【文章內(nèi)容簡介】 許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的 A/D 轉(zhuǎn)換及 D/A 轉(zhuǎn)換。PLC 廠家都生產(chǎn)配套的 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。 3．運(yùn)動控制 PLC 可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來說，早期直接用于開關(guān)量 I/O 模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專用的運(yùn)動控制模塊。如可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要 PLC 廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。 4．過程控制 過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID 調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型 PLC 都有 PID 模塊，目前許多小型 PLC 也具有此功能模塊。PID處理一般是運(yùn)行專用的 PID 子程序。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場合 4 有非常廣泛的應(yīng)用。 5．?dāng)?shù)據(jù)處理 現(xiàn)代 PLC 具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算） 、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲在存儲器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。 2 PLC 的結(jié)構(gòu)及原理 PLC 的結(jié)構(gòu)PLC 實(shí)質(zhì)上是一種專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)，其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計(jì)算機(jī)相同。從結(jié)構(gòu)上分，PLC 分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式 PLC 包括 CPU 模塊、I/O 模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示：圖 21 PLC 的基本結(jié)構(gòu)框圖 PLC 的工作原理PLC 的 CPU 采用順序邏輯掃描用戶程序的運(yùn)行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線 5 圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(diǎn)(包括其常開或常閉觸點(diǎn))不會立即動作，必須等掃描到該觸點(diǎn)時才會動作?？紤]到繼電器控制裝置各類觸點(diǎn)的動作時間一般在 100ms 以上，而 PLC 掃描用戶程序的時間一般均小于 100ms，因此，PLC 采用了一種不同于一般微型計(jì)算機(jī)的運(yùn)行方式掃描技術(shù)。這樣在對于 I/O 響應(yīng)要求不高的場合，PLC 與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。當(dāng) PLC 投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運(yùn)行期間，PLC 的CPU 以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個階段。1．輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。2．用戶程序執(zhí)行階段在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。3．輸出刷新階段當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC 就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內(nèi)對應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。PLC 的掃描工作過程如圖 2圖 23 所示 ： 6 圖 22 PLC 的掃描工作過程圖 圖 23 PLC 的掃描周期圖 6 3 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)目前的智能交通燈控制系統(tǒng)有以紅外感應(yīng)車流量的、有按預(yù)定時間段改變通行時間的，有以電視監(jiān)控信息來干預(yù)的等多種方法與手段，各有特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)是一個以車流量為核心的智能交通燈自動控制系統(tǒng)，通過使用一種車流量檢測系統(tǒng)檢測車量，實(shí)現(xiàn)了十字路口交通燈的智能控制。 該車流量檢測系統(tǒng)利用圖像處理與識別技術(shù)，通過視頻信號檢測道路交通流量。具體地講是利用攝像頭作為視頻探頭，由圖像處理設(shè)備將視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，計(jì)算機(jī)對數(shù)字圖像進(jìn)行處理，識別車輛，當(dāng)車輛通過“虛擬線圈”時統(tǒng)計(jì)車流量及相關(guān)車輛信息，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂浦行?，也可存儲在硬盤上。根據(jù)車流量檢測系統(tǒng)測出的車流量，利用數(shù)值比較器進(jìn)行比較，將南北和東西兩個方向車流量的比較結(jié)果送入PLC進(jìn)行控制，從而調(diào)節(jié)兩個方向紅綠燈時間的長短。 十字路口交通燈布置圖根據(jù)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)可分析得出，本系統(tǒng)需要合理配置車流量線圈檢測系統(tǒng)、數(shù)值比較器、PLC 和紅綠燈。其布置圖如下圖所示：圖 31 十字路口布置圖 7 系統(tǒng)的控制要求如果十字路口實(shí)行交通燈智能控制系統(tǒng)，則相當(dāng)于一個有經(jīng)驗(yàn)的交警對各方向的車輛進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)車流量的不同分配以不同的綠燈時間，從而進(jìn)行合理的調(diào)配，防止車輛的堵塞，較好地解決了上述問題，這是代替模擬控制的有效辦法。智能交通燈控制系統(tǒng)由車流量檢測系統(tǒng)、數(shù)字比較器、控制器PLC、紅黃綠交通信號燈、輸入輸出接口電路和電源等組成。其實(shí)現(xiàn)的控制流程圖如下所示：圖 32 控制流程圖交通燈控制系統(tǒng)的控制要求如下：1 信號燈受一個起動開關(guān)控制，當(dāng)起動開關(guān)接通時，檢測系統(tǒng)檢測到的信號經(jīng)數(shù)值比較器，將結(jié)果送給 PLC。系統(tǒng)開始工作，且先南北綠燈亮，東西紅燈亮。當(dāng)起動開關(guān)斷開時，所有信號燈都熄滅。2 南北綠燈亮維持一段時間后南北黃燈閃爍，同時東西紅燈亮相同時間后紅燈閃爍。3 南北黃燈閃爍 5 秒。南北紅燈亮一段時間，同時東西紅燈閃爍 5 秒，東西綠燈亮與南北方向相同時間。4 南北紅燈亮維持一段時間后南北紅燈閃爍 5 秒，熄滅。同時東西綠燈維持相同時間后，東西黃燈閃爍 5 秒，熄滅。5 周而復(fù)始。 8 4 系統(tǒng)器件選型和資源配置 系統(tǒng)器件的選型 PLC 的選型從上面的分析可以知道，系統(tǒng)共有開關(guān)量輸入點(diǎn) 4 個，開關(guān)量輸出點(diǎn) 6 個，參照西門子 S7200 系列特性（見附錄），選用主機(jī)為 CPU222（8 輸入/6 繼電器輸出）。其外形圖如下： 圖 41 CPU222 外形圖1M、2M 為輸入端子的公共端。1L、2L 為輸出公共端。CPU222 24V DC 電源 ，24V DC 輸入，24V DC 輸出。100～230V AC 電源，24V DC 輸入繼電器輸出。 車流量檢測系統(tǒng)的選用目前市場上有多種車流量檢測系統(tǒng)，比如視頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)、壓力檢測器、水平傳感器、雷達(dá)檢測或微波檢測等。本系統(tǒng)使用視頻智能車輛計(jì)數(shù)系統(tǒng)，系統(tǒng)的功能特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)如下： 基于智能視頻圖像處理，可以準(zhǔn)確智能計(jì)算停車車輛數(shù)目。 該系統(tǒng)無需人工干預(yù)，完全智能化，24 小時不間斷的實(shí)時停車場信息提取及處理。 產(chǎn)品應(yīng)用安全可靠，低功耗，使用壽命長。 高準(zhǔn)確率：白天的檢測準(zhǔn)確率可以達(dá)到 99％以上，晚上的檢測準(zhǔn)確率可以達(dá)到 98％。 9 可以應(yīng)用于一切十字路口的智能車輛計(jì)數(shù)。 該產(chǎn)品安裝簡易方便，不對現(xiàn)場產(chǎn)生任何破壞及影響。 壓力檢測器：破壞現(xiàn)場路面，安裝難度大，不易維護(hù)；水平傳感器：通過發(fā)送紅外線光束來檢測車流量，精確度在車流量大的時候無法保證；雷