【正文】 ...................... 11 交通信號燈 PLC 控制硬件接線圖 ................................ 13 軟件設(shè)計 ............................................................................... 14 交通信號燈 PLC 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖設(shè)計 ................................ 14 交通信號燈 PLC 梯形圖設(shè)計 ........................................ 14 4 系統(tǒng)檢測與調(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（交通信號燈 ）是以規(guī)定時間交互更迭的光色訊號，設(shè)置于交岔路口或其它特殊地點 ， 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 年英國機械工程師 德 .哈特 在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會大廈前的廣場上 設(shè)計 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 —煤氣交通信號燈，這是城市街道的第一盞信號燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨 心所欲的牽動皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號燈的中心裝上煤氣燈罩 ， 它由紅綠兩個旋轉(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)交通信號燈，隨后紐約、芝加哥等城市也開始出現(xiàn)。這時的交通信號燈已從煤氣進(jìn)化為電氣，這與 現(xiàn)代 的交通信號燈已經(jīng)沒有多少差距，除了信號燈本身，美國人還完善了信號控制系統(tǒng)。于是紅黃綠三色信號燈即以一個完整的指揮信號家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。 關(guān)于黃色信號燈的發(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，時間是 1927 年。據(jù)《解放日報》報道，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械裝置指示車輛停止和前進(jìn)，該年 4 月 13 日，南京路兩個重要十字路口，最先安裝紅綠燈交通信號裝置。 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、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。 傳統(tǒng)的交通信號燈 控制一般采用電子線路和繼電器實現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障 2 率高 ,較難實現(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，使用靈活方便等優(yōu)點。特別是由 PLC 實現(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，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾能力強，運行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時時間，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)部均配有實時時鐘，因此通過PLC 控制可對交通燈實施全天無人化管理。另外因為 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間，實現(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 、 定時器 、 接觸器及其觸點按一定的邏輯關(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：設(shè)備體積大，可靠性差 ，動作速度慢，功能少，難與實現(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，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， 并要求把計算機的功能完善、通用、靈活等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結(jié)合起來，制成一種通用控制裝置把計算機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。使不熟悉計算機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可編程控制器PDP14，并在通用汽車公司的自動裝配線上試用成功，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 （ 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，但從行業(yè)上分，有各自的勢力范圍。大中型集控系 統(tǒng)采用歐美 PLC 居多，小型控制系統(tǒng)、機床、設(shè)備單體自動化及 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，而日本 PLC 在靈活性和價位方面占優(yōu)勢。 在全世界上百個 PLC 制造廠中，有幾家舉足輕重的公司。它們是美國 Rockwell 自 3 動化公司所屬的 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，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 I/O(輸入，輸出 )點的大型 PLC 應(yīng)有盡有。 （ 2） PLC 的發(fā)展趨勢 1） 向高速度、大容量方向發(fā)展。 2） 向超大型、超小型兩個方向發(fā)展。 3） P LC 大力開發(fā)智能模塊，加強聯(lián)網(wǎng)通信能力。 4） 增強外部故障的檢測與處理能力。 5） 編程語言多樣化。 PLC 的特點 （ 1） 可靠性極高、抗干擾能力極強 體現(xiàn)在兩個方面，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 PLC 的影響，同時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)計者充分考慮到現(xiàn)場工程技術(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，不需要專門的計算機知識和語言，只要具有一定的電工和工藝的知識的人員都可在短時間內(nèi)學(xué)會 。 （ 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，諸如時序、計算機、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，它能夠很方便地實現(xiàn)延時、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)、和強制 I/O 等諸多功能，不僅具有邏輯功能、算術(shù)運算、數(shù)制轉(zhuǎn)換、以及順序控制功 能，而且還具備模擬運算、顯示、監(jiān)控、打印、及報表生成等功能。同一臺 PLC 可適用于不同的控制對象的不同控制要求。同一檔次、不同機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)成便可在機械裝置研制之前根據(jù)技術(shù)要求獨立進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。 PLC 的分類 PLC 的種類很多，其實現(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)模可以像拼積木一樣的進(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、存儲器、輸入輸出安裝在同一機體內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，體積小，價格低；輸入輸出路數(shù)固定，實現(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，上面有若干個總線槽，每個總線槽可安裝一個 PLC 模塊，不同的模塊實現(xiàn)不同的功能。 PLC 的 CPU、存儲器和電源等做成一個模塊，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 對安裝在個總線上的模塊進(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 PLC 分類時，可根據(jù) I/O 點數(shù)的不同大致分為小型、中型和大型 PLC。 小型 PLC： I/O 點數(shù)較少，在 256 點以下的 PLC。 中型 PLC： I/O 點數(shù)較多，在 256 點以上、 2048 以下的 PLC。 大型 PLC： I/O 點數(shù)較多，在 2048 點以下的 PLC。 （ 3）按實現(xiàn)的功能分類 按照 PLC 所能實現(xiàn)的功能的不同，可以把 PLC 大致的分為低檔、中檔、和高檔機三類。 一般地 ，低檔機多為小型 PLC，采用整體式機構(gòu)；中檔機可為大、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。 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)場合設(shè)計，采用了典型的計算機結(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)一般由控制器運算器和寄存器組成。它們都集成在一個芯片內(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算機控制系統(tǒng)一樣，是整