【正文】 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 1 頁共 62 頁 關(guān)鍵字：交通燈、 PLC、自動控制、國際化 摘 要 近年來隨著科技的飛速發(fā)展， PLC 的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統(tǒng)控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機往往是作為一個核心部件來使用，僅單片機方面知識是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對具體應(yīng)用對象特點的軟件結(jié)合，加以完善。 交通信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入 WTO，我們不但要在經(jīng)濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應(yīng)與國際 接軌。俗話說“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燈也應(yīng)適合社會實際情況。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 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 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 2 頁共 62 頁 第一章 PLC 的基礎(chǔ)知識 概述 可編程控制器（ Programmable Controller）是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（ Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（ Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。 PLC 的由來 在 60 年代，汽車生產(chǎn)流水線的自動控制系統(tǒng)基本上都是由繼電器控制裝置構(gòu)成的。當(dāng)時汽車的每一次改型都直接導(dǎo)致繼電器控制裝置的重新設(shè)計和安裝。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，汽車型號更新的周期愈來愈短，這樣，繼電器控制裝置就需要經(jīng)常地重新設(shè)計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車公司在 1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，即： 編程方便， 現(xiàn)場可修改程序； 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)可直接送入管理計算機； 成本可與繼電器控制裝置競爭； 輸入可以是交流 115V； 輸出為交流 115V， 2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； 在擴展時，原系統(tǒng)只要很小變更； 用戶程序存儲器容量至少能擴展到 4K。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制出第一臺 PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可 行 性高，通 用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(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家的高度重視。 1971 日本從美國引進(jìn)了這項新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺 PLC。 1973 年，西歐國家也研制出它們的第一臺 PLC。我國從 1974 年開始研制。于 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。 PLC 的定義 可編程控制器，簡稱 PLC（ Programmable logic Controller） ,是指以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案中對 PLC 做了如下定義： “PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁共 62 頁 用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 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)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。 ” PLC 的工作原理 PLC(Power Line Communication)即電力線通信是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和話音信號的一種通信方式。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)信號的設(shè)想和方案也日益引起人們的重視并開發(fā)成功。 PLC 的工作原理：電力線是一個極其不穩(wěn)定的高躁聲、強衰減的傳輸通道，要實現(xiàn)可靠的電力線高速數(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、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負(fù)載引起的信號衰減等主要因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽? 為了解決以上低壓配電網(wǎng)中各因素對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?，在國際范圍內(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，同時傳輸多路數(shù)據(jù)，每路信號的碼元時間較長，可以避免碼元間干擾。通過動態(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實現(xiàn)多載波調(diào)制技術(shù)的提出，以及近年來數(shù)字信號處理 (DSP)技術(shù)的飛速發(fā)展， OFDM 作為一種可以有效對抗信號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。目前在無線局域網(wǎng)已經(jīng)采用了該技術(shù)，第四代移動通信（ 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）和用戶端（ CE）組成。頭端一般安裝在配電變壓器低壓出線端，它主要實現(xiàn) PLC 高頻信號和傳統(tǒng)的寬帶通信信號的互相轉(zhuǎn)換。 PLC 頭端的一側(cè)通過電容或電感耦合器連接電力電纜，注入和提取高頻 PLC 信號；另一側(cè)通過傳統(tǒng)電信接入方式，如 xDLS、光纖或以太網(wǎng)等連接至Inter。用戶側(cè)稱為 “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。用戶的計算機通過以太網(wǎng)接口或 USB 接口、普通話機通過 RJ11 接口與 “電力貓 ”相連。實現(xiàn)高 速上網(wǎng)、 IP電話以及 IP 視頻等多媒體接入服務(wù)。 PLC的結(jié)構(gòu) PLC 實質(zhì)是一吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 4 頁共 62 頁 種專用于工業(yè)控制的計算機其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機 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） 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從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng) PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(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)運行直到停止運行。 為了進(jìn)一步提高 PLC 的可靠性近年來對大型 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 CPU 出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)仍能正常運行。 CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 PLC 至少有一個 CPU，它按 PLC 的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進(jìn)入運行后，從用戶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，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(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)奏由震蕩信號控制。運算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(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 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器； 存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 1 PLC 常用的存儲器類型 （ 1） RAM (Random Assess Memory)，這是一種讀 /寫存儲器 (隨機存儲器 ) ，其存取速度最快，由鋰電池支持。 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁