【文章內容簡介】 。 17 附 錄 18 致 謝 21 1 1 緒論 隨著社會經濟的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人，車，路三者關系的協(xié)調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據監(jiān)測，交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮中最重要的組成部分。 隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市如北 京，上海，南京等出現(xiàn)了交通超負荷運行的情況，因此，自 80 年代后期，這些城市紛紛修建城市高速公路，在 高速公路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高速道路的系統(tǒng)研究和控制，高速道路沒有充分發(fā)揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的 交通狀況必然受高速道路和普通道路耦合出交通狀況的制約。所以，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高速道路，緩解主干道與匝道，城區(qū)與周邊地區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門 亟待解決的主要問題， 根據交通等工藝控制要求和特點，我們采用了日本三菱公司 FX2N_48MR。三菱 PLC有小型化，高速度，高性能等特點，三菱可編程控制器指令豐富，可以接各種輸入，輸出擴充設備，有豐富的特殊擴展設備，其中的模擬輸入設備和通信設備是系統(tǒng)所必需的，能夠方便地聯(lián)網通信。本系統(tǒng)就是應用可編程控制器（ PLC）對十字路口交通控制等實現(xiàn)控制。本系統(tǒng)采用 PLC 是基于以下四個原因： （ 1） PLC 具有很高的可靠性，抗干擾能力。通常的平均無障礙時間都在 30 萬小時以上； （ 2）系統(tǒng)設計周期短，維護方便，改造容易，功能 完善，實用性強； （ 3）干擾能力強，具有硬件故障的自我檢查功能，目前空中各種電磁干擾日益嚴重，為了保證交通控制的可靠穩(wěn)定，我們選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的 PLC； （ 4）近年來 PLC 的性能價格比有較大幅度的提高，是的實際應用成為可能。 2 2 PLC 及 PLC 簡介 PLC 簡介 可編程控制器簡稱 —— PLC 是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發(fā)展而來的一種新型工業(yè)控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。據統(tǒng)計，可編程控制器是工業(yè)自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為，可編程控制器將成為今后工業(yè)控制的主要手段和重要的基礎設備之一， PLC、機器人、 CAD/CAM 將成為工業(yè)生產的三大支柱。 可編程控制器（ PLC）是用來取代控制系統(tǒng)中的繼電器的一種設備，它通過檢測輸入端口，并根據輸入端口的狀態(tài)，按照程序控制輸出口，可編程控制器的程序一般要使用 一定的軟件編寫，使用人員通過輸入預先編寫的程序，使可編程控制器按預定的控制方案執(zhí)行控制任務。目前大多數(shù)城市采用的交通信號燈指揮控制系統(tǒng)，采用電子線路加繼電器構成，也有少數(shù)采用單片機構成。對信號燈的要求也越來越高，采用電子線路加繼電器的控制方式，則需要加入大量的中間繼電器，時間繼電器，計數(shù)器等器件。而且交通控制智能化需要按實際情況而改變參數(shù)，如使用繼電器控制，則很難實現(xiàn)。如使用單片機控制，則需要引入大量 I/O 接口電路、硬件設計，而且這兩種控制方式的抗干擾能力十分有限。采用可編程控制器對交通信號燈進行管理，技能 滿足控制要求，又具有高的抗干擾和穩(wěn)定性。 PLC 的一般結構 可編程控制器的結構分類 (1)按硬件的結構類型分類：編程控制器是專門為工業(yè)生產環(huán)境設計的。為了便于在工業(yè)現(xiàn)場安裝，便于擴展，方便接線，其結構與普通計算機有很大區(qū)別，常見的有箱體式，模塊式，及疊裝式三種結構。 箱體式 PLC 一般用于規(guī)模小，輸入輸出點數(shù)固定，不需要擴展的場合。模塊式PLC一般用于規(guī)模較大，輸入輸出點數(shù)多，輸入輸出點數(shù)比例靈活的場合。疊裝式 PLC具有二者的優(yōu)點。 (2)按應用 規(guī)模及功能分類：為了適應不同工業(yè)生產過程的應用要求， PLC能夠 3 處理的輸入信號數(shù)量是不一樣的。一般將一路信號稱作一個店，將輸入輸出點數(shù)的總和稱為機器的點。按照點數(shù)的多少，可將 PLC分為超小，小，中，打，超大等五類型如下 表 21所示： 表 21 PLC 按規(guī)模分類 超小型 小型 中型 大型 超大型 64點以下 64— 128點 128— 512點 512— 8192點 8192點以上 可編程控制器的配置 可編程控制器雖然外觀各異，但硬件結構大體相同。主要由中央處理器（ CPU），存儲器（ RAM/ROM），輸入輸出（ I/O 接口） ,電源及編程設備幾大部分組成。 PLC 的硬件結構框圖如下 圖 22所示： 接受 驅動 現(xiàn) 場信號 受控元 件 圖 22 基本構成 （ 1） CPU 的構成： PLC 中的 CPU 是 PLC 的核心，起神經中樞的作用，每臺 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(shù)據，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)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。 與通用計算機一樣，主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據、控制及狀態(tài)總線 構成，還有外圍芯片、總線接口及有關電路。它確定了進行控制的規(guī)模、工作速度、內存容量等。內存主要用于存儲程序及數(shù)據，是 PLC 不可缺少的組成單元。 輸入接口部件 中央處理單元 CPU板 電 源 部 件 接口部件輸出 4 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。 CPU 的運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。 CPU 的寄存器參與運算，并存儲運算的中間結果，它也是在控制器指揮下工作。 CPU 雖然劃分為以上幾個部分，但 PLC 中的 CPU 芯片實際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對 CPU 內部的詳細分析已無必要，我們只要弄清它在 PLC 中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。 CPU 模塊的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設定或控制開關。一般講， CPU 模塊總要有相應的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運行顯示、故障顯示等。箱體式 PLC 的主箱體也有這些顯示。它的總線接口，用于接 I/O 模板或底板，有內存接口，用于安裝內存，有外設口，用于接外部設備，有的還有通訊口，用于進行通訊。CPU模塊上還有許多設定開關，用以對 PLC 作設定，如設定起始工作方式、內存區(qū)等。 （ 2） I/O 模塊： PLC 的對外功能，主要是通過各種 I/O 接口模塊與外界聯(lián)系的，按 I/O 點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量， I/O 模塊可多可少，但其最大數(shù)受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。 I/O模塊集成了 PLC的 I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。 （ 3）電源模塊：有些 PLC 中的電源，是與 CPU 模塊合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為 PLC 各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V 的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流 220VAC 或 110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為 24V。 （ 4）底板或機架：大多數(shù)模塊式 PLC 使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使 CPU 能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。 （ 5） PLC 的外部設備：外部設備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類 ①編程設備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)作一些設定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是 PLC 開發(fā)應用、監(jiān)測運行、檢查