【正文】 Y16 Y20 Y26 COM COM A A G G 29 四 、 軟件設(shè)計(jì) 1. 梯形圖 根據(jù)對(duì)交通信號(hào)燈的控制要求及 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配的定義，可對(duì) PLC進(jìn)行控制程序的設(shè)計(jì)，其梯形圖如 圖 33 所示。用兩只七段數(shù)碼管從 65 開始倒計(jì) 時(shí)。系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，輸入有系統(tǒng)開啟，停止和急停按鈕信號(hào) ；輸出有東西方 向、南北方向各兩組指示信號(hào)。在現(xiàn)實(shí)生活中的交通狀況可能是東西方向的車輛過多發(fā)生堵塞，而南北方向的車輛卻很稀少，這時(shí)正常的交通信號(hào)燈時(shí)序控制將會(huì)使實(shí)際的交通狀況惡化。系統(tǒng)工作時(shí)，南北紅燈先點(diǎn)亮，同時(shí)東西綠燈點(diǎn)亮。 該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動(dòng)后能夠周期性的連 續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)輸入信號(hào)分別控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止。 其控制過程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)，提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時(shí)直行禁止通行，只有綠燈亮?xí)r該方向車輛方可通行。 （ 3） 邏輯關(guān)系的差別 繼電器控制電路圖使用低壓電器的接線表達(dá)邏輯控制關(guān)系的， PLC 則主要使用梯形圖來表達(dá)這種邏輯關(guān)系。 掃描工作方式引起的滯后時(shí)間，最長可達(dá)兩個(gè)多掃描周期。 輸入模塊的 RC 濾波電路用來濾除由輸入端引入的干擾噪聲，消除因外接輸入觸電動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)引起的不良影響。 5． 輸出刷新階段 每個(gè)掃描周期結(jié)束時(shí)， CPU 先把存在輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)寫入輸出鎖存器中，再輸出到數(shù)字量輸出端子，以更新輸出狀態(tài)。當(dāng) PLC 處于 RUN 狀態(tài)時(shí)，還要完成一下階段。在這兩個(gè)不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務(wù)是不完全相同的，一個(gè)掃描周期可分為一下 5 個(gè)階段：內(nèi)部處理階段、 21 通信服務(wù)階段、輸入采樣階段、程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場合 二、 PLC 的工作原理 1. PLC 的掃描工作方式及分時(shí)處理 PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即 運(yùn)行（ RUN）狀態(tài)和停止（ STOP）狀態(tài)。 3. 易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品，可以用于各種規(guī)模的工業(yè) 控制場合。使用 PLC 構(gòu)成控制系統(tǒng)，和同等規(guī)模的繼電接觸器系統(tǒng)相比，電氣接線及開關(guān)接點(diǎn)已減少到數(shù)百甚至數(shù)千分之一，故障也就大大降低。 (3)用戶編輯語言。 (1) 用戶環(huán)境 用戶環(huán)境是由監(jiān)控程序生成的。開關(guān)量邏輯控制程序是 PLC 用戶程序中重要的一部分，一般采用梯形圖、語句表或功能塊圖等編程語言編制。 （ 3） 標(biāo)準(zhǔn)程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用是由多個(gè)獨(dú)立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運(yùn)算等不同的功能， PLC 的各種具體工作都由這部分程序完成 。系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)部分，如圖 25 所示。 二、 軟件系統(tǒng) PLC 僅有硬件系統(tǒng)是不行的，它還需要軟件系統(tǒng)的支持，沒有軟件系統(tǒng)， PLC是什么事情都做不成的。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。外部：可用一般工業(yè)電源，并備有鋰電池（備用電池），使外部電源故障時(shí)內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。遠(yuǎn)程 I/O 系統(tǒng)也必須配備相應(yīng)的通信結(jié)構(gòu)模塊。 PLC 與打印機(jī)連接，可將過程信息、系統(tǒng)參數(shù)等輸出打印。模擬量輸出框圖如圖 24 所示。模擬量輸入電平大多是從傳感器通過變換后得到的，輸入信號(hào)為 4~20mA、 0~20mA、 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 等不同范圍的信號(hào)。常用的開關(guān)量輸入接口按其使用的電源不同分為三種類型：直流輸入接口 /交流輸入接口。 PLC 提供了多種操 作電平和驅(qū)動(dòng)能力的 I/O 接口以便于用戶選用。同時(shí) PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對(duì)象，以達(dá)到控制目的。 由于系統(tǒng)程序及工作數(shù)據(jù)與用戶無直接聯(lián)系，所以在 PLC 產(chǎn)品樣本或使用手冊(cè)中所列存儲(chǔ)器的形式及容量一般指用戶程序存儲(chǔ)器。現(xiàn)在有許多 PLC 直接采用 EEPROM 或閃速（ Fish） ROM 作為用戶存儲(chǔ)器。系統(tǒng)程序關(guān)系到 OLC 性能，而且在 PLC 使用過程中不會(huì)變動(dòng)，所以是由制造廠商直接固化 在 ROM、 PROM 或 EPROM 中，用戶不能訪問和修改。有些 PLC 還具有制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。 （ 2） 診斷電源、 PLC 內(nèi)部電路的工作故障和編輯中的語言錯(cuò)誤等。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編輯器進(jìn)行控制等。 PLC 中所配置的 CPU 隨機(jī)型 接收 驅(qū)動(dòng) 現(xiàn)場信號(hào) 負(fù)載 圖 22 PLC 的基本結(jié)構(gòu) 不同而不同，常用有三類，通用微處理器（如 Z80、 808 80286 等）、單片微處理器 (如 803 8096 等 )和位片式微處理器（如 AMD29 等）。 一、 PLC 的硬件系統(tǒng) 不管是整體式、模塊式還是混合式結(jié)構(gòu)的 PLC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大體上都是相似的，其 硬件系統(tǒng)基本上由基本單元包括中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器（用戶程序儲(chǔ)存器、系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）、（ I∕ O） 接口、通信接口、電源和外部設(shè)備等組成。 此定義還強(qiáng)調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，即它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)”的計(jì)算機(jī)。 2. PLC 的定義 國際電工委員會(huì)（ IEC）于 1982 年 11 月頒發(fā)了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)草案第 1 稿， 1985年 1 月發(fā)表了第 2 稿， 1987 年 2 月有辦法了第 3 稿。它主要用來代替電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 第三部分 ，結(jié)合交通燈控制系統(tǒng)的要求，進(jìn)行硬件、程序設(shè)計(jì)，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設(shè)計(jì)任務(wù)。目前的計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng) DCS（ Distributed Control System）中已有大 10 量的可編程控制器應(yīng)用。此外，無錫華光公司、上海鄉(xiāng)島公司等中外合資企業(yè)也是我國比較著名的 PLC 生產(chǎn)廠家。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點(diǎn)是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術(shù)人員使用，可編程控制器采用和繼電器電路圖類似的梯形圖作為主要編程語言，并將參加運(yùn)算及處理的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)元件都以繼電器命名。 二、 PLC 的應(yīng)用與未來發(fā)展 1. PLC 的國內(nèi)外狀況 世界上公認(rèn)的第一臺(tái) PLC 是 1969 年美國數(shù)字設(shè)備公司（ DEC）研制的。采用動(dòng)態(tài)路由導(dǎo)航與交通網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)合 :以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)車輛控制系統(tǒng) AvcS為主的智能交通系統(tǒng) (ITS)。于是 ，智能交通系統(tǒng) (ITS)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅猛發(fā)展。澳大利亞在 70 年代末也開發(fā)了基于配時(shí)方案實(shí)時(shí)選擇方法來實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的 SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)系統(tǒng)。人們認(rèn)識(shí)到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設(shè)備的更新和改進(jìn)，還必須同時(shí)在控制邏輯和方法上有所突破，即城市交通的區(qū)域協(xié)調(diào)控制。超聲波檢測器主要在日本等少數(shù)國家得到廣泛應(yīng)用。車輛感應(yīng)控制器的特點(diǎn)是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時(shí)間的長短，使綠燈時(shí)間更有效地被利用，減少車輛在 交叉口的時(shí)間延誤，比定時(shí)控制方式有更大的靈活性。 1928 年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進(jìn)，形成 “ 靈活步進(jìn)式 ” 定時(shí)系統(tǒng) 。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機(jī)變化增強(qiáng)，采用以往那種單一模式的 “ 固定配時(shí) ” 方中國智能交通網(wǎng)式已不能滿足客觀需要，于是一種多時(shí)段多方案的信號(hào)控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。世界上第一臺(tái)交通自動(dòng)信號(hào)燈的誕生，拉開了城市交通控制的序幕， 1868年，英國工程師納伊特在倫敦威斯特敏斯特街口安裝了一臺(tái)紅綠兩色的煤氣照明燈，用來控制交叉路口馬車的通行，但一次煤氣爆炸事故致使這種交通信號(hào)燈幾乎銷聲匿跡了近半個(gè)世紀(jì)。 比較傳統(tǒng)的定時(shí)交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點(diǎn)在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會(huì)出現(xiàn)空道占時(shí)的情形，提高了公路交通通行率，較全球定位系統(tǒng)而言成本更低。有一種利用 PLC 和傳感器的配合，較好的解決了車流量的不均衡、不穩(wěn)定的問題，也解決了本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)問題。 因此如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費(fèi)巨資修建的城市交通道路，解決城區(qū)主干道與支道的交通擁堵現(xiàn)象，越來越多的成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的問題，且尤為需要一種能夠根據(jù)車流量的變化情況自適應(yīng)的控制交通燈時(shí)間的長短。同時(shí)， PLC 本身還具有通訊連網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號(hào)燈組成一局域網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時(shí)間，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化管理。據(jù)統(tǒng)計(jì)，可編程控制器是工 業(yè)化裝置中應(yīng)用最多的一種設(shè)備。 0 畢業(yè) 設(shè)計(jì) 題 目： PLC 控制交通信號(hào)燈方案 設(shè)計(jì) 系 部：工業(yè)自動(dòng)化系 專 業(yè)：電氣工程與自動(dòng)化 姓 名： 指導(dǎo)老師： 1 目 錄 摘 要 5 引 言 錯(cuò)誤 !未定義書簽。它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程和位置的自動(dòng)控制中。因此現(xiàn)在越來越多的將 PLC 應(yīng)用于交通燈系統(tǒng)中。 【關(guān)鍵字】： PLC 交通燈 程序 設(shè)計(jì) 自動(dòng)化 5 引 言 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時(shí)來控制(不排除繁忙路段或高峰時(shí)段用交警來取代交通燈的情況 )，這樣必然產(chǎn)生如下弊端 :當(dāng)某條路段的車流量很大時(shí)卻要等待紅燈，而此時(shí)另一條是空道或車流量相對(duì)少得多的道卻長時(shí)間亮的是綠燈 ，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控所造成的，不僅讓司機(jī)乘客怨聲載道，而且對(duì)人力和物力資源也是一種浪費(fèi)。 智能控制交通系統(tǒng)是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果，在少數(shù)幾個(gè)先進(jìn)國家已采用智能方式來控 制交通信號(hào)，其中主要運(yùn)用 GPS 全球定位系統(tǒng)等 。具體如下 :在入路口的各個(gè)方向附近的地下按要求埋設(shè)感應(yīng)線圈，當(dāng)汽車經(jīng)過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，環(huán)狀絕緣電線的電感開始減少，即可檢測出汽車的通過，并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC 計(jì)數(shù)，按一 定控制規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)紅綠燈的時(shí)長。 早在 1850 年，城 市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對(duì)安全和擁堵的關(guān)注。 早期的交通信號(hào)燈使用 “ 固定配時(shí) ” 方式實(shí)行自動(dòng)控制，這種方式對(duì)于早期交通流量不大的情況曾起過一定的作用。 1922 年，美國休斯頓市建立了一個(gè)同步系統(tǒng)，它以一個(gè)交通亭為中心控制十二個(gè)交叉路口。 20 世紀(jì) 30 年代初，美國最早開始用車輛感應(yīng)式信號(hào)控制器，之后是英國， 7 當(dāng)時(shí)使用的車輛檢測器是氣動(dòng)橡皮管檢測器。當(dāng)今在城市道路交通自動(dòng)控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應(yīng)用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。 伴隨著城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展。 1967 年，英國運(yùn)輸與道路實(shí)驗(yàn)室 (TRRL)成功開發(fā)出 TRANsYT(TraffioNetworkStudyTools)交通控制系統(tǒng)，后來又在 TRANsYT 的基礎(chǔ)上開發(fā)了 seOOT(split Cyele and offset OPtimization Technique)系統(tǒng)。人們對(duì)交通系統(tǒng)的規(guī)模復(fù)雜性和開放性特征有了更深一層的認(rèn)識(shí)，并開始意識(shí)到單獨(dú)考慮車輛或道路方 8 面很難從根本上解決交通擁擠現(xiàn)象，只有把路口交通流運(yùn)行與信號(hào)控制的藕合作用綜合考慮，且賦以現(xiàn)代的各種高新技術(shù)方可徹底消除有關(guān)問題。實(shí)現(xiàn)區(qū)域和快速公路的集成控制 。 可以說，在近百年的發(fā)展中，道路交通信號(hào)控制系統(tǒng)經(jīng)歷了無感應(yīng)控制到有感應(yīng)控制、手動(dòng)控制到自動(dòng)控制再到智能控制、單點(diǎn)控制 (點(diǎn)控 )到干線控制 (線控 )再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡(luò)控制 (面控 )的過程。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計(jì)算機(jī)特征的工業(yè)控制裝置。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn) 9 代工業(yè)中的地位。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。上海東屋電氣有限公司生產(chǎn)的 CF 系列、杭州機(jī)床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機(jī)床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計(jì)算機(jī)廠生產(chǎn)的 YZ 系列等多種產(chǎn)品已具備了一定的規(guī)模并在工業(yè)產(chǎn)品中獲得了應(yīng)用。從技術(shù)上看，計(jì)算機(jī)技