基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生 健 學(xué) 號(hào) 06040216 所在系（院） 電子與自動(dòng)化系 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 電子科學(xué)與技術(shù) 年 級(jí) 06級(jí) 指導(dǎo)教師 靜 職 稱(chēng) 助教 2010年 6 月 1 日37 / 44郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信聲明本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），題目 是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致中所羅列的容以外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得郵電大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。申請(qǐng)學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。

2、本人簽名： 日期：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）使用權(quán)的說(shuō)明本人完全了解郵電大學(xué)世紀(jì)學(xué)院有關(guān)保管、使用論文的規(guī)定，其中包括：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門(mén)送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存論文；學(xué)?？稍试S論文被查閱或借閱；學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分容。本人簽名： 日期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：目 錄1 前言11.1 課題的目的和意義11.2 交通信號(hào)燈的發(fā)展概況21.3 課題的主要容31.4 主要完成的工作42交通信號(hào)燈與PLC介紹52.1 交通信號(hào)燈的介紹52.1.1 交通信號(hào)燈52.1.2 信號(hào)燈的設(shè)置52.1.3

3、交通信號(hào)的控制方式62.1.4 智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)的基本組成72.1.5 交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要術(shù)語(yǔ)和參數(shù)82.2PLC介紹102.2.1PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展背景102.2.2 PLC的工作原理102.2.3 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)122.2.4 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域142.2.5 PLC控制系統(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)152.3 PLC機(jī)型的選擇162.3.1 方案的分析比較162.3.2 PLC的選型173 交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)203.1 交通信號(hào)燈系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)203.2 通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)213.3 交通信號(hào)燈梯形圖244 系統(tǒng)測(cè)試294.1 系統(tǒng)驗(yàn)證平臺(tái)294.2 常規(guī)檢查294.3 系統(tǒng)

4、調(diào)試294.4 系統(tǒng)驗(yàn)證中所遇到的問(wèn)題294.5 問(wèn)題解決方案305 總結(jié)31致32參考文獻(xiàn)33附錄34題目 基于PLC的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車(chē)、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控重要的組成部分。隨著城市機(jī)動(dòng)車(chē)量的不斷增加，自80年代后期,許多大城市如、等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好城市高速道路，緩解交通擁堵?tīng)顩r，越來(lái)越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門(mén)亟待解決的

5、主要問(wèn)題。傳統(tǒng)的交通信號(hào)燈控制一般采用電子線(xiàn)路和繼電器實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性低，故障率高,較難實(shí)現(xiàn)功能的變更。而可編程控制器(PLC)以微處理器為核心，具有可靠性高，控制功能強(qiáng)，使用靈活方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是由PLC實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)，普遍采用依據(jù)繼電接觸器控制系統(tǒng)電氣原理圖編制的梯形圖語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可方便地設(shè)置定時(shí)時(shí)問(wèn)，編程容易，功能擴(kuò)展方便，修改靈活等，并且有完善的自診斷和顯示功能，維修工作極為簡(jiǎn)單。本文就是基于可編程控制通過(guò)調(diào)試完成對(duì)交通信號(hào)燈的控制設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞 可編程控制器 交通燈 設(shè)計(jì)Title PLC-based automatic control

6、 system for traffic lights AbstractAlong with the development of the society economy, the city transportation problem causes peoples concern more and more. The coordination of the person, car, and the road threes relation, have become one of the important problems that the transportation management

7、section demand resolve. The city transportation control system is the calculator that used for the city transportation data monitor, the transportation signal beacon control and transportation to appease comprehensive management system, it is in the modern city transportation supervision conductor s

8、ystem to constitute part most importantly.Because of the features including visual procedures, good readability, easy to modify parameters etc .But programmable preface controller PLC is proved that this control system has many advantages such as reliable operation and small maintenance workload aft

9、er putting into operation. And it also realized the automatic and scientific operations. It has high reference value. Therefore, I choose to use PLC to carry out the design of the system function, completion originally time the lesson establish of topic.KeywordsProgrammable Logic ControllerTransport

10、ation lightDesign1 前言1.1 課題的目的和意義 可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）是以微處理機(jī)為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代化科技而發(fā)展起來(lái)的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置，是將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的新產(chǎn)品。它采用可編程序的存儲(chǔ)器,其部存貯執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令,并通過(guò)數(shù)字的、模擬的輸入和輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊绦蚩刂破髋c其有關(guān)設(shè)備,都是按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)的。PLC 自產(chǎn)生至今只有30 多年的歷史,卻得到了迅速發(fā)展和

11、廣泛應(yīng)用,成為當(dāng)代工業(yè)自動(dòng)化的主要支柱之一。 PLC技術(shù)展的最終趨勢(shì)仍然是人們所爭(zhēng)論的焦點(diǎn)之一。大多數(shù)人認(rèn)為，PLC將會(huì)繼續(xù)失去市場(chǎng)份額；更有甚者認(rèn)為，在工業(yè)PC面前，PLC將會(huì)一步一步走向死亡；但也有一部分人相信，一些特殊工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域仍將為PLC提供一定的市場(chǎng)份額。在全球工業(yè)計(jì)算機(jī)控制領(lǐng)域，圍繞開(kāi)放與再開(kāi)放過(guò)程控制系統(tǒng)、開(kāi)放式過(guò)程控制軟件、開(kāi)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(shì)也許不會(huì)繼續(xù)發(fā)展下去。隨著軟件PLC(SoftPLC)控制組態(tài)軟件技術(shù)的誕生與進(jìn)一步完善和發(fā)展，安裝有SoftPLC組態(tài)軟件和基于工業(yè)PC控制系統(tǒng)的市場(chǎng)份額正在逐步得到增長(zhǎng)，這些事實(shí)使傳統(tǒng)

12、PLC供應(yīng)商在思想上已經(jīng)發(fā)生了戲劇性的變化，他們必須面對(duì)現(xiàn)實(shí)，在傳統(tǒng)PLC的技術(shù)發(fā)展與提高方面作出更加開(kāi)放的高姿態(tài)。對(duì)于控制軟件來(lái)講，這是PLC控制器的核心，PLC供應(yīng)商正在向工業(yè)用戶(hù)提供開(kāi)放式的編程組態(tài)工具軟件，而且對(duì)于工業(yè)用戶(hù)表現(xiàn)得非常積極。此外，開(kāi)放式通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了突破，其結(jié)果是將PLC融入更加開(kāi)放的工業(yè)控制行業(yè)。 隨著PLC 性能價(jià)格比的不斷提高,一些過(guò)去使用專(zhuān)用計(jì)算機(jī)的場(chǎng)合,也轉(zhuǎn)向使用PLC，PLC 的應(yīng)用圍在不斷擴(kuò)大。在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中,PLC 技術(shù)和機(jī)器人以與CAD/ CAM技術(shù)將并列成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱。鑒于PLC 這種新型工業(yè)控制裝置在工業(yè)應(yīng)用中的重要性和廣

13、泛性,為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的需求，畢業(yè)設(shè)計(jì)中PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的選題有著重要的意義。 交通信號(hào)燈是隨著交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展。交通信號(hào)燈成為了不可缺少，不可代替的交通指揮工具。實(shí)際應(yīng)用時(shí), 指示等信號(hào)要求的PLC 機(jī)I/O (輸入/輸出) 點(diǎn)較多, 而其可靠性對(duì)交通信號(hào)燈運(yùn)行影響不大, 因此可仍保留這部分電路, 即局部替代。但全部PLC化能充分發(fā)揮PLC 系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì), 其主要表現(xiàn)在： (1) 故障率低。繼電器機(jī)械觸點(diǎn)易氧化, 動(dòng)作壽命有限; 而PLC 系統(tǒng)本身幾乎無(wú)故障,外圍電路僅配少量安全必須的繼電器和必要的接觸器。 (2) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單: 繼電器系統(tǒng), 層站越高采用的繼電器越多, 而PLC系統(tǒng)

14、加上擴(kuò)展單元, 無(wú)論層站多少, 僅用一個(gè)中型控制柜即可。 (3) 功能性強(qiáng)。復(fù)雜電路繼電器邏輯不易實(shí)現(xiàn), 用PLC 機(jī)可設(shè)計(jì)更多的功能。PLC 機(jī)還具備停電記憶功能, 可保護(hù)斷電前的狀態(tài)。 性高，程序設(shè)計(jì)方便靈活隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人們對(duì)交通信號(hào)燈要求的日益提高，在用交通信號(hào)燈的改造正朝著實(shí)用化、舒適化、美觀化等方向發(fā)展。經(jīng)改造后的交通信號(hào)燈，由于采用了PLC、變頻器等先進(jìn)元器件與智能控制技術(shù)，使原交通信號(hào)燈的控制設(shè)備大為簡(jiǎn)化，消除了不少交通信號(hào)燈故障的根源，可靠性大幅度提高控制功能增加，運(yùn)行效率也逐步提高。改造后收到的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，致使交通信號(hào)燈改造的發(fā)展勢(shì)頭很猛，普與也很快。

15、 綜上所述，本畢業(yè)設(shè)計(jì)選題以交通信號(hào)燈的PLC控制系統(tǒng)作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。 1.2 交通信號(hào)燈的發(fā)展概況 1868 年，英國(guó)倫敦的威斯明斯特地區(qū)安裝了世界上第一臺(tái)交通信號(hào)燈，揭開(kāi)了城市交通信號(hào)燈控制的序幕。1926 年，英國(guó)人首次安裝和使用自動(dòng)化的控制器來(lái)控制交通信號(hào)燈，標(biāo)志著城市交通自動(dòng)控制的開(kāi)始。 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(kāi)始了交通控制發(fā)展史的新紀(jì)元。1967 年英國(guó)運(yùn)輸與道路研究實(shí)驗(yàn)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(shí)方案，它的廣泛應(yīng)用，把交

16、通控制技術(shù)推向更高的發(fā)展階段。后來(lái) TRRL 在 TRANSYT 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了 SCOOT 系統(tǒng)，澳大利亞開(kāi)發(fā)了 SCATS 自適應(yīng)控制系統(tǒng)，這成為世界上兩個(gè)最優(yōu)秀的城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)。 進(jìn)入 90 年代以來(lái)，智能運(yùn)輸系統(tǒng)（ ITS ）這一全新的交通模式應(yīng)用，對(duì)于改善城市交通狀況起了很大作用。 ITS 主要包括先進(jìn)交通管理系統(tǒng)（ ATMS ）、先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)（ ATIS ）、先進(jìn)的車(chē)輛系統(tǒng)（ AVCS ）、先進(jìn)的公共運(yùn)輸系統(tǒng)（ APTS ）和商用車(chē)輛運(yùn)輸系統(tǒng)（ CVOS ）等等。 ATMS 是利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)將交通管理系統(tǒng)和車(chē)輛作為整體的系統(tǒng)，其主要目標(biāo)是是實(shí)現(xiàn)城市道路與市際高速公

17、路綜合網(wǎng)絡(luò)的一體化管理。交通控制系統(tǒng)是 ATMS 的一個(gè)基本實(shí)施手段，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，也取得了很好的效果。自80 年代以來(lái)，我國(guó)的一些大城市引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的交通控制系統(tǒng)，比如 、引進(jìn)了澳大利亞SCATS 系統(tǒng)，、引進(jìn)了英國(guó)SCOOT 系統(tǒng)。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(méi)有從根本上解決這些大城市交通擁堵的交通狀況。2000年，隨著國(guó)家公安部提出“暢通工程”的要求，各地都采用智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的理論，利用計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)等高科技手段來(lái)解決城市的交通問(wèn)題，加強(qiáng)了交通管理系統(tǒng)和交通控制系統(tǒng)的建設(shè)。 1.3 課題的主要容 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基礎(chǔ)

18、知識(shí)，基本技能分析解決實(shí)際問(wèn)題的基本能力以與協(xié)作能力。根據(jù)專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握電氣控制系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法和步驟。使學(xué)生受到PLC系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的綜合訓(xùn)練，達(dá)到能夠進(jìn)行PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施的目的。 本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)與目的是：設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用PLC對(duì)交通信號(hào)燈模型進(jìn)行控制的模擬系統(tǒng)。 采用PLC控制方法,它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型交通信號(hào)的生產(chǎn)過(guò)程。PLC與其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。 1.4 主要完成的工作此次畢

19、業(yè)設(shè)計(jì)全文共分五章，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)展概況與課題研究的主要容；第二章主要講了交通信號(hào)燈控制的基本理論、信號(hào)燈的設(shè)置、交通信號(hào)的控制方式、城市道路智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)與其應(yīng)用綜述包括控制系統(tǒng)的發(fā)展背景、系統(tǒng)的特點(diǎn)、控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域、控制系統(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),與PLC機(jī)型的選擇：第三章介紹了交通信號(hào)燈系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，梯形圖；第四章介紹了系統(tǒng)測(cè)試；第五章是總結(jié)，最后是附錄和參考文獻(xiàn)。2 交通信號(hào)燈與PLC介紹2.1 交通信號(hào)燈的介紹2.1.1交通信號(hào)燈在道路上用來(lái)傳遞具有法定意義指揮交通流通行或停止的光、聲、手勢(shì)等，都是交通信號(hào)。交通信號(hào)是在空間上

20、無(wú)法實(shí)現(xiàn)分離原則的地方，主要在平面交叉口上，用來(lái)在時(shí)間上給交通流分配通行權(quán)的一種交通指揮措施。交通信號(hào)燈用輪流顯示不同燈色來(lái)指揮交通的通行或停止。隨著信號(hào)燈的發(fā)展，各國(guó)使用的信號(hào)燈存在不同的差別，各自給信號(hào)燈賦予不同的含義。我國(guó)目前使用的信號(hào)燈基本上與國(guó)際規(guī)定一致，具體含義如下:(l)綠燈亮?xí)r，允許車(chē)輛、行人通行，但轉(zhuǎn)彎的車(chē)輛不準(zhǔn)妨礙直行的車(chē)輛和被放行的行人通行。(2)黃燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車(chē)輛、行人通行，但已越過(guò)停止線(xiàn)的車(chē)輛和已進(jìn)入人行通道的行人，可以繼續(xù)通行。(3)紅燈亮?xí)r，不準(zhǔn)車(chē)輛、行人通行。(4)綠色箭頭燈亮?xí)r，準(zhǔn)許車(chē)輛按箭頭所示方向通行。(5)黃燈閃爍時(shí)，車(chē)輛、行人須在確保安全的原則下通行。

21、(6)右轉(zhuǎn)彎車(chē)輛和T形交叉口右邊無(wú)人行橫道的直行車(chē)輛，遇黃燈或紅燈時(shí)，在不妨礙被放行的車(chē)輛和行人通行的情況下可以通行。2.1.2 信號(hào)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(shí)，考慮在交叉路口設(shè)置交通信號(hào)控制。信號(hào)燈設(shè)得合理、正確，能較充分地發(fā)揮道路的交通效益，如設(shè)置不當(dāng)，非但浪費(fèi)了設(shè)備和資金，并且會(huì)對(duì)交通造成不良后果。如有些不合理信號(hào)控制的路口，由于主要道路上駕駛員遇紅燈而停車(chē)，但他在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間并未看到次要道路上有車(chē)通行，往往會(huì)引起有意或無(wú)意的闖紅燈。因此，信號(hào)控制交叉口的交通事故，多發(fā)生在交通量較低的交叉口上或交通量較低的時(shí)間。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

22、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(chē)流狀況，作好車(chē)輛與行人交通流量的調(diào)查，進(jìn)口道上車(chē)輛行駛速度的調(diào)查，交通事故與違章調(diào)查，車(chē)輛可穿越的空當(dāng)與延誤調(diào)查等，具體問(wèn)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。交叉路口交通信號(hào)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;一種是安裝在路口邊或中央的燈柱上。信號(hào)燈的排列方式通常分為兩種:1、水平排列式從道路的中心線(xiàn)一側(cè)起以紅、黃、綠的順序向路邊排列。常用于路面較寬的道路。2、垂直排列式從上往下依次是紅、黃、綠燈。這種方式常用于路面較窄的道路。按固定方式排列信號(hào)燈有兩個(gè)好處:一是

23、把紅燈信號(hào)放在最醒目的位置;二是可使患有色盲的人憑借位置來(lái)判斷信號(hào)的含義。在交叉路口中央上空安裝信號(hào)燈時(shí)應(yīng)符合車(chē)輛通行凈空高度界限的要求。信號(hào)燈的亮度應(yīng)保證人們?cè)?O0m以外能看清。2.1.3 交通信號(hào)的控制方式根據(jù)所采用的控制裝置的不同，交通信號(hào)一般有三種控制方式：1、周期式信號(hào)。 這種信號(hào)的周期長(zhǎng)、相位、綠燈時(shí)間、轉(zhuǎn)換時(shí)間等都是事先確提定的。信號(hào)通過(guò)規(guī)定的周期運(yùn)行，每個(gè)周期的周期長(zhǎng)和相位都恒定不變。依靠所供的設(shè)備，可用幾種預(yù)定配時(shí)方案，每一種都在一天規(guī)定的時(shí)間替使用。2、半感應(yīng)式信號(hào)。 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(chē)輛到達(dá)。這時(shí)信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換間隔后，立

24、刻為次干路顯示綠燈，該綠燈就維持到次干路上的車(chē)輛全部通過(guò)路口或持續(xù)到預(yù)定的最大綠燈時(shí)間為止。在綠波信號(hào)系統(tǒng)中，分配給次干路的綠燈時(shí)間必須限制在預(yù)定的時(shí)間。該系統(tǒng)的周期長(zhǎng)和綠燈時(shí)間可根據(jù)需要隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)次干路沒(méi)有車(chē)輛時(shí)，主干路總是保持綠燈，事實(shí)上分配到次干路的綠燈時(shí)間可充分利用，所有“多余的”綠燈時(shí)間則都分配給主干路。3、全感應(yīng)式信號(hào)。 該信號(hào)的所有相位全由傳動(dòng)檢測(cè)器來(lái)控制。一般每個(gè)相位都要規(guī)定最小與最大綠燈時(shí)間。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)。周期中的某些相位是可以任意選擇使用的，當(dāng)檢測(cè)器未測(cè)出交通量時(shí)，該時(shí)刻的相位可自動(dòng)取消。目前，許多信號(hào)系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制，

25、使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制的地理交叉口，其信號(hào)一般采用預(yù)定周期式控制。有些城市還部分地實(shí)現(xiàn)了交替信號(hào)的線(xiàn)或面的聯(lián)動(dòng)控制，在這樣的系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)充當(dāng)了主控機(jī)和監(jiān)視器的角色。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。2.1.4 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)以與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。其中主控中心包括操作平臺(tái)、交互式數(shù)據(jù)庫(kù)、效益指標(biāo)優(yōu)化模型、數(shù)據(jù)(圖像)分析處理等。 圖2-1城市道路智能交通信號(hào)控制系統(tǒng)框圖2.1.5交通信號(hào)控制系統(tǒng)的主要術(shù)語(yǔ)和參數(shù)1、 周期周期是

26、指信號(hào)燈色發(fā)生變化，顯示一個(gè)循環(huán)所需的時(shí)間，也稱(chēng)周期長(zhǎng)，即紅、黃、綠燈時(shí)間之和。它是決定點(diǎn)控制定時(shí)信號(hào)交通效益的關(guān)鍵控制參數(shù)，用C表示。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(chē)輛順利通過(guò)交叉口。最長(zhǎng)周期長(zhǎng)度一般不超過(guò)120秒。從疏散交通的角度講，顯然當(dāng)交通需求越大時(shí)，周期應(yīng)越長(zhǎng)，否則一個(gè)周期到達(dá)的車(chē)輛不能在該周期的綠燈時(shí)間通過(guò)交叉口，就會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。正確的周期時(shí)長(zhǎng)應(yīng)該是，每一個(gè)相位的綠燈時(shí)間剛好使該相位各入口處等待車(chē)隊(duì)放行完畢。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)

27、長(zhǎng)為C，綠燈時(shí)間分別為g1、g2，其中損失時(shí)間分別為L(zhǎng)1、L2(損失時(shí)間是指燈色切換過(guò)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(chē)隊(duì)有個(gè)反應(yīng)和加速的過(guò)程)，則： (公式2-1) (公式2-2)將上兩式相加，并將代入g1+g2=C，得 (公式2-3)若s1=s2=s，則有 (公式2-4)由式(公式2-4)可計(jì)算出保證路口不堵塞的一個(gè)最小周期值。然而，若交通流的需求過(guò)高，堵塞現(xiàn)象將成為不可避免的，信號(hào)周期長(zhǎng)度的選取應(yīng)根據(jù)某種優(yōu)化性能指標(biāo)選擇。2、相位相位：即信號(hào)相位，是指在周期時(shí)間按需求人為設(shè)定的，同時(shí)取得通行權(quán)的一個(gè)或幾個(gè)交通流的序列組。3、相位差相位差:具有一樣周期長(zhǎng)的相關(guān)路

28、口，在同方向上的兩個(gè)相關(guān)相位的啟動(dòng)時(shí)間差，稱(chēng)為相位差。從某一車(chē)流方向來(lái)看，為使車(chē)輛在交叉口處不受阻而流暢通過(guò)，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(kāi)始時(shí)間)，不如使綠燈開(kāi)始時(shí)間錯(cuò)開(kāi)一些。這里稱(chēng)時(shí)間對(duì)“錯(cuò)開(kāi)”為相位差。把干線(xiàn)上某一路口作為基準(zhǔn)路口，其他各路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻滯后于基準(zhǔn)路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻的最小時(shí)間差，稱(chēng)為絕對(duì)相位差;車(chē)輛行使方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時(shí)刻的最小時(shí)間差，稱(chēng)為相對(duì)相位差。通常用時(shí)距圖表示信號(hào)配時(shí)與距離的關(guān)系。圖2-2時(shí)距圖以第1個(gè)交叉口的信號(hào)為基準(zhǔn)，則圖中的Al、A2、A3分別為交叉口2、3、4的信號(hào)的絕對(duì)相位差。要確定路口信號(hào)間的相對(duì)相位差，則需要先

29、確定車(chē)輛的行駛方向。當(dāng)車(chē)輛由路口1沿道路駛向路口4時(shí)，Bl是路口2信號(hào)和路口1信號(hào)的相對(duì)相位差;B2是路口3信號(hào)和路口2信號(hào)的相對(duì)相位差;當(dāng)車(chē)輛由路口4沿道路駛向路口1時(shí)，B3是路口3信號(hào)和路口4信號(hào)當(dāng)相對(duì)相位差;B4是路口2信號(hào)和路口3信號(hào)的相對(duì)相位差。由時(shí)距圖可以看出，BZ和B4均表示路口2信號(hào)和路口3信號(hào)之間的相對(duì)相位差，只是因選定行車(chē)方向不同而具有不同的數(shù)值。兩者之和等于一個(gè)周期的長(zhǎng)度。4、飽和流量:是衡量路口交通流施放能力的重要參數(shù)，通常是指一個(gè)綠燈時(shí)間的連續(xù)通過(guò)路口的最大車(chē)流量。5、綠燈間隔時(shí)間:是指從失去通行權(quán)的相位的綠燈結(jié)束，到下一個(gè)得到通行權(quán)的相位綠燈開(kāi)始所用的時(shí)間。6、有效

30、綠燈時(shí)間:是指被有效利用的實(shí)際車(chē)輛通行時(shí)間。它等于綠燈時(shí)間與黃燈時(shí)間之和減去頭車(chē)啟動(dòng)的損失時(shí)間。2.2 PLC介紹2.2.1PLC控制系統(tǒng)的發(fā)展背景 1969 1973 年是PLC 的初創(chuàng)時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期,PLC 從有觸點(diǎn)不可編程的硬接線(xiàn)順序控制器發(fā)展成為小型機(jī)的無(wú)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)。 1974 1977 年是PLC 的發(fā)展中期。在這個(gè)時(shí)期,由于8 位單片CPU 和集成存儲(chǔ)器芯片的出現(xiàn),PLC 得到了迅速發(fā)展和完善,并逐步趨向系列化和實(shí)用化,普遍應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制。PLC 除了原有功能外,又增加了數(shù)值運(yùn)算、數(shù)據(jù)的傳遞和比較、模擬量

31、的處理和控制等功能,可靠性進(jìn)一步提高,開(kāi)始具備自診斷功能。 1978 1983 年,PLC 進(jìn)入成熟階段。這個(gè)時(shí)期,微型計(jì)算機(jī)行業(yè)已出現(xiàn)了16 位CPU ,MCS251 系列單片機(jī)也由Intel 公司推出,使PLC 也開(kāi)始朝著大規(guī)模、高速度和高性能方向發(fā)展,PLC 的生產(chǎn)量在國(guó)際上每年以30 %的遞增量迅速增長(zhǎng)。在結(jié)構(gòu)上,PLC除了采用微處理器與EPROM,EEPROM,CMCS RAM等LSI 電路外,還向微處理器發(fā)展,使PLC 的功能和處理速度大大提高。 1984 年后,PLC 的規(guī)模更大,存儲(chǔ)器的容量又提高了1 個(gè)數(shù)量級(jí)(最高可達(dá)896 K) ,有的PLC 已采用了32 位微處理器,多臺(tái)

32、PLC 可與大系統(tǒng)一起連成整體的分布式控制系統(tǒng),在軟件方面有的已與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兼容。編程語(yǔ)言除了傳統(tǒng)的梯形圖、流程圖語(yǔ)句表外,還有用于算術(shù)的BASIC 語(yǔ)言、用于機(jī)床控制的數(shù)控語(yǔ)言等。 2.2.2 PLC的工作原理 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主要采用掃描工作方式，順序掃描工作方式簡(jiǎn)單直觀，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)，并為PLC可靠運(yùn)行提供有力的保證。在有的場(chǎng)合也插入中斷方式，允許中斷正在掃描運(yùn)行的程序，以處理急需處理的事件。 PLC掃描工作的第一步是采樣階段，它通過(guò)出入接口將所有輸入端子的信號(hào)狀態(tài)讀入并存入輸入緩沖區(qū)，即刷新所有輸入信號(hào)的原有狀態(tài)。第二步掃描用戶(hù)程

33、序，根據(jù)本周期輸入信號(hào)的狀態(tài)和上周期輸出信號(hào)的狀態(tài)，對(duì)用戶(hù)程序逐條進(jìn)行掃描運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果逐一填入輸出緩沖區(qū)。第三階段輸出刷新，將刷新過(guò)的輸出緩沖區(qū)各輸出點(diǎn)狀態(tài)通過(guò)輸出接口電路全部送到PLC的輸出端子。 PLC周期性的循環(huán)執(zhí)行上述三個(gè)步驟，這種工作方式稱(chēng)為PLC掃描工作方式。上述三步驟執(zhí)行一個(gè)周期所用的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期。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。通常工業(yè)控制要求PLC掃描周期在6030ms以下。 PLC系統(tǒng)的外線(xiàn)路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝上應(yīng)有嚴(yán)格的技術(shù)措施, 使整個(gè)系統(tǒng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。這些措施包括: PLC 機(jī)與接觸器等要有一定距離, 且

34、要可靠接地; 輸入電源最好采用隔離變壓器供電; 交流接觸器線(xiàn)圈加阻容吸收回路, 直流繼電器加反并聯(lián)二極管; 控制柜上強(qiáng)弱電交叉通過(guò), 隨行電纜應(yīng)分開(kāi); 重要信號(hào)(如光電碼盤(pán)) , 要用屏蔽線(xiàn)連接。 實(shí)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(dòng)等惡劣環(huán)境。 程序編制的簡(jiǎn)單方法是把原繼電器線(xiàn)路圖直接變成梯形圖, 但繼電器受其觸點(diǎn)數(shù)限制使一些優(yōu)化電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)。而PLC 機(jī)的部繼電器是軟件代號(hào), 常開(kāi)常閉點(diǎn)可重復(fù)使用。設(shè)計(jì)時(shí)利用其提供的保持、微分輸出、暫存以與特殊的輔助繼電器, 靈活地應(yīng)用比較、移位、跳轉(zhuǎn)等指令, 可使程序簡(jiǎn)化, 掃描時(shí)間縮短。既提

35、高了可靠性, 也為實(shí)現(xiàn)更多功能提供了容量。2.2.3 PLC系統(tǒng)的特點(diǎn)1.可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) PLC是專(zhuān)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(wàn)小時(shí)。一般由程序控制的數(shù)字電子設(shè)備產(chǎn)生的故障常有兩種：一種是軟故障，由于外界惡劣環(huán)境，如電磁干擾、超高溫、超低溫、過(guò)電壓、欠電壓等引起的未損壞系統(tǒng)硬件的暫時(shí)性故障，另一種是由多種因素而導(dǎo)致元器件損壞所引起的故障，稱(chēng)為硬故障。 PLC的循環(huán)掃描工作方式能在很大程度上減少軟故障的發(fā)生。此外，PLC采用了如下一系列的硬件和軟件的抗干擾措施： （1）、硬件方面： 隔離是抗干擾的主要手段之一。在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地抑

36、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。濾波是抗干擾的又一主要措施。對(duì)供電系統(tǒng)與輸入線(xiàn)路采用多種形式的濾波，可抑制高頻干擾。 （2）、軟件方面： a、設(shè)置故障檢測(cè)與診斷程序。PLC在每一次循環(huán)掃描過(guò)程的部處理期間，檢測(cè)系統(tǒng)硬件是否正常，鋰電池電壓是否過(guò)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(xiě)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(lái)的程序工作。 由于采取了以上抗干擾措施，PLC的可靠性、抗干擾能力大大提高

37、，可以承受幅值為1000V、上升時(shí)間為1ns、脈沖寬度為1us的干擾脈沖。 2. 編程簡(jiǎn)單、使用方便 目前大多數(shù)的PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，這是一種面向生產(chǎn)、面向用戶(hù)的編程方式，與常用的微機(jī)語(yǔ)言相比更容易被操作人員所接受并掌握。通過(guò)閱讀PLC的使用手冊(cè)或短期培訓(xùn)，電氣技術(shù)人員可以很快熟悉梯形圖語(yǔ)言，并用來(lái)編制一般的用戶(hù)程序。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(lái)獲得迅速普與和推廣的原因之一。 3. 設(shè)計(jì)、安裝容易、維護(hù)工作量少 由于PLC已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，用PLC組成控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和維修等方面，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。設(shè)計(jì)部門(mén)能

38、在規(guī)繁多、品種齊全的系列PLC產(chǎn)品中，選出高性能價(jià)格比的產(chǎn)品。PLC用軟件功能取代了繼電器控制系統(tǒng)量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，控制柜的設(shè)計(jì)、安裝接線(xiàn)工作量大為減少。在用戶(hù)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(xiàn)編程器上提供的信息，迅速地查明原因。因此維修極為方便。 4.功能完善、通用性強(qiáng) 現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、順序控制等功能，而且還具有A/D、D/A轉(zhuǎn)換，數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理等功能。因此，它既可對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制，也可對(duì)模擬量進(jìn)行控制；既可以控制單臺(tái)設(shè)備，也可以控制一條生產(chǎn)線(xiàn)或全部生產(chǎn)

39、工藝過(guò)程。 5. 體積小、能耗低 以西門(mén)子中小型PLC S7-300為例，CPU 314模塊可以擴(kuò)展為512點(diǎn)開(kāi)關(guān)量，64路模擬量，其外形尺寸為80mm*125mm*130mm，重量?jī)H0.53kg,消耗功率8W。由于體積小，PLC很容易裝入機(jī)械設(shè)備部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制設(shè)備。 6.性能價(jià)格比高 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(lái)越廣泛，下面介紹幾個(gè)PLC的應(yīng)用實(shí)列： 可編程控制器(PLC)的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣闊。對(duì)于早期的可編程控制器，凡是有繼電器的地方就需要可編程控制器；而對(duì)于當(dāng)今的可編程控制器，幾乎可以說(shuō)凡是需要控制系統(tǒng)存在的地方就需要可編程控制器。就目前的應(yīng)用

40、情況來(lái)看，可編程控制器主要用于有大量開(kāi)關(guān)量和少量模擬量的控制系統(tǒng)方面。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(xiàn)的必不可少的部件。最近我國(guó)引進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)絕大多數(shù)都是采用可編程控制器作為核心控制部件的。 2.2.4 PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域 在發(fā)達(dá)的工業(yè)國(guó)家，PLC已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在所有的工業(yè)部門(mén)，隨著其性能價(jià)格比的不斷提高，應(yīng)用圍不斷擴(kuò)大，主要有以下幾個(gè)方面： 1. 開(kāi)關(guān)量邏輯控制 PLC具有“與”、“或”、“非”等邏輯指令，可以實(shí)現(xiàn)觸點(diǎn)和電路的串、并聯(lián)，代替繼電器進(jìn)行組合邏輯控制、定時(shí)控制與順序邏輯控制。開(kāi)關(guān)量邏輯控制可以用于單臺(tái)設(shè)備，也可以用于自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)，

41、其應(yīng)用領(lǐng)域已遍與各行各業(yè)，甚至深入到民用和家庭中。 2. 運(yùn)動(dòng)控制 PLC使用專(zhuān)用的指令或運(yùn)動(dòng)控制模塊，對(duì)直線(xiàn)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。PLC的運(yùn)動(dòng)控制功能廣泛用于各種機(jī)械，例如金屬切削機(jī)床、金屬成形機(jī)械、裝配機(jī)械、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。 3. 閉環(huán)過(guò)程控制 閉環(huán)過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的模擬量的閉環(huán)控制。PLC通過(guò)模擬量I/O模塊，實(shí)現(xiàn)模擬量(Analog)和數(shù)字量(Digital)之間的A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換，并對(duì)模擬量實(shí)行閉環(huán)PID(比例-積分-微分)控制。其閉環(huán)控制功能

42、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，以與輕工、化工、機(jī)械、冶金、電力、建材等行業(yè)。 4. 數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC具有整數(shù)四則運(yùn)算、矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、字邏輯運(yùn)算、求反、循環(huán)、移位、浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算等運(yùn)算功能，和數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，也可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，也可以用通信功能傳送到別的智能裝置，或者將它們打印制表。 5. 機(jī)器人控制 機(jī)器人作為工業(yè)過(guò)程自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)中的重要設(shè)備，已成為未來(lái)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的三大支柱之一。現(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(lái)控制各種機(jī)械動(dòng)作。隨著PLC體積進(jìn)一步縮小

43、，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。 6. 通信聯(lián)網(wǎng) PLC的通信包括PLC與遠(yuǎn)程I/O之間的通信、多臺(tái)PLC之間的通信、PLC與其他智能控制設(shè)備(例如計(jì)算機(jī)、變頻器、數(shù)控裝置)之間的通信。PLC與其他智能控制設(shè)備一起，可以組成“集中管理、分散控制”的分布式控制系統(tǒng)。 2.2.5 PLC控制系統(tǒng)與技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 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，適用圍更加廣泛，使用更加方便，具有更高的性能價(jià)格比。目前，PLC以廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域，而且產(chǎn)品更新速度快，有的更新?lián)Q代周期僅為35年。未來(lái)

44、的PLC將有以下幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： 1向大型、高性能化方向發(fā)展 PLC的輸入/輸出點(diǎn)數(shù)不斷上升，可達(dá)到8192點(diǎn)，甚至高達(dá)10000點(diǎn)以上或號(hào)稱(chēng)無(wú)限點(diǎn)，這類(lèi)產(chǎn)品可以滿(mǎn)足鋼鐵工業(yè)、石油、化工等大型生產(chǎn)自動(dòng)控制的需要。它們采用有高速運(yùn)算能力的高性能16位和32位微處理器，而且常常采用多處理器結(jié)構(gòu)，并吸收以連續(xù)量處理為主的集散控制系統(tǒng)（DCS）的優(yōu)點(diǎn)，熱備冗余系統(tǒng)更高速、可靠，進(jìn)一步增強(qiáng)科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理能力和聯(lián)網(wǎng)能力，網(wǎng)絡(luò)更開(kāi)放，有很高的運(yùn)行速度并能方便地與微機(jī)以與其他控制器構(gòu)成控制、管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)（CIPS）等。操作站系統(tǒng)則采用以微軟的Windows9x/NT/2000/XP為平臺(tái)的工

45、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(guò)程的處理。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將成為主流。 2向方便靈活、小型化發(fā)展 為滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)小型化以與減少體積、降低成本的需要，PLC生產(chǎn)廠家?guī)缀醵奸_(kāi)發(fā)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便靈活的小型、微型PLC，這是20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展最快的一類(lèi)產(chǎn)品。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)字表明，小型PLC約占市場(chǎng)的1/4。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。在結(jié)構(gòu)上，一些小型PLC也采用了模塊式結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以根據(jù)需要配置系統(tǒng)大小，使用戶(hù)可以方便地構(gòu)成易于擴(kuò)展、靈活經(jīng)濟(jì)的最小控制系統(tǒng)。

46、小型化的PLC作為機(jī)電一體化的基本構(gòu)成要素和原始設(shè)備制造商（OEM）的重要設(shè)備，將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。 3網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更開(kāi)放、通信功能更完善 隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC的冗余網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日趨成熟，并向統(tǒng)一、通用的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，不同品牌PLC的互操作性將大大提高，工業(yè)以太網(wǎng)、過(guò)程控制的對(duì)象和嵌入（OPC）和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將在PLC系統(tǒng)量應(yīng)用。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(guò)程控制解決方案。 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(yǔ)句表、順序功能圖以與更友好、方便和高效的圖形化組

47、態(tài)軟件和符合IEC1131-3標(biāo)準(zhǔn)的編程組態(tài)工具。2.3 PLC機(jī)型的選擇2.3.1 方案的分析比較方案一：利用PLC可編程控制系統(tǒng) PLC具有通用性強(qiáng)，使用方便；功能強(qiáng)，適用面廣；抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高；編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)；安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，維修方便；體積小、重量輕，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的特點(diǎn)。 方案二：利用繼電器控制系統(tǒng) 繼電器控制系統(tǒng)是由許多硬件繼電器組成的，其觸點(diǎn)較少，控制功能 通過(guò)元件間的硬接線(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制功能就固定在電路中，一旦改變生產(chǎn)工藝過(guò)程，就必須重新配線(xiàn)，適應(yīng)性差。而且其體積龐大，安裝，維修均不方便。 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(lái)

48、的，其硬件結(jié)構(gòu)總線(xiàn)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)。但，使用計(jì)算機(jī)的人員技術(shù)水平要高，一般應(yīng)具有一定的計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 綜上分析，本設(shè)計(jì)課題的控制系統(tǒng)的控制方案采用PLC控制系統(tǒng)。比較PLC和繼電器，PLC只需修改程序便可適應(yīng)工藝變更，控制速度快，可靠性強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，容易安裝調(diào)試，因此用PLC控制系統(tǒng)。 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(yǔ)言用梯形圖、助記符，對(duì)存容量要求小。 交通信號(hào)燈模型可以分為電源電路、PLC主

49、控電路、無(wú)線(xiàn)收發(fā)控制電路和顯示電路四部分組成。由于顯示部分都是采用三色LED和數(shù)碼管模擬，比較簡(jiǎn)單，所以在此不作詳盡敘述。 系統(tǒng)控制核心為PLC主機(jī)，通過(guò)PLC輸入接口送入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(guò)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)與各種指示信號(hào)。PLC梯形圖軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)。模塊化程序結(jié)構(gòu)清晰、便于調(diào)試，模塊間不完全獨(dú)立,它們之間存在著有機(jī)聯(lián)系。且在編程時(shí)要注意各條指令間的邏輯關(guān)系,梯形圖中的部輔助繼電器和定時(shí)器統(tǒng)一分配編號(hào),除了列出I/O分配表外,還應(yīng)列出輔功能分配表，充分利用PLC提供的指令。2.3.2

50、PLC的選型1. PLC的分類(lèi)(1) 按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)可分為整體式和模塊式兩類(lèi) 整體式PLC又稱(chēng)單元式或箱體式PLC。將電源、CPU、存儲(chǔ)器與I/O等各個(gè)功能部分集中在一個(gè)機(jī)殼通常將它稱(chēng)為PLC主機(jī)或基本單元。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小和價(jià)格低，小型多采用這種結(jié)構(gòu)。整體式PLC一般還備有擴(kuò)展單元、各種特殊功能模塊，使其功能達(dá)到擴(kuò)大。 模塊式PLC又稱(chēng)積木式PLC。它是將結(jié)構(gòu)稱(chēng)PLC的各個(gè)部分按功能做成獨(dú)立模塊，如電源模塊、CPU模塊、I/O模塊、各個(gè)功能模塊等，然后安裝同一底板或框架上。其特點(diǎn)是配置靈活、裝置維護(hù)方便，一般大、中型PLC多采用這種結(jié)構(gòu)形式。 (2) 按I/O點(diǎn)數(shù)分類(lèi)可分為小、中、大

51、型PLC小型PLC的I/O點(diǎn)數(shù)一般在128點(diǎn)以下，其特點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個(gè)硬件融為一體，除了開(kāi)關(guān)量I/O以外，還可以連接模擬量I/O以與其他各種特殊功能模塊。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)以與各種應(yīng)用指令。 中型PLC采用模塊化結(jié)構(gòu)，其I/O點(diǎn)數(shù)一般在2561024點(diǎn)之間。I/O的處理方式除了采用一般PLC通用的掃描處理方式外，還能采用直接處理方式，即在掃描用戶(hù)程序的過(guò)程中，直接讀輸入，刷新輸出。它能聯(lián)接各種特殊功能模塊，通訊聯(lián)網(wǎng)功能更強(qiáng)，指令系統(tǒng)更豐富，存容量更大，掃描速度更快。 一般I/O點(diǎn)數(shù)在1024點(diǎn)以上的稱(chēng)為大型PLC。大型PLC的軟、硬件

52、功能極強(qiáng)。具有極強(qiáng)的自診斷功能。通訊聯(lián)網(wǎng)功能強(qiáng)，有各種通訊聯(lián)網(wǎng)的模塊，可以構(gòu)成三級(jí)通訊網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工廠生產(chǎn)管理自動(dòng)化。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。 (3) 按生產(chǎn)廠家分類(lèi) 施耐德公司，包括早期儀表廠引進(jìn)莫迪康公司的產(chǎn)品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產(chǎn)品； 羅克韋爾公司(包括AB公司)PLC產(chǎn)品，目前有SLC、Micro Logic、Control Logic等產(chǎn)品； 德國(guó)西門(mén)子公司，它有SS系列的產(chǎn)品。有SS95U、100U、115U、135U與155U。135U、155U為大型機(jī)，控制點(diǎn)數(shù)可達(dá)6000多點(diǎn)，模擬量可達(dá)300多路。最近

53、還推出S7系列機(jī)，有S7-200（小型）、S7-300（中型）與S7-400機(jī)（大型）。性能比S5大有提高。 日本OMRON公司：它有CPM1A型機(jī)，P型機(jī)，H型機(jī)，CQM1、CVM、CV型機(jī)，Ha型、F型機(jī)等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長(zhǎng)，在中國(guó)與世界市場(chǎng)，都占有相當(dāng)?shù)姆蓊~。 日本三菱公司的PLC也是較早推到我國(guó)來(lái)的。其小型機(jī)FI前期在國(guó)用得很多，后又推出FXZ機(jī)，性能有很大提高。它的中、大型機(jī)為A系列。AIS、AZC、A3A等。 2. PLC系統(tǒng)的選型 交通信號(hào)燈控制常用的PLC系統(tǒng)型號(hào)有歐姆龍C系列，三菱F系列，富士NB1、NB2 系列，光洋SR系列等。這些型號(hào)原理上

54、小異，但產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各成體系。如歐姆龍單元式PLC機(jī)的輸入點(diǎn)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；而富士同等型號(hào)的I/O點(diǎn)數(shù)一般相等，I/O端子是固定的。各公司的PLC機(jī)產(chǎn)品呈系列化，具體型號(hào)應(yīng)根據(jù)交通信號(hào)燈的具體情況，一般考慮以下幾個(gè)方面：(1) 結(jié)構(gòu)：有單元式、模塊式、積木式等。單元式I/O結(jié)構(gòu)固定，而模塊式I/O點(diǎn)可靈活配置。 (2) 存儲(chǔ)量：有1K、2K、4K、8K、32K等。根據(jù)程序的復(fù)雜程度來(lái)選擇。 (3) I/O點(diǎn)數(shù)與方式：如歐姆龍C系列單元式的C20為12/8，C40為24/16等。輸入分為開(kāi)關(guān)量或模擬量，輸出為繼電器、可控硅、晶體管等形式。(4) 工作電壓：交流10

55、0240V，直流24V等。 基于以上四方面的考量，設(shè)計(jì)中選用日本OMRON公司的CP1H系列PLC。3 交通信號(hào)燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 交通信號(hào)燈系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈安置如圖3-1所示：圖3-1信號(hào)燈安置受控對(duì)象的控制要求 系統(tǒng)受一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)控制，開(kāi)關(guān)啟動(dòng)時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始工作。（1）當(dāng)南北方向和東西方向車(chē)流量大致一樣時(shí)系統(tǒng)工作如下：先南北綠燈亮，同時(shí)東西紅燈亮。南北綠燈亮維持40s，東西紅燈亮維持40s。到40s時(shí)，南北綠燈、東西紅燈同時(shí)熄滅，兩個(gè)方向的黃燈開(kāi)始閃爍，并維持5s。到5s時(shí)，南北，東西黃燈熄，南北紅燈亮，同時(shí)東西綠燈亮，南北紅燈亮維持40s，東西綠燈亮維持40s。到40s時(shí)，南北紅燈、東西綠燈同時(shí)熄滅，兩個(gè)方向的黃燈開(kāi)始閃爍，并維持5s。到5s時(shí)，南北，東西黃燈熄，南北紅綠燈亮，東西紅燈亮，開(kāi)始第2周期的動(dòng)作。周而復(fù)始的循環(huán)。（2）當(dāng)南北方向車(chē)流量大于東西方向車(chē)流量時(shí)系統(tǒng)工作如下：先南北綠燈亮，同時(shí)東西紅燈亮。南北綠燈亮維持80s，東西紅燈亮維持80s。到80s時(shí)，南北