【正文】 ...................... 11 交通信號(hào)燈 PLC 控制硬件接線圖 ................................ 13 軟件設(shè)計(jì) ............................................................................... 14 交通信號(hào)燈 PLC 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計(jì) ................................ 14 交通信號(hào)燈 PLC 梯形圖設(shè)計(jì) ........................................ 14 4 系統(tǒng)檢測(cè)與調(diào)試 ........................................................................ 20 調(diào)試分析 ............................................................................... 20 程序調(diào)試中遇到的問題及解決方法 .................................... 20 5 總結(jié) ............................................................................................ 21 參考文獻(xiàn) ........................................................................................ 22 致 謝 ........................................................................................... 23 1 1 緒論 交通燈的發(fā)展史 紅綠燈（交通信號(hào)燈 ）是以規(guī)定時(shí)間交互更迭的光色訊號(hào)，設(shè)置于交岔路口或其它特殊地點(diǎn) ， 用以將道路通行權(quán)指定給車輛駕駛?cè)伺c行人，管制其行止及轉(zhuǎn)向的交通管制設(shè)施。以紅、黃、綠三色燈號(hào)或輔以音響，指示車輛及行人停止、注意與行進(jìn)。 紅綠燈的起 源可追溯到 19 世紀(jì)初的英國。 1868 年英國機(jī)械工程師 德 .哈特 在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場(chǎng)上 設(shè)計(jì) 安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。制造的燈柱高 7米，身上掛著一盞紅綠兩色的提燈 —煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨 心所欲的牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號(hào)燈的中心裝上煤氣燈罩 ， 它由紅綠兩個(gè)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 只面世 23 天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷送了性命， 遂被取消。 1914 年，克里夫蘭市率 先在街道中恢復(fù)交通信號(hào)燈，隨后紐約、芝加哥等城市也開始出現(xiàn)。這時(shí)的交通信號(hào)燈已從煤氣進(jìn)化為電氣，這與 現(xiàn)代 的交通信號(hào)燈已經(jīng)沒有多少差距，除了信號(hào)燈本身，美國人還完善了信號(hào)控制系統(tǒng)。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。 關(guān)于黃色信號(hào)燈的發(fā)明有不同說法。一種說法稱黃燈的發(fā)明者是中國人胡汝鼎，時(shí)間是 1927 年。據(jù)《解放日?qǐng)?bào)》報(bào)道，這種說法并不 可靠。 1899 年，美國鐵路系統(tǒng)就使用了三色燈，其中黃色代表 ―謹(jǐn)慎 ‖。公路方面， 1920 年 10 月，美國就已經(jīng)安裝了三色的信號(hào)燈。另一種說法是美國警察威廉 .波茨發(fā)明了第一盞紅黃綠三色、四方向的交通信號(hào)燈，并在 1920 年 10 月投入使用，其三色燈光的含義與今天基本一致。 中國最早的紅綠燈出現(xiàn)在上海的英租界。有資料顯示，早在 1923 年，上海公共租界開始在部分十字路口使用機(jī)械裝置指示車輛停止和前進(jìn)，該年 4 月 13 日，南京路兩個(gè)重要十字路口，最先安裝紅綠燈交通信號(hào)裝置。 課題研究 背景 在現(xiàn)代城市中，人口和汽車日益 增長，市區(qū)交通也日益擁擠，人們的安全問題也日益重要。 因此，一個(gè)好的交通燈控制系統(tǒng)，將給道路擁擠、違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展， 城市交通問題 也 越來越引起人們的關(guān)注 ， 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)燈常用與交叉路口，用來控制車的流量，提高交叉口車輛的通行能力，減少交通事故。有了交通燈人們的安全出行有了很大的保障。 城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。 傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈 控制一般采用電子線路和繼電器實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障 2 率高 ,較難實(shí)現(xiàn)功能的變更。而可編程控制器 (PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強(qiáng)，使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是由 PLC 實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)間，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡單。由于 PLC 內(nèi)部均配有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，因此通過PLC 控制可對(duì)交通燈實(shí)施全天無人化管理。另外因?yàn)?PLC 具有 通信聯(lián)網(wǎng)功能，所以可以將同一條道路上的交通燈組成局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可以縮短車輛等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。 2 PLC的簡介 PLC 的產(chǎn)生與發(fā)展 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器 、 定時(shí)器 、 接觸器及其觸點(diǎn)按一定的邏輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機(jī)械， 這就是 傳統(tǒng) 的 繼電接觸器控制系統(tǒng) 。 由于它結(jié)構(gòu)簡單 ， 容易掌握 ， 價(jià)格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求 。 因而使用面甚廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位 。 但是繼電接觸器控制系統(tǒng)有明顯的缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，可靠性差 ，動(dòng)作速度慢，功能少，難與實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的 控制 。 特別是由于它是靠硬連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差 。 1968 年美國最大的汽車制造商通用汽車公司（ GM），為了適應(yīng) 生產(chǎn)工藝不斷更新的需要 ，提出要研制一種新型的工業(yè)控制裝置來取代繼電器控制裝置， 并要求把計(jì)算機(jī)的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點(diǎn)和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置把計(jì)算機(jī)的編程方法和程序輸入方式加以簡化，采用面向控制過程、面向?qū)ο蟮恼Z言編程。使不熟悉計(jì)算機(jī)的人也能方便地使用。第二 年美國數(shù)字設(shè)備公司 DEC（ DIGTAL）根據(jù)上述要求，首先研制出了世界上第一臺(tái)可編程控制器PDP14，并在通用汽車公司的自動(dòng)裝配線上試用成功，取得了滿意的效果，可編程控制器自此誕生 。 PLC 的主要產(chǎn)品及發(fā)展趨勢(shì) （ 1） PLC 的主要產(chǎn)品 我國有不少的廠家研制和生產(chǎn)過 PLC，但是還沒有出現(xiàn)有影響力和較大市場(chǎng)占有率的產(chǎn)品。目前我國使用的 PLC 幾乎都是國外品牌的產(chǎn)品，呈現(xiàn)八國聯(lián)軍的態(tài)勢(shì)，但從行業(yè)上分，有各自的勢(shì)力范圍。大中型集控系 統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng)、機(jī)床、設(shè)備單體自動(dòng)化及 OEM 產(chǎn)品采用日本的 PLC 居多。歐美 PLC 在網(wǎng)絡(luò)和軟件方面具有優(yōu)勢(shì)，而日本 PLC 在靈活性和價(jià)位方面占優(yōu)勢(shì)。 在全世界上百個(gè) PLC 制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國 Rockwell 自 3 動(dòng)化公司所屬的 A． B(Allen ＆ Bradly)公司、 GEFanuc 公司，德國的西門子 (Siemens)公司和法國的施耐德 (Schneider)自動(dòng)化公司，日本的三菱公司和歐姆龍 (OMRON)公司。這幾家公司控制著全世界 80%以上的 PLC 市場(chǎng)，它們的系列產(chǎn)品 有其技術(shù)廣度和深度，從微型 PLC 到有上萬個(gè) I/O(輸入，輸出 )點(diǎn)的大型 PLC 應(yīng)有盡有。 （ 2） PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 1） 向高速度、大容量方向發(fā)展。 2） 向超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。 3） P LC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通信能力。 4） 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。 5） 編程語言多樣化。 PLC 的特點(diǎn) （ 1） 可靠性極高、抗干擾能力極強(qiáng) 體現(xiàn)在兩個(gè)方面，硬件方面體現(xiàn) 在微處理器 I/O 電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC 的影響，同時(shí)還可以防止外部高電壓進(jìn)入模版；軟件方面體現(xiàn)在 設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。 （ 2） 編程簡單、易于掌握 PLC 是面向用戶的設(shè)備， PLC 的設(shè)計(jì)者充分考慮到現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員的技能和習(xí)慣，PLC 程序的編制，采用梯形圖或面向工業(yè)控制的簡單指令形式。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì) 。 （ 3） 控制系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便 在 PLC 控制系統(tǒng)中 ， 只需在 PLC 的輸入 /輸出端子上接入相應(yīng)的信號(hào)線即可，不需要連接繼電器之類的低壓電氣和大量復(fù)雜的硬件接線電路， 大大簡化了控制 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。PLC 體積小，質(zhì)量輕，安裝與維護(hù)也極為方便。另外， PLC 的編程大多采用類似于繼電器控制控制線路的梯形圖形式，這種編程語言形象直觀、容易掌握，編程非常方便。 （ 4） 功能強(qiáng)大、通用性好 PLC 的輸出 /輸入功能完善，性能可靠，能夠適應(yīng)與任何形式和性質(zhì)的開關(guān)量和模擬量的輸入 /輸出。在 PLC 內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。由于采用了微處理器，它能夠很方便地實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強(qiáng)制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功 能，而且還具備模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印、及報(bào)表生成等功能。同一臺(tái) PLC 可適用于不同的控制對(duì)象的不同控制要求。同一檔次、不同機(jī)型的功能也能方便地相互轉(zhuǎn)換。 （ 5） 開發(fā)周期短，成功率高 只需要正確合理的選用各種模塊組成系統(tǒng)而無需大量硬件配置和管理軟件的二次開 4 發(fā)。 PLC 采用軟件控制方式，控制系統(tǒng)一旦構(gòu)成便可在機(jī)械裝置研制之前根據(jù)技術(shù)要求獨(dú)立進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。 PLC 的分類 PLC 的種類很多，其實(shí)現(xiàn)的功能、內(nèi)存容量、控制規(guī)模、外型等方面均存在較大的差異。因此， PLC 的分類沒有一個(gè)嚴(yán)格的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，而是按照 結(jié)構(gòu)形式、控制規(guī)模、實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行大致的分類。 （ 1） 按結(jié)構(gòu)形式分類 PLC 按照硬件的結(jié)構(gòu)形式可以分為整體式和組合式。整體式 PLC 外觀上是一個(gè)長方形箱體，又稱為箱式 PLC。組合式 PLC 在硬件構(gòu)成上具有一定的靈活性，其規(guī)?？梢韵衿捶e木一樣的進(jìn)行組合，構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和功能的 PLC，因此這種 PLC 又稱為積木式 PLC。 整體式 PLC：整體式 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出安裝在同一機(jī)體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價(jià)格低；輸入輸出路數(shù)固定，實(shí)現(xiàn)的功能和控制規(guī)模固定，靈活性較低。 組合式 PLC：組合式 PLC 為總線結(jié)構(gòu)。其總線做成總線板，上面有若干個(gè)總線槽，每個(gè)總線槽可安裝一個(gè) PLC 模塊，不同的模塊實(shí)現(xiàn)不同的功能。 PLC 的 CPU、存儲(chǔ)器和電源等做成一個(gè)模塊，該模塊在總線版上的安裝位置一般來說是固定的，而且該模塊也是構(gòu)成組合式 PLC 所必需的。其他的模塊根據(jù) PLC 的控制規(guī)模、實(shí)現(xiàn)的功能選取，安裝在總線版的其他任一總線槽上。組合式 PLC 安裝完成后，需進(jìn)行登記，使 PLC 對(duì)安裝在個(gè)總線上的模塊進(jìn)行確認(rèn)。組合式 PLC 的總線板又稱為基版。組合式 PLC 的特點(diǎn)是系統(tǒng)構(gòu)成靈活性高，可構(gòu)成具有不同控制規(guī)模和 功能的 PLC；價(jià)格較高。 （ 2） 按控制規(guī)模分類 輸入 /輸出的總線數(shù)，又稱 I/O 點(diǎn)數(shù)，是表征 PLC 控制規(guī)模的重要參數(shù)。因此，按控制規(guī)模對(duì) PLC 分類時(shí)，可根據(jù) I/O 點(diǎn)數(shù)的不同大致分為小型、中型和大型 PLC。 小型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)較少，在 256 點(diǎn)以下的 PLC。 中型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)較多，在 256 點(diǎn)以上、 2048 以下的 PLC。 大型 PLC： I/O 點(diǎn)數(shù)較多，在 2048 點(diǎn)以下的 PLC。 （ 3）按實(shí)現(xiàn)的功能分類 按照 PLC 所能實(shí)現(xiàn)的功能的不同，可以把 PLC 大致的分為低檔、中檔、和高檔機(jī)三類。 一般地 ，低檔機(jī)多為小型 PLC，采用整體式機(jī)構(gòu)；中檔機(jī)可為大、中、小型 PLC，其中小型 PLC 多采用整體式結(jié)構(gòu)，中型和大型 PLC 多采用組合式結(jié)構(gòu)；高檔機(jī)多為大型PLC，采用組合式結(jié)構(gòu)。 目前，在國內(nèi)工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的是中、低檔機(jī)。 5 PLC 的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 各種 PLC 的組成結(jié)構(gòu)基本相同。 PLC 專為工業(yè)場(chǎng)合設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，由硬件和軟件兩部分組成。硬件配置主要由 CPU、電源、存儲(chǔ)器、和輸入 /輸出接口電路等組成。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)如圖 21 所示 。 中央處理器（ CPU）： 中央處理器 (CPU)一般由控制器運(yùn)算器和寄存器組成。它們都集成在一個(gè)芯片內(nèi)， CPU 通過數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線與存儲(chǔ)單元輸入 /輸出接口電路相連接。 PLC 的中央處理器與一般的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)一樣，是整