【正文】 。 隨著 PLC 性能價格比的不斷提高 ,一些過去 使用專用計算機(jī)的場合 ,也轉(zhuǎn)向使用PLC， PLC 的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。改造后收到的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，致使交通信號燈改造的發(fā)展勢頭很猛，普及也很快。使學(xué)生受到 PLC系統(tǒng)開發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能夠進(jìn)行 PLC系 統(tǒng)設(shè)計和實施的目的。如歐姆 龍單元式 PLC 機(jī)的輸入點數(shù)比輸出多 , I/O 端子是組裝式的可方便地與主機(jī)分離 。 實踐證明 , 有了這些措施加上高性能的 PLC 機(jī) , 整機(jī)產(chǎn)品能夠適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾、高溫、粉塵、電壓波動等惡劣環(huán)境。 2. 2 信號燈的設(shè)置 當(dāng)交叉路口的交通量接近路口的通行能力時，考慮在交叉路口設(shè)置交通信號控制。這種信號的周期長、相位、綠燈時間、轉(zhuǎn)換時間等都是事先確提定的。此時，信號 的聯(lián)動不僅對提高單個信號交叉口的通行能力和服務(wù)水平有很大作用，而且還對提高整條道路或整個路網(wǎng)的通行能力發(fā)揮著極其重要的作用。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)信號同時顯示同一燈色 (特別是綠燈開始時間 )，不如使綠燈開始時間錯開一些。它等于綠燈時間與黃燈時間之和減去頭車啟動的損失時間。 3． 2 ＰＬＣ系統(tǒng)的特點 [2] 、抗干擾能力強(qiáng) PLC 是專為工業(yè)控制而設(shè)計的， PLC 的平均故障間 隔可達(dá)幾十萬小時。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。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)。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。安下啟動鈕后， 20200接通且自鎖。（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，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。有界性反映一個位置在系統(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)。 從模型中可看出，南北方向信號燈與東西方向信號燈的轉(zhuǎn)換形成了交互的控制過程。 方案三：利用計算機(jī)控制系統(tǒng) 計算機(jī)是在以往計算機(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，有實時操作系統(tǒng)的支持，在要求快速，實時性強(qiáng)，模型復(fù)雜的控制中占有優(yōu)勢。 ● 模塊式 PLC 又稱積木式 PLC。最近還推出 S7系列機(jī)，有 S7200（小型）、 S7300（中型）及S7400 機(jī)（大型）。 (4) 工作電壓：交流 100~240V，直流 24V等。在指明一個位時用 5位數(shù)字，稱為繼電器號，前 3位數(shù)字為該位所在的通道號，后 2位數(shù)字為 00~15，如 20204為 200通道中的 04位。 定時器 /計數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)用于定時器和計數(shù)器。TIM000常開接 點首先啟動 TIM004和 TIM001定時器開始計時，而其常閉接點斷開01002，常開接點接通 01006，使得南北紅燈熄滅，東西紅燈亮，在此同時由 01006使 01000接通，南北綠燈亮起來。為本人順利完成學(xué)位論文起到了至關(guān)重要的作用。 TIM000 接通計時，TIM006 同時接通計時， 01002 接通，南北紅燈亮，同時由 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計滿 20s時，使 TIM007接通計時，同時 TIM006常閉接點打開，使東西綠燈亮的功能停止，而 TIM006的一個常開接點接通，該接點與時鐘周期為 1s的 25502一起控制 01004的周期通、斷工作，使得東西綠燈閃爍。 AR區(qū)用來儲存 PC的 工作狀態(tài)信息，包括擴(kuò)展單元連接的臺數(shù)，繼電發(fā)生的次數(shù)、掃描周期最大值及當(dāng)前值，以及高速計數(shù)、脈沖輸出的工作狀態(tài)標(biāo)志和通信出錯碼、系統(tǒng)設(shè)定區(qū)域異常標(biāo)志等。 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)，定時器 /計數(shù)器區(qū) (TIM/CNT)，數(shù)據(jù)存儲區(qū) (DM)。 (2) 存儲量：有 1K、 2K、 4K、 8K、 32K等。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。 第 5 章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 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。 信號燈轉(zhuǎn)換交互過程模型的仿真如圖 5所示。 4． 2． 1基于 Petri網(wǎng)的控制過程建模 根據(jù)交通信號燈的控制要求，建立信號燈轉(zhuǎn)換的過程模型如圖？所示。如果存在一個從Ｍ 0到Ｍｎ的實施序列，我們稱標(biāo)識Ｍｎ是從Ｍ 0可達(dá)的，實施序列轉(zhuǎn)化為σ =Ｍ 0ｔ 1Ｍ 1ｔ 2Ｍ 2?ｔｎＭｎ或簡化為σ =ｔ 1ｔ 2?ｔｎ。在程序的下一個掃描周期開始時，系統(tǒng)工作的下一個循環(huán)開始，即南北紅燈亮，東西綠燈亮。（ 6）到 25s時，南北綠燈閃亮 3s后熄滅，南北黃燈亮，并維持 2s。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的 Windows9x/NT/2020/XP為平臺的工業(yè)計算機(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)庫管理軟件進(jìn)行生產(chǎn)過程的處理。 2. 運(yùn)動控制 PLC使用專用的指令或運(yùn)動控制模塊，對直線運(yùn)動或圓周運(yùn)動的位置、速度和加速度進(jìn)行控制，可以實現(xiàn)單軸、雙軸、 3軸和多軸聯(lián)動的位置控制，使運(yùn)動控制與順序控制功能有機(jī)結(jié)合在一起。配套的簡易編程器的操作和使用也很簡單，這也是PLC近年來獲得迅速普及和推廣的原因之一。 1978 — 1983 年 ,PLC 進(jìn)入成熟階段。兩者之和等于一個周期的長度 。如一個具有兩相位 (東西向和南北向 )交通流的交叉口，設(shè)兩個相位的交通到達(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，周期時長為 C，綠燈時間分別為 g g2，其中損失時間分別為 L L2(損失時間是指燈色切換過程中的損失時間和不能被 充分利用的綠燈時間，原因是綠燈出現(xiàn)之初車隊有個反應(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)可計算出保證路口不堵塞的一個最小周期值。這種控制方式的周期長度和綠燈時間可根據(jù)需要作很大的變動。二是可使患有色盲的人憑借位置來判斷信號的含義。 (3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車輛、行人通行。 ⑵輸入電源最好采用隔離變壓器供電 。 PLC掃描周期是 PLC的重要參數(shù)之一，它反映了 PLC對輸入信號的靈敏度或滯后程度。這些系統(tǒng)對促進(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。 PLC 機(jī)還具備停電記憶功能 , 可保護(hù)斷電前的狀 態(tài)。在全球工業(yè)計算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開放與再開放過程控制系統(tǒng)、開放式過程控制軟件、開放性數(shù)據(jù)通信協(xié)議，已經(jīng)發(fā)生巨大變革，幾乎到處都有 PLC，但這種趨勢也許不會繼續(xù)發(fā)展下去。本文的最后對本次設(shè)計進(jìn)行了總結(jié)。實際應(yīng)用時 , 指示等信號要求的 PLC 機(jī) I/O (輸入 /輸出 ) 點較多 , 而其可靠性對交通信號燈運(yùn)行影響 不大 , 因此可仍保留這部分電路 , 即局部替代。 1967 年英國運(yùn)輸與道路研究實驗室（ TRRL ）成功地研究出交通 網(wǎng)絡(luò)研究工具 TRANSYT ，用于脫機(jī)優(yōu)化配時方案，它的廣泛應(yīng)用，把交通控制技術(shù)推向更高的發(fā)展階段。 PLC主要采用 掃描工作方式， 順序掃描工作方式簡單直觀，簡化了程序設(shè)計，并為 PLC可靠運(yùn)行提供有力的保證。 (2) 存儲量：有 1K、 2K、 4K、 8K、 32K 等。 1． 4此次論文設(shè)計分成的章節(jié) 此次畢業(yè)設(shè)計全文共分六章，第一章主要介紹本課題研究的目的和意義、相關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況及課題研究的主要內(nèi)容、原理與方法；第二章主要講了ＰＬＣ控制系統(tǒng)及其應(yīng)用綜述包括ＰＬＣ控制系統(tǒng)的發(fā)展背景、ＰＬＣ系統(tǒng)的特點、ＰＬＣ控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域、ＰＬＣ控制系統(tǒng)及技術(shù)的發(fā)展趨勢；第三章介紹了設(shè)計項目的總體方案設(shè)計的確定，主要對受控對象的控制要求與控制過程分析、方案的分析比較，總體方案的確定；第四章主要描述了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計過程，包括了PLC的選型、ＰＬＣ的 I／ O表的確定及控制系統(tǒng)電氣原理圖的設(shè) 計；第五章的內(nèi)容是關(guān)于控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計的過程，其包括程序框圖或控制過程狀態(tài)圖和主要控制環(huán)節(jié)的設(shè)計；第六章則介紹了系統(tǒng)的模擬調(diào)試，最后是對本課題或論文的一個大致的總結(jié)及附錄。 交叉路口交通信號燈安裝方式有兩種，一種是安裝在伸向交叉路口中央上空型臂上 。這時信號經(jīng)過一個適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換間隔后，立刻為次干路顯示綠燈，該綠燈就維持到次干路上的車輛全部通過路口或持續(xù)到預(yù)定的最大綠燈時間為止。其中主控中心包括操作平臺、交互式數(shù)據(jù)庫、效益指標(biāo)優(yōu)化模型、數(shù)據(jù) (圖像 )分析處理等。 圖 24 時距圖 以第 1個交叉口的 信號為基準(zhǔn)，則圖中的 Al、 A A3分別為交叉口 4的信號的絕對相位差?？梢哉f，城市道路智能交通信號控制系統(tǒng)是城市道路交通管理隨著信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)迅猛發(fā)展的綜合產(chǎn)物。濾波 是抗干擾的又一主要措施。 2． 3 ＰＬＣ控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 [3] 隨著 PC 技術(shù)的不斷發(fā)展，它在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的應(yīng)用越來越廣泛，下面介紹幾個 PLC 的應(yīng)用實列： 可編程控制器 (PLC)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊。隨著 PLC體積進(jìn)一步縮小，功能進(jìn)一步增強(qiáng)， PLC在機(jī)器人控制中的應(yīng)用必將更加普遍。 4．編程組態(tài)更方便靈活 除提供傳統(tǒng)的梯形圖編程 環(huán)境外，大多數(shù) PLC 都提供語句表、順序功能圖以及更友好、方便和高效的圖形化組態(tài)軟件和符合 IEC11313 標(biāo)準(zhǔn)的編程組態(tài)工具。 當(dāng) TIM005 計滿 2s 的同時，恰好 TIM000 計時滿 25s，此時循環(huán)工作的下半周期開始。 弧用于連接一個位置和一個變遷或一個變遷和一個位置，由帶箭頭的直線來表示和描述對象通過系統(tǒng)的路徑，弧尾部的箭頭表示路徑方向。 4) 可逆性：可逆性決定系統(tǒng)能否重新回到初始狀態(tài) (保證系統(tǒng)的循環(huán)特性 )。 交互過程模型的 Petri網(wǎng) (,)PNPTF=當(dāng)滿足以下條件時是正確的： ⒈ 對初始狀態(tài) sp的每個可達(dá)狀態(tài) M存在一個從狀態(tài) M到結(jié)束狀態(tài) ep的發(fā)生序列σ，即 [[(1)(2seMpMMpσσ ? ? ? ? ； ⒉ 從初始狀態(tài) sp可達(dá)的任意狀態(tài)，如果它能覆蓋結(jié)束狀態(tài) ep，那么該狀態(tài)是結(jié)束狀態(tài) ep自身，即： [()( ) seeMpMMpMpσ ?? ； ∧ ≥ ? = ⒊ 在以 sp為初始狀態(tài)的 Petri網(wǎng)中， 不存在死變遷，即 tT? ∈， 39。 交通信號燈模型可以分為電源電路、 PLC主控電路、無線收發(fā)控制電路和顯示電路 四部分組成。 ● 中型 PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)， 其 I/O 點數(shù)一般在 256~1024 點之間。它的中、大型機(jī)為 A系列。它不僅可以替代繼電器控制柜，就是作為小型控制器或在傳感器應(yīng)用中，亦能適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場不同的需求。 CPM1A有 8個暫存繼電