【正文】 還具備停電記憶功能 , 可保護(hù)斷電前的狀 態(tài)。 1964 年，在加拿大的多倫多市完成了數(shù)字計(jì)算機(jī)控制信號(hào)燈的實(shí)用化，并成為世界上第一個(gè)具有電子計(jì)算機(jī)城市交通控制系統(tǒng)的城市，從此開始了交通控制發(fā)展史的新紀(jì)元。這些系統(tǒng)對(duì)促進(jìn)城市的暢通雖然起了一定作用，但并沒有從根本上解決 這些大城市交通擁堵的交通狀況。 （ 2）設(shè)計(jì)項(xiàng)目的原理 計(jì)算機(jī)用于控制、運(yùn)行程序時(shí)常采用掃描工作方式和中斷工作方式。 PLC掃描周期是 PLC的重要參數(shù)之一，它反映了 PLC對(duì)輸入信號(hào)的靈敏度或滯后程度。單元式 I/O 結(jié)構(gòu)固定 , 而模塊式 I/O 點(diǎn)可靈活配置。 ⑵輸入電源最好采用隔離變壓器供電 。既提高了可靠性 , 也為實(shí)現(xiàn)更多功能提供了容量。 (3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行。 在 吸取國(guó)外信號(hào)燈設(shè)置經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)目前具體的交通狀況，路口信號(hào)燈的設(shè)置與改進(jìn)要運(yùn)用交通工程學(xué)理論作指導(dǎo)，根據(jù)路口的地形特點(diǎn)、車流狀況，作好車輛與行人交通流量的調(diào)查，進(jìn)口道上車輛行駛速度的調(diào)查，交通事故及違章調(diào)查，車輛可穿越的空當(dāng)及延誤調(diào)查等，具體問題具體分析，制定優(yōu)化的信號(hào)配時(shí)，保證現(xiàn)代交通高效、節(jié)能、低公害運(yùn)行。二是可使患有色盲的人憑借位置來判斷信號(hào)的含義。這種信號(hào)保證主干路總保持綠燈直到設(shè)在次干路上的檢測(cè)器探到有車輛到達(dá)。這種控制方式的周期長(zhǎng)度和綠燈時(shí)間可根據(jù)需要作很大的變動(dòng)。 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的基 本組成 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的基本組成是：主控中心、路口交通信號(hào)控制機(jī)以及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。如一個(gè)具有兩相位 (東西向和南北向 )交通流的交叉口，設(shè)兩個(gè)相位的交通到達(dá)率 (到達(dá)率 )分別是 dl、 d2，相應(yīng)相位的通行能力分別為 s1， s2，周期時(shí)長(zhǎng)為 C，綠燈時(shí)間分別為 g g2，其中損失時(shí)間分別為 L L2(損失時(shí)間是指燈色切換過程中的損失時(shí)間和不能被 充分利用的綠燈時(shí)間，原因是綠燈出現(xiàn)之初車隊(duì)有個(gè)反應(yīng)和加速的過程 )，則： 1111 )( sLgCd ?? (21) 2222 )( sLgCd ?? (22) 將上兩式相加，并將代入 g1+g2=C，得 )(1221121sdsdLLC???? (23) 若 s1=s2=s，則有 sdd LLC 21 211 ?? ?? (24)由式 (24)可計(jì)算出保證路口不堵塞的一個(gè)最小周期值。通常用時(shí)距圖表示信號(hào)配時(shí)與距離的關(guān)系。兩者之和等于一個(gè)周期的長(zhǎng)度 。尤其重要的是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字化使數(shù)據(jù)傳輸和信息利用得到了可靠保證。 1978 — 1983 年 ,PLC 進(jìn)入成熟階段。在微處理器與 I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑制了外部干擾源對(duì) PLC 的影響，同時(shí)還可以防止外部高電壓 進(jìn)入 CPU模塊。配套的簡(jiǎn)易編程器的操作和使用也很簡(jiǎn)單，這也是PLC近年來獲得迅速普及和推廣的原因之一。由于體積小， PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī) 電一體化的理想控制設(shè)備。 2. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線運(yùn)動(dòng)或圓周運(yùn)動(dòng)的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)單軸、雙軸、 3軸和多軸聯(lián)動(dòng)的位置控制，使運(yùn)動(dòng)控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起?，F(xiàn)在許多機(jī)器人制造公司，選用 PLC作為機(jī)器人控制器來控制各種機(jī)械動(dòng)作。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的 Windows9x/NT/2020/XP為平臺(tái)的工業(yè)計(jì)算機(jī)（ IPC）和通用的人機(jī)界面軟件，并在管理層上應(yīng)用各種數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件進(jìn)行生產(chǎn)過程的處理。從控制層、操作層到管理層，實(shí)現(xiàn)全方位的多層次、分布的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)管控一體化，成為真正的過程控制解決方案。（ 6）到 25s時(shí)，南北綠燈閃亮 3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持 2s。 當(dāng) TIM005 計(jì)滿 2s 后，東西黃燈斷開，完成了循環(huán)控制的前半周期。在程序的下一個(gè)掃描周期開始時(shí)，系統(tǒng)工作的下一個(gè)循環(huán)開始，即南北紅燈亮，東西綠燈亮。變遷描述改變系統(tǒng)狀態(tài)的事件，分別用直線或矩形表示無延時(shí)的變遷和有延時(shí)的變遷。如果存在一個(gè)從Ｍ 0到Ｍｎ的實(shí)施序列，我們稱標(biāo)識(shí)Ｍｎ是從Ｍ 0可達(dá)的，實(shí)施序列轉(zhuǎn)化為σ =Ｍ 0ｔ 1Ｍ 1ｔ 2Ｍ 2?ｔｎＭｎ或簡(jiǎn)化為σ =ｔ 1ｔ 2?ｔｎ。這意味著，無論選擇什么樣的實(shí)施序列，一個(gè)活的 Petri網(wǎng)都可以保證無死鎖操作。 4． 2． 1基于 Petri網(wǎng)的控制過程建模 根據(jù)交通信號(hào)燈的控制要求，建立信號(hào)燈轉(zhuǎn)換的過程模型如圖？所示。 從上述結(jié)構(gòu)正確性條件，可對(duì)交互過程的 Petri網(wǎng)模型做出如下正確性定義。 信號(hào)燈轉(zhuǎn)換交互過程模型的仿真如圖 5所示。 比較 PLC 和計(jì)算機(jī)控制， PLC 可以在現(xiàn)場(chǎng)工作，利用掃描方式工作，只需簡(jiǎn)單的監(jiān)控程序，有抗干擾、掉電保護(hù)、自診斷等特殊措施，編程語言用梯形圖、助記符，對(duì)內(nèi)存容量要求小。 第 5 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 5． 1 PLC的選型 1. PLC 的分類 (1) 按結(jié)構(gòu)形式分類可分為整體式和模塊式兩類 ● 整體式 PLC 又稱單元式或箱體式 PLC。它能執(zhí)行包括邏輯運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和傳送、通訊聯(lián)網(wǎng)以及各種應(yīng)用指令。大型 PLC 還可以采用三 CPU 構(gòu)成表決式系統(tǒng)，使機(jī)器的可靠性更高。其小型機(jī) FI前期在國(guó)內(nèi)用得很多，后又推出 FXZ機(jī)，性能有很大提高。 (2) 存儲(chǔ)量：有 1K、 2K、 4K、 8K、 32K等。 CPM1A在編程環(huán)境等方面，它不 僅具備了以往的小型 PLC所具有的功能，盡可能使安裝空間最小化，并實(shí)現(xiàn)了具有 10點(diǎn) ~100點(diǎn)輸入輸出點(diǎn)數(shù)的彈性構(gòu)成，而且還可連接可編程控制終端，創(chuàng)造了尚無前例的靈活運(yùn)用。 表 2 CPU單元的規(guī)格 表 3 I/O擴(kuò)展單元的規(guī)格 (2) CPM1A的繼電器區(qū)及數(shù)據(jù)區(qū) CPM1A PC的繼電器區(qū)與數(shù)據(jù)區(qū)由 以下幾部分組成：內(nèi)部繼電器區(qū) (IR)，特殊輔助繼電器區(qū) (SR)，暫存繼電器區(qū) (TR)，保持繼電器區(qū) (HR)，輔助記憶繼電器區(qū) (AR)，鏈接繼電器區(qū) (LR)，定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) (DM)。 暫存繼電器區(qū) (TR)用于 暫存復(fù)雜梯形圖中分支點(diǎn)的 ON/OFF狀態(tài)，在語句表編程時(shí)使用。 AR區(qū)用來儲(chǔ)存 PC的 工作狀態(tài)信息，包括擴(kuò)展單元連接的臺(tái)數(shù)，繼電發(fā)生的次數(shù)、掃描周期最大值及當(dāng)前值，以及高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出的工作狀態(tài)標(biāo)志和通信出錯(cuò)碼、系統(tǒng)設(shè)定區(qū)域異常標(biāo)志等。利用 DM區(qū)可進(jìn)行間接尋址。 TIM000 接通計(jì)時(shí)，TIM006 同時(shí)接通計(jì)時(shí)， 01002 接通，南北紅燈亮，同時(shí)由 01002 使 01004 接通，東西綠燈亮 梯形圖如下： 東西綠燈閃爍環(huán)節(jié) 當(dāng) TIM006計(jì)滿 20s時(shí)，使 TIM007接通計(jì)時(shí)，同時(shí) TIM006常閉接點(diǎn)打開，使東西綠燈亮的功能停止，而 TIM006的一個(gè)常開接點(diǎn)接通，該接點(diǎn)與時(shí)鐘周期為 1s的 25502一起控制 01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。此時(shí)也正是 TIM004計(jì)滿 30s。為本人順利完成學(xué)位論文起到了至關(guān)重要的作用。李老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的治學(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作作風(fēng)時(shí)刻影響著我。TIM000常開接 點(diǎn)首先啟動(dòng) TIM004和 TIM001定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，而其常閉接點(diǎn)斷開01002，常開接點(diǎn)接通 01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時(shí)由 01006使 01000接通，南北綠燈亮起來。輸入點(diǎn)數(shù) 12，通道號(hào) 000，輸出 8點(diǎn)，通道號(hào) 010。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)用于定時(shí)器和計(jì)數(shù)器。保持繼電器以 HR標(biāo)識(shí)，有 20個(gè)通道 HR00~HR19。在指明一個(gè)位時(shí)用 5位數(shù)字，稱為繼電器號(hào)，前 3位數(shù)字為該位所在的通道號(hào)，后 2位數(shù)字為 00~15，如 20204為 200通道中的 04位。 CPM1A的 I/O擴(kuò)展單元有 7種規(guī)格，分為三種類型： 8點(diǎn)輸入單元、 8點(diǎn)輸出單元和20點(diǎn) I/O單元。 (4) 工作電壓：交流 100~240V，直流 24V等。這些型號(hào)原理上大同小異，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各成體系。最近還推出 S7系列機(jī)，有 S7200（小型）、 S7300（中型）及S7400 機(jī)（大型）。 ● 一般 I/O點(diǎn)數(shù)在 1024 點(diǎn)以上的稱為大型 PLC。 ● 模塊式 PLC 又稱積木式 PLC。由存儲(chǔ)器的 PLC軟件運(yùn)算處理，然后經(jīng)輸出接口向指示燈等發(fā)出顯示信號(hào) PLC 通過軟件對(duì)輸入控制信號(hào)進(jìn)行處理后 ,由輸出接口發(fā)出控制信號(hào)及各種指示信號(hào)。 方案三：利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)是在以往計(jì)算機(jī)與大規(guī)模集成電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其硬件結(jié)構(gòu)總線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，品種兼容性強(qiáng)，軟件資源豐富，有實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持，在要求快速，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，模型復(fù)雜的控制中占有優(yōu)勢(shì)。 其中，條件 1和 2保證交互過程開始后能正確結(jié)束，條件 3保證在交互過程中不出現(xiàn)死鎖。 從模型中可看出，南北方向信號(hào)燈與東西方向信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換形成了交互的控制過程。若 Petri網(wǎng)為 1有界，則 稱此 Petri網(wǎng)是安全的。有界性反映一個(gè)位置在系統(tǒng)運(yùn)行過程中能夠獲得的最大的標(biāo)記數(shù)，即所能獲得的最大資源數(shù)，它與系統(tǒng)的初始標(biāo)記有關(guān)。 Petri網(wǎng)由于其結(jié)構(gòu)、參數(shù)和初始狀態(tài)標(biāo)識(shí)的不同，而使其狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程表現(xiàn)出不同的特性。（以上可參考ＰＬＣ的 I／ O表 表 3） 4． 2 控制過程建模及分析 4． 2． 1 Petri 網(wǎng)概述 [6] Petri 網(wǎng)是一種可用到很多系統(tǒng)和領(lǐng)域的圖形建模工具， 具有直觀性、與數(shù)學(xué)圖論相支持的理論嚴(yán)密性等優(yōu)點(diǎn)，特別適合用于描述離散事件系統(tǒng)的控制流、并發(fā)特性和非同步的行為。 TIM002 計(jì)滿 3s 后，起動(dòng) TIM003 計(jì)時(shí)開始， TIM002 的一常閉接點(diǎn)使南北綠燈停止閃爍，而 TIM002 的一常開接點(diǎn)使 01001 通，南北黃燈亮。安下啟動(dòng)鈕后， 20200接通且自鎖。（ 3）南北紅燈亮維持 25s，東西綠燈亮 20s。而另一方面，小型 PLC的功能不斷增加，如增加了數(shù)值運(yùn)算、模擬量處理、與上位機(jī)或操作站聯(lián)網(wǎng)通信的功能。 3． 4 ＰＬＣ控制系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) [4] 隨著新技術(shù)、新器件的不斷出現(xiàn)，特別是微處理器、單片機(jī)、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等技術(shù)的飛速發(fā)展和迅速融合，使得 PLC功能更加齊全，適用范圍更加廣泛，使用更加方便，具有更高的性能價(jià)格比。其閉環(huán)控制功能已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于塑料擠壓成形機(jī)、加熱爐、熱處理爐、鍋爐等設(shè)備，以及輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。小型可編程控制器主要用于單機(jī)自動(dòng)化，而大型可編程控制器則是自動(dòng) 生產(chǎn)線的必不可少的部件。在用戶維修方面，由于 PLC本身的故障率極低，維修工作量很??；并且 PLC有完善的診斷和顯示功能，可以根據(jù) PLC上的發(fā)光二極管或在線編程器上提供的信息，迅速地查明原因。 PLC在每一次循環(huán)掃描過程的內(nèi)部處理期間，檢測(cè) 系統(tǒng)硬件是否正常，鋰電池電壓是否過低，外部環(huán)境是否正常，如掉電、欠電壓等； b、當(dāng)軟故障條件出現(xiàn)時(shí)，立即把現(xiàn)狀態(tài)重要信息存入指定存儲(chǔ)器，軟硬件配合封閉 存儲(chǔ)器，禁止對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行任何不穩(wěn)定的讀寫操作，以防存儲(chǔ)信息被沖掉，這樣，一旦外界環(huán)境正常后，便可恢復(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的程序工作。 3． 2 ＰＬＣ系統(tǒng)的特點(diǎn) [2] 、抗干擾能力強(qiáng) PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計(jì)的， PLC 的平均故障間 隔可達(dá)幾十萬小時(shí)。在這個(gè)時(shí)期 ,PLC 從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線順序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無觸點(diǎn)可編程邏輯控制器 ,可靠性比以往的繼電器控制系統(tǒng)有較大提高 ,靈活性也有所增強(qiáng)。它等于綠燈時(shí)間與黃燈時(shí)間之和減去頭車啟動(dòng)的損失時(shí)間。B2 是路口 3 信號(hào)和路口 2 信號(hào)的相對(duì)相位差 。從某一車流方向來看，為使車輛在交叉口處不受阻而流暢通過，與其使相關(guān)聯(lián)信號(hào)同時(shí)顯示同一燈色 (特別是綠燈開始時(shí)間 )，不如使綠燈開始時(shí)間錯(cuò)開一些。一般信號(hào)燈的最短周期長(zhǎng)度不少于 36 秒，否則就不能保證幾個(gè)方向的車輛順 利通過交叉口。此時(shí)，信號(hào) 的聯(lián)動(dòng)不僅對(duì)提高單個(gè)信號(hào)交叉口的通行能力和服務(wù)水平有很大作用，而且還對(duì)提高整條道路或整個(gè)路網(wǎng)的通行能力發(fā)揮著極其重要的作用。當(dāng)次干路沒有車輛時(shí)，主干路