【正文】 troller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器 PSC、可編程序邏輯控制器 PLC（ Programmable Logic Controller）和可編程序控制器 PC 幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ PC）相區(qū)別，現(xiàn)在 把 可編程邏輯控制器 簡(jiǎn)稱為 PLC。 它主要用來取代繼電接觸器邏輯控制，系統(tǒng)功能僅限于執(zhí)行繼電器邏輯、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等。 可編程序控制器控制 系統(tǒng)是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)。它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、 定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過程。它具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。這也是區(qū)別于其他一般微型控制系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。 如果采用 PLC 作為十字路口交通燈控制系統(tǒng)作為控制核心，只需將程序下載到 PLC內(nèi)即可。并可通過通信隨時(shí)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。 PLC 適應(yīng)環(huán)境的能力非常強(qiáng)，抗干擾等方面能力都非常強(qiáng)大。 性能價(jià)格 也很 高 。 控制方案的確定 可編程控制器控制技術(shù)與繼電 接觸器控制技術(shù)的異同點(diǎn) ： 1． 功能強(qiáng)，性能價(jià)格比高 繼電器是用于邏輯控制 ，起到過渡作用的，亦可控制小負(fù)載。 PLC 是可編程邏輯控制器，是用軟件來進(jìn)行邏輯控制的，而繼電器是用硬件結(jié)構(gòu)來控制的。一臺(tái)小型 PLC 內(nèi)有成百上千個(gè)可供用戶使用的編程元件，有很強(qiáng)的功能，可以實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的控制功能。與相同功能的繼電器相比，具有很高的性能價(jià)格比?？?編 程序控制器可以通過通信聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分散控制，集中管理。 3 2. 硬件配套齊全，用戶使用方便，適應(yīng)性強(qiáng) 可編程序控制器產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，模塊化，配備有品種齊全的各種硬件裝置供用戶選用。用戶能靈活方便的進(jìn)行系統(tǒng)配置，組成不同的功能、不規(guī)模的系統(tǒng)。楞編程序 控制器的安裝接線也很方便，一般用接線端子連接外部接線。 PLC 有很強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可以直接驅(qū)動(dòng)一般的電磁閥和交流接觸器。 3. 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) 傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)中使用了大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。由于觸點(diǎn)接觸不良，容易出現(xiàn)故障， PLC 用軟件代替大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，僅剩下與輸入和輸出有關(guān)的少量硬件，接線可減少互繼電器控制系統(tǒng)的 1/101/100，因觸點(diǎn)接觸不良造成的故障大為減少。 PLC 采取了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時(shí)間達(dá)到數(shù)萬小時(shí)以上，可以直接用 于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)控制設(shè)備之一。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量少 PLC 用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計(jì)、安裝、接線工作量大大減少。 PLC 的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)方法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC 的用戶程序可以在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，輸入信號(hào)用小開關(guān)來模擬，通過 PLC 上的發(fā)光二極管可觀察輸出信號(hào)的狀態(tài)。完成了系統(tǒng)的 安裝和接線后，在現(xiàn)場(chǎng)的統(tǒng)調(diào)過程中發(fā)現(xiàn)的問題一般通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時(shí)間比繼電器系統(tǒng)少得多。 4. 編程方法簡(jiǎn)單 梯形圖是使用得最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號(hào)和表達(dá)方式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖 和單片機(jī) 的電氣技術(shù)人員只要花幾天時(shí)間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。 梯形圖語言實(shí)際上是一種面向用戶的一種高級(jí)語言，可編程序控制器在執(zhí)行梯形圖的程序時(shí)，用解釋程序?qū)⑺?“ 翻譯 ” 成匯編語言后再去執(zhí)行。 5. 維修工作量少，維修方便 PLC 的故障 率很低，且有完善的自診斷和顯示功能。 PLC 或外部的輸入裝置和執(zhí)行 4 機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，可以根據(jù) PLC 上的發(fā)光二極管或編程器提供的住處迅速的查明故障的原因，用更換模塊的方法可以迅速地排除故障。 這些都是繼電器 無法比擬的。 6. 體積小，能耗低 對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用 PLC 后，可以減少大量的中間繼電器和時(shí)間繼電器，小型 PLC 的體積相當(dāng)于幾個(gè)繼電器大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的確1/21/10。 PLC 的配線比繼電器控制系統(tǒng)的配線要少得多，故可以省下大量的配線和附件，減少大量的安裝接線工時(shí)，可以減少大量費(fèi)用。 將 PLC 用于對(duì)交通信號(hào)燈的控制，主要是考慮其具有對(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的實(shí)現(xiàn)。目前大多品牌的 PLC 內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過編程控制可對(duì)信號(hào)燈實(shí)施全天候無人化管理。由于 PLC 本身具有通訊聯(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。 綜合以上優(yōu)點(diǎn) ,本設(shè)計(jì)采用 可編程序控制器控制 系統(tǒng)。 5 3 系統(tǒng)硬件 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的組成框圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 圖 交通燈控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖 交通燈控制系統(tǒng)主要由 啟動(dòng)按鈕、停止按鈕、急車強(qiáng)通按鈕、 PLC 和信號(hào)燈構(gòu)成。通過 PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)燈的控。 交通燈的控制過程 信號(hào)燈受啟動(dòng)及停止按鈕的控制，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，信號(hào)燈系統(tǒng)開始工作，并周而復(fù)始地循環(huán)工作，當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，系統(tǒng)將停止在初始狀態(tài)，所有信號(hào)燈都熄滅。 交通燈示意圖如圖 所示，在東西南北兩個(gè)方向均安裝信號(hào)燈，兩個(gè)方向各 6 個(gè)燈，分為三個(gè)方向紅、黃、綠三種顏色。 ： (1)南北主干道 直行綠 30S 綠閃 3S 黃 2S 紅 55S 左轉(zhuǎn) 紅 35S 綠 10S (2)東西 人行道 綠 27S 綠閃 5S 紅 55S (3)東西主干道 紅 55S 左轉(zhuǎn)綠 10S 紅 35S 直行綠 30S 綠閃 3S 黃 2S (4)南北 人行道 紅 55S 綠 27S 綠閃 5S （單循環(huán)周期 90 秒） (1)南北向（列）和東西向（行）主干道均設(shè)有左行綠燈 10S，直行綠燈 27S，綠燈閃亮 3S，黃燈 2S 和紅燈 55S。當(dāng)南北主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，東西主干道應(yīng)依次點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈，綠燈閃亮和黃燈；反之，當(dāng)東西主干道紅燈點(diǎn)亮?xí)r，南北主干道依次 6 點(diǎn)亮左行綠燈，直行綠燈，綠燈閃亮和黃 燈。 (2)南北向和東西向人行道均設(shè)有通行綠燈和禁行紅燈。南北人行道通行綠燈應(yīng)在南北向主干道直行綠燈點(diǎn)亮 3S 后才允許點(diǎn)亮，然后接 5S 綠閃，其他時(shí)間為紅燈；同樣，東西人行道通行綠燈于東西向主干道直行綠燈點(diǎn)亮 3S 后才允許點(diǎn)亮，然后接 5S 綠閃，其它時(shí)間為紅燈。 (1)急車強(qiáng)通信號(hào)受急車強(qiáng)通開關(guān)控制。無急車時(shí)，按正常循環(huán)時(shí)序控制，有急車來時(shí)，將急車強(qiáng)通開關(guān)接通，不管原來信號(hào)狀態(tài)如何，一律強(qiáng)制讓急車來車方向的綠燈亮，直到急車通過為止，將急車強(qiáng)通開關(guān)斷開，信號(hào)的狀態(tài)立即轉(zhuǎn)為急車放行方向的綠燈閃亮 3 次。隨后按正常時(shí)序控制。 (2)急車強(qiáng)通信號(hào)只能響應(yīng)一路方向的來車，若兩個(gè)方向先后來急車，則響應(yīng)先來的一方，隨后再響應(yīng)另一方。 圖 交通燈示意圖 7 PLC 的選型 和 CPU 的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)共需要 I/O 點(diǎn)數(shù)為 4 輸入 /14 輸出。具體需要的輸入輸出點(diǎn)數(shù)如表 和表 所示。 表 輸入表 序號(hào) 輸入信號(hào)名稱 文字 符號(hào) 1 啟動(dòng)按鈕 SB1 2 停止按鈕 SB2 3 急車強(qiáng)通按鈕 1 SB3 4 急車強(qiáng)通按鈕 2 SB4 表 輸出表 序號(hào) 輸出信號(hào)名稱 文 字 符號(hào) 1 南北左轉(zhuǎn)綠 HL2 2 南北左轉(zhuǎn)紅 HL13 3 東西左轉(zhuǎn)綠 HL16 4 東西左轉(zhuǎn)紅 HL6 5 南北直行綠 HL9 6 南北直行黃 HL14 7 南北直行紅 HL3 8 東西直行綠 HL4 9 東西直行黃 HL10 10 東西直行紅 HL7 11 南北人行綠 HL12 12 南北人行紅 HL5 13 東西人行綠 HL1 14 東西人行紅 HL8 8 根據(jù)表 和表 可以確定 PLC 以及 CPU 的選型。 對(duì)于這種中小型自動(dòng)控制中，應(yīng)用德國西門子公司生產(chǎn)的 S7200 系列 PLC 無疑是十分明智的選擇。 因?yàn)樗w積小，速度快，標(biāo)準(zhǔn)化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，可靠性高。 在主機(jī)模塊中，常用的主機(jī)有 CPU222， CPU224， CPU226 三種。 方案一：若選擇 CPU222 作為主機(jī)，由于 CPU222 有 8 輸入 /6 輸出，與此設(shè)計(jì)的 4輸入 /14 輸出相差 8 點(diǎn)數(shù)字量輸出。還需要擴(kuò)展 8 點(diǎn)數(shù)字量輸出。 方案二：若選擇 CPU224 作為主機(jī)，仍然缺少 4 點(diǎn)數(shù)字量輸出，和前者相比， CPU224的存儲(chǔ)容量增大了一倍，它可以有 7 個(gè)擴(kuò)展模塊，并且有內(nèi)置時(shí)鐘，有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)處理能力。是使用的相對(duì)較多的 S7200 產(chǎn)品。 方案三：如果選用 CPU226 作為主機(jī)， CPU226 主機(jī)為 24 輸入 /16 輸出，與 4 輸入 /14輸出較為接近 。和 CPU224 相比， CPU226 增加了通訊口的數(shù)量，使得它的通信能力大大增強(qiáng)，可以用于點(diǎn)數(shù)較多，要求較高的小型或者中型控制系統(tǒng)。 經(jīng)過價(jià)格、性能、數(shù)字量 的比較，以及設(shè)計(jì)的要求等多方面的考慮，選擇 CPU226作為主機(jī)是最合理的。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能原件占用的內(nèi)存量大致如下： 開關(guān)輸入原件： 10— 20B/點(diǎn) 開關(guān)輸出原件： 5— 10B/點(diǎn) 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 2B/個(gè) 模擬量： 100/150B/個(gè) 根據(jù)上面算出的總字節(jié)，就可估算出用戶程序所需的內(nèi)存容量，從而選擇合適的PLC 內(nèi)存。該程序有 4 個(gè)輸入、 14 個(gè)輸出、 14 個(gè)定時(shí)器考慮余量后需要內(nèi)存 1KB。 9 I/O 分配表 如表 、表 所示， 分配主機(jī) CPU226 的地址 。 表 輸入地址 分配 表 表 輸出地址 分配 表 序號(hào) 輸出信號(hào)名稱 文字符號(hào) 輸出地址 1 南北左轉(zhuǎn)綠 HL2 2 南北左轉(zhuǎn)紅 HL13 3 東西左轉(zhuǎn)綠 HL15 4 東西左轉(zhuǎn)紅 HL6 5 南北直行綠 HL9 6 南北直行黃 HL14 7 南北直行紅 HL3 8 東西直行綠 HL4 9 東西直行黃 HL10 10 東西直行紅 HL7 11 南北人行綠 HL12 12 南北人行紅 HL5 13 東西人行綠 HL1 14 東西人行紅 HL8 序號(hào) 輸入信號(hào)名稱 文字符號(hào) 輸入地址 1 啟動(dòng)按鈕 SB1 2 停止按鈕 SB2 3 急車強(qiáng)通按鈕 1 SB3 4 急車強(qiáng)通按鈕 2 SB4 10 PLC 電源 PLC 電源采用 外接交流 220V 供電，內(nèi)部 24V 直流供電。 PLC 外部接線圖 根據(jù)交通燈的控制要求 ，對(duì)系統(tǒng)控制的 I/O點(diǎn)數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和 PLC型號(hào)進(jìn)行了選擇，現(xiàn)根據(jù)以上的統(tǒng)計(jì)和選擇 PLC 主機(jī)與 交通燈的硬件連接圖 ， 如圖 所示 圖 外部接線圖 11 監(jiān)控系統(tǒng) 本節(jié)簡(jiǎn)單介紹了對(duì)道路十字路口的監(jiān)控，主要采用直接的攝像與錄象方式進(jìn)行監(jiān)控，之后將數(shù)據(jù)通過光纜傳回監(jiān)控中心進(jìn)行人工截取保存，以便對(duì)違章肇事