1、【摘 要】 : 针对近年来城市交通的拥挤现象，特别是驾驶员违章严重、交通事故频发、车辆尾气污染等问题，介绍集计算机、信息、电子及通讯等众多高新技术手段于一体的智能交通指挥中心控制系统。该系统的安装及使用，大大缓解了城市道路堵塞现象、提高了道路的通行能力。减少了驾驶员违章的次数，抑制了交通事故的发生、同时能够减轻车辆尾气排放，从而对降低环境污染起到了不可低估的作用。分析现代城市交通控制与管理问题的现状，结合城乡交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。【关键词】: 交通控制 交通灯 PLC 控制机【Abstract】: In rece
2、nt years, for urban traffic congestion, especially drivers of serious violations, the frequent traffic accidents, vehicle exhaust pollution, introduced the small-computer, information, electronics and communications and other high-tech means in one of the intelligent traffic control center System. T
3、he system, and the use of and greatly ease the urban road congestion, increased road capacity. To reduce the number of illegal drivers to curb the occurrence of traffic accidents and at the same time to reduce vehicle emissions, thus reducing environmental pollution Have played a role should not be
4、underestimated.Analysis of the modern urban traffic control and management of the status quo, combined with the actual situation of urban and rural transport on the traffic light control system working principle, given a simple and practical urban traffic light control system hardware design.【Key wo
5、rds 】: traffic control traffic lights PLC control1目 录序言 .3一、PLC 的概述 .4（一） PLC 的产生和定义 .4（二） PLC 的基本组成 .4二、 PLC 的硬件与工作原理 .6（一） PLC 的硬件结构 .6（二） CPU 模块中的存储器 .7（三） PLC 的工作原理 .8三、PLC 的特点与应用领域 .10（一） PLC 的特点 .10(二) PLC 的应用领域 .11（三） PLC 的前景 .11四、PLC 的程序设计基础 .12（一） PLC 中的程序结构 .12（二） F 140MR 的编程组件： .13（三） 某些编
6、程组件的使用特性及含义： .14五、十字路口交通灯的介绍 .16（一） 十字路口交通灯的原理及示意图 .16六、应用 PLC 设计十字路口交通灯 .17（一） 输入输出点分配表 .17（二） 顺序功能图 .18（三）梯形图： .18（四）指令表 .18七、 小结 .19致 谢 .20参考文献 .21附录 .222序言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 不同的城市有不同城市的问
7、题，但共性就是混合交通流问题。在交叉口如何解决混合交通流中的相互影响或彼此的相互影响，就是解决问题的关键！随着我国城市化建设的发展，越来越多的新兴城市的出现，使得城市的交通成为了一个绝对主要的问题。同时随着我国经济的稳步发展，随着城市机动车量的不断增加，人民的生活水平日渐提高，越来越多的汽车进入寻常老百姓的家庭，据不完全统计，目前我国城市里的十字路口交通系统大都采用定时来控制(不排除繁忙路段或高峰时段用交警来取代交通灯的情况)。 单片机控制系统设计时硬件和软件均要设计，抗干扰性能差，不通用，并且需要有接口电路与之配套，价格中等，制造较难。程序的设计中，分析控制交通的多种原理，用传统的方法实现难
8、度较大，所以使用可编程控制器，其主要原因是因为PLC 具有简单易懂、操作方便、可靠性高、通用灵活、体积小、使用寿命长等一系列的优点。本设计介绍了应用 PLC 实现十字路口交通信号灯的自动控制。通过对交通信号灯的控制要求分析，对 PLC 控制系统进行了软、硬件设计，并通过实验证明该系统简单、经济、运行可靠，具有很高的实用价值。3一、PLC 的概述（一） PLC 的产生和定义1968 年由美国通用汽车公司（GE）提出，1969 年有美国数字设备公司（DEC）研制成功，有逻辑运算、定时、计算功能称为 PLC（programmable logic controller） 。 80 年代，由于计算机技术
9、的发展，PLC 采用通用微处理器为核心，功能扩展到各种算术运算，PLC 运算过程控制并可与上位机通讯、实现远程控制。被称为PC（ programmable controller）即可编程控制器。国际电工委员会（IEC）在 1985 年对 PLC 做了如下定义：“可编程控制器（Programmble Logic Controller ,PLC）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关设备，都应按易于使工
10、业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则来设计。 ”从以上定义中可以看出，PLC 是一种用程序来改变控制功能的工业控制计算机，除了能够完成各种各样的控制功能外，还有与其它计算机智能设备通信联网的功能。PLC 是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。（二）PLC 的基本组成目前，可编程控制器的产品很多，不同的厂家生产的 PLC 以及同一家生产的不同型号的 PLC 其结构个不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它
11、们都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，而更靠软件的支4持。PLC 的主机由微处理器（CPU ） 、存储器（EPROM、ROM） 、输入/输出模块、外设 I/O 接口、通信接口及电源组成。下面分别介绍 PLC 各组成部分及作用。(1) CPU 模块CPU 模块主要由微处理器（CPU 芯片）和存储器组成。在 PLC 控制系统中，CPU 模块相当于认的大脑和心脏，它不断地采集输入信号，执行用户程序，刷新系统的输出；存储器用来储存程序和数据。（2） I/O 模块输入（Input）模块和输出（Output）模块简称为 I/O 模块，它们相当于人的眼、耳、手、脚，是联系外部现场设备
12、和 CPU 模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流电压信号。开关量输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备；模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。输 入 采 样 程 序 执 行 输 出 刷 新周 期 性 循 环 扫 描 分 时 操 作5CPU 模块的工作电压一般是 5V，而 PLC 外部的输入、输出电路的电源电压较高，例如 DC24V 和 AC22
13、0V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏 CPU 模块中的元器件，或使 PLC 不能正常工作。在 I/O 模块中，用光耦合器、光敏晶闸管、小型继电器等器件来隔离 PLC 的内部电路和外部的 I/O 电路。I/O 模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。（3）编程器编程器用来生成用户程序，并用它来编辑、检查、修改用户程序，监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一般用来给小型 PLC 编程，或者用于现场调试和维护。使用编程软件可以在计算机屏幕上直接生成和编辑梯形图或指令表程序，并且可以实现不同编
14、程语言之间的相互转换。程序被编译后下载到 PLC，也可以将PLC 中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络或电话线，还可以实现远程编程和传送。（4） 电源PLC 使用 AC 220V 电源或 DC 24V 电源。内部的开关电源为各模块提供不同电压等级的直流电源。小型 PLC 可以为输入电路和外部的电子传感器（例如接近开关）提供 DC 24V 电源，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。二、 PLC 的硬件与工作原理（一） PLC 的硬件结构根据硬件结构的不同，可以将 PLC 分为整体式、模块式和混合式。(1) 整体式 PLC整体式又叫做单元式或箱体式，它的体积小、价格低，小型
15、PLC 一般采用整体式结构。整体式 PLC 将 CPU 模块、 I/O 模块和电源装在一个箱型塑料机壳内， S7-200称为 CPU 模块。其前盖下面有模式选择开关、模拟量电位器和扩展模块连接器。S7-200 系列 PLC 提供多种具有不同 I/O 点数的 CPU 模块和数字量、模拟量 I/O 扩6展模块供用户选用。CPU 模块和扩展模块用扁平电缆连接，可以选用全输入型或全输出型的数字量 I/O 扩展模块来改变输入、输出点的比例。整体式 PLC 还配备有许多专用的特殊功能模块，例如模拟量输入、输出模块、热电偶模块、位置控制模块和通信模块等，使 PLC 的功能得到扩展。(2) 模块式 PLC大、
16、中型 PLC 一般采用模块式结构，它由机架和模块组成。模块插在模块插座上，后者焊在机架中的总线连接板上，有不同槽数的机架供用户选用，如果一个机架容纳不下选用的模块，可以增设一个或数个扩展机架，各机架之间接口模块和电缆相连。用户可以选用不同档次的 CPU 模块、品种繁多的 I/O 模块和特殊功能模块，对硬件配置的选择余地较大，维修时更换模块也很方便。整体式 PLC 每一 I/O 点的平均价格比模块式的便宜，小型控制系统一般采用整体式PLC。但是模块式 PLC 的硬件组态方便灵活，I/O 点数的多少、输入点数与输出点数的比例、I/O 模块的种类和块数、特殊 I/O 模块的使用等方面的选择余地都比整
17、体式 PLC 大得多，维修时更换模块、判断故障范围也很方便，因此较复杂的、要求较高的系统一般选用模块式 PLC。（二） CPU 模块中的存储器存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。系统程序相当于个人计算机的操作系统，它使 PLC 具有基本的智能，能够完成 PLC 设计者规定的各种工作。系统程序由 PLC 生产厂家设计并固化在 ROM（只读存储器）中，用户不能读取。用户程序由用户设计，它使 PLC 能完成用户要求的特定功能。用户程序存储器的容量以字节（B）为单位。PLC 使用以下几种物理存储器：(1) 随机存取存储器（RAM）用户可以用编程装置读出 RAM 中的内容，也可以将用户程序写入 R
18、AM，因此 RAM 又叫读 /写存储器。它是易失性的存储器，它的电源中断后，储存的信息将会丢失。RAM 的工作速度高、价格便宜、改写方便。在关断 PLC 的外部电源后，可以用锂电池保存 RAM 中的用户程序和某些数据。锂电池可以用 13 年，需要更换锂7电池时，由 PLC 发出信号，通知用户。现在部分 PLC 仍然用 RAM 来储存用户程序。(2)只读存储器（ROM）ROM 的内容只能读出，不能写入。它是非易失性的，它的电源消失后，仍能保存储存的内容。ROM 用来存放 PLC 的系统程序。(3)可以电擦除可编程的只读存储器（EEPROM）EEPROM 是非易失性的，但是可以用编程装置对它编程，
19、兼有 ROM 的非易失性和 RAM 的随机存取优点，但是写入数据所需的时间比 RAM 长得多。S7-200用 EEPROM 来存储用户程序和需长期保存的重要数据。（三） PLC 的工作原理1、 用触点和线圈实现逻辑运算在数字量控制系统中，变量仅有两种相反的工作状态，例如高电平和低电平、继电器线圈的通电和断电、触点的接通和断开，可以用逻辑代数中的 1 和 0 来表示，在波形图中，用高电平表示 1 状态，用低电平表示 0 状态。用继电器电路或梯形图可以实现“与” 、 “或” 、 “非”逻辑运算。用多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算。继电器的线圈通电时，其常开触点接通，常闭触点断开；线圈断
20、电时，其常开触点断开，常闭触点闭合。梯形图中的位元件（例如 PLC 的输出点 Q）的触点和线圈也有类似的关系。2、 PLC 的操作模式（1） 、操作模式PLC 由两种操作模式，即 RUN（运行）模式与 STOP（停止）模式。在 RUN 模式下，通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能；而在STOP 模式下，CPU 不执行用户程序，我们可以使用编程软件来创建和编辑用户程序，设置 PLC 的硬件功能，并将用户程序和硬件设置信息下载到 PLC 中。如果有致命错误，在消除它之前不允许从 STOP 模式进入 RUN 模式。PLC 操作系统储存非致命错误供用户检查，但是不会从 RUN 模式自动进入 S
21、TOP 模式。8I/O 响应时间:指从 PLC 的某一输入信号变化开始到系统有关输出端信号的改变所需的时间。PLC 的 I/O 响应时间为了增强 PLC 的抗干扰能力，提高其可靠性，PLC 的每个开关量输入端都采用光电隔离等技术。为了能实现继电器控制线路的硬逻辑并行控制，PLC 采用了不同于一般微型计算机的运行方式（扫描技术） 。以上两个主要原因，使得 PLC 的 I/O 响应比一般微型计算机构成的工业控制系统慢一些，其响应时间至少等于一个扫描周期，一般均大于一个扫描周期。（2） 用模式开关改变操作模式CPU 模块上的模式开关在 STOP 位置时，将停止用户程序的运行；在 RUN 位置时，将启
22、动用户程序的运行。模式开关在 STOP 或 TERM（Terminal ，终端）位置时，电源通电后 CPU 自动进入 STOP 模式；在 RUN 位置时，电源通电后自动进入 RUN 模式。（3）用 STEP 7-Micro/WIN 编程软件改变操作模式用编程软件控制 CPU 的操作模式必须满足下面的两个条件：a) 在编程软件与 PLC 之间建立起通信连接。b) 将 PLC 的模式开关放置在 RUN 模式或 TERM 模式。在编程软件中单击工具条上的运行按钮，或执行菜单命令“PLC”“RUN”（运行） ，将进入 RUN 模式。单击停止按钮，或执行菜单命令“PLC”“STOP”（停止） ，将进入
23、STOP 模式。（4） 在程序中改变操作模式在程序中插入 STOP 指令，可以使 CPU 由 RUN 模式进入 STOP 模式。3、 PLC 的基本工作原理PLC 是一种存储程序的控制器。用户根据某一对象的具体控制要求，编好程序后，编程器将程序键入 PLC 的用户存储器中存储。PLC 的控制功能就是运用9用户程序来实现的。PLC 采用循环扫描的方式来进行工作，即在 PLC 通电并完成了对硬件和软件的初始化之后，用户程序反复不断地执行，以使 PLC 的输出及时的响应随时可能变换的输入信号，直到 PLC 停机或者切换到 STOP 状态为止。这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。PLC 在 R
24、UN 工作模式下，采用周期循环扫描、分时操作的工作方式，不断地采集输入信号、执行用户程序以刷新系统输出；同时，完成内部处理和通信服务等工作。扫描工作当 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。三、PLC 的特点与应用领域（一） PLC 的特点PLC 是综合继电器接触器控制的优点及计算机灵活、方便的特点而设计制造和发展的,这就使 PLC 具有许多其他控制器所无法相比的优点。（1）编程方法简单易学（2）功能强、性价比高（3）硬件配套齐全、用户使用方便、适应性强（4）可靠性高，抗干扰能力强（5） 系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维修方便（7）体积小，能耗低，易于集成
