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PLC的理論知識和應(yīng)用現(xiàn)狀
PLC是一種可編程邏輯控制器，是一種采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。下面小編就為大家?guī)砹岁P(guān)于PLC的理論知識和應(yīng)用現(xiàn)狀的論文，希望對各位機電專業(yè)的同學(xué)有幫助哦!
摘要：隨著我國現(xiàn)代化工業(yè)的高速發(fā)展，汽車也緊跟時代的步伐，交通問題成為我國家關(guān)心的問題，也是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要關(guān)鍵。我國人口眾多、經(jīng)濟建設(shè)穩(wěn)步發(fā)展，這也使得我國的交通問題日趨嚴重。如何在現(xiàn)有的交通體系中提高效率成為了關(guān)鍵所在，而提高交通控制系統(tǒng)的效率更是重中之重。作為諸多優(yōu)點的PLC在交通控制系統(tǒng)中得到了很大的發(fā)展，大大彌補了原有交通控制系統(tǒng)中的諸多缺點，是以后交通控制系統(tǒng)中發(fā)展的趨勢。本文首先介紹了PLC相關(guān)理論知識的基礎(chǔ);系統(tǒng)的分為四個部分闡述了PLC在交通控制系統(tǒng)中的應(yīng)用;給出了PLC交通控制系統(tǒng)應(yīng)用原則和步驟;繪出了PLC交通控制系統(tǒng)一般框架圖。使我們對PLC控制交通信號燈系統(tǒng)的原理與應(yīng)用有了更深一層的了解，希望可以為初學(xué)者PLC應(yīng)用及交通信號燈系統(tǒng)的改進方面的研究提供參考。
關(guān)鍵字：交通控制系統(tǒng);可編程控制器;PLC。
引言：
隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，城市的交通問題愈發(fā)的凸顯出來，每年的交通事故也呈逐年增漲趨勢，堵車已經(jīng)成為制約一個城市發(fā)展的難題。交通運輸系統(tǒng)在我們大部分城市有著重要的作用，越來越被專家學(xué)者重視，成為最近幾年研究的熱點。落后的交通設(shè)施和管理手段面對高速發(fā)展的經(jīng)濟，使得我國城市交通控制系統(tǒng)面臨嚴峻的考驗。充分利用現(xiàn)有路網(wǎng)的資源，尋找解決城市交通堵塞的一系列原因。發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的力量，來開發(fā)智能交通控制系統(tǒng)已經(jīng)成為一種有效的途徑。
交通燈的正常運行成為交通暢通的重要保證，采用繼電器實現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護量大等缺點，越來越不適應(yīng)城市交通高速發(fā)展的要求。單片機雖然有著物美價廉的優(yōu)點，但是由于單片機自身的抗干擾能力比較差，特別是在環(huán)境比較差，噪聲大的場合，單片機有可能會因受外界干擾而出現(xiàn)問題，造成系統(tǒng)不能正常工作;并且采用單片機，編程比較復(fù)雜。可編程邏輯控制器( PLC)是一種數(shù)字運算操作的只能電子計算機系統(tǒng)。專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計的。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程[1]。
把PLC應(yīng)用到交通控制系統(tǒng)，能夠最大限度地改善城市的交通設(shè)施。提高路網(wǎng)的利用率，有效的控制城市交通狀況，減少環(huán)境污染，減少交通擁堵，，提高經(jīng)濟能源可持續(xù)發(fā)展的效益具有重要的意義。同時對我國智能交通系統(tǒng)的研究和發(fā)展也起到不可估量的作用，隨著科技的不斷進步，人民生活水平的不斷提高，人們正逐漸向享受型轉(zhuǎn)變，這些都必將導(dǎo)致私家車數(shù)量的猛增，道路交通擁擠的問題日益突出，不難想象，PLC在交通控制系統(tǒng)在未來的應(yīng)用前景將不可限量。。
一、PLC的理論知識
1.1 PLC的基本組成
PLC一般由主機、擴展單元及外設(shè)組成。主機必不可少，其他部分可按需要配置。主機一般有CPU、內(nèi)存、電源及相應(yīng)的1/0單元或者通訊(外設(shè))口。擴展單元主要是1/0單元、電源模塊(有的無電源)、與主機的連接電纜，有的還有接口模塊,外設(shè)中最基本的就是編程器，有的還配置可編程終端、條碼讀入器、打印機等，從編寫程序與調(diào)試程序的角度看，個人計算機也算是PLC的外設(shè)，PLC的組成決定了PLC的功能，組成成分的增加與完善，將增加與增強PLC的功能，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，PLC可分為整體式(也稱箱體式)和組合式(也稱模塊式)兩類[2]。
整體式結(jié)構(gòu)的PLC是把所有單元裝在一個箱體內(nèi)并構(gòu)成一個整體的主機。其中包括：CPU，存儲器，I/O單元，通信端口，1/0擴展端口等，除此之外還有單獨的擴展單元等與主機配合使用。PLC整體式的結(jié)構(gòu)有著體積小，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，故小機型經(jīng)常使用。
組合式PLC的結(jié)構(gòu)的是將單元做成一個模塊。同時也包括中央處理器單元，輸入單元，輸出單元，智能1/0模塊、通訊單元等。裝有中央處理器的單元稱為CPU模塊，其他稱為擴展模塊。各模塊之間通過底板上的總線相互聯(lián)系插在底板上，大、中型機也常采用組合式的PLC結(jié)構(gòu)。
1.2 PLC的工作步驟
PLC的用戶所要編寫的程序是由一些指令組成，并且分別按順序排列在存儲器當中。在用戶程序執(zhí)行階段，在沒有跳轉(zhuǎn)指令時，CPU從第一條指令開始，逐條順序地執(zhí)行用戶程序，直至遇到END指令，遇到結(jié)束指令時，CPU檢查系統(tǒng)的智能模塊是否需要服務(wù)，在執(zhí)行指令時，從1/0映像寄存器或別的位元件的映像寄存器讀出其0/1狀態(tài)，并根據(jù)指令的要求執(zhí)行相應(yīng)的邏輯運算，運算的結(jié)果寫入到相應(yīng)的映像寄存器中[3]。所以，不包括只讀的輸入映像寄存器的內(nèi)容由程序的執(zhí)行的變化而發(fā)生改變，輸入信號變化了的狀態(tài)只能在下一個掃描周期的讀取輸入階段被讀入。在程序執(zhí)行階段，即使外部輸入信號的狀態(tài)發(fā)生了變化，輸入映像寄存器的狀態(tài)也不會隨之而變，執(zhí)行程序時，對I/O的存取通常不是實際的1/0點，而是通過映像寄存器寄存下來。這樣做有以下三個優(yōu)點。
(1) 為了使系統(tǒng)的運行的更加穩(wěn)定穩(wěn)定。程序在運行的階段，它的輸入值是不變的，程序運行完后可以用輸出映像寄存器的值更新輸出點;
(2)提高了程序運行效率，讀寫1/0映像寄存器的速度相比較1/0點要快得多;
(3)映像寄存器可以按照位字節(jié)來取，比較便捷，但是1/0點則只有按照位來存取。
1.2.1系統(tǒng)的初始化
當PLC通電之后，首先要對CPU和其中的各種資源進行一個默認的初始化處理。其中包括清除復(fù)位所有定時器，檢查1/0模塊的連接，1/0映像區(qū)、變量存儲器區(qū)等。
1.2.2讀取輸入信號
在可編程序控制器的存儲器中，設(shè)置了一片區(qū)域來存放輸入信號和輸出信號的狀態(tài)，它們分別稱為輸入映像寄存器和輸出映像寄存器，在讀取輸入階段，可編程序控制器把所有外部數(shù)字量輸入電路的ON/OFF(1/0)狀態(tài)讀入輸入映像寄存器，外接的輸入電路閉合時，對應(yīng)的輸入映像寄存器為1狀態(tài)，梯形圖中對應(yīng)輸入點的常開觸點接通，常閉觸點斷開[4]。當對應(yīng)的寄存器的為初始階段0時，外接的輸入電路這個時候會斷開，常閉觸點與此同時會接通，并且在所涉及的梯形圖中所對應(yīng)輸入點的常開觸點在這個時候也會自動斷開。
1.2.3執(zhí)行用戶程序
對應(yīng)的硬件繼電器的線圈斷電，其常開觸點斷開，外部負載斷電，停止工作，對應(yīng)的輸出映像寄存器中存放的二進制數(shù)為O，將它送到物理輸出模塊[5]。
1.2.4通信信息處理
所謂的通信處理是指，在通信的處理階段，中央處理器首先會收到處理通信口接收到的信息后，并且請求的一方會在合適的時間收到其發(fā)來的信息。在智能模塊及通信信息處理階段，中央處理器單元會檢查智能模塊是否需要服務(wù)。如果智能模塊仍需要，則讀取智能模塊的信息會存放在緩沖的寄存區(qū)中，以便下一個掃描周期使用。
1.2.5CPU的自診斷
自診斷測試包括用戶程序存儲器,定期檢查寄存器Room,輸入/輸出單元的狀態(tài)以及輸入/輸出的擴展總線的一致性，并且會將監(jiān)控定時器恢復(fù)默認。除此之外，還要完成一些別的內(nèi)部工作。
1.2.6修改輸出信號
CPU執(zhí)行完用戶程序后，將輸出映像寄存器的0八狀態(tài)傳送到輸出模塊并鎖存起來，梯形圖中某一輸出位的線圈“通電”時，對應(yīng)的輸出映像寄存器為1狀態(tài)，信號經(jīng)輸出模塊隔離和功率放大后，繼電器型輸出模塊中對應(yīng)的硬件繼電器的線圈通電，其常開觸點閉合，使外部負載通電工作[5]。
1.2.7中斷程序處理
如果中央處理器CPU提供的中斷服務(wù)。用戶在程序過程中中使用了中斷，并且中斷事件發(fā)生時會立即執(zhí)行中斷程序，則中斷程序會在掃描周期的任意一個時刻上被執(zhí)行程序。
1.2.8 I/0指令處理
在程序執(zhí)行階段當中使用立即輸入/輸出指令可以直接存取輸入/輸出點，用立即輸入/輸出指令來改寫輸出點時，相應(yīng)的輸出映像寄存器的值被更新，用立即輸入/輸出指令讀輸入點的值的時候，相應(yīng)的輸入映像寄存器的值不會被立刻更新[6]。
二、交通控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用現(xiàn)狀
當今，我國交通控制系統(tǒng)大部分都是利用定時原理進行控制的，這種控制方式有很大的缺陷，沒有根據(jù)具體的情況具體分析。例如，一條車流量很少或者幾乎沒有車輛的道路的信號燈是綠燈，與此同時，另一條的道路的車流量雖然很大很擁擠，卻要等待紅燈。造成這種現(xiàn)象的根本原因就是采用的定時控制方式，不能按照實際的情況對道路進行監(jiān)管，同時也造成了城市的局部嚴重擁堵，浪費了城市資源。這也導(dǎo)致了控制系統(tǒng)效率低下，它可能會引起不必要的交通擁堵，同時也需要大量的資源進行監(jiān)管。所以，設(shè)計一種智能化交通控制系統(tǒng)是必不可少的。這種控制系統(tǒng)的根本設(shè)想就是能夠根據(jù)車流量的多少，來自行對紅綠燈的時間進行調(diào)整。最大限度地符合實地檢測情況，減少十字路口的車輛擁擠堵塞現(xiàn)象。實現(xiàn)交通控制系統(tǒng)控制的最優(yōu)化、最大化，同時能夠提高交通控制系統(tǒng)的時間效率。隨著科技的不斷進步，人民生活水平的不斷提高，人們正逐漸向享受型轉(zhuǎn)變，這些都必將導(dǎo)致私家車數(shù)量的猛增，道路交通擁擠的問題日益突出，不難想象，智能交通控制系統(tǒng)在未來的應(yīng)用前景將不可限量。
通常，在交通控制系統(tǒng)中控制器的選擇種類有很多，但常見的有三種，可以選擇單片機控制，或者繼電器控制，抑或PLC控制等。交通燈的正常運行成為交通暢通的重要保證，采用繼電器實現(xiàn)，存在著功能少、可靠性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護量大等缺點，越來越不適應(yīng)城市交通高速發(fā)展的要求。單片機雖然有著物美價廉的優(yōu)點，但是由于單片機自身的抗干擾能力比較差，特別是在環(huán)境比較差，噪聲大的場合，單片機有可能會因受外界干擾而出現(xiàn)問題，造成系統(tǒng)不能正常工作;并且采用單片機，編程比較復(fù)雜。把PLC應(yīng)用到交通控制系統(tǒng)中有以下一些優(yōu)點：
2.1 編程簡單
PLC與繼電器相比，其編寫語言比較相似，包括電路符號與表達方式等，都是梯形圖。而梯形圖的比較簡單直觀，易于理解和學(xué)習(xí)，熟悉繼電器的電路原理圖的技術(shù)人員很容易就能夠掌握梯形圖的語言，比較容易上手。所謂的梯形圖語言實質(zhì)上可以看做是一種高級語言，每當 PLC 運作這種程序時，都會將程序轉(zhuǎn)變成匯編語言，然后分配給系統(tǒng)執(zhí)行。
2.2 性價比高
小型的可編程控制器內(nèi)有很多的編程元件，有著各自的作用，能夠完成相應(yīng)的控制指令。在同種類型的控制系統(tǒng)中進行比較，小型的可編程控制器及經(jīng)濟又實用，而且它能完成分散和集中兩種通信管理功能。
2.3適應(yīng)性強
經(jīng)過長時期的應(yīng)用和完善，可編程控制器已經(jīng)相對比較成熟，有了自己的標準，而且裝置的種類也比較豐富，系統(tǒng)軟件適應(yīng)性強，可以實現(xiàn)多種功能，多種規(guī)模的控制系統(tǒng)[8]。不僅如此，而且它的布線安裝簡單明了。可編程控制器不需要加裝其他裝置就可以直接帶動多種小交流接觸器。在完成對硬件的配置之后，可以利用更改相應(yīng)的程序，實現(xiàn)對不同工作環(huán)境和功能的適應(yīng)。
2.4抗干擾強
老式的控制系統(tǒng)因為中間穿插了不少的繼電器，導(dǎo)致系統(tǒng)觸不穩(wěn)定，故障率比較高。而可編程控制器則采用軟件以及和輸入輸出相關(guān)的少數(shù)硬件器件，接線大大減少，故障率下降。PLC 采用硬件和軟件相結(jié)合的抗干擾方法，抗擾動的能力很強，平均正常運行時間已經(jīng)在數(shù)萬小時之上，能夠在干擾比較強烈的工作環(huán)境中穩(wěn)定工作，可編程控制器現(xiàn)在已經(jīng)是工業(yè)行業(yè)里最為認可的控制裝置。
2.5便于調(diào)試
PLC采用的軟件可以有效的控制中央處理器硬件的安裝所帶來的繁重的工作量。順序控制法被很好的應(yīng)用在梯形圖程序的設(shè)計中，這種軟件語言通俗易懂，在處理復(fù)雜系統(tǒng)時，它編程所用時間要大大的少于其他方法。
2.6維修方便
相比其他控制系統(tǒng)，PLC 故障率較低，而且它可以進行自我診斷。不論 PLC 的內(nèi)部或者是外部的輸出或運行裝置出現(xiàn)問題時，都能夠利用 PLC 上的二極管以及軟件部分所顯示的信息準確而又迅速的查出問題所在，使用新的裝置替代故障模塊就可以成功解決問題。
2.7 節(jié)約環(huán)保
小型的PLC內(nèi)有很多的編程單元能夠完成相應(yīng)的控制作用，每個單元都發(fā)揮著各自的作用。將它應(yīng)用到復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，可以有效地去除不少繼電器，而它的體積幾乎和繼電器的大小相同，所以這可以從側(cè)面減少開關(guān)柜的體積。
三、結(jié)束語
本文主要介紹了可編程控制器PLC的相關(guān)理論知識，具體包括 PLC的定義;PLC的基本原理;PLC交通控制系統(tǒng)應(yīng)用原則和步驟; PLC交通控制系統(tǒng)一般框架圖。PLC 的基本結(jié)構(gòu)是進行 PLC 編程控制的基礎(chǔ);PLC 的優(yōu)點是選擇;PLC 作為交通控制系統(tǒng)控制機的主要原因。隨著PLC在交通控制系統(tǒng)的應(yīng)用越來越成熟，其功能上的優(yōu)越性就越來越明顯，其市場的潛力也愈發(fā)的突出。雖然如此，但是改善城市交通的通行能力是一個非常復(fù)雜的問題，交通系統(tǒng)的控制只是其中一個的一個辦法。除此之外，把規(guī)劃、管理、控制等方面進行綜合治理，加強交通法規(guī)建設(shè)和交通管理措施才能真正解決問題。
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