交通控制系统中PLC的应用

摘要:随着我国现代化工业的高速发展,汽车也紧跟时代的步伐,交通问题成为我国家关心的问题,也是我国经济发展的重要关键。我国人口众多、经济建设稳步发展,这也使得我国的交通问题日趋严重。如何在现有的交通体系中提高效率成为了关键所在,而提高交通控制系统的效率更是重中之重。作为诸多优点的PLC在交通控制系统中得到了很大的发展,大大弥补了原有交通控制系统中的诸多缺点,是以后交通控制系统中发展的趋势。本文在介绍PLC理论知识的基础上,分析了PLC在交通控制系统中的应用需求,以及PLC基本原理在交通信号灯控制系统中的应用。使我们对PLC控制交通信号灯系统的原理与应用有了更深一层的了解,希望可以为初学者PLC应用及交通信号灯系统的改进方面的研究提供参考。
关键字:交通控制系统;可编程控制器;PLC;

引言
   城市交通管理在交通运输系统有着举足轻重的作用。高速发展的经济,落后的交通设施和管理手段,使得我国城市交通管理工作面临严峻的挑战。根据我国城市中机动车数量逐年增加、交通秩序日趋恶化、出行时间延长、交通事故呈逐年上升趋势的实际情况,充分发挥现有路网的效率,缓解城市交通拥挤堵塞,依靠科技进步开发智能交通控制系统是一种投入少、见效快的有效途径。
   可编程逻辑控制器( 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储器,用来在其内部存储执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与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。可编程控制器及其有关外部设备,都应按易于使工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器作为目前工业自动化的重要基础设备,被称为“工业自动化三大支柱性产业之一”,在各工业生产领域发挥着愈来愈大的作用。
   而基于PLC的交通控制系统的实施,能够最大限度地利用城市己有的交通设施,提高路网的利用率,有效的控制城市交通状况,减少交通拥挤,减少环境污染,提高经济效益具有重要的意义;同时对我国智能运输系统的研究和发展也具有重要的意义,有很广阔的市场应用前景。
   一、PLC的理论知识
   1.1 PLC的基本组成
   PLC一般由主机、扩展单元及外设组成。主机必不可少,其他部分可按需要配置。主机一般有CPU、内存、电源及相应的1/0单元或者通讯(外设)口。扩展单元主要是1/0单元、电源模块(有的无电源)、与主机的连接电缆,有的还有接口模块。外设中最基本的就是编程器,有的还配置可编程终端、条码读入器、打印机等。从编写程序与调试程序的角度看,个人计算机也算是PLC的外设。PLC的组成决定了PLC的功能。组成成分的增加与完善,将增加与增强PLC的功能。根据结构形式的不同,PLC可分为整体式(也称箱体式)和组合式(也称模块式)两类。
   整体式结构的PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信端口、1/0扩展端口等装在一个箱体内构成主机。另外还有独立的1/0扩展单元等与主机配合使用。整体式PLC的结构简单、体积小,小机型常采用这种结构。
   组合式PLC的结构的PLC是将CPU单元、输入单元、输出单元、智能1/0模块、通讯单元等分别做成相应的电路板或模块,各模块可以直接插在底板上,模块之间通过底板上的总线相互联系,装有CPU的单元称为CPU模块,其他称为扩展模块。中、大型机常采用组合式。
   1.2 PLC的工作原理
   可编程序控制器的用户程序由若干条指令组成,指令在存储器中按顺序排列。在用户程序执行阶段,在没有跳转指令时,CPU从第一条指令开始,逐条顺序地执行用户程序,直至遇到结束(END)指令。遇到结束指令时,CPU检查系统的智能模块是否需要服务。在执行指令时,从1/0映像寄存器或别的位元件的映像寄存器读出其0/1状态,并根据指令的要求执行相应的逻辑运算,运算的结果写入到相应的映像寄存器中。因此,各映像寄存器(只读的输入映像寄存器除外)的内容随着程序的执行而变化。在程序执行阶段,即使外部输入信号的状态发生了变化,输入映像寄存器的状态也不会随之而变,输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的读取输入阶段被读入。执行程序时,对输入/输出的存取通常是通过映像寄存器,而不是实际的1/0点,这样做有以下好处:程序执行阶段的输入值是固定的,程序执行完后再用输出映像寄存器的值更新输出点,使系统的运行稳定;用户程序读写1/0映像寄存器比读写1/0点快得多,这样可以提高程序的执行速度;1/0点必须按位来存取,而映像寄存器可按位、字节来存取,灵活性好。
   (1)系统初始化
   PLC上电后,要进行对CPU及各种资源的初始化处理,包括清除1/0映像区、变量存储器区、复位所有定时器,检查1/0模块的连接等。
   (2)读取输入
   在可编程序控制器的存储器中,设置了一片区域来存放输入信号和输出信号的状态,它们分别称为输入映像寄存器和输出映像寄存器。在读取输入阶段,可编程序控制器把所有外部数字量输入电路的ON/OFF(1/0)状态读入输入映像寄存器。外接的输入电路闭合时,对应的输入映像寄存器为1状态,梯形图中对应输入点的常开触点接通,常闭触点断开。外接的输入电路断开时,对应的输入映像寄存器为O状态,梯形图中对应输入点的常开触点断开,常闭触点接通。
   (3)执行用户程序
   线圈“断电”,对应的输出映像寄存器中存放的二进制数为O,将它送到物理输出模块,对应的硬件继电器的线圈断电,其常开触点断开,外部负载断电,停止工作。
   (4)通信处理
   在智能模块及通信信息处理阶段,CPU模块检查智能模块是否需要服务,如果需要,读取智能模块的信息并存放在缓冲区中,供下一扫描周期使用。在通信信息处理阶段,CPU处理通信口接收到的信息,在适当的时候将信息传送给通信请求方。
   (5)CPU自诊断测试
   自诊断测试包括定期检查EZPRoM、用户程序存储器、1/0模块状态以及1/0扩展总线的一致性,将监控定时器复位,以及完成一些别的内部工作。
   (6)修改输出
   CPU执行完用户程序后,将输出映像寄存器的0八状态传送到输出模块并锁存起来。梯形图中某一输出位的线圈“通电”时,对应的输出映像寄存器为1状态。信号经输出模块隔离和功率放大后,继电器型输出模块中对应的硬件继电器的线圈通电,其常开触点闭合,使外部负载通电工作。
五、结束语
   本文主要介绍了 PLC 的相关知识,包括 PLC 的产生、定义、基本结构、特点和发展历程与发展方向。PLC 的基本结构是进行 PLC 编程控制的基础;PLC 的优点是选择 PLC 作为交通控制系统控制机的主要原因,。另外,提高城市交通网的通行能力是一个综合性的问题,交通信号控制只是其中一个措施,除此之外,还应加强交通法规建设和交通管理措施。把规划、管理、控制等方面进行综合治理才是城市交通的出路。

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