目錄緒論第一章 PLC的介紹 一 PLC的基本知識 1.1 PLC產生的定義 1.2 PLC的基本組成 1.3 PLC的基本工作原理 1.4 PLC的特點 1.5 PLC的應用與背景 1.6 PLC的發展 1.7 PLC的主要功能第二章 課題的介紹 2.1 交通燈的發展概 2.2 課題的背景與意義 2.3 現在城市路口交通燈控制技術現狀第三章 應用PLC設計十字路口交通燈 3.1 PLC的選型和定時器 3.1.1 PLC的選型 3.1.2 定時器 3.2 計數器.譯碼及顯示 3.2.1計數器 3.1.2 譯碼及顯示 3.3 PLC工作原理及正常時數碼管顯示 3.3.1 PLC工作原理 3.3.2 正常時數碼管顯示 3.4 PLC控制系統I/O分配 3.5 十字路口各階段語句表 3.5.1 正常情況下語句表 3.5.2 一道有車下的語句表 3.5.3 發生意外時的語句表 3.6 十字路口交通燈的接線圖（見附錄1） 3.7 十字路口交通燈控制的時序圖 3.8 十字路口交通燈的梯形圖（見附錄2） 3.9 運行效果 總結致謝 參考文獻 摘 要交通信號燈的出現，使交通得以管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。為了實現交通道路的管理，力求交通管理先進性、科學化。本文用可編程控制器實現交通燈管制的控制系統，該系統實現簡單、經濟，能夠有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。分析現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合交通的實際情況，闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統的PLC設計方案。PLC可編程序控制器是以微處理器為基礎,綜合了計算機技術、自動控制技術和通訊技術發展而來的一種新型工業控制裝置。它具有結構簡單、編程方便、可靠性高等優點,已廣泛用于工業過程和位置的自動控制中。據統計,可編程控制器是工業自動化裝置中應用最多的一種設備。專家認為,可編程控制器將成為今后工業控制的主要手段和重要的基礎設備之一,PLC、機器人、CAD/CAM將成為工業生產的三大支柱。由于PLC具有對使用環境適應性強的特性,同時其內部定時器資源十分豐富,可對目前普遍使用的“漸進式”信號燈進行精確控制,特別對多岔路口的控制可方便地實現。關鍵詞：交通燈；PLC；程序；設計 AbstractThe emergence of the traffic lights, traffic to control, for facilitating traffic flow, improve traffic capacity, reduce the number of traffic accidents have obvious effect. In order to realize the traffic management, and strive to traffic management advanced and scientific. This paper PLC controlled traffic control system, the system is simple, economy, can efficiently facilitating traffic, improve traffic capacity of traffic intersection. This paper analyses the modern urban traffic control and management problems, based on the status of the actual situation of traffic, this paper expounds the working principle of traffic control system, this paper gives a simple and practical urban traffic control system design scheme of PLC. PLC programmable controller based on microprocessor, integrated computer technology, automatic control technology and communication technology developed a new type of industrial control device. convenient already widely used in industrial processes and position in the automatic control. According to statistics, programmable controller is used in industrial automation devices most kind equipment. Experts think, programmable controller will become the main means and industrial control one of important basic equipment, PLC, robots, CAD/CAM will be three pillar industrial production. Due to use of PLC has the characteristics of environmental adaptable, and its internal timer is very rich in resources, but the current widely used progressive lights, especially for precise control more than the crossway control can be easily realized. Keywords: traffic lights; PLC; Program; design 緒 論 隨著社會經濟的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。人、車、路三者關系的協調，已成為交通管理部門需要解決的重要問題之一。城市交通控制系統是用于城市交通數據監測、交通信號燈控制與交通疏導的計算機綜合管理系統，它是現代城市交通監控指揮系統中最重要的組成部分。 不同的城市有不同城市的問題，但共性就是混合交通流問題。在交叉口如何解決混合交通流中的相互影響或彼此的相互影響，就是解決問題的關鍵！隨著我國城市化建設的發展，越來越多的新興城市的出現，使得城市的交通成為了一個絕對主要的問題。同時隨著我國經濟的穩步發展，隨著城市機動車量的不斷增加，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進入尋常老百姓的家庭，據不完全統計，目前我國城市里的十字路口交通系統大都采用定時來控制(不排除繁忙路段或高峰時段用交警來取代交通燈的情況)，這樣必然產生如下弊端:當某條路段的車流量很大時卻要等待紅燈，而此時另一條是空道或車流量相對少得多的道卻長時間亮的是綠燈，這種多等少的尷尬現象是未對實際情況進行實時監控所造成的，不僅讓司機乘客怨聲載道，而且對人力和物力資源也是一種浪費2。 單片基控制系統設計時硬件和軟件均要設計，抗干擾性能差，不通用，并且需要有接口電路與之配套，價格中等，制造較難。程序的設計中，分析控制交通的多種原理，用傳統的方法實現難度較大，所以使用可編程控制器，其主要原因是因為PLC具有簡單易懂、操作方便、可靠性高、通用靈活、體積小、使用壽命長等一系列的優點。 本設計介紹了應用PLC實現十字路口交通信號燈的自動控制。通過對交通信號燈的控制要求分析，對PLC控制系統進行了軟、硬件設計，并通過實驗證明該系統簡單、經濟、運行可靠，具有很高的實用價值。 第一章 PLC的介紹 PLC的基本知識1.1 PLC產生和定義1968年由美國通用汽車公司（GE）提出，1969年有美國數字設備公司（DEC）研制成功，有邏輯運算、定時、計算功能稱為PLC（programmable logic controller）。 80年代，由于計算機技術的發展，PLC采用通用微處理器為核心，功能擴展到各種算術運算，PLC運算過程控制并可與上位機通訊、實現遠程控制。被稱為PC（programmable controller）即可編程控制器。國際電工委員會（IEC）1987年頒布的可編程邏輯控制器的定義如下： “可編程邏輯控制器是專為在工業環境下應用而設計的一種數字運算操作的電子裝置，是帶有存儲器、可以編制程序的控制器。它能夠存儲和執行命令，進行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作，并通過數字式和模擬式的輸入輸出，控制各種類型的機械或生產過程。可編程控制器及其有關的外圍設備，都應按易于工業控制系統形成一個整體、易于擴展其功能的原則設計3。 1.2 PLC的基本組成目前，可編程控制器的產品很多，不同的廠家生產的PLC以及同一家生產的不同型號的PLC其結構個不相同，但就其工作原理而言，是大致相同的。它們都是以微處理器為核心的結構，其功能的實現不僅基于硬件的作用，而更靠軟件的支持。PLC的主機由微處理器（CPU）、存儲器（EPROM、ROM）、輸入/輸出模塊、外設I/O接口、通信接口及電源組成。下面分別介紹PLC各組成部分及作用4。輸出電路編程器輸入電路中央處理器（CPU）系統程序存儲器用戶程序存儲器電源 圖1.1 PLC硬件結構組成框圖1.3 PLC的基本工作原理PLC是一種存儲程序的控制器。用戶根據某一對象的具體控制要求，編好程序后，程器將程序編鍵入PLC的用戶存儲器中存儲。PLC的控制功能就是運用用戶程序來實現的。 PLC運行程序的方式與微型機算計相比有較大的不同，微型計算機運行程序時，一旦執行到END指令，程序運行結束。而PLC從0000存儲地址所存放的第一條擁護指令開始，在無中斷或跳轉的情況下，按存儲地址好遞增的方向順序執行擁護程序，直到END指令結束。然后再從頭開始，并周而復始的重復，直至到停機或運行（RUN）切換到停止（STOP）工作狀態。我們把PLC這種執行程序的方式成為掃描工作方式。每掃描完一次程序就構成一個掃描周期。另外，PLC對輸出，輸出信號的處理與微型機算機不同 。微型機算機對輸出、輸出信號實時處理。而PLC對輸出、輸出信號是集中批處理。PLC掃描工作方式分為三個階段：輸出采樣、程序執行、輸出刷新5。1.4 PLC的特點PLC是綜合繼電器接觸器控制的優點及計算機靈活、方便的特點而設計制造和發展的,這就使PLC具有許多其他控制器所無法相比的優點。1) 可靠性高，抗干擾能力強2）通用性強，使用方便3) 采用模塊化結構，使系統組合靈活方便4) 編程語言簡單、易學，便于掌握5) 系統設計周期短6) 對生產工藝改變適應性強7) 安裝簡單、調試方便、維護工作量小8）體積小、重量輕、功耗低 1.5 PLC的應用與前景為了適應市場的各方面的需求,各生產廠家對PLC不斷進行改進,推出功能更加強大、結果更加完美的新產品。這些新產品總體來說，朝兩個方向發展：一個向超小型、專用化和低價格的方向發展，以進行單機控制；另一個是向大型化、高速化、多功能化和分布式全自動網絡化方向發展，以適應現代化的大型工廠、企業自動化的需要6。1.6 PLC的發展早在19世紀，人們就開始研究交通信號，用信號指揮車通行，控制車輛進出交叉口的次序。據文獻記述，早在1868年，英國倫敦的威斯特明斯特(Westminster)街就安裝了紅、綠色兩色的交通信號燈。到1917年，美國的鹽湖城開始使用由人工控制的紅、黃、綠3色的信號燈。1925年，這種由人工控制的3色信號燈也首次出現在英國倫敦的皮克的時路口。次年，英國人研制出了自己的自動控制信號機。道路通交通系統是一個地區、一個城市的主要組成部份，這個系統的運行狀況如何，直接反映了一個地區、一個城市的現代化管理水平。在這一系統中，道路不僅僅是易變化的部分，而其它組成部分則存在著較大的可變性和隨機性。只有對這一系統的組成及其運行機理進行科學客觀的分析研究，對能制定出科學有效的管理和控制對策，從而保障系統的有效運行。近年來隨著科技的飛速發展，PLC的應用正在不斷地走向深入，同時帶動傳統控制檢測日新月益更新。在實時檢測和自動控制的PLC應用系統中，PLC往往是作為一個核心部件來使用，僅PLC方面知識是不夠的，還應根據具體硬件結構，以及針對具體應用對象特點的軟件結合，加以完善。交通信號燈的出現，使交通得以有效管制，對于疏導交通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。隨著中國加入WTO，我們不但要在經濟、文化、科技等各方面與國際接軌，在交通控制方面也應與國際接軌。PLC在世界各地得到了廣泛應用，同時，PLC的功能也不斷完善。隨著計算機技術、信號處理技術、控制技術網絡技術的不斷發展和用戶需求的不斷提高，PLC在開關量處理的基礎上增加了模擬量處理和運動控制等功能。今天的PLC不再局限于邏輯控制，在運動控制、過程控制等領域也發揮著十分重要的作用。 作為離散控的制的首選產品，PLC在二十世紀八十年代至九十年代得到了迅速發展，世界范圍內的PLC年增長率保持為20%30%。隨著工廠自動化程度的不斷提高和PLC市場容量基數的不斷擴大，近年來PLC在工業發達國家的增長速度放緩。但是，在中國等發展中國家PLC的增長十分迅速。綜合相關資料，2004年全球PLC的銷售收入為100億美元左右，在自動化領域占據著十分重要的位置。 PLC是由摸仿原繼電器控制原理發展起來的，二十世紀七十年代的PLC只有開關量邏輯控制，首先應用的是汽車制造行業。它以存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和運算等操作的指令；并通過數字輸入和輸出操作，來控制各類機械或生產過程。用戶編制的控制程序表達了生產過程的工藝要求，并事先存入PLC的用戶程序存儲器中。運行時按存儲程序的內容逐條執行，以完成工藝流程要求的操作。PLC的CPU內有指示程序步存儲地址的程序計數器，在程序運行過程中，每執行一步該計數器自動加1， 程序從起始步（步序號為零）起依次執行到最終步（通常為END指令），然后再返回起始步循環運算。PLC每完成一次循環操作所需的時間稱為一個掃描周期。不同型號的PLC，循環掃描周期在1微秒到幾十微秒之間。PLC用梯形圖編程，在解算邏輯方面，表現出快速的優點，在微秒量級，解算1K邏輯程序不到1毫秒。它把所有的輸入都當成開關量來處理，16位（也有32位的）為一個模擬量。大型PLC使用另外一個CPU來完成模擬量的運算。把計算結果送給PLC的控制器。 相同I/O點數的系統，用PLC比用DCS，其成本要低一些（大約能省40%左右）。PLC沒有專用操作站，它用的軟件和硬件都是通用的，所以維護成本比DCS要低很多。一個PLC的控制器，可以接收幾千個I/O點（最多可達8000多個I/O）。如果被控對象主要是設備連鎖、回路很少，采用PLC較為合適。PLC由于采用通用監控軟件，在設計企業的管理信息系統方面，要容易一些。 近10年來，隨著PLC價格的不斷降低和用戶需求的不斷擴大，越來越多的中小設備開始采用PLC進行控制，PLC在我國的應用增長十分迅速。隨著中國經濟的高速發展和基礎自動化水平的不斷提高，今后一段時期內PLC在我國仍將保持高速增長勢頭。 通用PLC應用于專用設備時可以認為它就是一個嵌入式控制器，但PLC相對一般嵌入式控制器而方具有更高的可靠性和更好的穩定性。實際工作中碰到的一些用戶原來采用嵌入式控制器，現在正逐步用通用PLC或定制PLC取代嵌入式控制器(在工業自動化領域，可編程控制器(PLC)作為自動控制的三大技術支柱（PLC、機器人、CAD/CAM）之一，成為大多數自動化系統的設備基礎。由于綜合了計算機和自動化技術，使它發展日新月異，大大超過其出現時的技術水平。它不但可以很容易地完成邏輯、順序、定時、計數、數字運算、數據處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產機械數字量和模擬量的聯系，從而實現生產過程的自動控制。特別是超大規模集成電路的迅速發展以及信息、網絡時代的到來，擴展了PLC的功能，使它具有很強的聯網通訊能力，從而更廣泛地應用于眾多行業。1. 向高性能、高速度、大容量發展大型PLC大多采用CPU結構，不斷向高性能、高速度、大容量發展。ANA系列PLC使用了世界上第一個在一塊芯片上實現PLC全部功能的32位微處理器、即順序控制芯片，其掃描時間為每條基本指令0.15us。2. 增強小型PLC的功能小型PLC一般指I/O點數小于256的PLC，大多數采用整體結構，小型PLC價格便宜，性價比不斷提高，很使用單機自動化，或組成分布式系統。近年來，PLC廠商不斷推出功能更強的小型PLC，更新換代的周期越來越短。除了開關量邏輯控制功能以外，現代小型PLC還具有中斷功能、脈沖捕獲功能、內置的實時鐘、用EEPROM代替RAM和鋰電池，使PLC成為完成完全免維護的設備，將過去許多需要特殊功能模塊完成的功能軟件化，如用PID指令實現PID控制，用定位控制實現位置控制。各PLC廠家近年來推出一些價格便宜的專用人機接口裝置，用來監視PLC的內部變量和修改參數。與西門子S7-200配套的TD200文本顯器可顯示兩行中文，每行10或20個字符，可用S7-200編程軟件設置TD200的顯示內容。3. 不斷提高編程軟件的功能（1）編程軟件日益普及（2）編程軟件功能不斷完善（3）編程語言的標準化（4） 編程軟件配備仿真功能，如西門子S7-200與STEP7編程軟件配套使用的S7-PLCSIM仿真軟件。（5） 通訊功能的增強和標準化（6）PLC的軟件化與PLC 1.7 PLC的主要功能 1. 邏輯控制功能 邏輯控制功能實際上就是位處理功能，是PLC的基本功能之一。PLC設置有“與”（AND）、“或”（OR）、“非”（NOT）等邏輯指令，根據外部現場（開關、按鈕或其它傳感器）的狀態，根據指定的邏輯進行運算處理后，將結果輸出到現場的被控對象（電磁閥、電機等）。因此，PLC可代替繼電器進行開關控制，完成接點的串聯、并聯、串并聯、并串聯等各種連接。另外，在PLC中一個邏輯位的狀態可以無限次的使用，邏輯關系的修改和變更也十分方便。2. 定時控制功能 定時控制功能是PLC的基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的定時器，其功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值（定時時間）可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。程序執行時，PLC將根據用戶用定時器指令指定的定時器對某個操作進行限時或延時控制，以滿足生產工藝的要求。3. 計數控制功能 計數控制功能是PLC的基本功能之一。PLC為用戶提供了許多計數器，計數器記到某一個數時，產生一個狀態信號，利用該狀態信號實現對某個操作的計數控制。計數器的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中進行修改。程序執行時，PLC將根據用戶用計數器指令指定的計數器對某個控制信號的狀態改變次數進行計數，以完成對某個計數過程的計數控制。4. 步進控制功能 PLC為用戶提供了若干個移位寄存器，可以實現由時間、計數或其他指定邏輯信號為轉步條件的步進控制。即在一道工序完成以后，在轉步條件控制下，自動進行下一道工序。有些PLC還專門設置了用于步進控制的步進指令和鼓形控制器操作指令，編程和使用都極為方便。5. 數據處理功能 PLC大部分都具有數據處理功能，可以實現算術運算、數據比較、數據傳送、數據移位、數制轉換、譯碼編碼等操作。中、大型PLC數據處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯、實現程序、數據的顯示的打印。6. 回路控制功能 有些PLC具有A/D、D/A轉換功能，可以方便完成對模擬量的控制和調節。7. 通訊聯網功能 有些PLC采用通訊技術，實現遠程I/O控制、多臺PLC之間的同位鏈接、PLC與計算機之間的通訊等。8. 監控功能 PLC設置了較強的監控功能，利用編程器或監視器，操作人員對PLC有關部分的運行狀態進行監視。利用編程器可以調整定時器、計數器的設定值和當前值，并可以根據需要改變PLC內部邏輯信號的狀態及數據區的數據內容，為調試和維護提供了極大的方便。9. 停電記憶功能 PLC內部的部分存儲器所使用的RAM設置了停電保持器件（如備用電池等），以保證存儲器中信息能夠長期保存。利用某些記憶指令，可以對工作狀態進行記憶，以保持PLC斷電后的數據內容不變。PLC電源恢復后，可以在原工作基礎上繼續工作。10. 故障診斷功能 PLC可以對系統構成、某些硬件狀態、指令的合法性等進行自診斷，發現異常情況，發出報警并顯示錯誤類型，如屬嚴重錯誤則自動終止運行。PLC的故障自診斷功能大大提高了PLC控制系統的安全性和可維護性。 第二章 課題的介紹2.1 交通燈的發展概述道路交通信號燈是交通安全產品中的一個類別，是為了加強道路交通管理，減少交通事故的發生，提高道路使用效率，改善交通狀況的一種重要工具。適用于十字、丁字等交叉路口，由道路交通信號控制機控制，指導車輛和行人安全有序地通行交通信號燈的種類有:機動車道信號燈,人行橫道信號燈,非機動車道信號燈,方號燈是交通信號指揮中的重要組成部分，是道路交通的基本語言。交通信號燈由紅燈（表示禁止通行）、綠燈（表示允許通行）、黃燈（表示警示）組成。分為：機動車信號燈、非機動車信號燈、人行橫道信號燈、車道信號燈、方向指示信號燈、閃光警告信號燈、道路與鐵路平面交叉道口信號燈。廣泛用于公路交叉路口，彎道、橋梁等存有安全隱患的危險路段，指揮司機或行人交通，促進交通暢通，避免交通事故和意外事故發生。向指示信號燈,移動式交通信號燈,太陽能閃光警告信號燈,收費站天棚信號燈.紅綠燈的歷史其實并不復雜。從最初發明時的手牽皮帶轉動燈箱，到20世紀開始的電氣控制，從采用計算機控制到電子監控感應，其發展不超過150年1859年10月，英國一位紡紗工人想出一個用燈光顏色控制交通的辦法，他制造了一盞有活動遮沿設備的油燈帶到倫敦，可惜這個發明并未引起政府重視，后來由于英國議會大廈前時常出現馬車撞人事故，人們才再次重拾這項發明世界上第一盞正式投入使用的交通信號燈出現在1868年12月10日，這盞身高 7米，由德?哈特設計的紅綠兩色煤氣燈出現在議會大廈前的十字路口。一位警察手持長桿牽動皮帶轉換紅綠兩色：紅燈停，綠燈行。據說，英國人之所以選擇這樣的顏色，是因為在當時的英國，婦女著紅裝代表已婚，綠裝代表未婚。可惜的是，這盞燈的歷史只有23天，中斷的原因是煤氣燈突然爆炸使一位警察殉職。交通信號燈便在美國人的系統性實驗中不斷進化，1914年，克里夫蘭市率先在街道中恢復交通信號燈，隨后紐約、芝加哥等城市也開始出現。這時的交通信號燈已從煤氣進化為電氣，這與現代的交通信號燈已經沒有多少差距，除了信號燈本身，美國人還完善了信號控制系統，1917年，美國鹽湖市開始使用聯動式信號系統，他們把六個交叉路口作為一個系統，以人工方式加以集中控制。美國還最早使用車輛感應式控制器，20世紀30年代，他們已經開始根據檢測器測量的交通流量來調整綠燈時間的長短，到了50年代，美國人已經運用計算機系統調節紅綠燈，并逐漸完善為今天的智能交通系統。除了1926年英國人發明自動化控制器管理紅綠燈外，20世紀早期的主要技術進步都是美國人帶來的，美國專利商標局專利數據庫顯示，從1910年11月29日到 1913年11月20日之間，共有60項與交通信號燈有關的發明獲得專利。而還有很多由警察等公共部門創造的技術，沒有申請專利1961年，心理學家卡爾?佩格勞為東德交通部設計了一種新的行人信號燈，與現在我們使用的人型信號燈不同的是，卡爾?佩格勞的設計中，原本單調的圖案，不但變成了一個站立的和一個行走的行人形象，而且兩人體型肥胖，帶著帽子，動作略顯夸張。比起呆板木訥的西德紅綠燈小人，東德的小人面積更大，手臂和腿部更為突出，傳遞的視覺信號更為明顯，形象也更可愛。這個信號燈于1969年首次出現在東柏林的弗里德里希大街和菩提樹下大街的十字路口，受到政府的認可和民眾的喜愛，并很快推廣到全東德，不但出現在街頭，還出現在學生的教材中。2.2. 課題背景及意義 交通信號燈發展至今在燈光表示上已經基本能完全能適應道路的所有的狀況，綠燈信號是準許通行信號。按交通安全法實施條例規定：綠燈亮 時，準許車輛、行人通行，但轉彎的車輛不準妨礙被放行的直行車輛和行人通行。紅燈信號是絕對禁止通行信號。紅燈亮時，禁止車輛通行。右轉彎車輛在不妨礙被放行的車輛和行人通行的情況下，可以通行。紅燈信號是帶有強制意義的禁行信號，遇此信號時，被禁行車輛須停在停止線以外，被禁行的行人須在人行道邊等候放行；機動車等候放行時，不準熄火，不準開車門，各種車輛駕駛員不準離開車輛；自行車左轉彎不準推車從路口外邊繞行，直行不準用右轉彎方法繞行。黃燈亮時，已越過停止線的車輛，可以繼續通行。黃燈信號的含義介于綠燈信號和紅燈信號之間，既有不準通行的一面，又有準許通行的一面。黃燈亮時，警告駕駛人和行人通行時間已經結束，馬上就要轉換為紅燈，應將車停在停止線后面，行人也不要進入人行橫道。但車輛如因距離過近不便停車而越過停止線時，可以繼續通行。已在人行橫道內的行人要視來車情況， 或盡快通過，或原地不動，或退回原處。為持續閃爍的黃燈，提示車輛、行人通行時注意瞭望，確認安全后通過。這種燈沒有控制交通先行和讓行的作用，有的懸于路口上空，有的在交通信號燈夜間停止使用后僅用其中的黃燈加上閃光，以提醒車輛、行人注意前方是交叉路口，要謹慎行駛，認真觀望，安全通過。在閃光警告信號燈閃爍的路口，車輛、行人通行時，即要遵守確保安全的原則，同時還應遵守沒有交通信號或交通標志控制路口的通行規定。方向信號燈是指揮機動車行駛方向的專用指示信號燈，通過不同的箭頭指向，表示機動車直行、左轉或者右轉。它由紅色、黃色、綠色箭頭圖案組成。車道燈由綠色箭頭燈和紅色形燈組成，設在可變車道上，只對本車道起作用。綠色箭頭燈亮時，準許本車道車輛按指示方向通行；紅色叉形燈或者箭頭燈亮時，禁止本車道車輛通行。人行橫道燈由紅、綠兩色燈組成。在紅燈鏡面上有一個站立的人形象，在綠燈面上有一個行走的人形象。人行橫道燈設在人流較多的重要交叉路口的人行橫道兩端。燈頭面向車行道，與道路中心垂直。 人行橫道燈信號有綠燈亮、紅燈亮兩種信號，其含義與路口信號燈信號的含義相似，即綠燈亮時 ，準許行人通過人行橫道；紅燈亮時，禁止行人進入人行橫道，但是已經進入人行橫道的，可以繼續通過或者在道路中心線處停留等候。 2.3 現在城市路口交通燈控制技術現狀隨著城市機動車量的不斷增加，許多大城市出現了交通超負荷運行的情況，因此，自80年代后期，這些城市紛紛修建城市高速道路，在高速道路建設完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對高澎路的系統研究和控制，高速道路沒有充分發揮出預期的作用。而城市高速道路在構造上的特點，也決定了城市高速道路的交通狀況必然受高速道路 與普通道路藕合處交通狀況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的城市高速道路，緩解主干道車流量繁忙的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規劃部門待解決的主要問題。 第三章 應用PLC設計十字路口交通燈3.1 PLC的選型和定時器 3.1.1 PLC的選型根據輸入/輸出點數并選擇PLC型號。輸入信號有5個，考慮到15%的備用點，即5（1+15%）=5.75，取整數6。 輸出信號有6個，考慮到15%的備用點，即6（1+15%）=6.9，取整數7。因此，可選用FX2-16MR可編程控制器，它有8個輸入點，8個輸出點。滿足本例要求。 3.1.2 定時器定時器在PLC中的作用相當于一個時間繼電器，它有一個設定值寄存器，一個當前值寄存器以及無限個觸點。通常PLC中有幾十至數百個定時器T。PLC內定時器是根據時鐘脈沖累積計時，時鐘脈沖有1ms、10ms、100ms三檔，當所計時時間到達設定值時，輸出觸點動作。定時器可以用用戶程序存儲器內的常數作為設定值，也可以用數據寄存器D的內容作為設定值。這里使用的數據寄存器應有斷電保持功能。定時器的元件編號、設定值和動作敘述如下：定時器T0T245。100ms定時器T0T199共200點，每個定時器設定值范圍0.13276.7s；10ms定時器T200T245共46點，每個設定值范圍0.01327.67s。本課題選用100ms定時器。3.2 計數器.譯碼及顯示3.2.1 計數器 由晶體振蕩器產生12MHZ的高穩定基準信號，通過12分頻產生1MHZ的系統基準時鐘信號如圖4.2。該信號經過6個10分頻產生用于計數器計數的取樣脈沖1HZ。該脈沖的周期為1秒，由M8013產生。 計數器是數字系統中具有記憶功能的一種電路，它用以累計輸入脈沖的個數來實現計數操作功能。由于觸發器具有“記憶”功能，所以利用觸發器可以構成各種形式的計數器。計數器在數字系統中的應用十分廣泛。如在電子計算機的控制中，對指令地址進行計數，以便順序取出下一條指令；在數字儀器中計數器不僅對脈沖個數進行計數，最后還以人們習慣的十進制數的形式顯示出結果。除此以外，還經常用做定時、分頻和執行運算。總之，計數器幾乎為每一種數字設備不可缺少的部分，是現代數字系統中最基本的數字邏輯部件。計數器的種類很多，特點各異，它的主要分類如下：1. 按計數器中各個觸發器狀態轉換情況分異步計數器：沒有公共時鐘脈沖，輸入計數脈沖只作用于某些觸發器CP端，而其他觸發信號則由電路內部提供。即各個觸發器狀態翻轉有先有后。同步計數器：各個觸發器的狀態轉換是在同一時鐘脈沖（輸入計數脈沖）觸發下同時發生的，即各個觸發器狀態的翻轉與輸入脈沖同步。由于計數脈沖同時加到各個觸發器，顯然，它的計數速度要比異步計數器快得多。2. 按計數進制分二進制計數器：按二進制運算規律進行計數的電路稱為二進制計數器。十進制計數器：按十進制運算規律進行計數的電路稱為十進制計數器。N（任意）進制計數器：將二、十進制計數器之外的其他進制計數器統稱為任意進制計數器，如七進制、十二進制、六十進制計數器等。3.按計數增減分 加法計數器：按遞增計數規律計數的電路稱做加法計數器。減法計數器：按遞減計數規律計數的電路稱做減法計數器。加/減計數器：在加/減控制信號作用下，既可作加法計數又可作減法計數的電路稱做加/減計數器，通常又稱可逆計數器。本課題選用加減計數器。加減計數器：在加/減控制信號的作用下，既可做加法計數，又可做減法計數的電路稱作加/減計數器，通常又稱可逆計數器。 74LS192是一個同步十進制可逆計數器。其邏輯符號及外引線圖如圖4.3，它有兩個時鐘輸入端，當從CU輸入時，進行加法計數，從CD輸入時，進行減法計數。它有進位和借位輸出，可進行幾位串接計數。它還有獨立的置“0”輸入端，并且可以單獨對加法或減法計數進行預置數。 74LS192的功能表（見附錄1）。其功能特點如下： （1）置“0”。 74LS192有異步置0端R，不管計數器其它輸入端處于什么狀態，只要在R端加高電平，則所有觸發器均被置0，計數器復位。（2）預置數。 74LS192的預置數是異步的。當R為低電平，置數控制端LD為低電平時，不管時鐘端的狀態如何，輸出端Q3Q0可預置成與數據端D3D0相一致的狀態。 （3）加法計數和減法計數。 加法計數時，R為低電平，LD，CD為高電平，計數脈沖從CU端輸入。當計數脈沖上升沿到來時，計數器的狀態按8421BCD碼的遞增順序進行加法計數。當CU為高電平，計數脈沖從CD端輸入時，計數器進行減法計數。 （4）進位輸出。 計數器作十進制的加法計數時，在CU端第9個輸入脈沖上升沿作用后，計數狀態為1001，當其下降沿到來時，進位輸出端CO產生一個負的進位脈沖。第10個脈沖上升沿作用后，計數器復位。將進位輸出CO與后一級的CU相連，可實現多位計數器級聯。當CO反饋至LD輸入端，并在并行數據輸入端D3D0輸入一定的預置數，可實現10以內任意進制的加法計數。 （5）借位輸出。 計數器作十進制減法計數時，設初始狀態為1001。在CD端第9個輸入脈沖上升沿作用后，計數狀態為0000，當其下降沿到來后，借位輸出端BO產生一個負的借位脈沖。第10個脈沖上升沿作用后，計數狀態恢復為1001。同樣，將借位輸出BO與后一級的CD相連，可實現多位計數器級聯。通過BO對LD的反饋連接可實現10以內任意進制的減法計數器。3.1.2 譯碼及顯示 在數字系統的某些終端，為了便于觀察往往需要將十進制數直觀的顯示出來，顯示譯碼器可將電路中運行的二-十進制BCD碼譯成相應的高、低電平，驅動顯示器將09十個十進制代碼顯示出來。顯示譯碼器往往與顯示器連在一起工作，為了便于掌握顯示譯碼器的工作原理，下面分別對顯示器及顯示譯碼器進行介紹。 1.數碼顯示器 目前常用的數碼顯示器是七段字符顯示器，這種數碼顯示器因由七段發光的線段拼合而成，故取名為七段字符顯示器，它包括半導體數碼管及液晶顯示器兩種。在數字系統的某些終端，為了便于觀察往往需要將十進制數直觀的顯示出來，顯示譯碼器可將電路中運行的二-十進制BCD碼譯成相應的高、低電平，驅動顯示器將09十個十進制代碼顯示出來。顯示譯碼器往往與顯示器連在一起工作，為了便于掌握顯示譯碼器的工作原理，下面分別對顯示器及顯示譯碼器進行介紹。 半導體數碼管（簡稱LED）這種數碼管的每一段均是一只發光二極管，由發光二極管的亮與滅來顯示09這十個數字，故也稱為半導體數碼管為LED數碼管或LED七段顯示器。 發光二極管與普通二極管不同，它是在半導體中摻入濃度很高的雜質而成的，所用的材料有砷化鎵、磷化鎵、磷砷化鎵等，在二極管正向導通時，電子和空穴大量復合，把多余的能量以光的行時釋放出來，便發出一定波長的可見光。所含磷砷的比例不同，發出光的波長(顏色)也不同，有紅、黃、綠、橙及其中間色等。 LED數碼管的結構和工作原理LED數碼管分共陽極、共陰極兩種結構(如圖4.4)ag代表7個筆段電極，DP為小數點，第3腳和第8腳內部連通，（）表示共陽極，（）表示共陰極。共陽極LED數碼管（如圖4.5）是將LED管的陽極連在一起接高電平，陰極接顯示譯碼器的輸出端，這種顯示器可用輸出低電平有效的譯碼器來驅動（如CT5446，CT5447）。共陰極LED數碼管是將其陰極連在一起接低電平，陽極接顯示譯碼器的輸出，這種顯示器可用輸出高電平有效的譯碼器來驅動（如CT5448）。圖中DP為顯示小數點用的發光二極管，若需顯示小數點，則只需在對應的管腳上接上固定的高（或低）電平即可，不用時此腳可懸空。 半導體數碼管具有工作電壓低、體積小、壽命長、響應速度快、亮度較高等優點，缺點是工作電流較大。常用的共陰LED顯示器有BS201,BS202,BS207；常用的共陽極接法有BS204,BS206等。LED數碼管顯示器按顯示位數可分為一位LED數碼顯示器，雙位LED數碼顯示器和多位LED數碼顯示器，雙位LED數碼顯示器是將兩只數碼管封裝成為一體，如LC5012-11S（雙紅共陰極）顯示器，管腳排列。 2.七段顯示譯碼器 前面已經講過，七段顯示譯碼器的作用就是將代表十進制數的BCD碼譯成對應的輸出高、低電平，以驅動相應的顯示器顯示對應的數字，下面以CT7448為例分析七段顯示譯碼器的工作原理。CT7448的邏輯符號，外引線圖及功能表。用CT7448七段顯示譯碼器驅動一位數碼顯示器的電路圖。 3.3.3 PLC工作原理及數碼管顯示3.3.1 PLC工作原理本文選用三菱系列的FX2-16MR，其輸入端接收來自各個路口的車輛探測器測得的輸出標準電脈沖，輸出接十字路口的紅綠信號交通燈。信號燈的選擇:選用紅、黃、綠發光二極管作為信號燈(箭頭方向型)。FX2系列擁有無以匹及的速度、高級的功能、邏輯選件以及定位控制等特點，FX2是從16到256路輸入/輸出的多種應用的選擇方案。價格便宜，功能齊全，比起其他PLC有著速度、邏輯、定位等優越之處。安裝簡單，維修方便。FX2-16MR的I/O總數16，輸入/輸出各8個，輸入類型為漏型，輸出類型為繼電器或晶體管。FX2通過儲存的程序周期運轉。交通燈的時長控制可由可編程控制器(PLC)來實現。當按下啟動按扭S3時，即X000閉合，整個程序得電運行。正常情況下，當A道綠燈亮時，同時B道紅燈也亮；當B道綠燈亮時，同時A道紅燈也亮。當A道綠燈亮，即Y001接通，定時器T1得電，并開始計時，當計時到55s時，A道黃燈亮，即Y002接通，定時器T2得電，并開始計時，當計時到5s時，A道紅燈亮，即Y003接通，定時器T3得電，并開始計時，當計時到30s時，又A道綠燈亮，A道如上所述循環。當B道紅燈亮，即Y004接通，定時器T4得電，并開始計時，當計時到60s時，B道綠燈亮，即Y005接通，定時器T5得電，并開始計時，當計時到25s時，B道黃燈亮，即Y006接通，定時器T6得電，并開始計時，當計時到5s時，又B道紅燈亮，B道如上所述循環。停止時按下S4即可。當A道有車時，按下S1即X001閉合，A道綠燈和B道紅燈同時亮，即Y001和Y004接通。放行完后，按下S4即Y001和Y004失電，又回到正常情況下。當B道有車時，按下S2即X002閉合，B道綠燈和A道紅燈同時亮，即Y005和Y003接通。放行完后，按下S4即Y005和Y003失電，又回到正常情況下。當發生意外時，中斷產生。按下S0即X003閉合，A道紅燈和B道紅燈同時亮。當事故處理完后，按下S4即停止，之后返回到正常情況下。3.3.2正常時數碼管顯示 A道綠燈亮時，顯示器顯示60，并以倒計時（減1）的方式運行，顯示為05時，A道黃燈亮，并以倒計時（減1）的方式運行，直到01，A道紅燈亮，顯示29并以倒計時（減1）的方式運行到顯示00最后返回到A道綠燈亮時。 B道紅燈亮時，顯示器顯示60，并以倒計時（減1）的方式運行，顯示為00時，B道綠燈亮，顯示30并以倒計時（減1）的方式運行，直到05，B道黃燈亮，顯示為01時，最后返回到B道紅燈亮。 3.4 I/O分配 輸 入輸 出元件名稱輸入元件作用元件名稱輸出元件作用S1X001A道有車HL1Y001A道綠燈S2X002B道有車HL2S0X003中斷HL3Y002A道黃燈S3X000啟動HL4S4X004停止HL5Y003A道紅燈 HL6 HL7Y004B道紅燈 HL8 HL9Y005B道綠燈 HL10 HL11Y006B道黃燈 HL12 3.5十字路口各階段語句表 3.5.1 正常情況下語句表0LDX0011OUTCALLP，P12LDX0023OUTCALLP，P24EI 5LDX0006ORY0017ORT38ANIY0029ANIX0