍｅsigｎalonthｅｒoadｔｏformaｕnｉｆiｅdLANmanaｇeｍent,andcanshorｔenthewaｉtingｔｉmefoｒvehicletｒaffｉc,ｔoachieｖeｓｃiｅntifiｃmaｎagｅment．Iｎreal—ｔimｅdeteｃtｉｏnandapplicatiｏnofａuｔomａticｃonｔrolsyｓtemsPLC，PLCiｓoftenｕsedａｓaｃponenｔ.Keywｏrdｓ：trａｆficlighｔｓ,controlsystｅms，confiｇuｒaｔiondeｓign可編程控制系統介紹1.1PＬC簡介隨著微處理器，計算機的和數字通訊技術的飛速發展，計算機控制技術已經滲透到所有工業領域。當前用于工業控制的計算機可分為:可編程控制器,基于ＰC總線的工業控制計算機，基與單片機的測控裝置，用于模擬量閉環控制的可編程調節器,集散控制系統(DCS）和現場總線控制系統（FCＳ)等。可編程控制器是應用廣泛，功能強大,使用方便的通用工業控制裝置,已成為當代工業自動化的重要支柱．近幾年，在國內已得到迅速推廣普及.可編程控制器是６0年代末在美國首先出現的,當時叫可編程邏輯控制器，目的是用來取代繼電器,以執行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。其基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優點和繼電器控制系統的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。根據實際應用對象,將控制內容寫入控制器的用戶程序內,控制器和被控對象連接也很方便。可編程控制器對用戶來說，是一種無觸點設備,改變程序即可改變生產工藝，因此可在初步設計階段選用可編程控制器，在實施階段再確定工藝過程。另一方面，從制造生產可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據用戶的要求專門設計控制器，適合批量生產.由于這些特點,可編程控制器問世以后很快受到工業控制界的歡迎，并得到迅速的發展。可編程序控制器，英文稱ProgｒammａblｅCｏntroｌler,簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（PersonalComputeｒ）混淆，故人們仍習慣地用PLＣ作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數字運算操作的電子系統裝置,專為在工業現場應用而設計，它采用可編程序的存儲器,用以在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時／計數和算術運算等操作指令，并通過數字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLＣ是微機技術與傳統的繼電接觸控制技術相結合的產物,它克服了繼電接觸控制系統中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點,充分利用了微處理器的優點,又照顧到現場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLＣ的程序編制,不需要專門的計算機編程語言知識,而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLＣ后,只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將PＬC應用于生產實踐.PLC的類型繁多,功能和指令系統也不盡相同，但結構與工作原理則大同小異,通常由主機、輸入/輸出接口、電源擴展器接口和外部設備接口等幾個主要部分組成。PＬC的硬件系統結構如下圖所示：１—１ＰLC的硬件系統結構1。1。1主機主機部分包括中央處理器(ＣPU）、系統程序存儲器（RＯM）和用戶程序及數據存儲器。CPU是PＬC的核心，它用以運行用戶程序、監控輸入/輸出接口狀態、做出邏輯判斷和進行數據處理,即讀取輸入變量、完成用戶指令規定的各種操作，將結果送到輸出端,并響應外部設備(如電腦、打印機等)的請求以及進行各種內部判斷等。PLＣ的內部存儲器有兩類,一類是系統程序存儲器，主要存放系統管理和監控程序及對用戶程序作編譯處理的程序，系統程序已由廠家固定,用戶不能更改；另一類是用戶程序及數據存儲器,主要存放用戶編制的應用程序及各種暫存數據和中間結果。1．1．２輸入／輸出(Ｉ/O)接口Ｉ/Ｏ接口是PLC與輸入/輸出設備連接的部件。輸入接口接受輸入設備（如按鈕、傳感器、觸點、行程開關等）的控制信號。輸出接口是將主機經處理后的結果通過功放電路去驅動輸出設備（如接觸器、電磁閥、指示燈等）。Ｉ/O接口一般采用光電耦合電路,以減少電磁干擾，從而提高了可靠性。I／Ｏ點數即輸入/輸出端子數是PLＣ的一項主要技術指標,通常小型機有幾十個點，中型機有幾百個點,大型機將超過千點。1．1.3輸入/輸出擴展接口I/Ｏ擴展接口用于將擴充外部輸入／輸出端子數的擴展單元與基本單元（即主機)連接在一起。1。1.４外部設備接口此接口可將打印機、條碼掃描儀,變頻器等外部設備與主機相聯,以完成相應的操作。實驗裝置提供的主機型號是西門子S7—200系列的CPU224(AC/DC/RELAY）。輸入點數為14,輸出點數為10。1。1.5編程編程是PLC利用外部設備,用戶可用以輸入、檢查、修改、調試程序或監示ＰLＣ的工作情況。通過專用的PC／PPＩ電纜線將PLＣ與電腦聯接，并利用專用的編程軟件進行電腦編程和監控。1。1.6電源圖中電源是指為ＣＰU、存儲器、I/O接口等內部電子電路工作所配置的直流開關穩壓電源，通常也為輸入設備提供直流電源。1．2PLＣ的工作原理PLC的ＣPU采用順序邏輯掃描用戶程序的方式進行工作,即在PLC運行時，ＣPU根據用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序,按指令步序號(或地址號）作周期性循環掃描,如無跳轉指令，則從第一條指令開始逐條順序執行用戶程序，直至程序結束.然后重新返回第一條指令,開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中,還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態的刷新等工作。ＰLC的CＰU掃描一個周期必經輸入采樣、執行用戶程序、處理通訊請求、CPU自診斷和輸出刷新三個階段。輸入采樣階段：首先以掃描方式按順序將所有暫存在輸入鎖存器中的輸入端子的通斷狀態或輸入數據讀入,并將其寫入各對應的輸入狀態寄存器中，即刷新輸入。隨即關閉輸入端口，進入程序執行階段.執行用戶程序階段:按用戶程序指令存放的先后順序掃描執行每條指令,經相應的運算和處理后，其結果再寫入輸出狀態寄存器中,輸出狀態寄存器中所有的內容隨著程序的執行而改變。處理通訊請求階段：ＣPU處理從通訊接口和智能模塊接收到的信息，如由編程器送來的程序、命令和各種數據，并把要現實的狀態、數據、出錯信息等發送給編輯器進行顯示。如果有計算機等通訊請求，也在這段時間完成數據和發送任務。CPU自診斷:自診斷測試包括定期檢查CPU模塊的操作和擴展模塊的狀態是否正常，將監控定時器復位.輸出刷新階段：當所有指令執行完畢，輸出狀態寄存器的通斷狀態在輸出刷新階段送至輸出鎖存器中，并通過一定的方式(繼電器、晶體管或晶閘管）輸出，驅動相應輸出設備工作。1.3PLＣ的程序編制1。3.1軟件編制PLC是采用軟件編制程序來實現控制要求的。編程時要使用到各種編程元件，它們可提供無數個動合點和動斷觸點。編程元件是指輸入映像寄存器、輸出映像寄存器、位存儲器、定時器、計數器、通用寄存器、數據寄存器及特殊功能存儲器等。PＬC內部這些存儲器的作用和繼電器接觸器控制系統中使用的繼電器十分相似,也有“線圈”與“觸點”,但它們不是“硬”繼電器，而是PLC存儲器的存儲單元。當寫入該單元的邏輯狀態為“1”時，則表示相應繼電器線圈得電,其動合觸點閉合,動斷觸點斷開.所以，內部的這些繼電器稱之為“軟”繼電器。S7—２０0CＰU224、CＰU2２6部分編程元件的編號范圍與功能說明如下表所示原件名稱代表字母編號范圍功能說明輸入寄存器II0．０～Ｉ1。5共14點接受外部輸入設備的信號輸出寄存器QＱ０.0～Q１．1共10點輸出程序執行結果并驅動外部設備位存儲器MM0。0～M31。7在程序內部使用，不能提供外部輸出定時器T(Ｔ0~T2５5）T0，T64保持型通電延時１ｍsＴ1~T４，T65～T６8保持型通電延時10msT５～T3１,T6９～T９5保持型通電延時1０0msT３２,T96ON/OFＦ延時，１msT33~T36,T97~Ｔ100ＯN/OFF延時，10msＴ37～T6３,T10１～Ｔ2５５ＯN／OFF延時，100ms計數器CC0～C25５加法計數器，觸點在程序內部使用高速計數器HＣHC0～HＣ5用來累計比CPU掃描速率更快的事件順序控制\繼電器SＳ0。0~Ｓ３1.7提供控制程序的邏輯分段變量存儲器ＶVＢ0.0～VB5119．7數據處理用的數值存儲元件局部存儲器LＬＢ0．0～LB63。7使用臨時的寄存器,作為暫時存儲器特殊存儲器SMＳＭ0。0~SM549。７CPＵ與用戶之間交換信息特殊存儲器SM（只讀）SM0.0~SＭ29.7接受外部信號累加寄存器ACＡC０～AC3用來存放計算的中間值1-21。3．２編程語言所謂程序編制,就是用戶根據控制對象的要求，利用PLC廠家提供的程序編制語言，將一個控制要求描述出來的過程.PLＣ最常用的編程語言是梯形圖語言和指令語句表語言，且兩者常常聯合使用。（１）梯形圖（語言）梯形圖是一種從繼電接觸控制電路圖演變而來的圖形語言.它是借助類似于繼電器的動合、動斷觸點、線圈以及串、并聯等術語和符號，根據控制要求聯接而成的表示PLC輸入和輸出之間邏輯關系的圖形，直觀易懂。梯形圖中常用用圖形符號分別表示PLC編程元件的動斷觸電和動合觸電,用(）表示它們的線圈。梯形圖中編程元件的種類用圖形符號及標注的字母或數加以區別。觸點和線圈等組成的獨立電路稱為網絡,用編程軟件生成的梯形圖和語句表程序中有網絡編號，允許以網絡為單位給梯形圖加注釋.梯形圖的設計應注意到以下三點：①梯形圖按從左到右、自上而下的順序排列。每一邏輯行（或稱梯級)起始于左母線，然后是觸點的串、并聯接，最后是線圈。與能流的方向一致。②梯形圖中每個梯級流過的不是物理電流，而是“概念電流”,從左流向右,其兩端沒有電源。這個“概念電流"只是用來形象地描述用戶程序執行中應滿足線圈接通的條件。③輸入寄存器用于接收外部輸入信號，而不能由ＰLC內部其它繼電器的觸點來驅動。因此，梯形圖中只出現輸入寄存器的觸點,而不出現其線圈。輸出寄存器則輸出程序執行結果給外部輸出設備，當梯形圖中的輸出寄存器線圈得電時，就有信號輸出，但不是直接驅動輸出設備，而要通過輸出接口的繼電器、晶體管或晶閘管才能實現。輸出寄存器的觸點也可供內部編程使用。（２)指令語句表指令語句表是一種用指令助記符來編制ＰＬC程序的語言，它類似于計算機的匯編語言,但比匯編語言易懂易學,若干條指令組成的程序就是指令語句表.一條指令語句是由步序、指令語和作用器件編號三部分組成。MCGS系統介紹２.1MCGS的定義MCＧS(MｏnitｏｒanｄControlGeｎerateｄSysｔｅm,通用監控系統）是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft的各種32位Wｉｎdowｓ平臺上運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在工業控制領域有著廣泛的應用。MCGS組態軟件功能強大,操作簡單，易學易用，普通工程人員經過短時間的培訓就能迅速掌握多數工程項目的設計和運行操作。同時使用MCGS組態軟件能夠避開復雜的計算機軟、硬件問題，集中精力去解決工程問題本身，根據工程作業的需要和特點,組態配置出高性能、高可靠性和高度專業化的工業控制監控系統.2．2ＭＣGS的構成ＭCGS系統包括組態環境和運行環境兩個部分。用戶的所有組態配置過程都在組態環境中進行,它相當于一套完整的工具軟件,幫助用戶設計和構造自己的應用系統。用戶組態生成的結果是一個數據庫文件,稱為組態結果數據庫.運行環境是一個獨立的運行系統，它按照組態結果數據庫中用戶指定的方式進行各種處理，完成用戶組態設計的目標和功能。運行環境本身沒有任何意義，必須與組態結果數據庫一起作為一個整體，才能構成用戶應用系統。一旦組態工作完成，運行環境和組態結果數據庫就可以離開組態環境而獨立運行在監控計算機上。2-1系統組態環境、系統運行環境和實時數據庫三者的關系ＭＣGS由“MCＧS組態環境”和“ＭCGS運行環境”兩個系統組成。兩部分互相獨立，又緊密相關.如圖２—2所示：MCGS組態環境是生成用戶應用系統的工作環境,由可執行程序McgsＳｅｔ。ｅxe支持,其存放于MCＧS目錄的Program子目錄中。用戶在MCＧS組態環境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態工作后，生成擴展名為．mcg的工程文件,又稱為組態結果數據庫,其與MCGS運行環境一起,構成了用戶應用系統，統稱為“工程”.ＭＣＧS運行環境是用戶應用系統的運行環境，由可執行程序McgｓRuｎ．ｅｘe支持，其存放于ＭCＧＳ目錄的Prｏｇraｍ子目錄中。在運行環境中完成對工程的控制工作。2-2組態環境和運行環境關系圖２。3MCGS組態軟件的功能和特點與國內外同類產品相比,MCＧS６．2組態軟件具有以下特點：全中文、可視化、面向窗口的組態開發界面，符合中國人的使用習慣和要求，真正的32位程序,可運行于MicroｓｏfｔWindｏｗs9５/9８/Me/NＴ/2000等多種操作系統。龐大的標準圖形庫、完備的繪圖工具以及豐富的多媒體支持,使您能夠快速地開發出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。全新的AｃtiveX動畫構件，包括存盤數據處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產數據。支持目前絕大多數硬件設備，同時可以方便地定制各種設備驅動；此外,獨特的組態環境調試功能與靈活的設備操作命令相結合，使硬件設備與軟件系統間的配合天衣無縫。簡單易學的類Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構件,使您能夠輕而易舉地開發出復雜的流程控制系統.強大的數據處理功能，能夠對工業現場產生的數據以各種方式進行統計處理，使您能夠在第一時間獲得有關現場情況的第一手數據。方便的報警設置、豐富的報警類型、報警存貯與應答、實時打印報警報表以及靈活的報警處理函數，使您能夠方便、及時、準確地捕捉到任何報警信息。完善的安全機制，允許用戶自由設定菜單、按鈕及退出系統的操作權限。此外,MCGS6.2還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能,以保護組態開發者的成果.強大的網絡功能,支持ＴＣＰ/IＰ、Modem、4８5/4２２/232，以及各種無線網絡和無線電臺等多種網絡體系結構.良好的可擴充性，可通過OPC、DDＥ、OＤBC、AｃtｉveX等機制,方便地擴展MＣＧS6．2組態軟件的功能，并與其他組態軟件、MIＳ系統或自行開發的軟件進行連接.提供了WWW瀏覽功能，能夠方便地實現生產現場控制與企業管理的集成。在整個企業范圍內，只使用ＩＥ瀏覽器就可以在任意一臺計算機上方便地瀏覽與生產現場一致的動畫畫面，實時和歷史的生產信息，包括歷史趨勢,生產報表等等,并提供完善的用戶權限控制。2．４MCＧS組態軟件的工作方式MＣGS如何與設備進行通訊：MＣGＳ通過設備驅動程序與外部設備進行數據交換。包括數據采集和發送設備指令.MCＧS如何產生動畫效果：MCGＳ為每一種基本圖形元素定義了不同的動畫屬性,如:一個長方形的動畫屬性有可見度,大小變化，水平移動等，每一種動畫屬性都會產生一定的動畫效果。MCGＳ如何實施遠程多機監控:MCGS提供了一套完善的網絡機制，可通過TCP/IP網、Moｄem網和串口網將多臺計算機連接在一起，構成分布式網絡監控系統，實現網絡間的實時數據同步、歷史數據同步和網絡事件的快速傳遞。同時，可利用ＭCＧＳ提供的網絡功能，在工作站上直接對服務器中的數據庫進行讀寫操作。分布式網絡監控系統的每一臺計算機都要安裝一套ＭCＧS工控組態軟件。ＭCＧＳ把各種網絡形式,以父設備構件和子設備構件的形式,供用戶調用，并進行工作狀態、端口號、工作站地址等屬性參數的設置。如何對工程運行流程實施有效控制：ＭＣGＳ開辟了專用的“運行策略"窗口,建立用戶運行策略.MCＧS提供了豐富的功能構件，供用戶選用，通過構件配置和屬性設置兩項組態操作，生成各種功能模塊（稱為“用戶策略”)，使系統能夠按照設定的順序和條件，操作實時數據庫，實現對動畫窗口的任意切換，控制系統的運行流程和設備的工作狀態。所有的操作均采用面向對象的直觀方式，避免了煩瑣的編程工作。硬件設計3.1設計目的和意義在十字路口設置交通燈可以對交通進行有效的疏通,并為交通參與者的安全提供了強有力的保障。但是隨著社會、經濟的快速發展，原先的交通燈控制系統已經不能適應現在日益繁忙的交通狀況。如何改善交通燈控制系統，使其適應現在的交通狀況，成為研究的課題。傳統的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經過車輛流量的調查，運用統計的方法將兩個方向紅綠燈的延時預先設置好。然而,實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段甚至可能產生很大的差異。即使是經過長期運行、較適用的方案，仍然會發生這樣的現象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長隊等候通過.這種流量變化的偶然性是無法建立準確模型的，統計的方法已不能適應迅猛發展的交通現狀，更為現實的需要是能有一種能夠根據流量變化情況自適應控制的交通燈。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換時間間隔的控制方法。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復雜的、隨機的和不確定的,采用固定時間的控制方法，經常造成道路有效利用時間的浪費,出現空等現象，影響了道路的暢通。為此,采用不依賴數學模型的模糊控制方法設計交通燈控制器，能較好地解決這個問題。可編程控制器交通燈控制系統集成自動控制技術、計量技術、新傳感器技術、計算機管理技術于一體的機電一體化產品；充分利用計算機技術對生產過程進行集中監視、控制管理和分散控制;充分吸收了分散式控制系統和集中控制系統的優點,采用標準化、模塊化、系統化設計，配置靈活、組態方便。另外隨著眾多高科技技術在日常生活的普遍應用，城市空中各種電磁干擾日益嚴重，為保證交通控制的可靠、穩定,選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環境下正常工作的PＬC是必要的。３．2十字路口交通燈系統控制的任務及要求信號燈控制系統開始工作時需要一個啟動按鈕控制,停止工作時需要一個停止按鈕控制。考慮到特殊情況，需要有強制東西方向通行和禁行控制,有強制南北方向通行和禁行控制。南北綠燈和東西紅綠燈不能同時亮。如果同時亮則應關閉信號燈系統,并立即報警.南北紅燈亮并維持３0s。在南北紅燈亮同時東西綠燈亮，并維持2５s。東西綠燈閃亮，閃亮3s后熄滅。在東西綠燈熄滅時,東西黃燈亮，并維持２s,。到2ｓ時,東西黃燈熄滅，東西紅燈亮。同時,南北紅燈熄滅，南北綠燈亮。東西紅燈亮維持35s.南北綠燈亮維持30s,然后閃亮3s，再熄滅。同時南北黃燈亮，維持2s后熄滅,這是南北紅燈亮,東西綠燈亮。周而復始,循環往復.如遇特殊情況，根據需要對東西或南北的紅燈或綠燈進行強制控制。３。３交通信號控制系統實況．3．１十字路口交通燈控制系統實驗面板圖3。4結合十字路口交通燈的路況畫出模擬圖北北南東西3-1交通指揮燈示意圖綠黃紅綠黃紅紅黃綠綠紅黃3.５十字路口交通燈模擬控制時序圖交通指揮信號燈控制系統工作時,對指揮燈的控制要求按一定時序進行,如下圖所示：啟動/啟動/停止南北紅燈東西綠燈東西黃燈東西紅燈南北綠燈南北黃燈3-2交通信號燈時序狀態示意圖3.6控制系統的I/O點及地址分配根據對交通指揮信號燈系統控制要求分析,系統采用自動控制方式，輸入有系統開啟、停止按鈕信號及強制信號；輸出有報警信號及東西方向、南北方向各兩組指示信號.該系統所需的輸入點數為７,輸出點數為７，全部是開關量，則可將Ｉ／Ｏ分配用下表表示。輸入地址編號及作用輸出及作用地址編號作用地址編號作用I0.0啟動系統運行Q0.0報警指示I０。1停止系統運行Q０．1南北紅燈亮I0.2強制南北紅燈亮Ｑ０.2東西綠燈亮Ｉ０．３強制南北綠燈亮Ｑ0．３東西黃燈亮I0。4強制東西紅燈亮Ｑ0．4東西紅燈亮I0。5強制東西綠燈亮Q０.5南北綠燈亮I0．６正常/強制選擇Q０.６南北黃燈亮3-３I/O分配3.7ＰLC系統選型通過對系統控制要求的分析可知，系統共有開關量輸入點7點,開關量輸出點7點，所以選用CPU2２4(14DＩ/10ＤＯ）可以滿足要求.3.8控制系統原理圖此控制系統主要以ＰLC為主控制器,附加簡單的外圍器件組成.控制原理如圖所示:1LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6=NL11LQ0.0Q0.1Q0.2Q0.32LQ0.4Q0.5Q0.6=NL11MI0.0I0.1I0.2I0.3I0.4I0.5I0.6=AC220VACCPU224AC/DC/RelayDC24V+3-4控制系統原理圖AC4軟件設計４。1系統控制程序設計本控制系統的控制程序按功能分為三部分，即主程序（包括報警），正常循環控制程序(子程序０），強制控制程序(子程序１).系統程序如下圖所示主程序(b）子程序0(c）子程序1報警指示.當東西和南北同時綠燈亮時，進入報警狀態，同時斷開東西和南北同時綠燈，報警指示時間設置為5s.4．2工作過程分析循環工作過程。按啟動按鈕I0。0接通，Ｍ０。0得電自鎖同時進入子程序0,子程序０（自動循環控制）。I0．０接通，Ｍ1。0，M1.１得電自鎖同時T3７得電,Ｍ1.０控制南北紅燈，M1。1控制東西綠燈，此時南北紅燈和東西綠燈同時亮。T37延時25s后,東西綠燈閃3s后熄滅（通過SＭ０．5s脈沖發生器和C0配合完成）,接著東西黃燈亮2s后熄滅(通過T３８完成）,南北紅燈同時熄滅。T３８觸點啟動M2．0和M２。1得電自鎖同時T３９得電，M2。0控制東西紅燈熄滅（通過SM0．５s脈沖發生器和C１配合完成），同時南北黃燈亮２s后熄滅（通過T4０完成），東西紅燈同時熄滅。T40觸點控制M2。4啟動下一次循環,按停止按鈕I0．1停止。強制工作過程。I0。6接通進入強制控制程序(子程序1）。I0。2接通，M0。3接通控制南北紅燈。Ｉ0。3接通，M0.5接通控制南北綠燈。I0。４接通,M0.４接通控制東西紅燈.Ｉ0。5接通，M0．6接通