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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。基于PLC的十字路口智能交通灯监控系统-一、引言交通灯的出现，使交通得以有效管制，对于疏导交通流量、提高道路通行能力，减少交通事故有明显效果。为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进、科学性，使用可编程控制器实现交通管制，可以是系统简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。PLC在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展PLC的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。用PLC实现组成城市街道交通信号控制系统，可完全满足实际需要，并具有
2、以下特点：（1）由于PLC电磁兼容性好、运行可靠，控制系统基本无故障点。采用固态继电器作为功率器件、发光二极管点阵模块为信号灯光源，大大提高了使用寿命和无故障时间。（2）利用PLC实时时钟功能，实现了定时自动开闭交通信号灯管制。（3）交通信号控制方案用程序软件加以实现，灵活性强，适用范围广。（4）可以使用TD-200文本显示器良好的人机对话界面，使控制方案的调整及优化简单易行。关键词：交通灯、PLC控制、软硬件系统二、PLC简介2.1、PLC的基本概念早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着
3、技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机(PersonalComputer)的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC,plc自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国，日本，德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。2.2、PLC的基本结构PLC实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：2.2.1、电源PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制
4、造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。2.2.2、中央处理单元(CPU)中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的
5、各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高PLC的可靠性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。2.2.3、存储器存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。2.2.4输入输出接口电路1现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC与现场控制的接口界面的输入通道。2现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。2.2.5、功
6、能模块如计数、定位等功能模块。2.2.6、通信模块如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。2.3、PLC的工作原理2.3.1、扫描技术当PLC投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。2.3.2、输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据
7、也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。2.3.3、用户程序执行阶段在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化
8、，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。2.3.4、输出刷新阶段当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据
9、刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。2.4、PLC的特点PLC具有以下鲜明的特点。(1)系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。(2)使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。(3)能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。三、系统硬件PLC的硬件主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入
10、单元、输出单元、通信接口、扩展接口电源等部分组成。其中，CPU是PLC的核心，输入单元与输出单元是连接现场输入/输出设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器、上位计算机等外设连接。PLC的工作原理：（1）接线程序控制与存储程序控制（2）PLC循环扫描工作过程（3）输入/输出滞后响应PLC的工作方式为循环扫描方式，其工作过程大致分为3个阶段：输入采样、程序执行和输出刷新。3.1PLC控制交通灯的I/O表表1PLC控制交通灯的I/O表PLC地址功能说明I0.0SDQ0.0东西灯红Q0.1南北灯绿Q0.2南北灯黄Q0.3南北灯红Q0.4东西灯绿Q0.5东西灯黄Q1.5南北右灯Q1.6南北人行
11、道Q1.4东西右灯Q1.7东西人行道3.2、PLC的外部接线图PLC的外部接线如图1所示：图1PLC外部接线图四、系统软件PLC的软件由系统程序和用户程序组成。系统程序由PLC制造厂商设计编写的，并存入PLC的系统存储器中，用户不能直接读写与更改。系统程序一般包括系统诊断程序、输入处理程序、编译程序、信息传送程序、监控程序等。PLC的用户程序是用户利用PLC的编程语言，根据控制要求编制的程序。在PLC中，最重要的是用PLC的编程语言写用户程序，以实现控制目的。由于PLC是专门为工业控制而开发的装置，其主要使用者是广大电气技术人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC的主要编程语言采用比计算
12、机语言相对简单、易懂、形象的专用语言。PLC控制交通灯系统总体流程图：东西黄灯亮5秒高峰时段晚间时段启动I0.0开始东西南北红黄绿灯均不亮正常时段结束时间到否？东西红灯亮60秒，南北绿灯亮50秒东西绿闪亮5秒南北红灯亮30秒，东西绿灯亮20秒南北绿灯闪亮5秒南北黄灯亮5秒时间到否？时间到否？时间到否？时间到否？东西黄灯亮5秒时间到否？东西红灯亮45秒，南北绿灯亮35秒东西绿闪亮5秒南北红灯亮45秒，东西绿灯亮35秒南北绿灯闪亮5秒南北黄灯亮5秒时间到否？时间到否？时间到否？时间到否？图2十字路口交通等流程五、总结通过为期一周的PLC课设是我懂得了在PLC课程中所学到的知识在实际操作中是如何应用
13、的，让我更加深入的了解了PLC可编程控制器这门课程的重要性，以及它的应用性。通过设计PLC控制的交通灯仿真制作，使我们不仅仅局限于书本上去了解这些芯片，而是理解了它们真正意义上的应用与实际操作，以及它们所起到的作用，而不是只是单一的认为课本上就是对的，我们通过操作来证明它们的正确性，有了更大的说服力。PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对环境适应强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍存在使用的“渐进式”信号灯进行精确控制，特别对于多岔路口的控制可方便实现。目前大多数品牌的PLC内部均配有实时时钟，通过编程控制可对信号灯实施全天候无人化管理。由于PLC本身具有通讯联网功能，所以同一条路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，实现科学化管理。PLC在工业自动化中的地位极为重要，广泛的应用于各个行业。随着科技的发展PLC的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的作用更加突出。参考文献1廖常初.PLC编程及应用M机械工业出版社,20092PLC编程及应用课程实验指导手册3钟肇新，范建东编.可编程控制器基础及应用.广州：华东理工大学附录：-