【正文】 吉林師范大學應用工程學院畢業(yè)論文 第 1 頁共 62 頁 關鍵字：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，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。 交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、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，我們不但要在經濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應與國際 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 吉林師范大學應用工程學院畢業(yè)論文 第 2 頁共 62 頁 第一章 PLC 的基礎知識 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)控制應用而設計制造的。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邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經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成的。當時汽車的每一次改型都直接導致繼電器控制裝置的重新設計和安裝。隨著生產的發(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常地重新設計和安裝，十分費時，費工，費料，甚至阻礙了更新周期的縮短。為了改變這一現狀，美國通用汽車公司在 1969 年公開招標，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標指標，即： 編程方便， 現場可修改程序； 維修方便，采用模塊化結構； 可 靠 性高于繼電器控制裝置； 體積小于繼電器控制裝置； 數據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，美國數字設備公司（ 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)領域推廣應用。到 1971 年，已經成功地應用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。這一新型工業(yè)控制裝置的出現，也受到了世界其他國家的高度重視。 1971 日本從美國引進了這項新技術，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） ,是指以計算機技術為基礎的新型工業(yè)控制裝置。在 1987 年國際電工委員會（ International Electrical Committee）頒布的 PLC 標準草案中對 PLC 做了如下定義： “PLC 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應吉林師范大學應用工程學院畢業(yè)論文 第 3 頁共 62 頁 用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。 PLC 及其有關的外圍設備都應該按易于與工業(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據和話音信號的一種通信方式。迄今， PLC 技術已經有幾十年的發(fā)展歷史，在技術發(fā)展的各個階段，電力系統(tǒng)已經得到了不同的應用。在高壓輸電網（ 35kV 以上）、中壓輸電網（ 10kV35kV）以及低壓 (10kV 以下 )的各個領域，數據傳輸的通訊數率不斷提高?，F階段，在低壓配電網上傳輸數率已由 1Mbps 發(fā)展到 2Mbps、 14Mbps、 24Mbps、 45Mbps甚至達到 100Mbps 和 200Mbps 的高速率，傳輸距離可達 300 米。在中壓配電網傳輸技術方 面，高于 10Mbps 數據信號的設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，要實現可靠的電力線高速數據通信，必須解決低壓配電網上各種因素如：噪聲、阻抗波動、配電網結構、電磁兼容性以及線路阻抗和容性負載引起的信號衰減等主要因素對數據傳輸的影響。 為了解決以上低壓配電網中各因素對數據傳輸的影響，在國際范圍內，低壓配電網的高速數據通信普遍選擇了正交頻分復用技術 OFDM（ Orthogonal Frequency Division Multiplexing）作為核心調制技術。 OFDM 技術采用多路窄帶正交子載波，同時傳輸多路數據，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，該技術可以減少窄帶干擾和頻率的谷點的影響。 OFDM 技術起源于二十世紀六十年代，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多載波調制技術的提出，以及近年來數字信號處理 (DSP)技術的飛速發(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被廣泛應用于民用通信系統(tǒng)中。目前在無線局域網已經采用了該技術，第四代移動通信（ 4G）中將采用 OFDM 技術。 PLC 的幾種接入方案 在低壓配電網數據傳輸系統(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 PLC 高頻信號和傳統(tǒng)的寬帶通信信號的互相轉換。 PLC 頭端的一側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；另一側通過傳統(tǒng)電信接入方式，如 xDLS、光纖或以太網等連接至Inter。用戶側稱為 “電力貓 ”的設備，主要由接口、調制解調和耦合等三部分組成。用戶的計算機通過以太網接口或 USB 接口、普通話機通過 RJ11 接口與 “電力貓 ”相連。實現高 速上網、 IP電話以及 IP 視頻等多媒體接入服務。 PLC的結構 PLC 實質是一吉林師范大學應用工程學院畢業(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構基本上與微型計算機 從結構上分， 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據、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 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態(tài)和數據，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，經過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區(qū)或數據寄存器內，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)或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行直到停止運行。 為了進一步提高 PLC 的可靠性近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)，這樣即使某個 CPU 出現故障整個系統(tǒng)仍能正常運行。 CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，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據，用掃描的方式采集由現場輸入裝置送來的狀態(tài)或數據，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經分析后再按指令規(guī)定的任務產生相應的控制信號，去指揮有關的控制電路。 CPU 主要由運算器、控制器、寄存器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態(tài)總線構成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關電路。內存主要用于存儲程序及數據，是 PLC 不可缺少的組成單元。 在使用者看來，不必要詳細分析 CPU 的內部電路，但對各部分的工作機制還是應有足夠的理解。 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。運算器用于進行數字或邏輯運算，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果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 速度和內存容量是 PLC 的 重要參數，它們決定著 PLC 的工作速度， IO 數量及軟件容量等，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。 吉林師范大學應用工程學院畢業(yè)論文 第 5 頁