基于PLC的交通燈設(shè)計(jì),基于,plc,交通燈,設(shè)計(jì)
江蘇城市職業(yè)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
（ 2014 屆）
設(shè)計(jì)（論文）題目
基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)
辦 學(xué) 點(diǎn) （系）
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)電一體化
班級(jí)
11機(jī)電
學(xué)號(hào)
110503350605
學(xué)生姓名
張海龍
起訖日期
2013.12.01-2014.3.30
地點(diǎn)
江蘇城市職業(yè)學(xué)院
指導(dǎo)教師
何振俊 職稱教授
2014 年3月 30 日
江蘇城市職業(yè)學(xué)院教務(wù)處制
江蘇城市職業(yè)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)生姓名 張海龍 同課題人員
指導(dǎo)教師 何振俊 職稱 教授 工作單位 江蘇城市職業(yè)學(xué)院
指導(dǎo)教師 職稱 工作單位
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)
課題簡(jiǎn)介
本文介紹了采用了調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的紅綠燈時(shí)間來改善交通通行率和使用PLC(可編程序控制器)提高交通信號(hào)燈的時(shí)間準(zhǔn)確性來減少交叉路口的交通事故的發(fā)生。由于十字路口不同時(shí)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(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的根據(jù)車流量控制的方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問題。
內(nèi)容及要求
為了解決和改善交通事故的頻繁發(fā)生和交通擁堵問題，在本設(shè)計(jì)中，采用了調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的紅綠燈時(shí)間來改善交通通行率和使用PLC(可編程序控制器)提高交通信號(hào)燈的時(shí)間準(zhǔn)確性來減少交叉路口的交通事故的發(fā)生。過去的交通信號(hào)燈是由人工控制的，現(xiàn)在發(fā)展到自動(dòng)控制，并由各個(gè)路口的各自為班發(fā)展到一條線或一個(gè)區(qū)域的聯(lián)動(dòng)，這樣，車輛經(jīng)過的路口都可能會(huì)一路綠燈，大大提高了道路的交通效率并且交通燈的時(shí)間準(zhǔn)確性能較好能更好的避免交通事故的發(fā)生。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工 作 內(nèi) 容
備 注
2013.12.01-2013.12.05
確定課題及思路
2013.12.06-2013.12.20
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)大綱及論文摘要
2013.12.21-2014.01.10
完成第一章的緒論
2014.01.11-2014.02.02
完成第二章PLC結(jié)構(gòu)及原理
2014.02.03-2014.02.20
完成第三章系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
2014.02.21-2014.03.20
完成第四章系統(tǒng)器件選型及資源配置
2014.03.21-2014.03.28
完成第五章系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
2014.03.29-2014.03.30
結(jié)束語、參考文獻(xiàn)整理及總體的論文整理
收集資料及主要參考文獻(xiàn)
序號(hào)
名 稱
作 者
出 版 單 位
1
編程序控制器原理與應(yīng)用
宋建成
科學(xué)出版社
2
可編程控制器（PLC）原理與應(yīng)用
楊公源
電子工業(yè)出版社
3
PLC可編程控制器教程
尹宏業(yè)
航空工業(yè)出版社
4
傳感器工作原理及應(yīng)用實(shí)例
黃繼昌
人民郵電出版社
5
可編程序控制器原理
常斗南
機(jī)械工業(yè)出版社
6
可編程序控制器應(yīng)用教程
臺(tái)方
中國(guó)水利水電出版社
指導(dǎo)教師簽字
何振俊 2014年03月28日
指導(dǎo)小組組長(zhǎng)簽字
年 月 日
說明：任務(wù)書內(nèi)容按實(shí)際情況填寫，可根據(jù)本表格重新打印。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)記錄表
學(xué)生姓名 張海龍
指導(dǎo)教師 何振俊
指導(dǎo)時(shí)間
指導(dǎo)地點(diǎn)
指導(dǎo)內(nèi)容
2013.12.03
辦公室
確定課題的內(nèi)容，提供一些課題的思路
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
2013.12.15
辦公室
Plc硬軟件的構(gòu)成以及自動(dòng)化軟件選擇，同時(shí)注意思路方法的技巧性。
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
2014.01.04
辦公室
智能交通燈的特點(diǎn)及組成，需要多交流，抓重點(diǎn)填寫。
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
2014.01.15
辦公室
注意控制系統(tǒng)硬軟件設(shè)計(jì)以及plc的選配以及電氣控制要求，結(jié)合參考資料多補(bǔ)充內(nèi)容。
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
2014.03.02
辦公室
關(guān)于其程序的編寫需要注意的地方,多思考想想有沒有突破的思路。
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
2014.03.25
辦公室
對(duì)論文的整體提出一些修改意見。
學(xué)生簽字 張海龍 教師簽字 何振俊
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定表
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師評(píng)語：
建議畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)? 分。
指導(dǎo)教師 職稱
工作單位 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱意見：
建議畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)? 分 。
評(píng)閱人姓名 職稱
工作單位 年 月 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯情況記錄
答辯小組成員簽字
姓 名
職 務(wù)
工 作 單 位
答辯小組評(píng)語：
答辯成績(jī)?yōu)? 分。 答辯小組組長(zhǎng)
年 月 日
初評(píng)成績(jī)?yōu)? 分。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)根據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)語、評(píng)閱人及答辯小組意見，經(jīng)討論研究、確定 同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）總評(píng)成績(jī)（等第）為： 。
答辯委員會(huì)主任（簽名）：
年 月 日
6
江蘇城市職業(yè)學(xué)院
畢 業(yè) 論 文
課題名稱 基于PLC的交通燈設(shè)計(jì)
姓 名 張海龍
學(xué) 號(hào) 110503350605
專 業(yè) 機(jī)電一體化
班 級(jí) 11機(jī)電
指導(dǎo)老師 何振俊
2014年 3 月
目 錄
第一章 緒 論
1.1 交通信號(hào)燈的目的與意義------------------------------4
1.1.1 研究交通信號(hào)燈的目的----------------------------4
1.1.2 研究意義----------------------------------------4
1.2 PLC發(fā)展的現(xiàn)狀---------------------------------------5
1.3 PLC的特點(diǎn)-------------------------------------------5
第二章 PLC的結(jié)構(gòu)及原理
2.1 PLC編程簡(jiǎn)介-----------------------------------------5
2.2 PLC調(diào)試步驟-----------------------------------------10
第三章 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)---------------------------------------11
3.2 十字路口交通燈布置圖---------------------------------12
3.3 系統(tǒng)的控制要求---------------------------------------12
第四章 系統(tǒng)器件選型和資源配置
4.1 系統(tǒng)器件的選型---------------------------------------13
4.1.1 PLC的選型---------------------------------------13
4.1.2 車流量檢測(cè)系統(tǒng)的選用-----------------------------14
4.1.3 數(shù)字比較器的選用---------------------------------14
4.2 I/O地址分配-----------------------------------------15
4.3 交通燈系統(tǒng)的接線形式---------------------------------17
第五章 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
5.1系統(tǒng)的程序思想---------------------------------------18
5.2 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)---------------------------------------19
5.3 系統(tǒng)程序分析-----------------------------------------26
總結(jié)-------------------------------------------------------28
參考文獻(xiàn)---------------------------------------------------29
致謝-------------------------------------------------------30
1
摘 要
面對(duì)日益復(fù)雜的交通網(wǎng)絡(luò)，為了解決十字路口的交通擁堵，交通事故頻繁發(fā)生的狀況，本文提出了一種更精準(zhǔn)的控制交通燈的方案即基于PLC控制十字路口交通燈的實(shí)時(shí)控制方案。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)地介紹了交通燈控制系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了程序設(shè)計(jì)。自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進(jìn)，設(shè)計(jì)方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。尤其是近幾年來，隨著電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分析和設(shè)計(jì)方法有了很大的改進(jìn)，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段，而現(xiàn)今PLC技術(shù)飛快發(fā)展，應(yīng)用越來越廣，在工業(yè)自動(dòng)化中的地位極為重要，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。隨著科技的發(fā)展，可編程控制器的功能日益完善，加上小型化、價(jià)格低、可靠性高，在現(xiàn)代工業(yè)中的作用更加突出。同時(shí)交通控制更是趨向智能化方向發(fā)展，LED交通信號(hào)燈在持續(xù)發(fā)光、雨淋、灰塵等惡劣的氣候條件下，仍然能保持較好的工作性能，而且價(jià)格更低廉。隨著微處理器、計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制已經(jīng)擴(kuò)展到了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。例如可編程序控制器、基于PC 總線的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、集散控制系統(tǒng)（DCS）和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）等。
關(guān)鍵詞：實(shí)時(shí)控制；PLC；交通燈；
0
5
第一章 緒 論
1.1 研究交通信號(hào)燈的目的與意義
1.1.1 研究交通信號(hào)燈的目的
為了解決和改善交通事故的頻繁發(fā)生和交通擁堵問題，在本設(shè)計(jì)中，采用了調(diào)節(jié)交通信號(hào)燈的紅綠燈時(shí)間來改善交通通行率和使用PLC(可編程序控制器)提高交通信號(hào)燈的時(shí)間準(zhǔn)確性來減少交叉路口的交通事故的發(fā)生。
過去的交通信號(hào)燈是由人工控制的，現(xiàn)在發(fā)展到自動(dòng)控制，并由各個(gè)路口的各自為班發(fā)展到一條線或一個(gè)區(qū)域的聯(lián)動(dòng)，這樣，車輛經(jīng)過的路口都可能會(huì)一路綠燈，大大提高了道路的交通效率并且交通燈的時(shí)間準(zhǔn)確性能較好能更好的避免交通事故的發(fā)生。交通信號(hào)燈采用紅、黃、綠三種顏色，又叫紅綠燈。紅燈表示停止或禁止通行，綠燈表示通行，黃燈表示馬上要出現(xiàn)紅燈。車輛不能越過停車線，如果車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)，可以進(jìn)入交叉路口。
1.1.2 研究意義
在十字路口設(shè)置交通燈可以對(duì)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。但是隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原先的交通燈控制系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在日益繁忙的交通狀況。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。
傳統(tǒng)的十字路口交通控制燈，通常的做法是：事先經(jīng)過車輛流量的調(diào)查，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法將兩個(gè)方向紅綠燈的延時(shí)預(yù)先設(shè)置好。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(shí)段甚至可能產(chǎn)生很大的差異。即使是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行、較適用的方案，仍然會(huì)發(fā)生這樣的現(xiàn)象：綠燈方向幾乎沒有什么車輛，而紅燈方向卻排著長(zhǎng)隊(duì)等候通過。這種流量變化的偶然性是無法建立準(zhǔn)確模型的，統(tǒng)計(jì)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。
目前，大部分城市中十字路口交通燈的控制普遍仍采用固定轉(zhuǎn)換時(shí)間間隔的控制方法。由于十字路口不同時(shí)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(shí)間的控制方法，經(jīng)常造成道路有效利用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)空等現(xiàn)象，影
響了道路的暢通。為此，采用不依賴數(shù)學(xué)模型的根據(jù)車流量控制的方法設(shè)計(jì)交通燈控制器，能較好地解決這個(gè)問題。另外隨著眾多高科技技術(shù)在日常生活的普遍應(yīng)用，城市空
6
中各種電磁干擾日益嚴(yán)重，為保證交通控制的可靠、穩(wěn)定，選擇了能夠在惡劣的電磁干擾環(huán)境下正常工作的PLC是必要的。
隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，自動(dòng)化程度要求越來越高，原有的交通燈裝置遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前高度自動(dòng)化的需要?？删幊炭刂破鹘煌艨刂葡到y(tǒng)集成自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、新傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)管理技術(shù)于一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品；充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、控制管理和分散控制；充分吸收了分散式控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計(jì)，配置靈活、組態(tài)方便。
1.2 PLC發(fā)展的現(xiàn)狀
可編程控制器(Programmable Logical Controller)簡(jiǎn)稱PC或PLC，是60年代末發(fā)明的工業(yè)控制器件，是美國(guó)數(shù)字公司(DEC )為美國(guó)通用公司(GM)研制開發(fā)并成功應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線上，可編程控制器自此誕生。PLC早期主要應(yīng)用于工業(yè)控制，但隨著技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷擴(kuò)大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC軟硬件水平與規(guī)模也發(fā)生了質(zhì)與量的變化，其控制技術(shù)也朝著智能化方向不斷發(fā)展，同時(shí)推動(dòng)了先進(jìn)制造技術(shù)的相應(yīng)發(fā)展?，F(xiàn)代PLC已經(jīng)成為真正的工業(yè)控制設(shè)備
1.3 PLC的特點(diǎn)及應(yīng)用
一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴(kuò)展容易。
二、使用方便，編程簡(jiǎn)單。
三、能適應(yīng)各種惡劣的運(yùn)行環(huán)境，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性強(qiáng)。
第二章 PLC的結(jié)構(gòu)及原理
2.1 PLC編程簡(jiǎn)介
1、PLC的基本概念
早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種采用微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的工業(yè)控制裝置的功能已經(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(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）的簡(jiǎn)稱混淆，所以將可編程序控制器簡(jiǎn)稱PLC。PLC自1969年美國(guó)數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國(guó)、日本、德國(guó)的可編程序控制器質(zhì)量?jī)?yōu)良，功能強(qiáng)大。
2、PLC的基本結(jié)構(gòu)
PLC 實(shí)質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。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(gè)不可拆卸的整體。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。
PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示：
圖2-1 PLC的基本結(jié)構(gòu)框圖
3、PLC的工作原理
一. 掃描技術(shù)
當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。
（一） 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。
(二） 用戶程序執(zhí)行階段
在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。
即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。
在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。
（三） 輸出刷新階段
當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。
4、PLC內(nèi)部運(yùn)作方式
雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運(yùn)作。在整個(gè)的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：
步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點(diǎn)開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置Xn。
步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)至輸出端Yn。
步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點(diǎn)，并且重回步驟一。
此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時(shí)間稱為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。
5.PLC掃描周期（T）
掃描周期T=（輸入—點(diǎn)時(shí)間*輸入端子數(shù)）+（指令執(zhí)行速度*指令的條數(shù)）+（輸出一點(diǎn)的時(shí)間*輸出端子數(shù)）+故障診斷時(shí)間+通訊時(shí)間
從上式可看出，掃描周期已經(jīng)決定了：
1.CPU執(zhí)行執(zhí)行的速度
2.執(zhí)行每條指令所占用的時(shí)間
3.程序中指令條數(shù)的多少
指令執(zhí)行所需的時(shí)間和用戶程序的長(zhǎng)短、指令的種類和CPU執(zhí)行速度是有很大關(guān)系，一般來說，一個(gè)掃描的過程中，故障診斷時(shí)間，通信時(shí)間，輸入采樣和輸出刷新所占的時(shí)間較少，執(zhí)行的時(shí)間是占了絕大部分。PLC的掃描工作過程圖如圖2-2所示：
圖2-2 PLC的掃描工作過程圖
6、PLC的特點(diǎn)
PLC具有以下鮮明的特點(diǎn)。
（1） 功能完善，組合靈活，擴(kuò)展方便，實(shí)用性強(qiáng)?，F(xiàn)代PLC所具有的功能及其各種擴(kuò)展單元、智能單元和特殊功能模塊，可以方便、靈活地組成不同規(guī)模和要求的控制系統(tǒng)，以適應(yīng)各種工業(yè)控制的需要。以開關(guān)量控制為其特長(zhǎng)；也能進(jìn)行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機(jī)構(gòu)成復(fù)雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動(dòng)化。[2]
（2） 使用方便，編程簡(jiǎn)單，采用簡(jiǎn)明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計(jì)算機(jī)知識(shí)，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試容易。 PLC的運(yùn)用能夠做到在線修改程序，改變控制的方案而無需拆開機(jī)器設(shè)備。它能在不同環(huán)境下運(yùn)行，可靠性十分強(qiáng)悍。
（3）安裝簡(jiǎn)單，容易維修。PLC可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行，只需將現(xiàn)場(chǎng)的各種設(shè)備與PLC相應(yīng)的I/O端相連接，寫入程序即可運(yùn)行。各種模塊上均有運(yùn)行和故障指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。PLC還有強(qiáng)大的自檢功能，這為它的維修提供了方便。
（4）抗干擾能力和可靠性能力都強(qiáng)，遠(yuǎn)高于其他各種機(jī)型。隔離和濾波，是抗干擾的兩大主要措施。對(duì)PLC的內(nèi)部電源還采取了屏蔽、穩(wěn)壓、保護(hù)等措施，以減少外界干擾，保證供電質(zhì)量。另外使輸入/輸出接口電路的電源彼此獨(dú)立，以免電源之間的干擾。正確的選擇接地地點(diǎn)和完善的接地系統(tǒng)是PLC控制系統(tǒng)抗電磁干擾的重要措施之一。為適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，還采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)。通過以上措施，保證了PLC
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能在惡劣環(huán)境中可靠工作，使平均故障間隔時(shí)間長(zhǎng)，故障修復(fù)時(shí)間短。
（5）環(huán)境要求低。PLC的技術(shù)條件能在一般高溫、振動(dòng)、沖擊和粉塵等惡劣環(huán)境下工作，能在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下可靠工作。這是PLC產(chǎn)品的市場(chǎng)生存價(jià)值。
（6）易學(xué)易用。PLC是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備，接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。PLC編程大多采用類似繼電器控制電路的梯形圖形式，對(duì)使用者來說，不需要具備計(jì)算機(jī)的專門知識(shí)，因此，很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。
2.2 PLC調(diào)試步驟
檢查路線、確認(rèn)地址
這一步需要比較細(xì)心逐點(diǎn)進(jìn)行，要保證路線、地址正確無誤。否則會(huì)影響后面的調(diào)試?？刹粠щ姾藢?duì)，那就是查線，較麻煩。也可帶電查，加上信號(hào)后，看電控系統(tǒng)的動(dòng)作情況是否符合設(shè)計(jì)的目的。
2. 檢查與測(cè)試指示燈
控制面板上如有指示燈，應(yīng)先對(duì)應(yīng)指示燈的顯示進(jìn)行檢查。一方面，查看燈壞了沒有，另一方面檢查邏輯關(guān)系是否正確。指示燈是反映系統(tǒng)工作的一面鏡子，先調(diào)好它，將對(duì)進(jìn)一步調(diào)試提供方便。
3. 檢查手動(dòng)動(dòng)作及手動(dòng)控制邏輯關(guān)系
完成了以上調(diào)試，繼而可進(jìn)行手動(dòng)動(dòng)作及手動(dòng)控制邏輯關(guān)系調(diào)試。要查看各個(gè)手動(dòng)控制的輸出點(diǎn)，是否有相應(yīng)的輸出以及與輸出對(duì)應(yīng)的動(dòng)作，然后再看，各個(gè)手動(dòng)控制是否能夠?qū)崿F(xiàn)。如有問題，立即解決。
4. 半自動(dòng)工作
如系統(tǒng)可自動(dòng)工作，那先調(diào)半自動(dòng)工作能否實(shí)現(xiàn)。調(diào)試時(shí)可一步步推進(jìn)。直至完成整個(gè)控制周期。哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，就著手解決哪個(gè)步驟或環(huán)節(jié)的問題。
5. 自動(dòng)工作
在完成半自動(dòng)調(diào)試后，可進(jìn)一步調(diào)試自動(dòng)工作。要多觀察幾個(gè)工作循環(huán)，以確保系統(tǒng)能正確無誤地連續(xù)工作。
6. 模擬量調(diào)試、參數(shù)確定
以上調(diào)試的都是邏輯控制的項(xiàng)目。這是系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，首先要調(diào)通的。這些調(diào)試基本完成后，可著手調(diào)試模擬量、脈沖量控制。最主要的是選定合適控制參數(shù)。一般講，這個(gè)過程是比較長(zhǎng)的。要耐心調(diào)，參數(shù)也要作多種選擇，再?gòu)闹羞x出最優(yōu)者。有的PLC，它的PID參數(shù)可通過自整定獲得。但這個(gè)自整定過程，也是需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間才能完成的。
第三章 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的、有按預(yù)定時(shí)間段改變通行時(shí)間的，有以電視監(jiān)控信息來干預(yù)的等多種方法與手段，各有特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個(gè)以車流量為核心的智能交通燈自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過使用一種車流量檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)車量，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。
該車流量檢測(cè)系統(tǒng)利用圖像處理與識(shí)別技術(shù)，通過視頻信號(hào)檢測(cè)道路交通流量。具體地講是利用攝像頭作為視頻探頭，由圖像處理設(shè)備將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，識(shí)別車輛，當(dāng)車輛通過“虛擬線圈”時(shí)統(tǒng)計(jì)車流量及相關(guān)車輛信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，也可存?chǔ)在硬盤上。
根據(jù)車流量檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)出的車流量，利用數(shù)值比較器進(jìn)行比較，將南北和東西兩個(gè)方向車流量的比較結(jié)果送入PLC進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)兩個(gè)方向紅綠燈時(shí)間的長(zhǎng)短。
3.2 十字路口交通燈布置圖
根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可分析得出，本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)值比較器、PLC和紅綠燈。其布置圖如下圖所示：
圖3-1 十字路口布置圖
3.3 系統(tǒng)的控制要求
如果十字路口實(shí)行交通燈智能控制系統(tǒng)，則相當(dāng)于一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的交警對(duì)各方向的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時(shí)間，從而進(jìn)行合理的調(diào)配，防止車輛的堵塞，較好地解決了上述問題，這是代替模擬控制的有效辦法。智能交通燈控制系統(tǒng)由車流量檢測(cè)系統(tǒng)、數(shù)字比較器、控制器PLC、紅黃綠交通信號(hào)燈、輸入輸出接口電路和電源等組成。其實(shí)現(xiàn)的控制流程圖如下所示：
圖3-2 控制流程圖
交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：
1 信號(hào)燈受一個(gè)起動(dòng)開關(guān)控制，當(dāng)起動(dòng)開關(guān)接通時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的信號(hào)經(jīng)數(shù)值比較器，將結(jié)果送給PLC。系統(tǒng)開始工作，且先南北綠燈亮，東西紅燈亮。當(dāng)起動(dòng)開關(guān)斷開時(shí)，所有信號(hào)燈都熄滅。
2 南北綠燈亮維持一段時(shí)間后南北黃燈閃爍，同時(shí)東西紅燈亮相同時(shí)間后紅燈閃爍。
3 南北黃燈閃爍5秒。南北紅燈亮一段時(shí)間，同時(shí)東西紅燈閃爍5秒，東西綠燈亮與南北方向相同時(shí)間。
4南北紅燈亮維持一段時(shí)間后南北紅燈閃爍5秒，熄滅。同時(shí)東西綠燈維持相同時(shí)間后，東西黃燈閃爍5秒，熄滅。
5 周而復(fù)始。
第四章 系統(tǒng)器件選型和資源配置
4.1 系統(tǒng)器件的選型
4.1.1 PLC的選型
從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn)4個(gè)，開關(guān)量輸出點(diǎn)6個(gè)，參照西門子S7-200系列特性，選用主機(jī)為CPU226。其外形圖如下：
圖4-1 CPU226DC/DC/DC的端子連接
1M、2M為輸入端子的公共端。1L、2L為輸出公共端。CPU226 24V DC電源 ，24V DC輸入，24V DC輸出。100～230V AC電源，24V DC輸入繼電器輸出。
4.1.2 車流量檢測(cè)系統(tǒng)的選用
目前市場(chǎng)上有多種車流量檢測(cè)系統(tǒng)，比如視頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)、壓力檢測(cè)器、水平傳感器、雷達(dá)檢測(cè)或微波檢測(cè)等。本系統(tǒng)使用視頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)如下：
1.智能化車輛統(tǒng)計(jì)信息提取及管理基于智能視頻圖像處理，可以準(zhǔn)確智能計(jì)算停車車輛數(shù)目。該系統(tǒng)無需人工干預(yù)，完全智能化，24小時(shí)不間斷的實(shí)時(shí)停車場(chǎng)信息提取及處理。
2.高效準(zhǔn)確穩(wěn)定的系統(tǒng)性能
產(chǎn)品應(yīng)用安全可靠，低功耗，使用壽命長(zhǎng)。
高準(zhǔn)確率：白天的檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到99％以上，晚上的檢測(cè)準(zhǔn)確率可以達(dá)到98％。
3.靈活的應(yīng)用功能可以應(yīng)用于一切十字路口的智能車輛計(jì)數(shù)。該產(chǎn)品安裝簡(jiǎn)易方便， 不對(duì)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生任何破壞及影響。
4.1.3 數(shù)字比較器的選用
數(shù)值比較器是用于數(shù)字信號(hào)的比較，例如：在數(shù)據(jù)A和B比較中，
如果A>B，則輸出A大于B的結(jié)果信號(hào)Y0(A>B)=1，Y1(A
B)=0，Y1(AB)=0，Y1(A
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