【正文】 第 1 頁(yè)共 83 頁(yè) 關(guān)鍵字： 交通燈、 PLC、自動(dòng)控制、國(guó)際化 摘 要 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展， PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來(lái)使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，加以完善。 交通信號(hào)燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對(duì)于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國(guó)加入 WTO，我們不但要在經(jīng)濟(jì)、文化、科技等各方面與國(guó)際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國(guó)際 接軌。俗話(huà)說(shuō)“要想富，先修路”，但路修好了如果在交通控制方面做不好道路還是無(wú)法保障暢通安全。作為交通控制的重要組成部份的交通信號(hào)燈也應(yīng)適合社會(huì)實(shí)際情況。因此，本人選擇制作十字路口交通燈。 Key word: Traffic light, PLC, automatic allies control。 Abstract With the development at full speed of science and technology in recent years, the application of the onechip puter is moving towards deepening constantly, drive tradition is it measure crescent benefit to upgrade day to control at the same time. In measuring in real time and automatically controlled onechip puter application system, the onechip puter often uses as a key part, only onechip puter respect knowledge is not enough, should also follow the structure of the concrete hardware , and direct against and use the software of target39。s characteristic to bine concretly, perfect . The appearance of the traffic signal lamp , make the traffic be controlled effectively, for dredging the flow of traffic, improving the traffic capacity of the road, there are obvious results to reduce the traffic accident. As China joins WTO, we will 第 2 頁(yè)共 83 頁(yè) not only be in line with international standards in such different fields as economy ,culture ,sciencandtechnology ,etc. should be in line with international standards too in traffic control. As the saying goes want rich , repair the roads first , but way build up if control do road well to be unable to ensure the unblocked security in traffic. The traffic signal lamp of the important position ponent controlled as the traffic should be suitable for the social actual conditions too. So, I choose to make the crossroad 第 3 頁(yè)共 83 頁(yè) 第一章 PLC 的基礎(chǔ)知識(shí) 概述 可編程控制器（ Programmable Controller）是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱(chēng)作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡(jiǎn)稱(chēng) PLC，它主要用來(lái)代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過(guò)了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱(chēng)作可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（ Personal Computer）的簡(jiǎn)稱(chēng)混淆，所以將可編程控制器簡(jiǎn) 稱(chēng) PLC。 PLC 的由來(lái) 在 60 年代，汽車(chē)生產(chǎn)流水線(xiàn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時(shí)汽車(chē)的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計(jì)和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車(chē)型號(hào)更新的周期愈來(lái)愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計(jì)和安裝，十分費(fèi)時(shí)，費(fèi)工，費(fèi)料，甚至阻礙了更新周期的縮短。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： 編程方便，現(xiàn)場(chǎng)可修改程序； 維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)； 可 靠 性高于 繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置； 數(shù)據(jù)可直接送入管理計(jì)算機(jī)； 成本可與繼電器控制裝置競(jìng)爭(zhēng)； 輸入可以是交流 115V； 輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動(dòng)電磁閥，接觸器等； 在擴(kuò)展時(shí)，原系統(tǒng)只要很小變更； 用戶(hù)程序存儲(chǔ)器容量至少能擴(kuò)展到 4K。 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(xiàn)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 第 4 頁(yè)共 83 頁(yè) 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的定義 可編程控制器，簡(jiǎn)稱(chēng) PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國(guó)際電工委員會(huì)（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì) PLC做了如下定義： “PLC 是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。 PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 ” PLC 的工作原理 PLC(Power Line Communication)即電力線(xiàn)通信是指利用電力 線(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)和話(huà)音信號(hào)的一種通信方式。迄今， PLC 技術(shù)已經(jīng)有幾十年的發(fā)展歷史，在技術(shù)發(fā)展的各個(gè)階段，電力系統(tǒng)已經(jīng)得到了不同的應(yīng)用。在高壓輸電網(wǎng)（ 35kV 以上）、中壓輸電網(wǎng)（ 10kV35kV）以及低壓 (10kV 以下 )的各個(gè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ崝?shù)率不斷提高。現(xiàn)階段，在低壓配電網(wǎng)上傳輸數(shù)率已由 1Mbps 發(fā)展到 2Mbps、 14Mbps、 24Mbps、 45Mbps 甚至達(dá)到100Mbps 和 200Mbps 的高速率，傳輸距離可達(dá) 300 米。在中壓配電網(wǎng)傳輸技術(shù)方面，高于 10Mbps 數(shù)據(jù)信號(hào)的設(shè)想和方案也日益引起人們的重視并開(kāi) 發(fā)成功。 PLC 的工作原理：電力線(xiàn)是一個(gè)極其不穩(wěn)定的高躁聲、強(qiáng)衰減的傳輸通道，要實(shí)現(xiàn)可靠的電力線(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，必須解決低壓配電網(wǎng)上各種因素如：噪聲、阻抗波動(dòng)、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電磁兼容性以及線(xiàn)路阻抗和容性負(fù)載引起的信號(hào)衰減等主要因素對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽? 為了解決以上低壓配電網(wǎng)中各因素對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，在?guó)際范圍內(nèi)，低壓配電網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)通信普遍選擇了正交頻分復(fù)用技術(shù) OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing）作為核心調(diào)制技術(shù)。OFDM 技術(shù)采用多路窄帶正交子載波， 同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)，每路信號(hào)的碼元時(shí)間較長(zhǎng)，可以避免碼元間干擾。通過(guò)動(dòng)態(tài)選擇可用的子載波，該技術(shù)可以減少窄帶干擾和頻率的谷點(diǎn)的影響。 OFDM 技術(shù)起源于二十世紀(jì)六十年代，主要用于軍用高頻通信系統(tǒng)。 70 年代，隨著離散傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制技術(shù)的提出，以及近年來(lái)數(shù)字信號(hào)處理 (DSP)技術(shù)的飛速發(fā)展， OFDM 作為一種可以有效對(duì)抗信號(hào)波形間干擾的高速傳輸技術(shù)被廣泛應(yīng)用于民用通信系統(tǒng)中。目前在無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)已經(jīng)采用了該技術(shù)，第四 第 5 頁(yè)共 83 頁(yè) 代移動(dòng)通信（ 4G）中將采用 OFDM 技術(shù)。 PLC 的幾種接入方案 在低壓配電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)一般 情況下，由頭端（ HE）和用戶(hù)端（ CE）組成。頭端一般安裝在配電變壓器低壓出線(xiàn)端，它主要實(shí)現(xiàn) PLC 高頻信號(hào)和傳統(tǒng)的寬帶通信信號(hào)的互相轉(zhuǎn)換。 PLC 頭端的一側(cè)通過(guò)電容或電感耦合器連接電力電纜，注入和提取高頻 PLC 信號(hào)；另一側(cè)通過(guò)傳統(tǒng)電信接入方式，如 xDLS、光纖或以太網(wǎng)等連接至 Inter。用戶(hù)側(cè)稱(chēng)為 “ 電力貓 ” 的設(shè)備，主要由接口、調(diào)制解調(diào)和耦合等三部分組成。用戶(hù)的計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)接口或 USB 接口、普通話(huà)機(jī)通過(guò) RJ11 接口與 “ 電力貓 ”相連。實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)、 IP 電話(huà)以及 IP 視頻等多媒體接入服務(wù)。 PLC 的 結(jié)構(gòu) PLC 實(shí)質(zhì)是一種專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī) 從結(jié)構(gòu)上分， PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC 包括 CPU 板、 I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個(gè)不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、 I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 相同如圖所示： （一） 第 6 頁(yè)共 83 頁(yè) 中央處理單元 (CPU) 中央處理單元 (CPU)是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲(chǔ)從編程器鍵入的用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)、檢查 電源、存儲(chǔ)器I/O 以及警戒定時(shí)器的狀態(tài)；并能診斷用戶(hù)程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行時(shí)，首先它以?huà)呙璧姆绞浇邮宅F(xiàn)場(chǎng)各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶(hù)程序存儲(chǔ)器中逐條讀取用戶(hù)程序，經(jīng)過(guò)命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶(hù)程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行直到停止運(yùn)行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性近年來(lái)對(duì)大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)，這樣即使某個(gè) CPU 出現(xiàn)故障整個(gè)系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個(gè) CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場(chǎng)輸入裝置送來(lái)的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時(shí)，診斷電源和 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。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶(hù)程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線(xiàn)構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線(xiàn)接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來(lái)，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對(duì)各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。 CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號(hào)控制。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運(yùn)算，并存儲(chǔ)運(yùn)算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數(shù)量及軟件容量等，因此 限制著控制規(guī)模 （二） 存儲(chǔ)器 存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器； 存放應(yīng)用軟件的存儲(chǔ)器稱(chēng)為用戶(hù)程序存儲(chǔ)器。 1 PLC 常用的存儲(chǔ)器類(lèi)型 第 7 頁(yè)共 83 頁(yè) （ 1） RAM (Random Assess Memory)，這是一種讀 /寫(xiě)存儲(chǔ)器 (隨機(jī)存儲(chǔ)器 ) ，其存取速度最快