基于PLC的智能交通信号灯控制系统
摘要
可编程控制器的功能日益完善，加上小型化、价格低、可靠性高，在现代工业中的应用更加突出。城市交通灯控制采用的可编程制器具有可靠性高、维护方便，用法简单、通用性强等特点来控制交通路况:制作传感器探测车辆数量来控制交通灯的时长。具体如下:在入路口的各个方向附近的地下按要求埋设感应线圈，当汽车经过时就会产生涡流损耗，环状绝缘电线的电感开始减少，即可检测出汽车的通过，并将这一信号转换为标准脉冲信号作为可编程控制器的控制输入，并用PLC计数，按一定控制规律自动调节红绿灯的时长。
关键词：PLC 传感器 智能 交通信号灯
Abstract function of the programmable controller is increasingly perfect, plus smallscaled turn, the price is low, the credibility is high, the application that is in modern industry is more out standing.The city transportation light control adopts programmable to make the tool contain high credibility, the maintenance convenience, the method of using is simple, the in general use strong etc.characteristics, this text uses the design that the programmable, way and as follows: The at go the into the underground of the each the direction neighborhood the of the street corner the to lay the to respond the coil the according to the trequest, the be the automobile to the pa by the will produce the to flow the to exhaust, the wreath the form insulates the electricity the feeling of the electric the wire to start reduce, can immediately examine pa of an
1 automobile, and convert this signal control importation that is the programmable controller for the standard pulse signal, counteract the PLC to count, long by the hour that the certain control regulation regulates the traffic lights automatically.Keywords: PLC( Programmable Logical Controller); diagram; intelligence; Instruction In proper order function diagram Transportation light 2
绪论
1引言
道路通交通系统是一个地区、一个城市的主要组成部份，这个系统的运行状况如何，直接反映了一个地区、一个城市的现代化管理水平。在这一系统中，道路不仅仅是易变化的部分，而其它组成部分则存在着较大的可变性和随机性。只有对这一系统的组成及其运行机理进行科学客观的分析研究，对能制定出科学有效的管理和控制对策，从而保障系统的有效运行。 2 PLC控制设计内容及任务
本设计采用PLC做控制器，完成对十字路口交通灯的自控控制与监控，主要实现城市交通路口信号灯自动控制，实现显示，通信等功能，从而保证了车辆在 城市道路各路口顺畅通行及安全。
3 交通灯发展现状
随找社会的发展和进步，上路的车辆越来越多，道路建设却往往跟不上城市发展的速度，因此城市交通的问题日益突出。经常在十字路口等交通繁忙的地方发生堵塞情况，在这个时候，道路交通灯的正常运行以及合理的功能就是交通畅通的重要保证。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高澎路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路藕合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道车流量繁忙的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门待解决的主要问题
4 交通灯监控系统的设计意义
目前，我国城市十字路口的交通灯控制系统基本上都采用定时控制方式，就会车流量大时却要等待红灯，车流量相对少的道路却依然按原定时间亮着绿灯。 3 因此智能交通控制系统将具有广大的应用，按照城市交通控制的需要，本文讨论了用PLC实现正常时序、急车强通2种控制方式，通过传感器与PLC完成对交通异常状况（滞留或堵车）的判别及处理。
正常时序控制对路面进行控制.南北方向红灯时,东西方向绿灯.绿灯闪3秒紧接着黄灯闪2秒,变红灯.南北方向红灯直接变绿灯.东西方向红灯时同理.急车强通时,发送信号给交通灯让其对来急车方向的交通灯进行绿灯畅通.急车强通信号受急车强通开关控制；无急车时，信号灯接正常时序控制；有急车来时，一律强制让急车方向的绿灯亮，使急车放行，直至急车通过为止。
交通滞留的异常情况，在路口与路尾设置两个传感器进行检测车流量.交通路段车流量繁忙时，传感器起到勘测车流量的存在与通过的作用。当一方车流量过大的时候,PLC要对控制这一路段的信号灯进行调控,让滞留或堵车的一方绿灯时间加长,直到交通畅通为止这种工作的好处是避免了交通堵塞造成的不必要的麻烦与事故,就、控制进行很方便,很便捷。
第一章 系统总体方案比确
1.1 继电器接触控制
采用继电接触或控制系统设计交通灯控制系统，主要由继电器、接触器、按钮、行程开关组成其控制方式是断续的，虽然这种系统也具有机构简单，价格低廉，维护容易，抗干扰能力强等优点，但这种系统的缺点是采用固定接线方式，接线多，灵活性差，工作频率低，触电易损坏，可靠性差。
1.2单片机系统控制
1、比较稳定，由于I/O口内部采用光电隔离驱动，因此抗干扰能力要强很多。
2、I/O口的驱动能力比较强，能够直接驱动24V的继电器吸合。
3、做人机界面等在某些场合，市场上有共用和现在的开发软件及界面，因此相对于单片机，它的开发周期要短很多。
PLC说穿了其实就是单片机功能的集成化，稳定性比起单片机更好，功能更齐全，对于工程人员的编程也相对简单。所以PLC是目前工业控制器使用最为普遍的一种。单片机的优点在于，成本低，体积小，但是稳定性差。
用单片机设计交通灯控制系统采用MSL-51系列单片机TSC51和可编程并行I/O接口芯片6255A为中心器件来设计交通灯控制器，实现了能根据实际车流量通过8051芯片的PL口设置红绿灯燃亮时间。使用单片机设计的优点在于它们的CPU功能在增强，内部资源在增多引角的多功能化，以及低电压低功耗，但是变成复杂，对环境的要求较高，出现故障时进行调试不方便，可靠性不高。
1.3可编程控制器控制
可编程逻辑控制器简称为PLC，它主要用来取代继电接触器逻辑控制。系统功能仅限于执行继电器逻辑、计时、计数等，可编程控制系统是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，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 5 数字式和模拟式的输入和输出。控制各种类型机械的生产过程，它具有很强的抗干扰能力。广泛的适应能和应用范围而。这也是区别于其他一般微型控制系统的一个重要特征。
采用PLC作为十字路口交通灯控制系统作为控制核心，只需将程序下载到PLC内即可，并可通过通信随时对控制系统进行调试，PLC适应环境的能力非常强，抗干扰等方面能力都非常强大，性能价格也很高。
实现开关量顺序控制和逻辑控制较为繁琐，程序的结构和编制较为复杂，调试困难，要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠的运行。可编程控制器PLC采用了“循环扫描”工作方式，是一种可编程的控制器，相当于一种控制设备，考虑到有效的缓解交通拥挤、实现交通控制系统的最优控制应用，采用PLC实现交通灯的控制，其特点是非常可靠，容易实现开关量顺序控制和逻辑控制，具有很高的工作可靠性和抗干扰能力。单片机的控制系统在多数场合下，被控对象主要是开关量顺序控制和逻辑控制，通过对不同时间的控制变量及由被控变量形成的反馈变量经一定逻辑组合而完成控制，亦即被控对象的实现是有关逻辑关系的实现，并不一定有时间的先后。所以使得系统在交通灯设计方案中可编程控制器（PLC）成为首选。
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第二章可编程控制器的简述
2.1可编程控制器的概述
可编程控制器是在继电器控制和计算机技术的基础上逐渐发展起来的以微处理器为核心。集微电子技术，自动化技术，计算机技术，通信技术为一体，以工业自动化控制为目标的新型控制装置，目前已在工业、农业、商业、交通运输等领域得到广泛应用。成为各行业的通用控制核心产品。
可编程控制器是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算，操作的电子装置，是带有存储器，可以编制程序的控制器，它能够存储和执行命令，进行逻辑运算和顺序控制，定时、计数和算术运算等操作，并通过数字式和模拟式的输入输出，控制各种类型的机械或生产过程，可编程控制器及其有关的外围设备，都应控易于工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。
PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C技术(Computer Control Communication)相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。PLC早期主要应用于工业控制，但随着技术的发展，其应用领域正在不断扩大 .可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称PC或PLC，是60年代末发明的工业控制器件，是美国数字公司(DEC )为美国通用公司(GM)研制开发并成功应用于汽车生产线上，可编程控制器自此诞生。随着计算机技术的飞速发展，PLC软硬件水平与规模也发生了质与量的变化，其控制技术也朝着智能化方向不断发展，同时推动了先进制造技术的相应发展。现代PLC已经成为真正的工业控制设备。
2.2可编程控制器的主要的特点及分类
1可编程控制器的主要的特点
1.可靠性高 2.控制功能强 3.组成灵活 4.操作方便
7 5.网络功能
中央处理单元（CPU）是PLC控制部件，一般由控制电路，运算器，寄存器等组成，通过地址及数据总线与存储器，I/O接口电路连接，它主要完成从存储器中读取指令并执行，然后再取下一条指令，处理中断等任务。
存储器是具有记忆功能的半导体电路，PLC的存储器包括系统程序存储器和用户程序存储器。其中，系统程序是PLC制造厂家编写的控制和完成各种功能的程序，他们一般被固化到只读存储器（RAM）中，不允许修改，并用户启动运行。
输入/输出接口电路用来连接PLC主机与外部设备。为了提高抗干扰能力，一般的输入，输出接口均有光电隔离装置，最常用的是由发光二极管和光电三极管组成的光电耦合器。我们所用的OMRON CPM1A系列PLC的输入/输出接口电路图如下图所示： 由于输入及输出的升年时秒度即可能是数字能量，又有可能是开关量或者模拟量，所以，选择接口部件时要考虑接口处的信号的性质。
电源部件用来将外部供电电源转换成供PLC的各部分电子电路工作所需的直流电源，是PLC能正常工作。由于PLC 的电源部件有很好的稳压措施，因此它对外部电源的要求并不高，直流24V供电的机型，允许电压为16-32V。交流供电的机型，允许电压为85-264V，频率为47-53HZ，一般情况下，PLC 还为用户提供24V直流电源作为输入电源或负载电源。
可编程控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的存储器来存储指令，并实现逻辑运算、顺序运算、记数和算术运算等功能。用来对各种机械或生产过程进行控制
2可编程控制器的分类
1.按点数和功能分类：根据I/O点数的多少可将PLC分成小型、微型、中型和大型。
2按用途分类：根据可编程控制器的用途PLC可分为通用型和专用型两大类。 3按结构形式分类: PLC按照硬件的结构形式可以分为整体式和组合式。整体式PLC外观上是一个长方形箱体，又称为箱式PLC。组合式PLC在硬件构成上具有一定的灵活性，其规模可以像拼积木一样的进行组合，构成具有不同控制规模和功能的PLC，因此这种PLC又称为积木式PLC。 整体式PLC：整体式PLC的CPU、存储器、输入输出安装在同一机体内，这种结构的特点是：结构简单，体积小，
8 价格低；输入输出路数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低。 组合式PLC：组合式PLC为总线结构。其总线做成总线板，上面有若干个总线槽，每个总线槽可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。PLC的CPU、存储器和电源等做成一个模块，该模块在总线版上的安装位置一般来说是固定的，而且该模块也是构成组合式PLC所必需的。其他的模块根据PLC的控制规模、实现的功能选取，安装在总线版的其他任一总线槽上。组合式PLC安装完成后，需进行登记，使PLC对安装在个总线上的模块进行确认。组合式PLC的总线板又称为基版。组合式PLC的特点是系统构成灵活性高，可构成具有不同控制规模和功能的PLC；价格较高。
4按控制规模分类 输入输出的总线数，又称I/O点数，是表征PLC控制规模的重要参数。因此，按控制规模对PLC分类时，可根据I/O点数的不同大致分为小型、中型和大型PLC。 小型PLC：I/O点数较少，在256点以下的PLC。 中型PLC：I/O点数较多，在256点以上、2048以下的PLC。 大型PLC：I/O点数较多，在2048点以下的PLC。
5按实现的功能分类 按照PLC所能实现的功能的不同，可以把PLC大致的分为低档、中档、和高档机三类。 低档机：具有逻辑运算、计时、计数、移位自诊断监控等功能，还具有一定的算术、数据传送和比较、通讯、远程和模拟量处理功能。 中档机：除具有低档机的功能外，还具有较强的算术运算、数据传送和比较、数据转换、远程、通讯、子程序、中断处理和回路控制功能。 高档机：除具有中档机的功能外，还具有带符号数的算术运算、矩阵运算。函数、表格、CRT显示、打印机打印等功能。 一般地，低档机多为小型PLC，采用整体式机构；中档机可为大、中、小型PLC，其中小型PLC多采用整体式结构，中型和大型PLC多采用组合式结构；高档机多为大型PLC，采用组合式结构。目前，在国内工业控制中应用最广泛的是中、低档机。
2.3 可编程控制器的工作原理
1工作过程
按照可编程控制器系统的构成原理，可编程控制器系统由传感器，可编程控
9 制器(PLC)和执行器组成。可编程控制器通过循环扫描输入端口的状态，执行用户程序来实现控制任务。其操作过程如下图所示。
可编程控制系统的操作过程
PLC将内部数据存储器分成若干个寄存器区域，其中过程映像区域又称为I/O映像寄存器区域。过程映像，区域的输入映像寄存器区域(PLC)用来存放输入端点的状态，输出映像寄存器区域(PIQ)用来存放用户程序(OBI)运行的结果。 PLC输入模块的输出信号状态与传感器信号相对应， 为传感器信号经过，隔离和滤波后的有效信号，开关量输入电路同构传感器的0.1电平变化，识别开关的通断状态，CPU存每个扫描周期的开始扫描输入模块，信号状态并将其状态送入输入映像寄存器区域；CPU根据用户程序中的程序指令来处理传感器信号。并将处理结果送到输出映像寄存器区域。
PLC输出模块具有一定的负载驱动能力，在额定负载以内，直接和负载相连，可以驱动相应的执行器。
CPU连续执行用户程序、任务的循环序列称为扫描。如下图所示，CPU的扫描周期包括读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断测试及写输出等内容。
PLC可被看成是在系统软件支持下的一种扫描设备。它一直周而复始地循环扫描并执行由系统软件规定好的任务。用户程序只是扫描周期的一个组成部分，用户程序不运行时，PLC也在扫描，只不过在一个周期中去除了用户程序和读输入、写输出这几部分内容。典型的PLC在一个周期中可完成以下5个扫描过程。 1自诊断测试扫描过程。
为保证设备的可靠性，及时反应所出现的故障，PLC都具有自监视功能。自监视功能主要由时间监视器完成。WDT是一个硬件定时器，每一个扫描周期开始前都被复位。WDT的定时可由用户修改，一般在100～200ms之间。其它的执行
10 结果错误可由程序设计者通过标志位进行处理。 2与网络进行通信的扫描过程。
一般小型系统没有这一扫描过程，配有网络的PLC系统才有通信扫描过程，这一过程用于PLC之间及PLC与上位计算机或终端设备之间的通信。 3用户程序扫描过程。
机器处于正常运行状态下，每一扫描周期内部包换扫描过程。该过程在机器运行中是可控的，即用户可以通过软件进行设定。用户程序的长短，会影响过程所用的时间.4读输入与写输出扫描过程。
机器在正常运行状态下，每一时间。个扫描周期内都包含这个扫描过程。该过程在机器运行中是否被执行是可控的。CPU在处理用户程序时，使用的输入值不是直接从输入点读取的运算的结果也不直接送到实际输出点，而是在内存中设置了两个映像寄存器：一个为输入映像寄存器，另一个为输出映像寄存器。用户程序中所用的输入值是输入映像寄存器的值，运算结果也放在输出映像寄存器中。在输入扫描过程中，CPU把实际输入点的状态锁入到输入映像寄存器；在输出过程中，CPU把输出映像寄存器的值锁定到实际输出点。为了现场调试方便，PLC具有I/O控制功能，用户可以通过编程器封锁或开放I／O。封锁I／O就是关闭I／O扫描过程。
在读输入阶段，CPU对各个输入端子进行扫描，通过输入电路将各输入点的状态锁入输入映像寄存器中。紧接着转入用户程序执行阶段，CPU按照先左后右、先上后下的顺序对每条指令进行扫描，根据输入映像寄存器和输出映像寄存器的状态执行用户程序，同时将执行结果写入输出映像寄存器中。在程序执行期间，即使输入端子状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变—输入端子状态变化只能在下一个工作周期的输入阶段才被集中读入。在写输出阶段，将输出映像寄存器的状态集中锁定到输出锁存器，再经输出电路传递到输出端子。 由上述分析得出循环扫描有如下特点：
(一) 扫描过程周而复始地进行，读输入、写输出和用户程序是否执行是可控的。
(二) 输入映像寄存器的内容是设备驱动的，在程序执行过程中的一个工作 11 周期内输入映像寄存器的值保持不变，CPU采用集中输入的控制思想，只能使用输入映像积存的值来控制程序的执行。
(三) 程序执行完后的输出映像寄存器的值决定了下一个扫描周期的输出值，而在程序执行阶段，输出映像寄存器的值即可以作为控制程序执行的条件，同时又可以被程序修改用于存储中间结果或下一个扫描周期的输出结果。此时的修改不会影响输出锁存器的现在输出值，这是与输入映像寄存器完全不同的。
(四)对同一个输出单元的多次使用、修改次序会造成不同的执行结果。由于输出映像寄存器的值可以作为程序执行的条件，所以程序的下一个扫描周期的集中输出结果是与编程顺序有关的，即最后一次的修改决定了下一个周期的输出值，这是编程人员要注意的问题。各个电路和不同的扫描阶段会造成输入和输出的延迟，这是PLC的主要缺点。各PLC厂家为了缩小延迟采取了很多措施，编程人员应对所使用型号的PLC的延迟时间的长短很清楚，它是进行PLC选型时的重要指标。
2可编程控制器的技术性能指标。
1 I/O点数 2 存储容量 3 扫描速度 4 指令系统 5 可扩展性 6 通信功能
3可编程控制器的组成
如图所示，PLC与通用计算机没有什么区别，只是一台增强了I/O功能的可与控制对象方便连接的计算机。其完成控制的实质是按一定算法进行I／O变换，并将这个变换物理实现，应用于工业现场。。。。 1输入寄存器
输入寄存器可按位进行寻址，每一位对应一个开关量，其值反映了开关量的状态，其值的改变由输入开关量驱动，并保持一个扫描周期。CPU可以读其值，但不可以写或进行修改。
图2-1.PLC的组成
2 输出寄存器
输出寄存器的每一位都表明了PLC在下一个时间段的输出值,而程序循环执行开始时的输出寄存器的值,表明的是上一时间段的真实输出值。在程序执行过程中,CPU可以读其值,并作为条件参加控制,还可以修改其值,而中间的变换仅仅影响寄存器的值。只有程序执行到一个循环的尾部时的值才影响下一时间段的输出，即只有最后的修改才对输出接点的真实值产生影响。 3 存储器
存储器分为系统存储器和用户存储器。系统存储器存储的是系统程序，它是由厂家开发固化好了的，用户不能更改，PLC要在系统程序的管理下运行。用户存储器中存放的是用户程序和运行所需要的资源，I/O寄存器的值作为条件决定着存储器中的程序如何被执行，从而完成复杂的控制功能。 4 CPU单元
CPU单元控制着I／O寄存器的读、写时序，以及对存储器单元中程序的解释执行工作，是PLC的大脑。 5 其它接口单元
其它接口单元用于提供PLC与其它设备和模块进行连接通信的物理条件。
4可编程控制器的主要用途
PLC编程一般采用易于理解和掌握的梯形图语言及面向工业控制的简单指令编制程序，非常形象直观，在了解了PLC简单工作原理和它的编程技术后，就可
13 以结合实际需要进行应用设计，进而将PLC用语实际控制系统中，此外，PLC还具有使用和编程方便，抗干扰能力强，运行稳定可靠，在实际运用中设施施工周期短等特点，是一种用于工业自动化控制的理想工具。
PLC诞生后，受到工业界的普遍欢迎，并得到迅速发展，目前，它的应用几乎覆盖了所有工业企业，而且随着PLC技术的推广和应用，PLC将向着标准化，小型化，模块化及低成本，高功能的方向发展。
3-2PLC与一般的计算机的结构相似，由中央处理单元（CPU），存储器（MEMERY），输入/输出（INPUT/OUTPUT）接口，电源部件外部设备接口等，但由于PLC专为工业环境下设计，为了便于接线，扩充功能，操作及维护，它的结构与组成又与一般的计算机系统有所区别。
2.4 可编程控制器的应用与发展
可编程控制器(PLC)是以早期的继电器逻辑控制系统发展而来的。自60年代问世以来，PLC得到了突飞猛进的发展。尤其在数据处理，网络通信及与NCS等集散系统融合方面有了很大的进展，可编程控制器已经成为工业自动化强有力的工具。得到了广泛的普及和推广应用，可编程序控制器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，可编程控制器的功能日益完善，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，PLC可编程控制器是以微处理机为基础发展起来的新型工业控制装置。
20世纪80年代至90年代中期是PLC发展最快的时期。PLC发展至今，已有30多年的历史。伴随着半导体技术、计算机技术、通讯技术的发展，工业控制领域已有了翻天覆地的变化，PLC亦再不断发展变化中，PLC正朝着新的技术发展。近年来随着科技的飞速发展，PLC的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的PLC应用系统中，PLC往往是作为一个核心部件来使用，仅PLC方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。 交通信号灯的出现，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。随着中国加入WTO，我们不但要在经济、文化、科技等各方面与国际接轨，在交通控制方面也应与国际接轨。
PLC是由摸仿原继电器控制原理发展起来的，二十世纪七十年代PLC只有开
14 关量逻辑控制，首先应用的是汽车制造行业。它以存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和运算等操作的指令；并通过数字输入和输出操作，来控制各类机械或生产过程。用户编制的控制程序表达了生产过程的工艺要求，并事先存入PLC的用户程序存储器中。运行时按存储程序的内容逐条执行，以完成工艺流程要求的操作。PLC的CPU内有指示程序步存储地址的程序计数器，在程序运行过程中，每执行一步该计数器自动加1，程序从起始步（步序号为零）起依次执行到最终步（通常为END指令），然后再返回起始步循环运算。PLC每完成一次循环操作所需的时间称为一个扫描周期。不同型号的PLC，循环扫描周期在1微秒到几十微秒之间。PLC用梯形图编程，在解算逻辑方面，表现出快速的优点，在微秒量级，解算1K逻辑程序不到1毫秒。它把所有的输入都当成开关量来处理，16位（也有32位的）为一个模拟量。大型PLC使用另外一个CPU来完成模拟量的运算。把计算结果送给PLC的控制器。
相同I/O点数的系统，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大约能省40%左右）。PLC没有专用操作站，它用的软件和硬件都是通用的，所以维护成本比DCS要低很多。一个PLC的控制器，可以接收几千个I/O点（最多可达8000多个I/O）。如果被控对象主要是设备连锁、回路很少，采用PLC较为合适。PLC由于采用通用监控软件，在设计企业的管理信息系统方面，要容易一些
PLC在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。
(在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制的三大技术支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一，成为大多数自动化系统的设备基础。由于综合了计算机和自动化技术，使它发展日新月异，大大超过其出现时的技术水平。它不但可以很容易地完成逻辑、顺序、定时、计数、数字运算、数据处理等功能，而且可以通过输入输出接口建立与各类生产机械数字量和模拟量的联系，从而实现生产过程的自动控制。特别是超大规模集成电路的迅速发展以及信息、网络时代的到来，扩展了PLC的功能，使它具有很强的联网通讯能力，从而更广泛地应用于众多行业。
15近10年来，随着PLC价格的不断降低和用户需求的不断扩大，越来越多的中小设备开始采用PLC进行控制，PLC在我国的应用增长十分迅速。随着中国经济的高速发展和基础自动化水平的不断提高，今后一段时期内PLC在我国仍将保持高速增长势头。 通用PLC应用于专用设备时可以认为它就是一个嵌入式控制器，但PLC相对一般嵌入式控制器而言具有更高的可靠性和更好的稳定性。实际工作中碰到的一些用户原来采用嵌入式控制器，现在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器
PLC在世界各地得到了广泛应用，同时，PLC的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技术、控制技术网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用
第三章S7-200系列可编程控制器
S7-200系列PLC除了可以用于输入、输出点数较少的小型机械与设备的单机控制外，由于其通信与网络功能较强，因此还可以作为复杂系统的“子站”使用，构成PLC网络，
3.1 S7-200可编程控制器的概述
SIMATICS7系列PLC可分为S7-200、S7-400和S7-300三个系列，分别为S7系列的大，中。小（微）型PLC系统S7-200属于S7家旋中功能最精简，I/O点数最少、扩展性最低的PLC产品，可以称为微小型PLC系列产品。
3.2 S7-200系列PLC的构成
S7-200小型PLC系统有基本单元（主机）、扩展单元、文本、图形显示器，编程器等组成，有CPU221.CPU222.CPU224和CPU226.CPU224XP五种基本规格。
3.3 S7-200系列PLC的常用指令
1基本为操作指令
位操作指令是PLC常用的基本指令，梯形图指令有触点和线圈两大类，触点又分为动合与动断两种形式，语句表指令有与或以及输出等逻辑关系。
梯形图的触点符号代表PLC对存储器的卖操作，CPU运行扫描触点符号时，到触点位地址指定的存储器位访问，该位数据（状态）为1时，触点为动态，（动合触点闭合，动断触点断开），数据（状态）为0时，触点为常态（动合触点断开，动断触点闭合）。
梯形图的线圈符号代表CPU对存储器的写操作，线圈左侧触点组成逻辑关系，逻辑运算结果为1时，能量流可以到达线圈，使线圈通电，CPU将线圈位地址指定的存储器位置1，逻辑运算结果为0时，线圈不通电，存储器位置(复位1，梯形图利用线圈通、断电描述存储器位的置位，复位操作。 2 计数器指令
计数器利用输入脉冲上升沿累计脉冲个数，S7-200系列PLC有递增计数（CTU）增减计数（CTU）递减计数(CTD)三类技术指令，计数器使用方法和基本
17 结构与定时器基本相同，主要由预置值寄存器，当前值寄存器，状态位等组成。
梯形图指令符号中CU-增1计数脉冲输入端：CD-减1计数脉冲输入端：R-复位脉冲输入端：1D-减计数器的装载输入端，编程范围C0-C225：PV预置值最大范围32767：PV数据类型：INT（整数）
S7-200的定时器为增量型定时器，用于实现控制按钮，工作方式和时间基准（时准）分类；定时器共有六种类型，时间基准又称为定时精度和分辨率。
按照工作方式；定时器可分为通电延时型（TON），有记忆的通电延时型（保持型）（TONR）。断电延时型(TOF)三种类型。
按照实基标准，定时器可分为1ms.1ons.100ms三种类型，不同的实基标准，定时精度，定时范围和定时器的书安心方式不同。定时时间T=实基x预置值。
可编程序控制器采用SIEMENS的S7-200系列CPU-224主机，I/O点数为40点(14个输入点和10个输出点)，具有2个RS-485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。自由通讯口方式是S7-200 PLC的一个很有特色的功能，它使S7-200 PLC可以由用户自己定义通讯协议。利于自由通讯口方式，在本系统中PLC可以与变频器和触摸屏方便连接。模拟量输入采用4路12位A/D模拟量输入的EM231模块，具有较高的精度。PLC编程采用STEP7-Micro/WIN编程软件，它提供一个完整的编程环境，可进行离线编程和在线连接和调试，并能实现梯形图与语句表的互相转换。
第四章传感器
传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节
4.1磁电式传感器
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出饿传感器，它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，它只适合进行动态测量，由于他具有较大的输出功率，放机用电路简单，零位及性能稳定，工作频带一般为10-1000HZ。
磁电式传感器由于具有结构简单，工作稳定；输出电压灵敏度高等优点，在转速测量，振动、速度测量中得到广泛的应用。
及上优点，本次系统设计所使用的是电磁式传感器。
4.2 电阻应变式传感器
传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。
4.3压阻式传感器
压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。
用作压阻式传感器的基片（或称膜片）材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。
19 4.4电阻式传感器
电阻式传感器是将被测量，如位移、形变、力、加速度、湿度、温度等这些物理量转换式成电阻值这样的一种器件。主要有电阻应变式、压阻式、热电阻、热敏、气敏、湿敏等电阻式传感器件。
4.5激光传感器
利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。
利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度（ZLS-Px）、距离（LDM4x）、振动（ZLDS10X）、速度（LDM30x）、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。
4.6 智能传感器
智能传感器的功能是通过模拟人的感官和大脑的协调动作， 传感器结合长期以来测试技术的研究和实际经验而提出来的。是一个相对独立的智能单元，它的出现对原来硬件性能苛刻要求有所减轻，而靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。
1、信息存储和传输——随着全智能集散控制系统的飞速发展，对智能单元要求具备通信功能，用通信网络以数字形式进行双向通信，这也是智能传感器关键标志之一。智能传感器通过测试数据传输或接收指令来实现各项功能。如增益的设置、补偿参数的设置、内检参数设置、测试数据输出等。
2、自补偿和计算功能——多年来从事传感器研制的工程技术人员一直为传感器的温度漂移和输出非线性作大量的补偿工作，但都没有从根本上解决问题。而智能传感器的自补偿和计算功能为传感器的温度漂移和非线性补偿开辟了新的道路。这样，放宽传感器加工精密度要求，只要能保证传感器的重复性好，利 20 用微处理器对测试的信号通过软件计算，采用多次拟合和差值计算方法对漂移和非线性进行补偿，从而能获得较精确的测量结果压力传感器。
3、自检、自校、自诊断功能——普通传感器需要定期检验和标定，以保证它在正常使用时足够的准确度，这些工作一般要求将传感器从使用现场拆卸送到实验室或检验部门进行。对于在线测量传感器出现异常则不能及时诊断。采用智能传感器情况则大有改观，首先自诊断功能在电源接通时进行自检，诊断测试以确定组件有无故障。其次根据使用时间可以在线进行校正，微处理器利用存在EPROM内的计量特性数据进行对比校对。
4、复合敏感功能——观察周围的自然现象，常见的信号有声、光、电、热、力、化学等。敏感元件测量一般通过两种方式：直接和间接的测量。而智能传感器具有复合功能，能够同时测量多种物理量和化学量，给出能够较全面反映物质运动规律的信息。
4.7位移传感器
位移传感器又称为线性传感器， 传感器把位移转换为电量的传感器。位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。
在这种转换过程中有许多物理量（例如压力、流量、加速度等）常常需要先变换为位移，然后再将位移变换成电量。因此位移传感器是一类重要的基本传感器。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。机械位移包括线位移和角位移。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型（如自发电式）和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。这种传感器发展迅速，应用日益广泛。
4.8压力传感器
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石
21 化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。另有医用压力传感器。
4.9电感式传感器
电感式传感器 inductance type transducer 电感式传感器是利用电磁感应把被测的物理量如位移，压力，流量，振动等转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，实现非电量到电量的转换。
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第五章交通信号灯系统设计
5.1 系统控制要求
1 正常模式
南北方向红灯亮60s，与此同时东西方向绿灯亮54s，其后东西方向的绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后东西方向的黄绿灯亮3s，其后东西方向的红灯亮60s。与此同时，南北方向的绿灯亮54s，绿灯以50%的占空比，闪三次，然后南北方向的黄灯亮3s，红灯亮60s,以交替循环。
2东西方向车流量多
南北方向红灯亮120s，同时东西方向绿灯亮114s，之后绿灯以50%的占空比。闪3次之后东西方向红灯亮60s，此时南北方向绿灯亮54s，之后绿灯以50%的占空比闪3ic。南北方向黄灯亮3s，之后南北方向红灯亮120s，以此交替。方向红灯亮120s 3南北方向车流量多
东西方向红灯亮120s，同时南北方向绿灯发光114s,之后绿灯以50%的占空比，闪烁3次，然后黄灯亮3s，之后南北方向的红灯亮60s，同时，东西方向绿灯亮54s，之后东西绿灯以50%的占空比闪3次，之后，东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮120s.以此交替。
4 车流量少
南北方向红灯亮30s，同时东西方向绿灯亮24s，之后东西方向以50%的占空比闪3次，然后东西方向黄灯亮3s，东西方向红灯亮30s，与此同时，南北方向绿灯亮34s，绿灯以50%的占空比，闪3次，然后南北方向黄灯亮3s，之后方向的红灯亮30s，以此交替。
5.2 智能交通信号灯系统设计
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1、I/0分配表
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2、正常情况下的流程图
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3、正常模式交通灯时序图
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4、车流少时的流程图
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5、车流量少时交通灯时序图
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6、东西方向车流量多时的流程图
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7、东西方向车流量多的交通时序图
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8、南北方向车流量多时的流程图
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9、南北方向车流量多的交通时序图
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10、PLC外部接线图
控制程序
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第六章总结
由于PLC本身具有通讯联网功能，所以将同一条路上的信号灯组成一局域网进行统一调度管理，可缩短车辆通行等候时间，实现科学化管理。城市交通灯控制采用PLC比传统的采用电子线路和继电器具有可靠性高、维护方便、使用简单、通用性强等特点，PLC还可以联成网络，根据实测各十字路口之间的距离、车流量和车速等，合理确定各路口信号灯之间的时差，把N台PLC联网到一台控制电脑上，以方便操作、管理和监控，从而极大地提高城市道路交通管理能力。用PLC控制十字路口的指示灯，维护方便，可按需要随意修改指示灯亮的时间，更体现了城市管理工作的现代化
PLC用于对交通信号灯的控制，主要是考虑其具有对使用环境适应性强的特性，同时其内部定时器资源十分丰富，可对目前普遍使用的“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地实现。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。
参考文献
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