基于PLC的交通控制系统设计Word格式.docx

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然而，随着交通量的快速增长以及缺乏对高速道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，当然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耦合处交通状况的约束。

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、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。

应用PLC交通控制系统是个不错的选择。

第2章PLC可编程控制器

可编程控制器（PLC）是以微处理器为核心，将计算机技术、自动控制技术、通讯技术融为一体的一种专门为适应恶劣的工业环境下而设计的工业控制装置，涉及到很多自动控制、电器方面的知识。

经过30多年的发展，在工业生产中获得极其广泛的应用。

目前，可编程控制器成为工业自动化领域中最重要、应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程控制器、机器人、计算机辅助设计与制造）的首位。

其应用的深度和广度成为衡量一个国家工业自动化程度高低的标志。

2.1PLC的由来

早期工业生产中广泛使用的电器自动控制系统是继电器-接触器控制系统，简称继电器控制系统，随着20世纪工业生产的迅速发展，市场竞争越来越激烈，工业产品更新换代的周期日趋缩短，新产品不断涌现，传统的继电器控制系统难以满足现代社会小批量、多品种、低成本、高质量生产方式的生产控制要求，为了改变这一现状，美国通用汽车公司在1969年公开招标，要求用新的控制装置取代继电器控制装置，并提出了十项招标指标，即：

（1）、编程方便，现场可修改程序；

（2）、维修方便，采用模块化结构；

（3）、可靠性高于继电器控制装置；

（4）、体积小于继电器控制装置；

（5）、数据可直接送入管理计算机；

（6）、成本可与继电器控制装置竞争；

（7）、输入可以是交流115V；

（8）、输出为交流115V，2A以上，能直接驱动电磁阀，接触器等；

（9）、在扩展时，原系统只要很小变更；

（10）、用户程序存储器容量至少能扩展到4KB。

这就是著名的GM10条，1969年，美国数字设备公司（DEC）研制出第一台PLC，在美国通用汽车自动装配线上试用，获得了成功。

这种新型的工业控制装置以其简单易懂，操作方便，可行性高，通用灵活，体积小，使用寿命长等一系列优点，很快地在美国其他工业领域推广应用。

到1971年，已经成功地应用于食品，饮料，冶金，造纸等工业。

这一新型工业控制装置的出现，也受到了世界其他国家的高度重视。

1971日本从美国引进了这项新技术，很快研制出了日本第一台PLC。

1973年，西欧国家也研制出它们的第一台PLC。

我国从1974年开始研制。

于1977年开始工业应用。

2.2PLC产品分类

（1），按结构形式分类可分为整体性和模块性两类。

（2），按I/O点数和储存器容量分类。

小型PLCI/O点数在256点以下，储存器容量达2-8K步。

可用于逻辑控制，定时计数，顺序控制等场合。

中型PLCI/O点数在256-2048点之间，储存器容量达8-32K步。

大型PLCI/O点数在2048点以上，储存器容量达32K以上。

（3），按功能划分有低档机中档机和高档机。

PLC的种类很多，其实现的功能、内存容量、控制规模、外形等方面均存在较大差异，因此,PLC的分类没有一个严格的统一标准，而是按照结构形式、控制规模、实现的功能等进行大致的分类。

2.2.1.按结构分类

（1）整体式PLC。

整体式PLC的CPU、存储器、I/O单元、电源安装在同一机体内构成主机，另外还有I/O扩展单元配合主机使用。

用电缆将其接在主机上可以扩充I/O点数。

整体式PLC的特点是结构紧凑、体积小、重量轻、价格低，但其输入/输出点数固定，实现的功能和控制规模固定，灵活性较低，故小型PLC常采用这种结构，它适用于工业生产中的单机控制。

（2）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，每个总线槽上可安装一个PLC模块，不同的模块实现不同的功能。

PLC的CPU、存储器做成一个模块（有的把电源也做在上面），该模块在总线上的安装位置一般来说是固定的，其它的模块可根据PLC的控制规模、实现的功能选用，安装在总线板的其它任一总线槽上。

组合式PLC安装完后，需进行登记，使PLC对安装在总线上的各模块进行地址确认。

组合式PLC的特点是：

系统配置灵活，可构成具有不同控制规模和功能的PLC，但它的价格较高，一般大、中型PLC采用这种结构。

2.2.2.按控制规模分类

控制规模主要是指控制开关量的输入、输出点数及模拟量的输入、输出路数，但主要以开关量计数。

模拟量的路数可折合算成开关量的点数，一般一路相当于8～16点，根据I/O点数的不同，PLC大致可分为微型机、小型机、中型机及大型机、超大型机。

（1）微型机：

控制点数仅几十点，如OMROM公司的SP系列，松下电工的FPO

系列等。

（2）小型机：

控制点数100～500点左右，如OMROM公司的CPM1A、CQH1、CQM1H系列，松下电工的FP1系列等。

（3）中型机：

控制点数500～1000点左右，如OMROM公司的C200H，西门子公司的S7-300。

2.2.3.按生产厂家分类

（1）德国西门子公司：

有S5系列的PLC产品，如S5-950、100U、135U及155U；

S7系列机，常用的有S7-200（小型）、S7-300（中型）及S7-400（大型）机。

（2）日本OMROM公司：

有P1、CPM1A、CPM2A、C200H、CQM1等机型。

（3）美国A-B公司：

常用的有PC/5及SLC-500系列。

（4）日本三菱公司：

主要有F1系列和FX2系列机。

（5）日本松下电工公司：

主要有FP0系列微型机，FP1系列箱体式小型机，FP2、FP3、FP10、FP10SH等模块式机型。

2.3PLC的发展方向

2.3.1PLC在功能和技术指标方向发展方向

向高速大容量方向发展随着复杂系统控制要求越来越高和微处理器与微型计算机技术的不断发展，可编程序控制器的信息处理与响应速度越来越高，用户储存量也越来越大。

加强联网和通讯能力网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。

PLC与PLC之间的联网通讯及PLC于上位计算机的联网通讯一得到广泛应用。

各种PLC制造商都在发展自身专用的通讯模块和通讯软件一加强PLC的联网能力。

致力于开发新型智能I/O功能模块智能I/O模块是以微处理器伟核心的功能部件是一种CPU系统，它与主机CPU并行工作。

占用主CPU的时间很少，有利于提高PLC系统的运行速度信息处理速度和控制功能。

专用的I/O功能模块还能满足某些特定控制对象的特殊控制需求。

增强外部故障的检测与处理能力

编程语言的多样化和标准化多种编程语言的并存互补与发展是PLC软件进步的一种趋势。

梯形图语言虽然方便易懂单主要用于逻辑控制领域。

为适应各种控制需求，目前已出现许多编程语言还有布尔逻辑语言等。

2.3.2在经济指标与产品制造方面的发展方向

（1）研制大型PLC，其特点是系统庞大，技术完善。

功能强价格昂贵，需求量小。

（2）大力发展简易经济型的超小PLC以适应单机机小型自动控制的需求。

其特点是品种规格多，应用面广，需求量大，价格便宜。

（3）采用先工艺和安装技术。

（4）致力提高功能性价比，以提高竞争力。

随着应用领域日益扩大，PLC技术及产品仍在继续发展，其结构不断改进，功能日益增强，性能价格比越来越高。

在性能指标与产品类型方面PLC的发展方向

2.4PLC的主要性能

（1）可靠性高、抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。

PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。

一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。

从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。

此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。

在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。

这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。

（2）配套齐全、功能完善、适用性强

PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。

可以用于各种规模的工业控制场合。

除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。

近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。

加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。

（3）易学易用、深受工程技术人员欢迎

PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。

它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。

梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。

为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。

（4）系统的设计、建造工作量小、维护方便、容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。

更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。

这很适合多品种、小批量的生产场合。

（5）体积小、重量轻、能耗低

以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。

由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

近年来，随着我国经济的发展，城市的交通拥挤问题日趋严重，因此提高城市路网的通行能力、实现道路交通的科学化管理迫在眉睫。

传统的十字路口交通控制灯，通常的做法是：

事先经过车辆流量的调查，运用统计的方法将两个方向红绿灯的延时预先设置好。

然而，实际上车辆流量的变化往往是不确定的，有的路口在不同的时段甚至可能产生很大的差异。

即使是经过长期运行、较适用的方案，仍然会发生这样的现象：

绿灯方向几乎没有什么车辆，而红灯方向却排着长队等候通过。

这种流量变化的偶然性是无法建立准确模型的，统计的方法已不能适应迅猛发展的交通现状，更为现实的需要是能有一种能够根据流量变化情况自适