【正文】 Y16 Y20 Y26 COM COM A A G G 29 四 、 軟件設計 1. 梯形圖 根據(jù)對交通信號燈的控制要求及 PLC 控制系統(tǒng)的 I/O 分配的定義，可對 PLC進行控制程序的設計，其梯形圖如 圖 33 所示。用兩只七段數(shù)碼管從 65 開始倒計 時。系統(tǒng)采用自動控制，輸入有系統(tǒng)開啟，停止和急停按鈕信號 ；輸出有東西方 向、南北方向各兩組指示信號。在現(xiàn)實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，這時正常的交通信號燈時序控制將會使實際的交通狀況惡化。系統(tǒng)工作時，南北紅燈先點亮，同時東西綠燈點亮。 該系統(tǒng)屬于連續(xù)循環(huán)系統(tǒng)，要求系統(tǒng)啟動后能夠周期性的連 續(xù)循環(huán)工作，故系統(tǒng)中設置兩個輸入信號分別控制系統(tǒng)的啟動和停止。 其控制過程為：東西南北方向主干道的紅燈一直處于點亮狀態(tài)，提示主干道上左轉(zhuǎn)通行時直行禁止通行，只有綠燈亮時該方向車輛方可通行。 （ 3） 邏輯關系的差別 繼電器控制電路圖使用低壓電器的接線表達邏輯控制關系的， PLC 則主要使用梯形圖來表達這種邏輯關系。 掃描工作方式引起的滯后時間，最長可達兩個多掃描周期。 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作時產(chǎn)生抖動引起的不良影響。 5． 輸出刷新階段 每個掃描周期結(jié)束時， 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 PLC 處于 RUN 狀態(tài)時，還要完成一下階段。在這兩個不同的工作狀態(tài)中，掃描過程所要完成的任務是不完全相同的，一個掃描周期可分為一下 5 個階段：內(nèi)部處理階段、 21 通信服務階段、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處理 PLC 有兩種基本的工作狀態(tài)，即 運行（ RUN）狀態(tài)和停止（ STOP）狀態(tài)。 3. 易學易用，深受工程技術人員歡迎 PLC 是面向工礦企業(yè)的工控設備。 2. 配套齊全，功能完善，適用性強 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，電氣接線及開關接點已減少到數(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） 標準程序模塊和系統(tǒng)調(diào)用是由多個獨立的程序塊組成，各自完成包括輸入、輸出、特殊運算等不同的功能， 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），使外部電源故障時內(nèi)部重要數(shù)據(jù)不致丟失。遠程 I/O 系統(tǒng)也必須配備相應的通信結(jié)構(gòu)模塊。 PLC 與打印機連接，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，輸入信號為 4~20mA、 0~20mA、 0~5V、 0~10V、 5~+5V、 10~+10V 等不同范圍的信號。常用的開關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)動能力的 I/O 接口以便于用戶選用。同時 PLC 又通過輸出接口將處理結(jié)果送給被控對象，以達到控制目的。 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)品樣本或使用手冊中所列存儲器的形式及容量一般指用戶程序存儲器。現(xiàn)在有許多 PLC 直接采用 EEPROM 或閃速（ Fish） ROM 作為用戶存儲器。系統(tǒng)程序關系到 OLC 性能，而且在 PLC 使用過程中不會變動，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誤等。字處理器為主處理器，用于執(zhí)行編輯器進行控制等。 PLC 中所配置的 CPU 隨機型 接收 驅(qū)動 現(xiàn)場信號 負載 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）、存儲器（用戶程序儲存器、系統(tǒng)程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器）、（ I∕ O） 接口、通信接口、電源和外部設備等組成。 此定義還強調(diào)了 PLC 是“數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)”，即它是“專門在工業(yè)環(huán)境下應用而設計”的計算機。 2. PLC 的定義 國際電工委員會（ IEC）于 1982 年 11 月頒發(fā)了 PLC 標準草案第 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，進行硬件、程序設計，從主要部件的選擇、流程的分析、程序思路的產(chǎn)生來完成本次設計任務。目前的計算機集散控制系統(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。最初是在引進設備中大量使用了可編程控制器。 20 世紀末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應于現(xiàn)代工業(yè)的需要。 20 世紀 80 年代初，可編程控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。為了方便熟悉繼電器、接觸器系統(tǒng)的工程技術人員使用，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，并將參加運算及處理的計算機存儲元件都以繼電器命名。 二、 PLC 的應用與未來發(fā)展 1. PLC 的國內(nèi)外狀況 世界上公認的第一臺 PLC 是 1969 年美國數(shù)字設備公司（ DEC）研制的。采用動態(tài)路由導航與交通網(wǎng)絡控制結(jié)合 :以實現(xiàn)先進車輛控制系統(tǒng) AvcS為主的智能交通系統(tǒng) (ITS)。于是 ，智能交通系統(tǒng) (ITS)應運而生，并得到迅猛發(fā)展。澳大利亞在 70 年代末也開發(fā)了基于配時方案實時選擇方法來實現(xiàn)路網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的 SCAT(Sydney Coordinated Adaptive Traffic Method)系統(tǒng)。人們認識到，要更好地提高城市管理水平，不僅僅依靠硬件設備的更新和改進，還必須同時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)國家得到廣泛應用。車輛感應控制器的特點是它能根據(jù)檢測器測量的交通流量來調(diào)整綠燈時間的長短，使綠燈時間更有效地被利用，減少車輛在 交叉口的時間延誤，比定時控制方式有更大的靈活性。 1928 年，上述系統(tǒng)經(jīng)過改進，形成 “ 靈活步進式 ” 定時系統(tǒng) 。但隨著汽車工業(yè)的發(fā)展、交通流量增加、隨機變化增強，采用以往那種單一模式的 “ 固定配時 ” 方中國智能交通網(wǎng)式已不能滿足客觀需要，于是一種多時段多方案的信號控制器開始出現(xiàn)并逐步取代了傳統(tǒng)的只有一種控制方案的控制器。世界上第一臺交通自動信號燈的誕生，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燈幾乎銷聲匿跡了近半個世紀。 比較傳統(tǒng)的定時交通燈控制與智能交通燈控制，可知后者的最大優(yōu)點在于減緩滯流現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)空道占時的情形，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，也解決了本次設計的重點問題。 因此如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費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的控制交通燈時間的長短。同時， PLC 本身還具有通訊連網(wǎng)功能，將同一條道路上的信號燈組成一局域網(wǎng)進行統(tǒng)一調(diào)度管理，可縮短車輛通行等候時間，實現(xiàn)科學化管理。據(jù)統(tǒng)計，可編程控制器是工 業(yè)化裝置中應用最多的一種設備。 0 畢業(yè) 設計 題 目： PLC 控制交通信號燈方案 設計 系 部：工業(yè)自動化系 專 業(yè)：電氣工程與自動化 姓 名： 指導老師： 1 目 錄 摘 要 5 引 言 錯誤 !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，已廣泛應用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。因此現(xiàn)在越來越多的將 PLC 應用于交通燈系統(tǒng)中。 【關鍵字】： PLC 交通燈 程序 設計 自動化 5 引 言 據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國城市里的十字路口交通系統(tǒng)大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況 )，這樣必然產(chǎn)生如下弊端 :當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈 ，這種多等少的尷尬現(xiàn)象是未對實際情況進行實時監(jiān)控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費。 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)幾個先進國家已采用智能方式來控 制交通信號，其中主要運用 GPS 全球定位系統(tǒng)等 。具體如下 :在入路口的各個方向附近的地下按要求埋設感應線圈，當汽車經(jīng)過時就會產(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，并將這一信號轉(zhuǎn)換為標準脈沖信號作為可編程控制器的控制輸入，并用PLC 計數(shù)，按一 定控制規(guī)律自動調(diào)節(jié)紅綠燈的時長。 早在 1850 年，城 市交叉口處不斷增長的交通就引發(fā)了人們對安全和擁堵的關注。 早期的交通信號燈使用 “ 固定配時 ” 方式實行自動控制，這種方式對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同步系統(tǒng)，它以一個交通亭為中心控制十二個交叉路口。 20 世紀 30 年代初，美國最早開始用車輛感應式信號控制器，之后是英國， 7 當時使用的車輛檢測器是氣動橡皮管檢測器。當今在城市道路交通自動控制、交通監(jiān)測和交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，應用最廣的是環(huán)形線圈車輛檢測器。 伴隨著城市交通信號控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展。 1967 年，英國運輸與道路實驗室 (TRRL)成功開發(fā)出 TRANsYT(TraffioNetworkStudyTools)交通控制系統(tǒng)，后來又在 TRANsYT 的基礎上開發(fā)了 seOOT(split Cyele and offset OPtimization Technique)系統(tǒng)。人們對交通系統(tǒng)的規(guī)模復雜性和開放性特征有了更深一層的認識，并開始意識到單獨考慮車輛或道路方 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行與信號控制的藕合作用綜合考慮，且賦以現(xiàn)代的各種高新技術方可徹底消除有關問題。實現(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，道路交通信號控制系統(tǒng)經(jīng)歷了無感應控制到有感應控制、手動控制到自動控制再到智能控制、單點控制 (點控 )到干線控制 (線控 )再到區(qū)域控制和網(wǎng)絡控制 (面控 )的過程。人們很快將其引入可編程控制器，使 PLC 增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)控制裝置。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn) 9 代工業(yè)中的地位。這標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、應用、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、杭州機床電器廠生產(chǎn)的 DKK 及 D 系列、大連組合機床研究所生產(chǎn)的 S 系列、蘇州電子計算機廠生產(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)品中獲得了應用。從技術上看，計算機技