【正文】 通狀況。而城市高速道路在構(gòu)造上的特點(diǎn)，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路與普通道路耦合處交通狀況的制約。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(jìn)國家已采用智能方式來控制交通信號。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，國民生活水平不斷提高，私家車輛的數(shù)量大幅度的增加，道路擁擠的問題日益突出，智能交通系統(tǒng)一定會得到廣泛應(yīng)用。1991 年美國通過“地面交通效率法” （ISTEA） ，俗稱“冰茶法案” ，從此美國的 IVHS 研究開始進(jìn)入宏觀運(yùn)作階段。之后，歐洲、日本等也相繼加入了這一行列。美國是當(dāng)今世界在 ITS 開發(fā)領(lǐng)域發(fā)展最快的國家，它從上個世紀(jì)80 年代開始，先后開展了與智能汽車技術(shù)相關(guān)的 PATH、IVI、VII 和 CVHAS 等國家項(xiàng)目1995 年 3 月美國交通部正式出版了“國家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃” ，明確規(guī)定了智能交通系統(tǒng)的 7 大領(lǐng)域和 29 個用戶服務(wù)功能目前 7 大領(lǐng)域包括：出行和交通關(guān)系系統(tǒng)、出行需求管理系統(tǒng)、公共交通運(yùn)營系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)營系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、先進(jìn)的車輛控制和安全系統(tǒng)。日本政府主導(dǎo)的先進(jìn)安全汽車 ASV 項(xiàng)目已于 2022 年取得初步實(shí)用化成果。70 年代中至 80 年代初，主要是進(jìn)行城市交通信號控制試驗(yàn)研究，80 年代中至 90 年代初，在一些大城市引進(jìn)和消化城市交通信號控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一些（高速）公路監(jiān)控系統(tǒng)、高等級公路電子收費(fèi)系統(tǒng)和路邊信息服務(wù)系統(tǒng)。 課題的建立以及本文完成的主要工作在十字路口設(shè)置交通燈可以對交通進(jìn)行有效的疏通，并為交通參與者的安全提供了強(qiáng)有力的保障。如何改善交通燈控制系統(tǒng)，使其適應(yīng)現(xiàn)在的交通狀況，成為研究的課題。然而，實(shí)際上車輛流量的變化往往是不確定的，有的路口在不同的時段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計的方法已不能適應(yīng)迅猛發(fā)展的交通現(xiàn)狀，更為現(xiàn)實(shí)的需要是能有一種能夠根據(jù)流量變化情況自適應(yīng)控制的交通燈。由于十字路口不同時刻車輛的流量是復(fù)雜的、隨機(jī)的和不確定的，采用固定時間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。智能交通系統(tǒng)（ITS——Intelligent Transport Systems）ITS 是一個跨學(xué)科、信息化、系統(tǒng)化的綜合研究體系，其主要內(nèi)容是：將先進(jìn)的人工智能技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息與通訊技術(shù)及電子傳感技術(shù)等有效的集成，并應(yīng)用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。由于交通系統(tǒng)具有較強(qiáng)的非線性、模糊性和不確定性，是一個典型的分布式非線性系統(tǒng)，而且具有多種信息來源、多種傳感器的特點(diǎn)，用傳統(tǒng)的理論與方法很難對其進(jìn)行有效的控制。智能交通的發(fā)展是現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的客觀要求，交通運(yùn)輸是國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代社會發(fā)展的基礎(chǔ)。所以課題選用先進(jìn)的西門子公司的小型 PLC 設(shè)備 S7200 作平臺。其中具體包括：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；北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文42．利用 PLC 的相關(guān)知識實(shí)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)。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器 Programmable Logic Controller，簡稱 PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。但是為了避免與個人計算機(jī) Personal Computer 的簡稱混淆，所以將可編程控制器簡稱 PLC。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國電器制造商協(xié)會 NEMA（ National ElectricalManufactory Association）經(jīng)過四年的調(diào)查工作，于 1984 年首先將其正式命名為 PC（Programmable Controller） ，并給 PC 作了如下定義:PC 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。一部數(shù)字電子計算機(jī)若是從事執(zhí)行 PC 子功能，亦被視為 PC，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。 ”總之，可編程控制器是一臺計算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計制造的計算機(jī)。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計編制。 1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司（DEC）研制出第一臺 PLC，在美國通用汽車自動裝配線上試用，獲得了成功。到 1971 年，已經(jīng)成功地應(yīng)用于食品、飲料、冶金、造紙等工業(yè)。1971 年，日本從美國引進(jìn)了這項(xiàng)新技術(shù)，很快研制出了日本第一臺 PLC。我國從1974 年開始研制。 PLC 的基本結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)與微型計算機(jī)從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。 CPU 中央處理單元 CPU 是 PLC 的控制中樞，它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)、檢查電源、存儲器 I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)；并能診斷用戶程序中的語法錯誤。為了進(jìn)一步提高 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文6PLC 的可靠性近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)，這樣即使某個 CPU 出現(xiàn)故障整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去指揮有關(guān)的控制電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。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。運(yùn)算器用于進(jìn)行數(shù)字或邏輯運(yùn)算，在控制器指揮下工作。CPU 速度和內(nèi)存容量是 PLC 的重要參數(shù)，它們決定著 PLC 的工作速度、I/O 數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 PLC 常用的存儲器類型 RAM Random Assess Memory，這是一種讀/寫存儲器隨機(jī)存儲中央處理單元（CPU）編程器輸出電路輸入電路系統(tǒng)程序存儲器 系統(tǒng)程序存儲器 電源圖 21 PLC 基本結(jié)構(gòu)圖北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文7器 ，其存取速度最快，由鋰電池支持。EEPROMElectrical Erasable Programmable Read OnlyMemory，這是一種電可擦除的只讀存儲器，使用編程器就能很容易地對其所存儲的內(nèi)容進(jìn)行修改。 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。PLC 與電路回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的，I/O 模塊集成了 PLC的 I/O 電路，其輸入暫存器反應(yīng)輸入信號狀態(tài)，輸出點(diǎn)反應(yīng)輸出鎖存器狀態(tài)。I/O 分為開關(guān)量輸入（DI） ，開關(guān)量輸出（DO）,模擬量輸入（AI） ，模擬量輸出（AO）等模塊。小編程 PLC 一般有手持型編程器，一般由計算機(jī)（運(yùn)行編程軟件）充當(dāng)編程器，也就是我們所說的上位機(jī)。 的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進(jìn)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效的收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。 PLC 具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使 PLC 與 PLC 之間、PLC 與上位計算機(jī)以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一整體實(shí)現(xiàn)分散集中控制。當(dāng)然，PLC 之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC 與計算機(jī)之間的通訊，一些廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議靠攏，這將使不同機(jī)型的 PLC 之間、PLC 與計算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行通信與聯(lián)網(wǎng)。編程器是 PLC 開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場控制運(yùn)行。直接監(jiān)視數(shù)據(jù)或通過畫面監(jiān)視數(shù)據(jù)。(4）輸入輸出設(shè)備：用于接收信號或輸出信號，一般有條碼讀入器、輸入模擬量的電位器、打印機(jī)等。它的工作過程以循環(huán)掃描的方式進(jìn)行，當(dāng) PLC 處于運(yùn)行狀態(tài)時，其運(yùn)行周期可以分為三個基本周期：在這個階段，PLC 逐步掃描每個輸入端口，將所有輸入設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)保存到相應(yīng)的存儲區(qū)，把專用于存儲輸入設(shè)備狀態(tài)的存儲區(qū)稱為輸入映像寄存器。CPU 從 0000 地址的第一條指令開始，依次逐條執(zhí)行各指令，直到執(zhí)行到最后一條指令。CPU按程序給定的要求進(jìn)行邏輯運(yùn)算和算術(shù)運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果存入相應(yīng)的元件映像寄存器，把將要向外輸出的信號存入輸出映像寄存器，并由輸出鎖存器保存。CPU 將輸出映像寄存器的狀態(tài)經(jīng)輸出鎖存器和 PLC 的輸出端子，傳送到外部去驅(qū)動接觸器、電磁閥和指示燈等負(fù)載。這種輸出工作方式稱為集中輸出方式。PLC 采用了一系列硬件和軟件抗干擾措施，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，平均無故障時間達(dá)到數(shù)萬小時以上，可以直接用于有強(qiáng)烈干擾的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，PLC 已被廣大用戶公認(rèn)為最可靠的工業(yè)設(shè)備之一。，使用方便； 梯形圖語言是 PLC 最重要也是最普及的一種語言，其電路符號與表達(dá)方式與繼電器原理圖相似，讀者可很快掌握梯形圖語言，并用來編制用戶程序。他不僅能夠完成多數(shù)情況下的控制需求，還能夠大量節(jié)省系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試的時間和工作量。而由于 PLC 的體積小并且有些采用模塊化結(jié)構(gòu)，因而可以通過更換整機(jī)或模塊迅速排除故障。一臺小型的 PLC，只相當(dāng)于幾個繼電器的體積，控制系統(tǒng)所消耗的能量也大大降低。用戶程序所要實(shí)現(xiàn)的邏輯控制，需要的繼電器、中間繼電器、定時器、計數(shù)器等功能元件都由存儲單元來替代，因而數(shù)量非常大。另外 PLC 提供的軟元件觸電可以無限次使用，方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。 PLC 控制系統(tǒng)的總結(jié)與展望近十年來，PLC 應(yīng)用越來越廣泛，其主要原因是：一方面由于微處理器芯片的價格大幅度降低，使得 PLC 的成本降低；另一方面由于 PLC 的功能大大加強(qiáng)，它也能解決復(fù)雜的計算和通信問題。目前，國內(nèi)外已經(jīng)將PLC 應(yīng)用于鋼鐵、石化、機(jī)械制造、汽車裝配、電力等各個行業(yè)，并且取得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益。PLC 應(yīng)用領(lǐng)域概括起來大致可以分為以下幾個方面：（1）順序控制：是 PLC 應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域主要用于取代傳統(tǒng)的繼電器順序控制。在多數(shù)情況下，PLC 把描述位置的數(shù)據(jù)送給模板，模板移動一軸或數(shù)軸位置到目標(biāo)位置。（3）過程控制：是指對生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、液位等條件的閉環(huán)控制。（5）聯(lián)網(wǎng)及通信：現(xiàn)代 PLC 具有聯(lián)網(wǎng)和通信功能，可以組成 PLC 局域網(wǎng)，構(gòu)成“集中管理，分散控制”的分布式控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn) PLC 與 PLC 之間的