【正文】 第四章 智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 電子警察監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計 系統(tǒng)概述電子警察安裝于城市交通路口，24 小時全天候?qū)`法闖紅燈的機(jī)動車輛進(jìn)行記錄。比較東西、南北道路的車輛滯留量，若比較結(jié)果是即東西空道，再看南北是否為空道，如果是空道，然后再判斷系統(tǒng)是否需要智能控制環(huán)節(jié)；如果南北不是空道，則南北綠燈放行，直到恢復(fù)正常；如果東西不是空道，則東西綠燈放行，直至恢復(fù)正常運行。南北方向道路亮紅燈狀態(tài)過程中，南北紅燈亮 25s，需計時器設(shè)定延時 25s，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)南北綠燈亮；同時東西綠燈亮 20s，需計時器設(shè)定延時 20s，才會轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西綠燈閃 3s，計時 3s，轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西黃燈亮，延時 2s，轉(zhuǎn)入下一狀態(tài)東西紅燈亮。 系統(tǒng)的設(shè)計要求1．能控制十字路口東西南北的通行，通過定時器控制通行和禁止通行的時間；2．利用 PLC 的相關(guān)知識實現(xiàn)交通高峰低峰的通行時間的智能調(diào)整；3．在智能交通信號控制系統(tǒng)中加入電子警察抓拍違章系統(tǒng)。 系統(tǒng) 設(shè)計方案系統(tǒng)總體設(shè)計分為兩部分：通過語言描述的形式，對電子警察監(jiān)控系統(tǒng)抓拍違規(guī)肇事等現(xiàn)象進(jìn)行了簡單的概述和系統(tǒng)的分析，對各種有可能出現(xiàn)的事故現(xiàn)象和抓拍形式以及電子警察的各項技術(shù)指標(biāo)做了全面的闡述和概括。以交通信號監(jiān)控系統(tǒng)為整套設(shè)計方案的中心，提出一套可行性方案。(5)工業(yè)軟件發(fā)展迅速，與 PLC 硬件系統(tǒng)的發(fā)展相適應(yīng)，工業(yè)軟件的發(fā)展非常迅速，它是系統(tǒng)應(yīng)用更加簡單易行，大大方便了 PLC 控制系統(tǒng)的開發(fā)人員和操作使用人員。使用工業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以有效的節(jié)省能源，降低成本，可以提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性，知識網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用有普遍化的趨勢。(2)模塊化， PLC 的擴(kuò)展模塊發(fā)展迅速，明確化、專業(yè)化的復(fù)雜功能有專門模塊來完成，主機(jī)單元僅僅通過通信設(shè)備向各模塊發(fā)布命令和測試狀態(tài)這使 PLC 系統(tǒng)進(jìn)一步增強，控制系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)一步簡化。小型 PLC 由整體式結(jié)構(gòu)向小型模塊結(jié)構(gòu)發(fā)展，增加了配置的靈活性，操作使用十分便捷。 最新發(fā)展趨勢PLC 總的發(fā)展趨勢是向高集成度、小體積、大容量、高速度、易使用、高性能方向發(fā)展。（4）數(shù)據(jù)處理：目前，大多數(shù) PLC 都配置有不同數(shù)量的數(shù)據(jù)處理指令，具有算數(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序和查表等功能，可以采集、分析和處理數(shù)據(jù)。當(dāng)每個軸移動時，通過位置控制模板保持適當(dāng)?shù)乃俣然蚣铀俣?，確保運動平衡。（2）運動控制：很多 PLC 生產(chǎn)商提供了拖動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模板。特別是在發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，PLC 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于所有的工業(yè)部門，隨著性價比的提高，PLC 的應(yīng)用領(lǐng)域還會不斷擴(kuò)大。主要總結(jié)如下：北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文10 的應(yīng)用領(lǐng)域作為一種新型通用控制器，PLC 可以應(yīng)用與所有的工業(yè)領(lǐng)域。同時 PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信功能有利于實現(xiàn)分散控制、遠(yuǎn)程控制、集中管理等功能，與同等規(guī)?；虺杀镜睦^電器控制系統(tǒng)相比，無論其功能和性能，都具有無可比擬的優(yōu)勢。一臺小型 PLC 所具備的元件數(shù)量就可達(dá)成百上千個，相當(dāng)于過去一個大規(guī)模甚至超大規(guī)模的繼電器控制系統(tǒng)。，性價比高。，能耗低；由軟件實現(xiàn)的邏輯控制，可以大量減少繼電器、定時器的數(shù)量。；PLC 有完善的故障診斷功能，可以根據(jù)裝置上的發(fā)光二極管和軟件提供的故障信息，方便的查明故障源。，開發(fā)工作量小，周期短；由于 PLC 的系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化及良好的擴(kuò)展性和聯(lián)網(wǎng)性能，在大多數(shù)情況下，PLC 系統(tǒng)是一個比較好的選擇。，控制系統(tǒng)具有良好的柔性；當(dāng)生產(chǎn)工藝和流程進(jìn)行局部的調(diào)整和改動時，通常只需對 PLC 的程序進(jìn)行改動，或者配合以外圍電路的局部調(diào)整即可實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的改造。 PLC 的特點，抗干擾能力強北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文9傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，采用了大量的中間繼電器、時間繼電器、計數(shù)器等器件，使控制柜的設(shè)計、安裝、接線工作量大大減少。這時輸出鎖存器的內(nèi)容要等到下一個掃描周期的輸出階段的到來才會被刷新。程序執(zhí)行階段的特點是依次順序執(zhí)行指令。PLC 執(zhí)行指令程序時，要讀入輸入映像寄存器的狀態(tài)（ON 或 OFF，即 1 或 0）和其他編程元件的狀態(tài)，除輸入繼電器外，一些編程元件的狀態(tài)隨著指令的執(zhí)行不斷更新。輸入映像寄存器的狀態(tài)被刷新后，將一直保存，直至下一個循環(huán)才會被重新刷新，所以當(dāng)輸入采樣階段結(jié)束后，如果輸入設(shè)備的狀態(tài)發(fā)生變化，也只能夠在下一個周期才能被傳送到 PLC。 PLC 的工作原理PLC 的工作原理既不同于公用計算機(jī)，也不同于繼電器控制系統(tǒng)。(3）存儲設(shè)備：有存儲卡、存儲磁帶、軟磁盤或只讀存儲器，用于永久性的存儲用戶數(shù)據(jù)，使用戶程序不丟失，如 EPROM、EEPROM 寫入器等。(2）監(jiān)控設(shè)備：有數(shù)據(jù)監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文8外部設(shè)備是 PLC 系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類：(1)編程設(shè)備：有簡易編程器和智能圖形編程器，用于編程、對系統(tǒng)做一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況?，F(xiàn)在幾乎所有的 PLC 新產(chǎn)品都有通信聯(lián)網(wǎng)功能，和計算機(jī)一樣具有 RS232 接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜可以在幾公里甚至幾十公里范圍內(nèi)交換信息。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出“網(wǎng)絡(luò)就是控制器”的觀點說法。人機(jī)界面：最簡單的人機(jī)界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏式）的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，有計算機(jī)（運行組態(tài)軟件）充當(dāng)人機(jī)界面非常普遍。 系統(tǒng)的其他設(shè)備編程設(shè)備：編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)控運行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，用于編程并對系統(tǒng)做一些設(shè)定、監(jiān)控 PLC 及 PLC 所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不參與現(xiàn)場控制運行。輸入模塊將電信號轉(zhuǎn)換進(jìn)入 PLC 系統(tǒng)，輸出模塊相反。如果沒有一個良好的可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視，一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)可以不采取其他措施，而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去。 PLC 存儲空間的分配雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據(jù) PLC的工作原理其存儲空間一般包括以下三個區(qū)域：系統(tǒng)程序存儲區(qū)； 系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)包括 I/O 映象區(qū)和系統(tǒng)軟設(shè)備等。EPROM Erasable Programmable Read Only Memory，這是一種可擦除的只讀存儲器，在斷電情況下存儲器內(nèi)的所有內(nèi)容保持不變在紫外線連續(xù)照射下可擦除存儲器內(nèi)容。 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器，存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。在使用者看來，不必要詳細(xì)分析 CPU 的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機(jī)制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU 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(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。CPU 是 PLC 的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套 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(jù)，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(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和 PLC 內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。當(dāng) PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后，按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)，等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行直到停止運行。其結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O 板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。于 1977 年開始工業(yè)應(yīng)用。1973 年，西歐國家也研制出它們的第一臺 PLC。這一新型工業(yè)控制裝置的出現(xiàn)，也受到了世界其他國家的高度重視。這種新型的工業(yè)控制裝置以其簡單易懂，操作方便，可行性高，使用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，很快地在美國其他工業(yè)領(lǐng)域推廣應(yīng)用。2. PLC 的由來 早期工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的電氣自動控制系統(tǒng)是繼電器接觸器控制系統(tǒng)，簡稱繼電器控制系統(tǒng)，隨著 20 世紀(jì)工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，市場競爭越來越激烈，工業(yè)產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期日趨縮短，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)難以滿足現(xiàn)代社會小批量、多品種、低成本、高質(zhì)量生產(chǎn)方式的生產(chǎn)控制要求，為了改變這一現(xiàn)狀，美國通用汽車北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文5公司在 1969 年公開招標(biāo)，要求用新的控制裝置取代繼電器控制裝置，并提出了十項招標(biāo)指標(biāo)，也就是就是著名的“GM10 條” ，即： （1）編程方便，現(xiàn)場可修改程序；（2）維修方便，采用模塊化結(jié)構(gòu)；（3）可靠性高于繼電器控制裝置；（4）體積小于繼電器控制裝置； （5）數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機(jī)；（6）成本可與繼電器控制裝置競爭；（7）輸入可以是交流 115V；（8）輸出為交流 115V，2A 以上，能直接驅(qū)動電磁閥，接觸器等； （9）在擴(kuò)展時，原系統(tǒng)只要很小變更； （10）用戶程序存儲器容量至少能擴(kuò)展到 4KB。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅(qū)動能力?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計。以后國際電工委員會（IEC）又先后頒布了 PLC 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿，并在 1987 年 2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。用來執(zhí)行諸如邏輯，順序，計時，計數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊，以控制各種機(jī)械或工作程序。 PLC 問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。第二章 可編程程序控制器（PLC）的概要 PLC 的定義及由來 1. PLC 的定義 可編程控制器 Programmable Controller 是計算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計制造的。以交通信號監(jiān)控系統(tǒng)為整套設(shè)計方案的中心，提出一套可行性方案。由于現(xiàn)代社會城市化速度越來越快、國民經(jīng)濟(jì)的高速增長、全球經(jīng)濟(jì)的一體化進(jìn)程加快、個人旅行與休閑時間的不斷增加以及人們對交通需求越來越高，智能交通便成為現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，又由于 PLC 技術(shù)相較于單片機(jī)技術(shù)和繼電器技術(shù)有如下優(yōu)點：功能